2018, Vol.38
火是地球系统过程的关键组成因素，其深远影响着生态系统的结构和功能、土壤性质、碳循环、大气化学、气溶胶及人类活动[1]。目前全球变暖的趋势预期将显著增加世界各地森林发生森林火灾的频率和受影响范围[2]。为了更好的了解过去火演化历史和规律，解析气候、植被、火、人类活动之间复杂的双向反馈关系，古火活动研究在古生态研究中受到了更为广泛的关注并陆续开展了一系列的研究工作[3]，例如：过去两千年生物燃烧变化的研究[1]、末次冰盛期以来热带美洲地区古火活动[4]、末次冰期最盛期以来全球火势演化[5]、大洋洲晚第四纪以来火势演化[6]以及全球炭屑数据库(Global Charcoal Database)的建立。已有的这些研究工作探讨了不同时空尺度上火势演化历史、特征及其背后的气候和人类活动驱动因素，但主要集中在欧洲、美洲、澳大利亚地区开展，而在同样遭受森林火灾影响的中国，尤其是在森林火灾的重灾区和频发区的西南地区[7]，从古生态角度探讨气候-植被-火-人类活动关系的研究却较少开展，无法为区域森林火灾管理和生物多样性保护提供充足的理论依据，给西南地区全球变暖的生态应对策略的制定带来不确定因素。
湖泊沉积物高分辨率大炭屑记录，作为十年-千年尺度上火历史重建的代用指标，是研究气候、植被、火、人类活动之间关系的理想研究手段。在南北美洲[2, 4~5, 8~10]、欧洲[5, 10~12]及澳大利亚[5~6]地区开展了大量基于湖泊沉积物大炭屑(> 100 μm)记录峰值识别重建火历史的研究。Charster分析程序(Daniel Gavin，Burlington，Vermont State，USA)被设计用于从连续的大炭屑记录中识别局地火事件导致的峰值。程序的使用基于以下几项假设：1)样品连续，1 cm间距，对应于不低于30年的分辨率；2)大炭屑进入湖泊后的混合和再沉积过程不致影响火事件信号；3)湖泊水深大于2 m，减少沉积物受扰动影响；4)Charster分析程序不适用于未经定年的大炭屑记录分析。此项分析的基本原理在于通过滤波分析，将时间序列分解为缓慢变化的背景值和快速高频变化的峰值两部分[10]。该项分析的关键过程是选择一个足够低的阈值，以正确识别代表局地火事件的峰值，并将其与区域及更大空间尺度上的火事件相区分[8, 13]
基于我国西南地区火势演化历史研究匮乏的现状及云贵高原区分布的众多湖泊记录了长时间尺度上区域气候、环境、植被、人类活动变化的信息，在西南地区利用湖泊沉积物开展气候-植被-火-人类活动关系研究对于评估该地区火势演化对于全球变化的响应、火势演化对于不同类型森林生态系统的影响、人类活动对于植被和火势演化的影响，科学应对全球变化具有重要意义。因此，我们以星云湖一根长度为0.42 m的岩芯(2009年7月采集)为研究对象开展湖泊沉积物大炭屑分析重建火历史的探索性研究工作，利用137Cs、210Pb测年建立沉积岩芯的年代序列，以1 cm间距进行了42个样品的大炭屑分析工作，重建星云湖地区火历史；利用Charster分析程序提取火事件频率和火回归间隔指数，将检测到的火灾事件与历史火灾记录进行比较，以评估高分辨率大炭屑分析记录星云湖地区火历史的可靠性；进而综合气象数据(昆明、玉溪气象站)、火事件记录、人口数量、耕地面积、粮食产量和谷物种植面积变化讨论1782年以来星云湖地区生物质燃烧模式(大炭屑记录作为代用指标)变化的气候、森林火灾和人类活动驱动机制。
1 研究区概述星云湖(24°17′~24°23′N，102°45′~102°48′E)，湖面面积34.329 km2，流域面积378 km2，位于云南中部的江川县(图 1)。该湖位于海拔1723 m处，受小型间歇性河流的补给[14]。富营养的湖水通过隔河这一唯一的出水口流入抚仙湖。2003年，为了保护抚仙湖的水质，星云湖水通过隔河排入抚仙大河，不再流入抚仙湖[15]。最大水深和平均水深分别为10.81 m和6.01 m[16]。研究区年平均气温为15.6 ℃，平均年降雨量为947 mm，受西南季风影响，85 % ~90 %的降雨集中在5月至10月之间[14, 16]。星云湖旁典型植被为次生青冈(Cyclobalanopsis glaucoides Schotky)、栲(Castanopsis fargesii Franch.)、云南松林(Pinus yunnanensis Franch.)，由亚热带森林常绿阔叶林过度砍伐演替而来[17]。
|
图 1 星云湖位置及森林火灾(1933~1989年)位置示意图 (a)云南省位置；(b)星云湖位置；(c)星云湖位置及森林火灾(1933~1989年)位置示意 Fig. 1 (a)Map of China showing the location of Yunnan Province; (b)Map of Yunnan Province showing the location of Lake Xingyun, Kunming City and Yuxi City; (c)Location of Lake Xingyun, sampling site and forest fire events(F1 to F13)around the lake between 1933 and 1989 |
