第24卷第11期干旱区资源与环境Vol．24No．11 2010年11月Journal of Arid Land Resources and Environment Nov．2010 文章编号：1003－7578（2010）11－088－06
定西鲁家沟全新世以来的气候变迁及人地关系演化研究*李晓丽1，张成君2，杨奇丽1，刘艳1，郭方琴1，殷树鹏1 （1．兰州大学资源环境学院兰州730000；2．兰州大学资源环境学院环境科学研究所兰州730000）
提要：根据鲁家沟黄土剖面粒度、磁化率、有机质和碳酸盐含量等气候代用指标的变化和14C测年结果，分析和讨论了该区全新世以来的气候演化的过程。结果表明：11．2cal kaB．P．以来的气候可划分为3个阶段： 1）全新世早期（11200－7560cal aB．P．），气候开始转暖转湿，但整体上较为寒冷；2）全新世中期（7560－3600
cal aB．P．），气候温暖湿润；3）全新世晚期（3600－1167cal aB．P．），气候变得干旱，夏季风强烈减退。该区全新
世以来的气候变化是不稳定的，存在频繁的次级波动。大约从7800cal ka B．P．开始定西地区就有人类活动。 在6000cal a B．P．左右温暖湿润的气候可能为古人类的生存和发展提供了优越的自然条件，人类活动范围扩
大。由于当时生产力水平低下，人类也只是在居住地附近垦殖耕种。因此，人类活动并没有对环境产生明显影
响。晚全新世以来，气候总体向干旱化发展的同时，叠加了人类活动的影响。尤其是唐宋以来，人类不合理的
开垦土地、滥垦滥伐，使大面积的天然植被不复存在，致使生态环境不断遭到破坏，导致气候环境亦不断恶化。
人类活动对气候环境变化的影响程度大大超过了气候环境自身由于自然原因而产生的变化。
关键词：定西；全新世；环境变化；人类活动
降雨量怎么测量的
中图分类号：P467文献标识码：A
全新世是末次冰期以后比较温暖的最新地质时期，也是人类社会迅速发展的时期。因此，与人类社会发展及当代自然环境密切相关的全新世环境研究也就成为了过去全球变化研究的一个热点问题。越来越多的研究揭示出全新世气候存在不稳定性。研究表明全新世早期，兰州河谷盆地孢粉显示10－7．5kaB．P．时植被为荒漠草原，气候干旱［1］。西安地区在10－8．5kaB．P．时植被为疏林草原，气候较冷较干［2］；内蒙古中部地区剖面中孢粉的研究表明9100－7400aB．P．气候偏干冷［3］；淮河流域在12－7．5ka B．P．的全新世早期，气候温凉偏湿，由蒿、藜组成的草原分布面积广［4］。全新世中期，苏家湾剖面在9－3．8kaB．P．发育了一层沼泽－湿地相沉积，气候温暖湿润［5］。秦安大地湾在7－3kaB．P．孢粉中阔叶树成分显著增加，指示气候温暖湿润［6］。葫芦河流域在8．0－6．0kaB．P．时森林茂密，气候湿润［7］。处于北部的毛乌素沙地在4．0－3．5kaB．P．左右普遍发育了砂质黑垆土型古土壤［8］。全新世晚期，青海湖2．5kaB．P．盐度上升，湖区森林迅速萎缩，，气候变为冷干［9］；兰州河谷盆地［1］在3．5－0kaB．P．、西安地区［2］在2．5－0kaB．P．均为温干气候。江苏龙感湖的湖底沉积物孢粉分析显示3．0kaB．P．前后气温急剧变化，平均气温变幅达6ħ之多［10］。这些事实表明全新世气候变化的不稳定性以及地理环境的差异导致的区域气候的差异，这使得我们对全新世气候变化的认识和理解更加的困难，而大量详细的区域环境变化研究可能是解决的途径之一。因此，文中选择了位于黄土高原西部季风影响边缘敏感地带的定西鲁家沟黄土剖面作为研究对象，重建了定西地区近1万年来的环境变化过程，同时探讨了全新世中晚期环境变化与人类活动之间的关系，为研究黄土高原西部的环境变迁与人类活动的相关
性提供参考，对于人类社会发展以及理解气候变化的机制和预测未来的气候变化有着十分重要的意义。
1研究区域概况
定西地区（103ʎ27'－105ʎ38'E，34ʎ07'－36ʎ02'N）位于甘肃省中部，地处黄土高原西部边缘地带和西
