近
  <strong>1 100</strong>年来小兴安岭火灾演化历史及其对环境变化的响应

doi:10.11867/j.issn.1001-8166.2023.067

地球科学进展 ›› 2023, Vol. 38 ›› Issue (11): 1173 -1185. doi: 10.11867/j.issn.1001-8166.2023.067

近 1 100年来小兴安岭火灾演化历史及其对环境变化的响应

张璐 ¹(

), 王伟 ³, 贾国栋 ², 伊凯 ¹, 张振卿 ²(

)

^1.天津师范大学地理与环境科学学院，天津 300387
^2.天津师范大学京津冀生态文明发展研究院，天津 300387
^3.中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津 300222

收稿日期:2023-05-15 修回日期:2023-09-07 出版日期:2023-11-10
通讯作者: 张振卿 E-mail:zl1965774519@163.com;zhangzq@tjnu.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金项目(41871098)

Fire Evolution History of the Xiaoxing’an Mountains and Its Response to Environmental Change During the Past 1 100 Years

Lu ZHANG ¹( ), Wei WANG ³, Guodong JIA ², Kai YI ¹, Zhenqing ZHANG ²( )

^1.School of Geographic and Environmental Sciences, Tianjin Normal University, Tianjin 300387, China
^2.Academy of Eco-civilization Development for Jing-Jin-Ji Megalopolis, Tianjin Normal University, Tianjin 300387, China
^3.Beifang Investigation, Design & Research CO. LTD, Tianjin 300222, China

Received:2023-05-15 Revised:2023-09-07 Online:2023-11-10 Published:2023-11-24
Contact: Zhenqing ZHANG E-mail:zl1965774519@163.com;zhangzq@tjnu.edu.cn
About author:ZHANG Lu, Master student, research area includes palaeoenvironmental charcoal research. E-mail: zl1965774519@163.com
Supported by:
the National Natural Science Foundation of China(41871098)

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为揭示小兴安岭地区火灾长期演化规律，基于一个典型泥炭沉积柱芯的大（>125 μm）、中（50~125 μm）、小（<50 μm）3种炭屑组分记录，分别重建了近1 100年来局地、局域和区域火灾演化历史，并结合区域已有气候、植被和人类活动资料，探讨了其对环境变化的响应机理。研究结果表明，相对暖干的气候条件易引发火灾，但火灾频率和强度分别受草本植物和木本植物相对比例的控制。受此环境条件影响，1 100~900 cal a BP采样泥炭地的局地、局域和区域火灾频率和强度较低，900~570 cal a BP达到最高，随后570~200 cal a BP显著降低。近200 cal a BP来，受人类活动和气温升高的共同驱动，采样地局域和区域火灾频率显著上升，而采样地局地火灾频率和强度相对较低，主要受湿度增加和乔木植物减少的制约。

关键词: 火灾, 小兴安岭, 炭屑, 人类活动

To reveal the long-term evolution of fire in the Xiaoxing’an Mountains, the historical fire records for the past 1100 years were reconstructed at the local, neighboring, and regional scale based on the analysis of large (>125 μm), medium (50~125 μm) and small (<50 μm) charcoal found in a representative peat core. Based on this, in combination with data on the existing climate, vegetation, and human activities in the study area, the mechanism of response to environmental changes is discussed. Our findings indicate that relatively warm and dry climatic conditions were conducive to fire occurrence. Fire frequencies and intensities were controlled by herbaceous and woody plants, respectively. Affected by such environmental conditions, the local, neighboring, and regional fire regimes during 1 100~900 Cal a BP exhibited much lower frequencies and intensities. Subsequently, fire regimes during 900~570 Cal a BP reached the highest frequencies and intensities. Thereafter, the fire frequencies and intensities decreased significantly during periods 570~200 Cal a BP. In the past 200 Cal a BP, increasing fire frequencies in neighboring and regional areas around the sampling site were attributed to the combined effects of strengthened human activities and rising temperatures. However, the relatively low frequencies and intensities of local fires at the sampling site were primarily constrained by unfavorable conditions of increased climatic humidity and reduced prevalence of woody plants.