据《江川县志》[18]记载：1933~1989年江川县共发生森林火灾54次，按照发生的时间顺序，标示为F1~F14(图 1c和图 2)。除1933年森林火灾为野火外，其他森林火灾都由人类活动(烧炭、烧荒、清明节祭祀等)诱发，且森林火灾的发生具有明显的季节性(每年2月至4月，西南季风区的干季)。1953年以前，森林火灾共计发生3次，分别发生于1933年、1943年和1950年，对应森林火灾记录的F1、F2和F3，且1933年和1943年两次森林火灾无过火面积记录；1953年是整个记录中森林火灾发生次数最多的时段，共计23次，过火面积为1.33 km2，对应于森林火灾记录中的F4；1963年是森林火灾发生第二频繁的时段，共计10次，过火面积无记录，对应森林火灾记录中的F6；1955年、1970年、1972年、1979年、1982年、1984年、1985年和1988年各发生森林火灾1次，对应森林火灾记录中的F5、F7、F8、F9、F10、F11、F12和F13，其中1988年的森林火灾过火面积达到整个记录中的最高值，达2.23 km2；发生于1989年的森林火灾F14无火灾发生位置和过火面积记录，但森林火灾发生也较为频繁，达到10次。
|
图 2 2江川县森林火灾过火面积(a)和森林火灾次数(b)记录(1933~1989年) Fig. 2 Burned area (a) and number of fire events (b) between 1933 and 1989 recorded in the Jiangchuan County Annals |
利用UWITEC重力采样器，于2009年7月从星云湖北部湖盆湖心(24°21′33.4″N，102°47′11.1″E)，水深7.3 m处(图 1c)采集一根长度为0.42 m的沉积岩芯，岩芯水-沉积物界面清晰，在采集现场以1 cm间隔从采样管顶部垂直挤出后储存在塑料袋中，分得样品42个。样品在4 ℃温度下冷藏储存以备进行137Cs、210Pb测年和大炭屑分析。
样品的210Pb、137Cs测年在中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊沉积与环境重点实验室完成。样品称湿重经冷冻干燥后，称干重以测定体积密度，并筛分至 < 125 μm。分析仪器为美国EG & G Ortec公司生产的由高纯锗井型探测器(Ortec HPGe GWL)与Ortec 919型谱控制器和IBM微机构成的16K道多道分析器所组成的γ谱分析系统。低环境本底通过由110 mm厚老铅、2 mm厚铜板和5 mm厚有机玻璃组成的全封闭屏蔽室保证。在实验中，用γ分析方法对42个样品进行无损坏的多种核素同时直接测量。将样品储存在密封容器中3周以允许长期平衡。210Pb和137Cs的放射性强度(比活度)，通过γ谱分析系统直接分析46.5 KeV和662 KeV处的γ射线能谱得到。而210Pb的母体同位素226Ra则通过分析352 KeV处γ射线能谱得到[19]。采用筛分法[9, 13, 20]对星云湖42个样品的大炭屑样品进行前处理。分析流程如下：5 cm3的湖泊沉积物样品，加入六偏磷酸钠((NaPO3)6)溶液分散剂，静置一夜后，先加入10 %盐酸去除样品的碳酸盐，离心清洗两遍后加入5 %氢氧化钾溶液去除有机物质，再次离心清洗两遍后过100 μm筛网清洗样品，收集筛网上残留物。前人对于不同类型炭屑数据(微炭屑颗粒浓度、微炭屑面积浓度、大炭屑颗粒浓度)重建火历史的结果对比表明，虽然这3个指标重建的火历史规律总体一致[20]，但大炭屑颗粒具有受炭屑破碎影响较小、便于统计、就地沉积等优点。考虑到岩芯沉积速率变化的特点，本文中我们使用大炭屑颗粒沉积通量代替大炭屑颗粒浓度作为火历史重建的代用指标，以避免沉积速率变化对统计结果的影响。利用分级统计方法[21]对大炭屑粒数进行统计。用于鉴定统计大炭屑的显微镜型号为OLYMPUS SZX 7体式显微镜，放大倍数为5倍。Charster程序被用于星云湖大炭屑记录的分析，以定量重建火势演化历史，提取火事件频率(Fire Episode Frequency，简称FEF)和火回归间隔(Fire Return Interval，简称FRI)两个指数。
3 实验结果 3.1 沉积岩芯的年代框架137Cs最早出现的深度为28.0 cm，蓄积峰值出现在21.5 cm，分别对应于1952年和1963年。利用CRS(稳恒沉积通量)模式对沉积岩芯建立了210Pb沉积物年代(图 3)。两者的定年结果一致，表明本研究运用210Pb CRS模式建立沉积物年代具有较高的可靠性。0.42 m的岩芯代表了星云湖自1872年至2009年近137年以来的连续沉积。其中，0.36~0.42 m之间沉积速率为0.0641 g/cm2/a，0.35~0.16 m之间沉积速率为0.2526 g/cm2/a，顶部0.16 m的沉积速率为0.1410 g/cm2/a。
|
图 3 137Cs、210Pbex测年及CRS模式年代序列 Fig. 3 Age-depth relations for Lake Xingyun based on 137Cs, 210Pbex dating |