*收稿日期：2009－9－9。
基金项目：国家自然科学基金重点项目（40331012）资助。
作者简介：李晓丽（1981－），女，黑龙江人，博士研究生，主要从事环境污染修复化学生物学研究。E－mail：xlli09@lzu．cn
秦岭末端，属黄土高原丘陵沟壑区（图1）。海拔在1420－3941m 之间，属高原内陆型气候，全区年平均气图1研究区域地貌与剖面位置示意图Fig．1Map showing the study area and the sampling section 温5．5－7．5ħ。定西地区南北差异很大，
以渭河为界，全区可分为两个截然不同的
自然类型区，
即中北部黄土丘陵干旱区和南部高寒阴湿区。六盘山和秦岭阻挡东
南沿海潮湿空气内流，内蒙干冷空气长驱
直入，
形成北部干旱多灾、植被稀少、水土流失严重。北部年均降水量425mm 左右，
主要集中于夏、秋两季，占年降水量的
56%以上，多以暴雨的形式出现，而年蒸发
量高达1400mm 以上；南部高寒阴湿区，植
被较好，有牧草丰盛的草场和天然林，年
均降水量在565mm 左右，年均蒸发量为
815mm ，雨量充沛，气候湿润寒冷，灾害性
天气较多。鲁家沟剖面（104ʎ36'32．9ᵡE ，
35ʎ54'23．0ᵡN ，1773m a．s．l ）位于定西地区北部半干旱区，处于祖厉河的一级支流关川河谷地，地势低洼，黄土－古土壤沉积
厚度大约为748cm ，
剖面上部为耕作层。2气候代用指标的选用和年代测量
2．1气候代用指标的选用
2005年10月在鲁家沟剖面进行了系统的样品采集。采样间距2cm ，共采集样品374个。对采集样品
的粒度、
磁化率、有机质和碳酸盐含量等环境替代指标进行了测定。粒度采用Winner2000型台式激光粒度分析仪（济南微纳仪器有限责任公司，量程为1－300μm ，测量误差小于3%）进行测定。黄土－古土壤序列的粒度变化与东亚冬季风强度的变化相关。粒度组成中的
粗颗粒成分被广泛用作东亚冬季风的指标［11，12］，东亚冬季风加强，其搬运能力加强，能够搬运大量较粗和
粗颗粒组分，细颗粒组分含量相对减少；而粒度组成中的细颗粒物质可能来源于母质，也可能在成壤过程
中形成。因此，
细颗粒组分含量变化间接地指示了夏季风强度变化［11，13］。除此之外，黄土粒度的变化还受粉尘源区的物质组成、搬运距离以及沉积区的地形、气候等因素的影响。
频率磁化率（Xfd ）采用MS2型磁化率仪（Bartington 公司）测定，对样品分别进行高频（4．7KHz ）和低
频（0．47KHz ）磁化率测量，
通过公式（1）对样品的频率磁化率进行计算：X fd （%）=（X lf －X hf ）/X lf ˑ100（1）式中：X lf 为低频磁化率；X hf 为高频磁化率
磁化率的大小在很大程度上取决于沉积物中铁磁性矿物的种类、含量以及磁性颗粒的大小，而这些条
件的变化进一步取决于沉积物质的来源、
搬运动力及次生条件等沉积环境的变化。目前对黄土－古土壤磁化率形成的机制还存在很多争论。对黄土的大量研究表明，频率磁化率能够反映出古气候温湿程度的
强弱和持续时间的长短，可以作为夏季风降水量变化和成壤作用强度的替代性指标
［14，15］。剖面有机质含量采用"重铬酸钾－硫酸氧化滴定法"测定。有机质含量反映了一定气候条件下的区域植被覆盖度和生物量的大小。地层中有机质含量的多少取决于当时的植被状况以及植物死亡后腐烂的
快慢和保存程度，而这些又受气候温湿条件的控制［16］。因此，有机质含量在干旱区可以作为湿度的替代
指标，间接反映了夏季风的强度［17］。定西北部地区属于半干旱地区，年平均气温5．5－7．5ħ，年均降水量
约425mm ，比较有利于有机质的保存。
led显示系统碳酸盐采用气量法测定。黄土中CaCO 3包括原生CaCO 3和次生CaCO 3，次生CaCO 3是原生CaCO 3受到淋溶迁移的产物。因此，黄土中CaCO 3含量的变化主要受土壤水的淋溶程度的控制，与降水等气候要
