印度夏季季风和人类活动驱动的中国西南地区全新世野火

《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：Holocene wildfires driven by the Indian summer monsoon and human activity in Southwest China

　　

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  同步的全新世木炭记录揭示了中国西南地区的非线性野火模式。
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  夏季季风诱导的深层土壤水文遗留效应主导了该地区的野火变化。
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  加剧的人工森林砍伐导致自距今2.5千年以来野火活动减弱。

引言

近年来，全球野火的频率和强度不断增加，与全球变暖加剧的异常天气和极端气候事件密切相关（Scholten等人，2021）。例如，2019–2020年火灾季澳大利亚东部一系列覆盖超过700万公顷的野火，在很大程度上是由极端干旱事件与强烈的干热西风共同引起的（Bowman等人，2021）。在过去几十年中，美国西海岸的燃料干燥度显著增加。在该地区，约75%的森林区域经历了高火灾季节燃料干燥度（>1 σ），其中人为诱导的气候变化对此变化的贡献超过50%（Abatzoglou和Williams，2016）。自20世纪80年代以来，由于厄尔尼诺引发的干旱和人为用火，印度尼西亚的苏门答腊和加里曼丹岛周期性出现严重火灾年份，使数百万人暴露在危害性的空气质量差的环境中（Field等人，2016）。类似地，2015–2016年强厄尔尼诺引发的干旱和亚马逊雨林广泛森林火灾导致估计有25亿±3亿株植物死亡，并排放了495±94 Tg CO₂（Berenguer等人，2021）。气候预测表明，在未来的增温情景下，干旱、热浪、强风及其复合事件的频率和严重程度将在全球范围内增加（Chen和Yuan，2021；Tripathy等人，2023）。反之，野火活动的增加将排放大量温室气体和烟雾气溶胶，其辐射效应将进一步加剧增温，形成正反馈（Huang等人，2023；Zheng等人，2023）。因此，理解气候与野火之间的联系对于预测野火模式在未来增温情景中的作用是必要的。

在地质时间尺度上，对末次冰盛期以来全球木炭记录的合成分析表明，仅年平均温度就能解释木炭方差的半数以上（R² = 0.56），而年降水量与蒸散量的差值贡献较小（R² = 0.14）（Daniau等人，2012）。较暖的条件更容易引发着火，增强蒸发从而降低土壤含水量，并通过增加植被生物量间接加剧野火强度。此外，温度与野火的关系通过降水对燃料可用性和燃料含水量的影响而受到调节（van der Werf等人，2008；Moritz等人，2012；Ning等人，2020）。然而，与全球模式相反，在亚洲、非洲和澳大利亚的季风区，全新世热最大值期间生物质燃烧最弱，当时加强的季风带来了更暖更湿的条件（Marlon等人，2013）。这一结果凸显了野火–气候相互作用中的区域差异。在这些季风区，野火可能对水文条件的变化比热力条件的变化更为敏感。此外，自晚全新世以来，人类活动日益重塑人们生活和工作的环境。用火、森林砍伐和农业等实践都可能影响野火的频率和强度。因此，阐明野火、气候和人为强迫之间长期且具有区域特异性的关系和路径，对于预测未来野火至关重要。