星云湖大炭屑记录重建了研究区137年以来火势演化历史(图 4)。提取了定量指示火势(Fire Regime，简称FR)演化的替代指标：CHAR(大炭屑沉积通量)、Background CHAR(大炭屑背景值)、火事件(Fire Episodes，简称FE)、火事件频率(FEF)及火回归间隔(FRI)指数。过去137年以来，大炭屑沉积通量总体呈现逐渐升高的趋势，由3粒/cm2/a逐渐升高到最大值64粒/cm2/a，平均值为18粒/cm2/a。Charster分析程序共提取到12次火事件(FE1~FE12)，分别发生于1887年、1902年、1932年、1938年、1944年、1953年、1962年、1968年、1983年、1989年、1995年、2001年。与1933~1989年间江川县森林火灾记录[18]对比分析表明，此时段内Charster分析程序检测到的8次火事件(FE)与星云湖流域内13次火历史记录具有较好的对应关系，例如Charster分析程序提取到发生于1932年的FE3火事件与历史记录中发生于1933年的森林火灾F1相对应；FE5、FE7分别与历史记录中的F2、F6事件相对应，呈一一对应的关系；而FE6可能与历史记录中的F3、F4、F5事件相对应；FE8火事件可能与历史记录中的F7、F8相对应；FE9与可能与F9、F10、F11、F12相对应；FE10可能与F13、F14相对应，即一次火事件(FE)可能对应于多次森林火灾记录的火灾事件；同时Charster分析程序提取到的FE4事件没有找到相对应的历史记录。1933年前提取到两次火事件FE1、FE2，分别发生于1887年、1902年；而1989年以来也提取到两次火事件FE11、FE12，分别发生于1995年、2001年。根据各指数的变化，137年以来星云湖地区火势演化历史可划分为以下3个阶段(图 4)：
|
图 4 星云湖大炭屑记录Charster分析结果 大炭屑沉积通量(CHAR)以3年间隔进行内插值重新采样后以10年时间窗进行平滑，当大炭屑沉积通量超过大炭屑背景值时(阈值为1.0)，火事件以“+”进行标示；总计提取到12次火事件，标示为FE1~FE12；1933~1989年之间发生的林火历史记录，按照发生的时间顺序被标示为F1~F14；以30年峰值平滑窗对火事件频率进行平滑；火回归间隔标示为a/fire Fig. 4 Results of charcoal analysis from Lake Xingyun. Charcoal accumulation rates(CHAR)were plotted to 3-year intervals and smoothed using a window width of 10 years(background). Fire episodes are marked by a "+" when CHAR exceeds background by a threshold of 1.0. A total of 12 fire episodes are labelled FE1 to FE12. Historical fire events that occurred between 1933 and 1989 are marked by F1 to F14. Fire Episode Frequency was smoothed using 30-year peak smoothing window. The fire return interval was calculated by a/fire |
Ⅰ阶段：1872~1914年
以过去137年以来最低的大炭屑沉积通量(均值5.46粒/cm2/a)和大炭屑背景值(均值5.45粒/cm2/a)，最低的火事件发生频率(均值1.36 FE/30 a)和最长的火回归间隔(均值23.18 a/fire)为特征。火事件发生频率由1872年的1.22FE/30 a升高至1893年的1.70 FE/30 a，随后下降至1914年的0.85 FE/30 a。对应的，火回归间隔由1872年的24.52 a/fire下降至1893年的17.68 a/fire，随后升高至1914年的35.23 a/fire; 而大炭屑沉积通量由1872年的3.24粒/cm2/a，逐渐升高至1914年的5.69粒/cm2/a。1887年、1902年检测到两次火事件为FE1和FE2。
Ⅱ阶段：1914~1945年
大炭屑沉积通量、大炭屑背景值及火事件频率快速升高(均值分别为15.91粒/cm2/a、15.95粒/ cm2/a和2.3 FE/30 a)及快速降低的火回归间隔(均值16.08 a/fire)。大炭屑沉积通量和大炭屑背景值由1914年的5.69粒/cm2/a、5.73粒/cm2/a升高至1945年的16.86粒/cm2/a、15.62粒/ cm2/a。而火事件发生频率也由1914年的0.85 FE/30 a快速升高至1945年的3.50 FE/30 a；相对应，火回归间隔也由1914年的35.23 a/fire快速下降至1945年的8.56 a/fire。1932年、1938年和1944年检测到3次火事件(FE3、FE4和FE5)。FE3、FE5分别与林火历史记录F1、F2对应。
Ⅲ阶段：1945~2009年
研究时段内最高的大炭屑沉积通量、大炭屑背景值及火事件频率(均值分别为28.13粒/cm2/a、28.17粒/cm2/a和3.27 FE/30 a)及最低的火回归间隔(均值9.23 a/fire)。大炭屑沉积通量和大炭屑背景值呈升高—降低—升高—降低的趋势。在2001年达到整个研究序列的最高值，分别为63.80粒/cm2/a和54.17粒/cm2/a；而火事件频率虽然略有波动，但总体仍稳定在整个研究时段的最高值。此时段内火事件最低值为1971年的2.86 FE/30 a，最高值为1995年的3.64 FE/30a；与之相对应，火回归间隔维持在研究时段内最低值，波动范围为8.24~ 10.60 a/fire，最低值出现在1995年，为8.24 a/fire。在1953年、1962年、1968年、1983年、1989年、1995年和2001年分别发现了7次火事件。通过火事件(FE)与林火历史记录(1945~1989年)[18]的比较分析，我们可以发现火事件(FE6~FE10)在不同分辨率水平上与林火历史记录(F4~F14)相对应。