素密切相关，其含量的变化可以间接反映夏季风降水量的多少［18，19］。
·98·第11期李晓丽等定西鲁家沟全新世以来的气候变迁及人地关系演化研究
刘柏权2．2年代测量
图2剖面地层与年代Fig．2The loess stratigraphy and chronology 为了获得剖面的地层年代，共采集9
个样品进行有机14C 年代测定。年代测定
在兰州大学西部环境教育部重点实验室
进行14C 常规测年，测年材料为沉积物全
样有机质。测试结果中，
200cm 和704cm 处数据不太合理，故舍去未用，
1个没有数据。用CALIB RADIOCARBON CALIBRA-
TION PROGRAM 软件对6个14C 年龄值进
行校正，并通过沉积速率进行内插外推，
得出黄土沉积的底部748cm 处的年代大
约为14920cal aB．P．，表层样的校正年代
约为1167cal aB．P 。表层由于长期受到
了人类耕作活动以及植物生长、生物活动等的影响，
可能造成沉积物年代异常。文中将11200cal aB．P．作为早全新世的开始，来探讨全新世的环境变化。剖面年代序列（图2）。3定西地区全新世以来的环境变化
根据鲁家沟黄土剖面的粒度、频率磁化率、有机质和碳酸盐含量的分析结果及其环境指示意义，并结合剖面层位校正年代，可将定西地区全新世以来的气候环境变化过程分为3个阶段：
（1）全新世早期（11200－7560cal aB．P．）定西地区的全新世大约开始于11200cal aB．P．左右。在9740cal aB．P．左右，频率磁化率和有机质均达到一个小的峰值，分别为8．0%和0．9%。而碳酸盐含量和粗颗粒含量则减少，达到一个最低值，表明夏季风逐渐增强，气候开始转暖转湿；随之频率磁化率在9740－7560cal aB．P．形成一个低谷值，平均为6．9%，而有机质含量在9740－79
85cal aB．P．保持一个较高值，为0．7%，然后降低在0．5%以下，表明气候较冷，但降水量增加。大约在10100－8000cal aB．P．形成一层弱发育的古土壤；随后在7800－7560cal aB．P．出现一个短暂的冷干事件（图3）
昆明闪电。
东风汽车公司电视台
图3鲁家沟黄土剖面粒度、频率磁化率、有机质和碳酸盐含量随深度的变化曲线
Fig．3Diagrams showing analytical results of grain －size 、magnetic susceptibility 、organic matter
and carbonate content with depth at Lujiagou section
（2）全新世中期（7560－3600cal aB．P．）频率磁化率在此期间呈现一个宽阔的峰值，平均为7．9%，·09·干旱区资源与环境第24卷
为剖面的最大值；有机质含量增加，尤其在4350－3600cal aB．P．，出现两个高峰值；粘土含量达到最大值，粗颗粒含量达到最小值，表明该时期夏季风较为强盛，气候温暖湿润，生物风化成壤作用较强，并发育两层古土壤，时间分别在4350－4100cal aB．P．和3900－3700cal aB．P．。
（3）全新世晚期（3600－1167cal aB．P．）沉积物中粗颗粒的含量以非常大的变化幅度呈现逐渐增大
的趋势，
尤其是砂含量，从中全新世晚期的7．6%增大到13．4%；而粘土含量和频率磁化率达到全新世以来的最小值，分别为3．2%和5．6%；有机质含量呈现减小趋势，而碳酸盐含量增加，但增加趋势比较缓慢。表明气候向冷干方向发展，冬季风势力增强，黄土堆积加速，风化成壤作用减弱。大约在2800－2560cal aB．P．夏季风有短暂的增强，发育古土壤层，但是成壤强度很弱。在26－0cm 的表土耕
作层（1500－1167cal aB．P．），有机质含量出现一个较大的峰值，平均为1．3%，明显受到了人类活动的影响。
4定西地区全新世以来的环境变化与人地关系的演化