中国西南（SWC）是一个易发野火的地区。尽管SWC的年均条件通常湿润，但降水的季节性显著，雨季以印度夏季季风为主，旱季受西风系统以及东亚冬季季风控制（Wang等人，2017；Xiao等人，2020）。一系列基于湖泊沉积物的研究关注了SWC野火、气候与人类活动之间的长期相互作用（Ning等人，2020；Sun等人，2016；Wang等人，2024a；Xiao等人，2017；Xiao等人，2018；Xiao等人，2020；Yuan等人，2022；Zhang等人，2015；Zhang等人，2024；Zhou等人，2003）。研究普遍认为，在这个季风区，植被干燥对野火的发生和强度至关重要，这主要与降水量有关（Zhang等人，2015；Xiao等人，2017），而非简单的温度–野火关系（Ning等人，2020）。东亚夏季季风（EASM）和印度夏季季风（ISM）的降水都与热带辐合带（ITCZ）的纬度位移密切相关，而后者主要由南北半球之间的热平衡所支配，因此受太阳辐射的进动周期和经向翻转环流（AMOC）变化的影响（Hong等人，2019；Park等人，2023）。根据仪器观测，厄尔尼诺–南方涛动（ENSO）导致了SWC和中国东部之间野火发生的双极现象；厄尔尼诺对应异常高温、干旱和大风条件，导致SWC野火频发，反之亦然（Fang等人，2021；Du等人，2021）。在厄尔尼诺期间，西太平洋暖池东移以及沃克环流的上升支导致热带印度洋冷却，进而导致ITCZ南移，引发SWC季风区的干旱（Yang等人，2021）。北大西洋涛动（NAO）也导致中国不同地区之间野火的振荡。在SWC，正相位NAO导致降水增加，从而减少野火（Resco de Dios等人，2023；Cui等人，2014）。此外，以东亚冬季季风（EAWM）和冬季西风急流为代表的冬季环流也显著影响SWC的冬季风速和温度（Shen等人，2015），这可能会严重影响野火季的燃烧条件。SWC的新石器时代遗址早在距今7千年就已出现（Ma等人，2024）。在距今4.5千年的遗址上已发现原始农业的证据，到距今1.8千年时建立了梯田农业系统（Kan, 1978；Zhou等人，2023）。一些研究表明，自晚全新世以来，野火活动受到了人类活动的影响，尽管这种影响的方向因遗址而异。一些研究表明，人为用火和景观开放加剧了野火（Xiao等人，2020；Zhang等人，2024）；然而其他研究表明，人为森林砍伐限制了燃料的丰富度，从而减少了野火（Yuan等人，2022）。总之，阐明局地气候、人类活动和大规模环流对全新世不同阶段SWC野火变化的贡献至关重要。

本研究将抚仙湖（FX，岩芯FXH-1）和异龙湖（YL，岩芯YLH-1）的新木炭通量记录与SWC其他六个湖泊已发表的木炭数据集相结合（图1），以合成全新世区域生物质燃烧模式。通过木炭通量与局地（站点特定）气候和植被因子（如温度、降水、植被类型和生物量）、大规模环流因子（如季风、西风急流）以及人类活动指标之间的非线性建模，我们确定了该地区野火的关键驱动因素及其在全新世的影响路径。

章节摘要

研究区

中国西南（SWC）大致对应于东经98–108度、北纬22–30度的区域，地形多山，从海拔约1000米到5000米具有巨大的垂直梯度。SWC主要受亚热带湿润季风气候影响，季节间水文差异显著。夏季，源自海洋的ISM和EASM带来充沛的湿气；冬季气候受以低降水和蒸发量大为特征的西风系统主导（Zhang等人，2017；图1b）。

抚仙湖和异龙湖的全新世木炭通量记录

抚仙湖（岩芯FXH-1）和异龙湖（岩芯YLH-1）的年龄–深度模型分别使用七个和八个放射性碳定年数据构建（图2a–b；补充表S5）。FXH-1模型最初由Sun等人（2018）发表，但在此使用IntCal20曲线进行了重新校准。FXH-1岩芯涵盖了过去13.0千年，中位沉积速率在0.03至0.15 cm/yr之间波动；YLH-1岩芯涵盖了过去14.9千年，中位沉积速率波动于

讨论

燃料、氧化剂和点火源构成了燃烧的主要三要素。就野火而言，这些要素主要指植被（生物量和类型）以及适宜的水热条件，而这些条件进一步受大规模环流模式的支配（Zhao和Liu，2019）。此外，对火种保存和有意传播的结构化掌握使人为因素能够逐步增加点火源的基础密度，扩大了野火

结论

总之，SWC的合成沉积木炭通量记录显示了清晰的区域一致生物质燃烧模式，与亚洲季风区的其他部分一致。生物质燃烧在全新世开始时达到最大值，在全新世热最大值期间达到最小值。SWC生物质燃烧的总体趋势受ISM强度的调节。季风引起的夏季降水通过深层土壤水文效应调节春季生物质燃烧

CRediT作者贡献声明

Yuesong Gao：写作–审阅与编辑，写作–初稿，可视化，项目管理，方法论，资金获取，形式分析，数据管理，概念化。Min Wang：方法论，形式分析，数据管理。Pengrui Yang：写作–初稿，形式分析，数据管理。Guangjie Chen：写作–审阅与编辑，写作–初稿，可视化，资金获取，形式分析，概念化。Qifa Sun：方法论，调查，

利益冲突声明

作者声明他们没有利益冲突。

致谢

本研究由中国科技部国家重点研发计划（2023YFC3081600）、国家自然科学基金（NSFC）（编号：42177437、41372191、42167065）、云南省基础研究项目（202501CF070006）、云南省野外科学观测研究站（202305 AM070002）、西南联大研究生院云南省科技项目（202302AP370001）以及研究生教育改革资助

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