4 讨论星云湖沉积物高分辨率大炭屑指标重建了1872年以来星云湖地区近137年的地方火势演化历史。利用Charster分析程序对大炭屑记录进行滤波分析区分背景值和峰值的研究共检测到12次火事件(FE1~FE12)。将其与《江川县志》记载的1933~1989年林火历史记录[18]进行对比分析，我们发现虽然Charster分析程序检测到的火事件(FE)并不总是与历史记录呈现一一对应的关系，也存在一次火事件对应多次历史记录的现象，仍可认为星云湖沉积物大炭屑记录是研究区火势演化历史重建的可靠代用指标。在林火发生不频繁的时段，每一个检测到的火事件(FE)对应于一次林火历史记录，即FE3、FE5和FE7分别与林火历史记录F1、F2和F6相对应；而在林火频繁发生的时段，检测到的火事件(FE)对应于2到4次林火历史记录，即FE6、FE8、FE9和FE10分别对应于林火历史记录F3~F5、F7~F8、F9~F12和F13~F14。但检测到发生于1938年的火事件FE4并无对应的林火历史记录，推测可能来源于流域外或者更大范围外森林火灾贡献。总体而言，星云湖大炭屑指标可靠记录了星云湖地区的森林火灾历史，这为利用大炭屑指标重建该地区更长时间序列上火势演化历史提供了有力的理论支撑。
大炭屑沉积通量(CHAR)通常也被用作指示生物质燃烧变化的代用指标[22]。长久以来中国广阔的农村地区有燃烧生物质燃料(薪柴、玉米秸秆、稻草、麦秆等)用于做饭、取暖及改善土壤肥力的悠久历史传统。近年来，一方面由于化石燃料使用量的增加、畜牧业的发展、政府政策禁止燃烧秸秆及工业化肥的大量使用，人为生物质燃烧呈逐渐减少的趋势。而另一方面根据《江川县志》记录[18]，近几十年来人为原因引发的森林火灾频发，有可能导致生物质燃烧的增加。随着人类的各种工农业活动增强、燃料利用模式改变、社会经济发展、以及人类活动影响下森林火灾增加等因素影响下，过去近百年来生物质燃烧模式将会发生怎样的变化？因此，将星云湖地区过去137年以来生物质燃烧历史(大炭屑沉积通量作为代用指标)与1900~2007年玉溪、昆明两个气象站的气象观测数据、林火事件记录、江川县人口数量变化、耕地面积、粮食产量和谷物种植面积变化(间接指示人为生物质燃料数量的变化)[18]进行对比分析，以了解星云湖地区过去137年以来生物质燃烧模式变化及其驱动因素(图 5)。
|
图 5 生物质燃烧模式变化(a)、昆明气象站年均温和玉溪气象站年均温及年平均湿度(b)、江川县人口数量变化[18](c)以及江川县粮食产量、粮食播种面积、耕地面积变化[18](d) Fig. 5 Reconstructions of biomass burning, temperature and annual humidity data from Yuxi and Kunming weather stations, population, cultivated area, grain planting area and grain yield. (a)The CHAR of Lake Xingyun, as a proxy record of local biomass burning; (b)Annual mean temperature and Annual humidity of Yuxi Climate Station(1951~2007), annual mean temperature of Kunming Climate Station(1901~1994); (c)Population of Jiangchuan County since 1821[18]; (d)Grain yield of Jiangchuan County(1952~2009), cultivated area and grain planting area of Xingyun County(1793~2010)[18] |
沉积物大炭屑记录作为生物质燃烧的代用指标(图 5a)指示从1872年到1999年，星云湖地区生物质燃烧呈逐渐增加的趋势，而1999年以后显著减少。最低的生物质燃烧出现在1886年之前，对应于当时极低的人口数量和耕地面积指示的可用人为生物质燃料的匮乏(图 5c和5d)和较低的火事件发生频率(图 4)。同时，也对应于小冰期时期较低的温度条件[23]。在凉爽的气候条件下，较高的燃料湿度和较低的生物生产力也降低了燃料的可燃性和燃料的累积[1]。1887年至1905年间，生物质燃烧的增加受到发生于1887年和1902年的2次火事件(FE1、FE2)的影响。生物质燃烧在1923年至1938年之间呈迅速增加的趋势，受到火事件发生频率迅速升高导致的1932年和1938年的2次火事件(FE3、FE4)的影响(图 4)。1953年较高的高生物质燃烧量对应于1953年发生的过火面积达到1.33 km2(图 2a)的森林火灾及较低的年平均湿度。1923年至1965年，相对高的温度条件(图 5b)也通过增加燃料的可燃性和累积而影响了这一时期的生物质燃烧。1965年至1999年，尽管气象条件(较低的年均温和较高的年平均湿度)(图 5b)通过降低生物生产力和提高燃料湿度等作用不利于生物质燃烧，但由于粮食产量(图 5d)和人口迅速增加(图 5c)带来的人为生物质燃烧(薪柴的使用、烧炭、烧荒等人类活动)和4次火事件(F7、F8、F9和F10)的影响，生物质燃料燃烧仍呈显著增加，表明这一时期人类活动的强烈影响(人为生物质燃料的使用和人类干扰下火事件频繁发生)超过不利的气象条件，成为生物质燃烧增加的决定性因素。