定西地区居大陆腹地的黄土高原西部，生态环境脆弱。同时，黄土高原西部也是甘青文化区的重要组成部分。考古研究发现，黄土高原西部有十分丰富的古文化遗存，是我国新石器文化和青铜文化形成和发展的主要区域之一。
从前面的分析可知，该区的全新世早期，气候转暖转湿，但整体上相对干冷。可能偏冷偏干的气候不
利于古人类的生存和发展，黄土高原西部早在7800cal aB．P．左右就有人类［7，20］，但活动范围很小，对环境
的影响微小。
定西地区从7500cal aB．P．左右开始进入全新世中期，气候以温暖湿润为特征。优越的气候是人类的生存和发展的有利条件。在定西境内发现新石器时代的文化遗存多处，出土最为齐全的是马家窑遗址，包括新石器时代较早期的马家窑文化和较晚期的齐家文化，还有更晚期的寺洼文化，并有仰韶文化遗存。
遗址面积约达到10万m 2。定西地区出土的仰韶文化半山类型遗存，陶器多为彩陶，并出现灰陶以及石
斧、石凿等生产工具。在仰韶的中晚期（5．9－4．9cal．ka B．P．），彩陶减少，灰陶开始出现并且数量增多［21］，其分布区域由葫芦河流域扩展到渭河上游、洮河流域、祖厉河流域［22］。这说明大约在6cal．ka B．P．左右定西地区的人类活动范围扩大。在遗址中发现居住宅地，房屋有方形、圆形两种，结构多为半地穴式，居址旁有公共墓地，均说明古人类在此地区已经开始了定居，并发展了农业文化，气候较为湿润。马家窑文化（5．3－4．2cal．ka B．P．）出土的陶器图案有反映农业和植物采集的草叶纹、花卉纹、禾穗纹等，反
映了当时的农业比较发达，
环境状况较好。其后出现的齐家文化（4．3－3．9cal．ka B．P．），其遗址遍布定西地区各县。在遗址中发现的居住宅地、墙白灰面、木炭、谷物堆积层以及暴露的黑层等均说明齐家文化早期相当发达的农业文化，而此时鲁家沟剖面发育了一层古土壤，气候湿润；随之在4．1－3．9cal．ka B．
P．期间堆积黄土，气候较为干旱，同时齐家文化晚期畜牧业因素显著增加，显示气候开始变干变凉［20］，虽
然新石器时代的古人类已经具有了一定的生产力水平，发展了农业，但是古人类对自然界的利用和垦种的
水平还很低，东巴文字
以刀耕火种为生产方式的原始农业虽然对植被造成一定破坏，但也只是局部的，加之当时放牧、采集和渔猎等活动仍占有一定的地位，人类活动对自然的影响还非常有限，并没有对该区的环境产生明显影响。
全新世晚期（3600cal aB．P．以来），黄土高原西部气候向干旱化方向发展。随着生产力的进步以及人口的增加，人类活动对环境的影响也增强。出现在本区的辛店文化（3600－2600cal aB．P．）和随后的寺洼
文化（3300－2500cal aB．P．），
都是以畜牧经济为主，农业经济衰退。在秦以前，定西地区都是少数民族居住，以畜牧业为主。此时，在距今约3000 2300年的黄土高原的绝大部分地区，仍保持着较好的自然植被［23］。秦始皇（前215年）时北逐匈奴，并筑长城以拒胡，"屯兵军垦，移民实边"，大量汉民移居定西，开始大规模的垦殖耕种，但是屯田也仅限于渭河谷地和陇东塬地。汉朝时曾多次大规模移民开垦，仅汉元狩
4年（公元前119年）就迁移函谷关以东72．5万贫民于陇西、北地等郡［24］。《汉书·地理志》记载秦汉之
际"天水、陇西，山多林木，民以板为屋"，当时森林植被较好，气候湿润。《史记·货殖列传》曾记载："天
水、
陇西……，西有羌中之力，北有戎狄之畜，畜牧为天下饶"。可见，定西此时林草比较丰茂，植被较好，虽然进行了垦植耕种，但未对环境造成破坏性影响，大部分区域"大山乔木，茂林荫翳"，是以畜牧业为主的土地利用方式。唐代中期，因林草丰盛，在陇右郡设置牧监。同时唐朝政府鼓励农业生产，无地贫民纷纷逃来西北边陲开垦荒闲坡泽为生，原有的林地、草地变为农田，种植业得到空前发展，使黄土高原植被大
·19·第11期李晓丽等定西鲁家沟全新世以来的气候变迁及人地关系演化研究
范围遭到破坏，毛乌素沙漠南侵，环境恶化［25］。宋太祖建隆年间（公元962年），毁林开荒大兴，在秦州
（今天水）专门设立采伐森林的采造务，到秦陇采运木材的人络绎不绝，并在陇西和通渭境内"岁获大
