湖泊沉积粪生菌孢记录的中国北方全新世牧业发展及其驱动因素

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长期以来,牧业一直是中国北方草原区和青藏高原区人们的主要生计方式。但是与牧业活动相关的考古资料和历史文献记录相对缺乏,而且动物考古证据、古生态记录和食草动物基因溯源研究结果有较大的分歧,牧业何时开始、何时增强及其驱动因素一直不甚明晰。中国北方农牧交错带是牧业文明和农业文明相互联系的区域,也是东西方早期文化与技术交流的关键场所,因此是研究过去人地关系和农牧演化历史及其驱动因素的理想区域。该区域历史时期气候变化频繁,生态环境脆弱,人口数量变化大,农牧业生计方式发生过多次转变。尽管有零星的人类活动历史文献记载,但由于缺乏连续的、客观的农业和牧业活动变化的记录以及高分辨率的古气候环境变化记录,难以全面理解农牧业的发展过程、规律及其与自然、社会因素的关系,难以更好地理解该区域人类活动与环境变化的相互作用。基于以上问题,本研究在分析青藏高原东北缘16组现代食草动物粪便样品和10组表土样品中粪生真菌孢子的基础上,以北方地区公海、更尕海和天鹅湖三个湖泊岩芯(共23.13米)作为研究对象,分析了三个湖泊岩芯的1139个样品的粪生菌孢组合变化,以及天鹅湖岩芯的520个花粉样品。基于现代过程调查和前人研究发现,粪生菌孢含量,尤其是Sporormiella-type孢子(小荚孢腔菌属)含量变化能指示食草动物数量及牧业活动强度变化。利用祁连山天鹅湖花粉记录中蒿藜比值重建了3.5 ka(1 ka=1000年)以来平均分辨率约7年的区域有效湿度变化历史。通过山西公海湖泊岩芯中农作物花粉含量变化重建了该地区历史时期以来平均分辨率约6年的农业活动强度变化历史。此外,还搜集了研究区考古证据和历史文献资料,结合古气候、古环境代用指标记录,初步揭示我国北方地区全新世牧业发展过程及其可能的驱动因素,并深入探讨历史时期气候变化和社会变迁对农牧业活动强度变化的影响,得到以下结论:(1)现代食草动物粪便和表土样品中,Sporormiella-type菌孢在粪生菌孢中占主导,其含量变化能用于指示食草动物数量和牧业活动强度变化。山西公海近几十年Sporormiella-type菌孢含量变化与档案记录的家养绵羊和山羊数据变化趋势比较一致,因而可以用于重建更长时间尺度的食草动物数量变化。(2)基于青藏高原共和盆地更尕海和山西北部公海湖泊岩芯样品中Sporomiella-type菌孢的记录,对比青海湖盆地风成剖面中粪生菌孢含量变化,以及北方地区考古遗址中动物骨骼(不包括猪的骨骼)的C-14年代累积概率,认为中国北方地区牧业活动在~5.7-5.5 ka开始出现,在~4.2-4.0 ka后进一步增强。结合区域古气候记录,认为中国北方牧业活动的发展历程与气候变化有关:中全新世欧亚草原区气候整体暖湿的背景下,在5.7-5.5 ka前后,区域内部分地区突发干旱,而中国北方地区气候整体暖湿,使得内陆草原地区早期牧业活动向东、向南迁至我国北方地区;而后,寒冷干旱的“4.2 ka事件”导致高纬草原地区人口迁移,促进了北方草原地带牧业活动的南向扩张;约3.6 ka以来,中国北方地区牧业活动迅速发展和扩散,这得益于家马大量驯化并作为交通工具用于放牧活动。(3)在历史时期,对比祁连山天鹅湖孢粉记录的气候变化与同地层菌孢记录的牧业强度变化发现,干旱区山地牧业强度总体与区域湿度变化相反,干旱的气候条件可能限制了河西走廊低地农业的发展,而使得山区牧业活动增强。在极端干旱、人口减少的时期,山区牧业强度减弱,如公元380-580年期间。而公元580-720年期间和公元1920年以来,山区牧业强度增强,可能与河西走廊低地温暖湿润的气候、人口增加和生计方式多样化有关。在半湿润区,山西公海湖泊岩芯的农作物花粉和菌孢记录表明,在温暖湿润的气候条件下,农业向北、向高海拔地区扩张,与王朝强盛和社会稳定时期相吻合,如隋、唐朝早中期和北宋时期;在寒冷干旱的气候条件下,恶劣的气候和不稳定的社会条件限制了区域农业的发展,牧业活动转变成为一种主要的生业模式,如魏晋南北朝和明清时期。对公海岩芯农作物花粉含量和粪生菌孢数据进一步进行周期分析,结果表明农业活动变化的周期比牧业长,这可能是因为农业活动对气候变化的适应能力更强,而且农民对土地的依附性更强。对比多个牧业活动强度记录进一步发现,干旱的气候限制了低海拔地区农业发展,推动山区牧业发展;气候温和湿润、民族深度融合发展的隋朝和唐朝早中期,人口数量增加,生计方式多样化,使得牧业活动整体增强;近几十年来,由于农业技术的革新,以及牧场资源和家畜数量的合理管控,牧业强度呈现出减弱的趋势。此外,历史时期公海和天鹅湖地区的牧业强度变化表现出不同的周期,表明我国北方地区牧业强度变化受到气候和社会因素的共同控制。本研究提供了多组末次冰消期以来高分辨率的粪生真菌孢子记录,是国内首次从湖泊沉积物中微体化石的角度为北方全新世牧业的发展历史提供了一系列新证据和新认识,并首次揭示了北方地区历史时期农牧业活动强度存在不同的变化周期。祁连山西段湖泊孢粉重建的高分辨率的湿度变化记录,为探究丝绸之路沿线人类活动变化的自然驱动因素提供了区域气候变化背景。深入研究中国北方地区牧业发展历史及其驱动因素对理解和认识过去植被环境变化、人与环境相互作用及过去人类活动引起的地球物理变化过程具有重要意义。独立的农牧业活动强度变化记录有助于更好地理解该地区人类活动对土地利用、土地覆盖变化及土壤退化的影响,为研究古人类如何适应气候环境和社会发展提供了历史参考。
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