1999年，生物质燃烧处于137年以来的最高水平，对应于玉溪气象站记录的年均温、粮食产量、粮食种植面积的最高值(图 5d)及年平均湿度的最低值(图 5b)表明有利于生物质燃料累积和可燃性的气象条件、人为生物质燃料的大量使用及人为干扰下火事件频繁发生共同主导了生物质燃料的峰值。1999年以后，随着粮食种植面积和粮食产量的下降指示的人为生物质燃料使用的减少(可能广泛使用化石燃料)和严格的林火防治措施减少了生物质燃料的燃烧。星云湖地区自1872年以来生物质燃烧呈显著增加的趋势与全球生物质燃烧自1870年以来显著下降的趋势[1]相反。究其原因，存在以下两种可能：1)与全球社会、经济进程的不均衡发展有关：1870年以来欧洲、美洲地区逐渐进入工业时代，而中国西南地区对生物质燃料的高度依赖性直到20世纪末期才逐渐改变。2)星云湖地区生物质燃烧模式受地方性因素的影响，仅是个例，不代表整个西南地区生物质燃烧模式的改变。未来我们需要更多基于高分辨率大炭屑分析重建的中国西南生物质燃烧模式变化的研究，以评估中国西南地区生物质燃烧模式的特征及其是否与全球生物质燃烧模式存在差异。
5 结论利用星云湖湖泊沉积物高分辨率大炭屑分析重建了该地区火势演化历史。Charster分析程序检测的火事件与森林火灾历史记录的较高一致性表明了湖泊沉积物大炭屑分析在重建星云湖地区火历史研究方面的可靠性。1933~1989年之间，检测到的8次火事件(Fire Episode)以不同分辨率记录了13次流域森林火灾和1次流域外或区域火事件。火事件频率(FEF)和火回归间隔(FRI)两个指标指示研究区过去137年以来(1872~2007年)火事件频率总体呈升高的趋势，由最低值1.22 FE/30 a(1872年)升高至最高值3.64 FE/30 a(1995年)，表明火事件发生逐渐趋向频繁；而火回归间隔与之相反，呈逐渐降低的趋势，由最高值35.23 a/fire(1914年)下降至最低值8.24 a/fire(1995年)(图 4)，表明相邻两次两次火事件发生的时间间隔呈逐渐缩短的趋势。大炭屑沉积通量作为生物质燃烧模式变化的代用指标，指示了过去137年以来生物质燃烧模式的变化。受小冰期凉爽气候条件、人为生物燃料匮乏及较少发生森林火灾的影响，1923年之前研究区生物质燃烧处于137年以来的最低值；受森林火灾频发和气温升高的影响，1923~1965年生物质燃烧显著升高；随着研究区人口数量、人类农业活动增强、森林火灾频发等因素影响，人类活动超过不利的气象条件，导致1965~1999年生物质燃烧迅速增加的趋势；1999年生物质燃烧达到最高值之后，随着人为生物质燃料的减少、森林防火措施的加强、农业种植结构调整等因素的影响呈显著下降的趋势。研究结果表明，气候变化、森林火灾、人类活动等因素共同驱动了星云湖地区1872年以来生物质燃烧模式的变化。
致谢: 感谢中国科学院古脊椎与古人类研究所李小强研究员、周新郢副研究员、赵克良副研究员及长安大学孙楠博士在大炭屑鉴定统计方面给予的指导和帮助。
| [1] |
Marlon J R, Bartlein P J, Carcaillet C, et al. Climate and human influences on global biomass burning over the past two millennia[J]. Nature Geoscience, 2008, 1(10): 697-702. DOI:10.1038/ngeo313 |
| [2] |
Ali A A, Higuera P E, Carcaillet C, et al. Long-term fire frequency variability in the eastern Canadian boreal forest:The influences of climate vs. local factores[J]. Global Change Biology, 2009, 15(5): 1230-1241. DOI:10.1111/gcb.2009.15.issue-5 |
| [3] |
Whitlock C, Higuera P E, McWethy D B, et al. Palaeoecological perspectives on fire ecology:Revisiting the fire-regime concept[J]. Journal of Open Ecology, 2010, 3(2): 6-23. DOI:10.2174/1874213001003020006 |
| [4] |
Power M J, Bush M B, Behling H, et al. Paleofire activity in tropical America during the last 21 ka:A regional synthesis based on sedimentary charcoal[J]. PAGES News, 2010, 18(2): 73-75. DOI:10.22498/pages.18.2 |
| [5] |
Power M J, Marlon J, Ortiz N, et al. Changes in fire regimes since the Last Glacial Maximum:An assessment based on a global synthesis and analysis of charcoal data[J]. Climate Dynamics, 2008, 30(7-8): 887-907. DOI:10.1007/s00382-007-0334-x |
| [6] |