木万
本"，以致出现"期岁之间，良材山积"的景象，土地开垦的程度大大超过了以前各个朝代［24］。至明清时，
大规模的屯田，而以边境为多，土地开垦达到了疯狂的程度，大规模的天然草地和林地变为农田，植被遭到
毁灭性破坏。直至清末，
渭河以北广大地区的天然植被已被砍伐殆尽，定西仅在香泉、西寨、内官、符川等地的山区，尚生长酸刺林，间有小片的山杨混生［26］。明万历年间（1573－1619年），已出现"山高土冷"、
"土瘠民贫"、"蔬谷之种，非乐岁食不足"的困境［27］。清光绪31年（1905年）《县乡土志》记载："安邑
……，四周皆通山，薪贵如桂，谷草岁不敷用，城内几几断炊"。"十年九旱"、"举目四顾，光村赤地"，生态环
境遭到严重破坏。左宗棠曾上书"陇中苦瘠甲于天下"。除此之外，
历史上大兴土木（如建造宫殿、城镇、村舍等）以及人类的日常生产生活等，再加上战争中放火烧山等都对植被和环境产生影响。明万历《县志》记载："山因气寒多童，少草木。水为西川甘可食。但此地水性劲下侵，地脉竖立，谷日深，则陵日
高，故邑多大涧峻沟。"可见380多年前，定西大部分地区，水土流失已相当严重。气候恶化的同时，伴随
着人口急剧增加，
人类为了生存，不断的毁林开荒、毁草种田、滥垦滥伐，这种耕作粗放、广种薄收、采取轮荒的生产方式使残存的天然植被遭到更加严重的破坏，
进而加剧生态环境的恶化，从而导致水土流失、土地贫瘠、水资源短缺、生态环境恶化等一系列生态环境问题。据测定，定西地区水土流失面积16726．
6km 2，占总土地面积的82．3%；年均土壤侵蚀模数5252．7t /km 2，严重地方达12000t /km 2以上；年均流失
泥沙8786万t ，
占黄河年均输沙量16亿t 的5．5%；年均侵蚀地表土3．9mm ，随之流失氮、磷、钾养分190多万t （http ：//wsgansu．gansudaily．com．cn /system /2006/10/19/010159317．shtml ）。仅1956－1985年的30
年中，发生大小旱灾33次；1968－1983年的16年中，16次降雹，年年成灾；1950－1983年的34年中，就出
现特大洪暴188次［26］。其余灾害更是数不胜数。
5结论
定西地区11200cal aB．P．以来的气候变化与人类活动的关系经历了3个阶段：
（1）全新世早期（11200－7560cal aB．P．），虽然气候转暖转湿，但整体上较为寒冷，大约在7．8cal kaB．P．左右古人类开始在黄土高原西部繁衍生息，人类活动还是受气候环境变化的影响。
（2）全新世中期（7560－3600cal aB．P．），温暖湿润的气候，可能为古人类的生存和发展提供了优越的自然环境，史前文化开始大规模向西扩展到祖厉河流域。人类活动范围急剧扩大，同时对环境的影响也就增强。但是以刀耕火种为生产方式的原始农业尽管对植被造成一定破坏，但也只是局部的，并没有对环境产生明显影响。
（3）全新世晚期（3600－1167cal aB．P．），气候向干旱化方向发展。随着生产力的进步，人类对自然环境干预和改造的程度也增强。秦汉以前，定西地区环境状况良好，林草茂密。伴随着气候的恶化，使得人类开始不顾一切的开垦土地、滥垦滥伐、过度放牧以维持生存，再加上黄土高原自古以来就盛行的广种薄收轮荒制度，致使生态环境严重破坏。唐宋以来，气候总体向干旱化发展的同时，叠加了人类活动的影响，造成定西地区生态环境的恶化，而人类活动对环境的影响掩盖了气候环境自身由于自然原因引起的变化。
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Climatic variations and human activities in Lujiagou ，Dingxi Region over the past 11200yesrs
LI Xiaoli 1，ZHANG Chengjun 2，YANG Qili 1，LIU Yan 1，GUO Fangqin 1，YIN Shupeng 1
