中国东部全新世农业活动的证据——来自禾本科植物花粉的发现

《CATENA》：Holocene agricultural activities revealed by cereal Poaceae pollen in eastern China

本研究通过对比中国东部耕作地与非耕作地禾本科花粉丰度，建立3.8%的阈值区分农业用地。利用该阈值重建 Holocene 农业活动，显示气候适宜期（约5.5ka BP）农业加剧，人口压力促使向高海拔扩张。

　　

Lina Liu|Haoyan Wang|Kai Li|Xianyong Cao

浙江师范大学生命科学学院，中国金华321004

摘要

了解全新世时期的农业活动有助于我们更好地理解人类与土地的关系，并有助于制定可持续的生态系统管理策略。在这项研究中，我们比较了中国东部耕地与非耕地之间的禾本科植物花粉数量，并使用逻辑回归模型确定了区分这两种土地利用类型的阈值。研究结果表明，耕地与非耕地之间的禾本科植物花粉数量存在显著差异，可以通过3.8%的禾本科植物花粉阈值来区分它们。我们将这一阈值应用于化石花粉记录，以重建全新世中国东部的农业活动。这一阈值可能反映了农业活动的加剧，而非其开始。全新世初期出现禾本科植物花粉可能表明农业活动已经存在。重建结果显示，中国东部的农业活动在大约5500年前显著加剧，主要是由于气候条件适宜；农业活动主要集中在低海拔地区；并在约2000年前由于人口快速增长带来的生存压力开始向高海拔地区扩展。这项研究展示了禾本科植物花粉在重建农业活动中的重要性，增强了我们对中国农业历史的理解。

引言

人类活动，尤其是农业活动，对土地覆盖产生了长期而深远的影响（Newbold等人，2015年；Klein Goldewijk等人，2017年；Ellis等人，2021年；Radwan等人，2021年）。土地覆盖的变化不仅影响人类居住环境的质量，还影响区域和全球气候（Pongratz等人，2010年；Fang等人，2020年；Yue等人，2020年；Wang等人，2022年）。因此，长期的人类土地利用历史（尤其是在全新世期间）已成为古环境研究的关键焦点（例如Mercuri等人，2019年；Chen等人，2022年；Dawson等人，2024年）。了解农业历史可以为理解人类与土地的关系提供关键见解（Fuller等人，2023年）。

植物和动物的遗骸可以为农业实践提供直接证据（Fuller，2006年）。作为植被变化和土地利用的直接指标，化石花粉已被广泛用于长期农业重建（例如Wei等人，2020年；Huang等人，2021年；Tserendorj等人，2021年；Cao等人，2022年；Deza-Araujo等人，2022年；Quamar和Kar，2022年）。其中，禾本科植物花粉作为栽培作物的最直接证据，在农业历史重建中发挥着重要作用（例如Xu等人，2010年；Yang等人，2012a；Park和Kim，2015年；Tarasov等人，2019年；Qiu等人，2020年；Wang等人，2025年）。然而，许多研究中的农业活动重建通常基于对禾本科植物花粉的定性推断，利用其存在来指示农业活动的发生，并通过其数量变化来评估活动强度。Shi等人（2024年）最近发现，禾本科植物花粉的数量与农业面积没有一致的线性关系。这项研究为农业活动的定量解释提供了新的视角，并揭示了仅使用禾本科植物比例的变化作为农业强度指标可能存在问题。与先前的研究一致（Huang等人，2018年；Li等人，2019年；Han等人，2020年；Wang等人，2025年），Shi等人（2024年）还发现了耕地与非耕地之间的花粉组合差异，并强调了禾本科植物花粉对耕地的意义。然而，这些研究尚未明确如何利用禾本科植物花粉定量区分耕地与非耕地。因此，为了提高农业历史重建的可靠性，有必要对耕地和非耕地植被的花粉组合进行更多的定量研究，重点关注禾本科植物花粉。

中国东部包括平原（包括华北平原、东北平原和中下游长江平原）和低地，以及一些低海拔高原和盆地。该地区主要位于季风区，是中国的主要农业区。根据考古证据，该地区的农业历史可以追溯到大约1万年前（cal. ka BP）（Lu等人，2009年；Yang等人，2012b年；Wang等人，2014年；Zhang等人，2024年）。为了揭示该地区的农业历史，中国东部也进行了许多现代和化石花粉研究（例如Li等人，2019年；Han等人，2020年；Sun等人，2022年；Shi等人，2024年；Yue等人，2024年；Song等人，2025年）。然而，全新世期间禾本科植物花粉的空间和时间分布仍不清楚，这在一定程度上限制了我们对中国东部农业历史的理解。

在这项研究中，我们对中国东部的现代花粉数据集进行了数值分析，以确定耕地与非耕地之间禾本科植物花粉数量的差异。然后根据禾本科植物花粉的差异分析了中国东部的化石花粉记录。我们的目标是：（1）确定并评估用于识别农业活动的禾本科植物花粉阈值；（2）利用禾本科植物花粉阈值概述全新世中国东部的农业历史。

现代花粉数据集

本研究中使用的现代花粉数据来自Cao等人（2022年）开发的扩展现代花粉数据集（n = 9165），覆盖了东亚和北亚地区。由于我们的重点是探索全新世中国东部的农业历史，因此仅选择了位于中国东部的现代花粉地点。选定的现代花粉地点符合以下标准：1）年平均降水量超过400毫米；2）海拔低于3000米；3）

耕地和非耕地样本中的现代花粉组合

PCA排序基于51种花粉类群，显示耕地和非耕地的花粉组合存在显著差异（图2）。禾本科植物和其他草本植物（如野生禾本科植物、十字花科植物、苋科植物和莎草科植物）在耕地中的比例较高，主要位于PCA轴的正方向；而树木花粉（如桦树、云杉、榛树和冷杉）在非耕地中的比例较高，主要位于

禾本科植物花粉阈值在农业活动重建中的可靠性

在中国不同地区对自然和人工植被（包括耕地和荒地）的现代花粉组合进行了一系列研究（例如Li等人，2012年；Li等人，2015年；Li等人，2019年；Han等人，2020年；Shi等人，2024年；Wang等人，2025年）。然而，这些研究主要关注比较花粉组合的差异，以识别人类活动的花粉指标。因此，目前对化石花粉中农业活动的解释

结论

通过定量比较中国东部耕地和非耕地的禾本科植物花粉，我们得出结论：可以使用3.8%的禾本科植物花粉阈值来区分耕地和非耕地，并利用这一阈值重建中国东部的过去农业活动。然而，化石花粉记录中的这一阈值反映了农业活动的加剧，而非其开始，这是由于花粉保存状况较差且花粉来源面积较小所致

CRediT作者贡献声明

Lina Liu：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，方法学，调查。Haoyan Wang：数据管理。Kai Li：验证。Xianyong Cao：监督。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了青藏高原地球系统优秀研究计划（编号42588201）的支持。Cathy Jenks协助进行了语言编辑。