Mooney S D, Harrison S P, Bartlein P J, et al. Late Quaternary fire regimes of Australasia[J]. Quaternary Science Reviews, 2011, 30(1-2): 28-46. DOI:10.1016/j.quascirev.2010.10.010 |
| [7] |
Chen Feng, Fan Zhaofei, Niu Shukui, et al. The influence of precipitation and consecutive dry days on burned areas in Yunnan Province, Southwestern China[J]. Advances in Meteorology, 2014(10): 93-97. |
| [8] |
Power M J, Whitlock C, Bartlein P, et al. Fire and vegetation history during the last 3800 years in Northwestern Montana[J]. Geomorphology, 2006, 75(3): 420-436. |
| [9] |
Millspaugh S H, Whitlock C. A 750-year history based on lake sediment records in central Yellowstone National Park, USA[J]. The Holocene, 1995, 5(3): 283-292. DOI:10.1177/095968369500500303 |
| [10] |
Long C J, Whitlock C, Bartlein P J, et al. A 9000-year fire history from the Oregon Coast Range, based on a high-resolution charcoal study[J]. Canadian Journal of Forest Research, 1998, 28(5): 774-787. DOI:10.1139/x98-051 |
| [11] |
Tinner W, Conedera M, Ammann B, et al. Pollen and charcoal in lake sediments compared with historically documented forest fires in Southern Switzerland since AD 1920[J]. The Holocene, 1998, 8(1): 31-42. DOI:10.1191/095968398667205430 |
| [12] |
Olsson F, Gaillard M J, Lemdahl G, et al. A continuous record of fire covering the last 10, 500 calendar years from Southern Sweden-The role of climate and human activities[J]. Paleogeography, Paleoclimatology, Paleoecology, 2010, 291(1-2): 128-141. DOI:10.1016/j.palaeo.2009.07.013 |
| [13] |
Whitlock C, Larson C. Charcoal as a fire proxy[M]//Smol J P, Birks H J B, Last W M, et al. Tracking Environmental Change Using Lake Sediments. Volume 3: Terrestrial, Algal, and Siliceous Indicators. Dordrecht, The Netherlands: Kluwer Academic Publishers, 2001: 75-97.
|
| [14] |
Whitmore T J, Brenner M, Song X L, et al. Environmental implications of the Late Quaternary diatom history from Xingyun Hu, Yunnan Province, China[C]//11th Diatom Symposium, 1990: 525-538.
|
| [15] |
侯长定, 吴献花. 抚仙湖-星云湖出流改道工程环境影响分析[J]. 云南地理环境研究, 2002, 14(2): 333-340. Hou Changding, Wu Xianhua. Analysis of ecological effect of altering outlet project of Xingyun Lake[J]. Yunnan Geographic Environment Research, 2002, 14(2): 80-88. |
| [16] |
宋学良, 吴遇安, 蒋志文, 等. 云南中部石灰岩地区高原湖泊古湖沼学研究[M]. 昆明: 云南科技出版社, 1994: 15-17. Song Xueliang, Wu Yu'an, Jiang Zhiwen, et al. Paleolimnological Studies on the Limestone District in central Yunnan China[M]. Kunming: Yunnan Science & Technology Press, 1994: 15-17. |