（1．Resource and Environment College ，Lanzhou University ，Lanzhou 730000，P．R．China ；
2．Institute of Environment Science ，Resource and Environment College ，Lanzhou University ，Lanzhou 730000，P．R．China ）
Abstract ：The paleoenvironment was established by analysis of grain size 、magnetic susceptibility 、organic matter and carbonate content of the sediments at Lujiagou section ，Dingxi in Gansu province and 14C dating．The results showed that climatic changes in the past 11200cal aB．P．implicated by climatic indexes from the section were in-stable in this area and could be divided into three periods ：the early Holocene （11200－7560cal aB．P．），the summer monsoon was strengthening ，the climate was becoming warmer and wetter ；a warm and wet climate domi-nated the middle Holocene （7560－3600cal aB．P．）；during the late Holocene （3600－1167cal aB．P．），the climate became drier and cooler ，the dust －fall was strengthening．We also discussed relationships of environ-mental changes and human activities ，especially late Holocene．Beginning of the late Holocene before ，the impact of human activities on environment was very weak．Since Tang and Song dynastics ，the drying climate and the im-pact of the human activities during the historical periods could not be separated ，the ecological environment in Dongxi region was aggravated．Environmental degeneration was the result of the natural law and the impact of hu-man activities piling on the natural law ，but the impact of human activities on environm
ental changes was more than natural law．
Key words ：Dingxi ；Holocene ；environmental variations ；human activities ·39·第11期李晓丽等定西鲁家沟全新世以来的气候变迁及人地关系演化研究
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