人类活动对自然环境的影响至少已有两千年

近日,兰州大学西部环境教育部重点实验室陈发虎院士团队的一项研究,揭示出在东亚夏季风增强时,人类活动变强,沙尘暴则增多;而在东亚夏季风减弱时,人类活动变弱,沙尘暴则减少。研究发现,两千年来人类活动的显著增强是导致出现这一现象的主要原因,人类活动的影响可能至少在两千年前就已经超越自然变率控制了亚洲沙尘暴历史的变化。

人类活动对自然环境的影响至少已有两千年
河西走廊戈壁滩. Credit: Randy

科学评估自然气候变化和人类活动在沙尘暴活动中的相对贡献是极具挑战的前沿科学问题。该团队过去的研究发现,东亚夏季风降水变化对中国文明的历史演化具有重要的影响,如季风增强时,朝代强盛(如汉、唐、宋);而季风减弱时,朝代容易发生更替(如唐末、元末、明末)。目前,我国对过去两千年来气候变化对社会经济及其朝代更替的影响已经有较好的研究,拥有相关的可靠演化历史重建及其影响的关联研究。但是,对于东亚夏季风降水引起文明更替后(如朝代更替导致人口数量的急剧变化)的生态效应一直是未被科学界探索的科学问题,特别是气候环境变化引起人类活动的变化,进而影响生态环境方面还缺少科学考证。比如,是否会间接影响地表过程的变化,特别是季风影响下人口数量的快速变化是否可能产生对地表景观变化的影响,进而导致其变化超出自然变率的变化范围,仍然不清楚。为解决这一重大科学问题,急需一条可以反映东亚地区过去两千年来地表景观变化历史的代用记录与过去两千年的季风演化历史和文明演化历史进行对比。

由于黄土高原是沙尘暴的主要沉降区,陈发虎院士团队通过对位于中国黄土高原未受人类活动直接影响的高山湖泊沉积物,提取尘暴组分并据此重建了过去2000年亚洲沙尘暴的历史。通过对比显示,在东亚夏季风增强时,人口数量急剧增多,亚洲沙尘暴频率则显著增强,并且这种时期大都是发生在朝代强盛国家大一统时期,如在汉、唐、北宋、明朝等;而在社会动乱或者朝代不稳定时期,人口数量急剧下降,对应于沙尘暴的急剧减少,并与亚洲夏季风的减弱时期对应,如在魏晋南北朝、五代十国、南宋等时期。研究团队通过研究认为,在东亚夏季风降水增强时,良好的气候条件促使中国北方降水增多,生态趋好,农业发展,促进了统一王朝的兴盛,战乱减少,从而人口迅速增加,导致农耕北进,开垦草原和荒漠草原为农田,林草植被遭到破坏,进而粉尘源区扩展,最终导致沙尘暴活动的快速上升;相反,在弱的东亚夏季风降水时期,气候恶化致使国家处于动乱纷争的时期,中原人口迅速减少,游牧民族南侵,导致农牧界线南移,使得原来为主要沙尘源区的植被恢复,生态环境状况反而转好,进而导致沙尘暴活动减少。

研究表明,东亚夏季风降水变化不仅对我国朝代文明的更替具有重要的影响,还进一步说明东亚夏季风降水引起文明更替后还能够产生巨大的生态效应,特别是说明了至少在过去两千年之前,朝代强盛时期下增强的人类活动的影响就已经超越自然气候变化的影响控制了地球表层过程的变化,成为亚洲沙尘暴变化的主控因素。更重要的是,该研究还说明,由于人类活动一直是主导这一地区沙尘暴的主要因素,因此不论未来气候如何变化,在没有出台可持续的、合理的土地利用缓解的政策下,增强的人类活动将导致该地区出现更加频繁的沙尘暴活动;如果想要控制该地区的沙尘暴活动,减少人类活动对这一地区的影响可能是唯一有效的措施。因此,在该地区因地制宜的实施可持续土地利用政策(如退耕还林还草)将十分重要,该研究将为我国北方干旱半干旱区的人类活动和植树造林的政策调控提供科学支撑。

参考:Chen, F., Chen, S., Zhang, X. et al. Asian dust-storm activity dominated by Chinese dynasty changes since 2000 BP. Nat Commun 11, 992 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-14765-4

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