| [17] |
张立原, 张宏亮, 张世涛, 等. 滇中星云湖地区200年来的环境演化[J]. 地质科技情报, 2006, 25(3): 8-12. Zhang Liyuan, Zhang Hongliang, Zhang Shitao, et al. Environmental evolution in the past 200 years of Xingyun Lake, central Yunnan Province, Southwestern China[J]. Geological Science & Technology Infromation, 2006, 25(3): 8-12. |
| [18] |
云南省江川县史志编纂委员会. 江川县志[M]. 昆明: 云南人民出版社, 1994: 104-176. The Codification Committee of Jiangchuan Country Annals. Jiangchuan Country Annals[M]. Kunming: Yunnan People's Publishing House, 1994: 104-176. |
| [19] |
Wu J, Gagan M K, Jiang X, et al. Sedimentary geochemical evidence for recent eutrophication of Lake Chenghai, Yunnan, China[J]. Journal of Paleolimnology, 2004, 32(1): 85-94. DOI:10.1023/B:JOPL.0000025290.09365.98 |
| [20] |
徐鑫, 李宜垠. 基于3种不同类型的炭屑数据定量重建大兴安岭火历史的结果对比[J]. 第四纪研究, 2015, 35(4): 960-966. Xu Xin, Li Yiyin. Comparison of the fire history reconstructions from three different kinds of charcoal data on the same site, Daxing'an Mountain[J]. Quaternary Sciences, 2015, 35(4): 960-966. |
| [21] |
李小强, 周新郢, 尚雪, 等. 黄土炭屑分级统计方法及其在火演化研究中的意义[J]. 湖泊科学, 2006, 18(5): 540-544. Li Xiaoqiang, Zhou Xinying, Shang Xue, et al. Different size method of charcoal analysis in loess and its significance in the study of fire variation[J]. Journal of Lake Sciences, 2006, 18(5): 540-544. DOI:10.18307/2006.0517 |
| [22] |
Marlon J, Bartlein P J, Whitlock C. Fire-fuel-climate linkages in the northwestern USA during the Holocene[J]. The Holocene, 2006, 16(8): 1059-1071. DOI:10.1177/0959683606069396 |
| [23] |
王宇. 云南气候变化概论[M]. 北京: 气象出版社, 1996: 53-58. Wang Yu. Introduction to Climate Change in Yunnan[M]. Beijing: China Meteorological Press, 1996: 53-58. |
Abstract
Fire is proved to be an important ecological and environmental factor in maintaining Pinus yunnanensis forest ecology structure and function by ecological observation. The knowledge about climate-vegetation-fire-human activity is crucial for current and future forest management and biodiversity conservation at the context of global change. However, we know little about the role of fire in Pinus yunnanensis forest formation and evolution. Before research about climate-vegetation-fire-human activity relation using a long sediment core from Xingyun Lake, SW China. We assessed the reliability of fire regime reconstruction