Key words: Fire, Xiaoxing’an Mountains, Charcoal, Human activities

中图分类号:

P531

图1 黑龙江省小兴安岭YH泥炭柱芯采样点位置图

Fig. 1 The map showing the location of peat core YH in Xiaoxing’an Mountains of Heilongjiang Province

图2 YH泥炭柱芯的总炭屑与不同粒径炭屑累积速率随年龄、深度变化
柱芯年龄—深度模型中蓝色数据点为AMS ¹⁴C实测数据，绿色代表柱芯顶部默认采样时间（-60 cal a BP）；红线代表非贝叶斯沉积模型计算的线性回归结果；2条灰色曲线指示回归结果的95%置信区间；S1、S2和S3为不同粒径炭屑累积速率整体趋势的3个阶段

Fig. 2 The variation of accumulation rates of total charcoal and different particle sizes charcoal along with age and depth of peat core YH
The blue data points are the measured data of AMS ¹⁴C in the core-age and depth model. Green represents the default sampling time at the top of the core （-60 cal a BP）； The red line represents the linear regression results calculated by the Non-Bayesian deposition model； The two gray curves indicate the 95% confidence interval for the regression results； S1， S2 and S3 are the three stages of the overall trend of the accumulation rate of charcoal of different particle sizes

图3 YH泥炭柱芯的大炭屑与不同形态炭屑累积速率随年龄和深度变化
P1、P2、P3和P4为长圆比的峰值

Fig. 3 The variation of accumulation rates of large charcoal and different morphology charcoal with age and depth of peat core YH
P1， P2， P3 and P4 are the peaks of the accumulation rate of charcoal in long leaves and round leaves

图4 基于YH泥炭柱芯的大、中和小炭屑记录的局地、局域和区域古火灾演化历史
（a）、（d）和（g）中黑线标识炭屑背景（C _back），灰色矩形标识插值炭屑累积速率（C _int）；（b）、（e）和（h）中正黑线和负黑线代表识别与噪声相关的可变性（C _thresholds），黑色矩形标识炭屑峰值（C _peak），第95百分位标准用“+”表示（C _{peaks ID}）；（c）、（f）和（i）中黑色曲线标识火灾频率

Fig. 4 Evolution history of local， neighboring and regional paleofires based on large， medium and small charcoal records of YH peat core
（a），（d） and （g）： The black line identifies the CHAR background（C _back）， and the gray rectangle identifies the interpolated charcoal accumulation rate （C _int）；（b），（e） and （h）： The positive and negative black lines represent the identification of noise-related variability （C _thresholds）， the black rectangle identifies the CHAR peak （C _peak）， and the 95th percentile criterion is denoted by “+” （C _{peaks ID}）；（c），（f） and （i）： The black curve identifies the fire frequency

图5 小兴安岭采样泥炭地局地、局域和区域火灾演化及其对环境变化的响应
（a）大炭屑累积速率；（b）局地火灾频率；（c）局地草本/木本值（大炭屑长圆比）；（d）中炭屑累积速率；（e）局域火灾频率；（f）小炭屑累积速率；（g）区域火灾频率；（h）区域草本/木本值 ^{［

29
］}（基于YH柱芯孢粉数据）；（i） YH柱芯孢粉浓度 ^{［

29
］}；（j）呼伦湖沉积物孢粉记录的年均降水量 ^{［

44
］}；（k）金川泥炭地碳纤维δ ¹⁸O记录的温度代用曲线 ^{［

45
］}；（l）黑龙江省历史人口数量 ^{［

46
］}；黑色条带代表火灾高发期，灰色条带代表火灾低发期

Fig. 5 Local， neighboring and regional fire evolution in sampled peatlands of the Xiaoxing’an Mountains and its response to environmental change
（a） Accumulation rate of large charcoal；（b） Local fire frequency；（c） Local herbaceous and woody ratio （The long-round ratio of large charcoal）；（d） Accumulation rate of medium charcoal；（e） Neighboring fire frequency；（f） Accumulation rate of small charcoal；（g） Regional fire frequency；（h） Regional Herbaceous and woody ratio （based on YH core pollen data） ^{［

29
］}；（i） YH peat core pollen concentration ^{［

29
］}；（j） The annual precipitation recorded by sediment pollen in Hulun Lake ^{［

44
］}；（k） Temperature proxy curves recorded by carbon fiber δ ¹⁸O in Jinchuan peatland ^{［

45
］}；（l） Historical population of Heilongjiang Province ^{［

46
］}； The black strip represents the high incidence period of fire， and the gray represents the low incidence period of fire

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