by sediment macrocharcoal analysis. Meteorological observation data, social statistical data and historical forest fires data were combined with biomass burning(reconstructed by CHAR) to find driver and mechanism of biomass burning pattern change. Analysis of the sedimentary macroscopic charcoal by 1-cm resolution in a 0.42 m core that retrieved from Lake Xingyun(24°21'33.4″N, 102°47'11.1″E; depth in 7.3 m), SW China provided a record of annual-to decadal-scale changes in fire regime over the last 137 years. Fire episodes detected by a sedimentary macroscopic charcoal analysis were compared with historical fire events(1933~1989). The close agreement between detected fire episodes and historical fire records suggested that a high-resolution sedimentary macroscopic charcoal analysis of Lake Xingyun provides a suitable method for investigating local fire history. A total of 12 fire episodes were detected in the lake sediment. Between 1933 and 1989, 8 fire episodes were detected, which corresponded to 13 local fire events and 1 extra-local or regional fire event. Changes in the CHAR(i.e., charcoal accumulation rate), fire Episode Frequency and the Fire Return Interval reflected changes in the fire regime during the last 137 years. Fire Episode Frequency, which raised from 1.22 FE/30 a to 3.64 FE/a, marked frequently occurred fire events. Climate change, anthropogenic burning of biofuels, forest fires, planting structure change and fire suppression measures had influenced the biomass burning patterns since 1872. Before 1923, there was little biomass burning, corresponding to low temperature of Little Ice Age and little human use of biofuels. High temperatures, increasing anthropogenic biofuels burning and 5 fire episodes contributed to the increase in biomass burning between 1923 and 1965. Between 1965 and 1999, the rapidly increasing human burning of biofuels and 4 forest fire episodes rapidly increased total biomass burning. The biomass burning increasing trend since 1872 around Xingyun Lake, which is opposite with the global biomass burning decreasing trend(which started from 1870 A.D.), suggests the probability of spatial heterogeneity in biomass burning trend since 1870 between China and developed countries, such as Europe and America. However, more data, especially from SW China, is needed to understand the regional and global biomass burning patterns.