在中国“大加速”时期（指环境、社会或经济快速变化的时期），各种人类活动通过湖泊沉积物得到了反映

《Applied Food Research》：Various human activities during the Great Acceleration across China reflected by lake sediments

东北中国 Silailongwan Maar 湖沉积物记录揭示了1950、1975、2000年三次大规模人类活动驱动下土壤侵蚀和重金属污染加剧的历史，结合全国其他沉积数据表明大加速时期人类与环境交互作用存在显著时空异质性。

　　

李国奈|金张东|满建奇|何茂勇|程园园|郭如军|邓力

中国科学院地球环境研究所黄土科学国家重点实验室，中国西安710061

摘要

自工业革命以来，人类活动已成为地球表面地质过程和生态系统变化的重要驱动力。到20世纪中叶，这种驱动力在全球范围内进入了“加速期”，此时土地利用和工业化加剧了土壤侵蚀和金属污染。然而，人为影响的程度和时机在不同地区存在很大差异，这源于自然条件与社会生态系统之间的复杂相互作用。本研究利用四海龙湾（SHLW）玛珥湖的沉积记录，并整合了先前发表的数据，来考察自“加速期”以来中国各地的人类-环境相互作用。结果显示，中国东北地区在公元1950年、1975年和2000年左右经历了大规模的森林砍伐和工业扩张，导致该地区的土壤侵蚀和重金属污染显著增加，这一变化通过湖中岩石生成元素的浓度和比例以及人为金属通量得到了证实。结合中国其他地区的沉积记录，可以发现自“加速期”以来，以土地利用和工业化为代表的人为过程系统性地加剧。不过，这些过程在时间和组成上存在明显差异，这既受到社会历史的影响，也受到环境条件的制约。在中国东北部和内陆地区，由于丰富的自然资源和战略位置，1950年至2000年间以资源为基础的经济发展促进了早期工业化；而沿海地区则在2000年后采取了出口导向型经济模式，虽然工业化起步较晚，但具有有利的贸易地理条件。在地方和更广泛范围内进行长期监测和评估将有助于理解这些复杂的动态变化。

引言

自工业革命以来，人类活动日益成为地球表面过程和生态系统变化的重要驱动力。到20世纪中叶第二次世界大战结束时，人类活动及其引发的环境变化达到了一个明显的临界点，并随后急剧加速，这一现象被称为“加速期”（Waters等人，2016年；Zalasiewicz等人，2015年）。这一定义最初由国际地圈-生物圈计划（IGBP）提出，旨在全面反映自1950年以来地球系统在社会经济和生物物理层面的整体性、综合性和相互关联性变化（Steffen等人，2015年）。例如，人为因素对全球沉积通量的贡献在20世纪50年代中期超过了自然过程，这主要是由于土地利用变化改变了地表植被和地形，从而加剧了土壤侵蚀和退化（Arnaud等人，2016年；Cooper等人，2018年；Poesen，2017年）。同时，工业活动推动了铅（Pb）、镉（Cd）、砷（As）、铜（Cu）和锌（Zn）等重金属和类金属的全球产量呈指数级增长。这些潜在有害元素可通过径流和大气沉降进入生态系统，对生态平衡构成重大威胁（Han等人，2002年；Wan等人，2019年）。

在以往的研究中，“加速期”常被描述为一个全球几乎同步的过程。然而，要弄清这些全球性信号如何与当地的环境和社会生态背景相互作用仍然是一个挑战，因为人为活动的程度和时机存在明显的时空异质性，这受到人类活动与当地环境条件（如地形、气候、资源和植被）相互作用的影响，并且受到区域社会生态系统的重要制约（Berger等人，2021年）。这种区域性的不一致性也是为什么与“加速期”相关的人类世尚未被正式确立为地质年代的原因之一（Witze，2024年）。鉴于地球系统中的系统性变化与局部环境的累积变化之间的相互作用，识别和解决敏感区域的关键人为过程和环境响应至关重要，同时需要基于“加速期”的概念开展跨区域比较研究，以更好地理解人类-环境相互作用的机制。

中国大陆是一个地理环境多样的广阔区域，非常适合研究这些科学问题。然而，现有研究缺乏对“加速期”期间不同地理区域的比较分析。关于土壤侵蚀和重金属污染历史动态的研究仍然有限。此外，大多数以往的研究集中在水文开放的湖泊或泥炭沼泽记录上，这使得地层解释受到流域特定模式的限制，而无法反映更广泛的区域特征。因此，有必要编制地层档案，以重建中国各地关键人类活动对环境的影响。

在这里，我们选择了中国东北部的四海龙湾（SHLW）湖作为研究对象，目的是（1）重建沉积物岩心中主要元素和微量元素的变化；（2）确定控制侵蚀和金属输入及动态的驱动因素；（3）阐明过去一个世纪中国东北地区人类活动（如土地利用和工业化）的历史以及区域环境演变。随后，我们整理了中国各个人为因素的历史变化，以探索“加速期”期间中国各地人类与环境相互作用的一般模式和潜在差异。

研究区域

SHLW湖（北纬42°17′，东经126°36′，海拔791米）位于中国吉林省白山市，属于长白山火山场中的玛珥湖系列之一，其特征是第四纪碱性玄武岩（图1a）（Chu等人，2005年）。该湖呈规则的碗状圆形，最大深度超过50米。这个小流域的特点是没有水文流入/流出（图1b）。研究区域属于温带气候...

SHLW湖沉积物的岩心年代学

放射性测量（²²⁶Ra、²¹⁰Pb）的结果表明，除了靠近表面的部分略有偏差外，SHLW-10沉积物中的²¹⁰Pb_ex活性随岩心深度的增加而呈指数级下降（图3a和3b）。这表明沉积物在湖中沉积后几乎未受到生物扰动。使用CRS模型计算的²¹⁰Pb_ex活性表明，岩心约9.5厘米深度处的沉积物形成于公元1953年，约8.0厘米深度处的沉积物形成于公元1964年。这些结果与地质年代学数据相符...

反映历史侵蚀的岩石生成元素变化

通常，岩石生成元素（Al、Na、Rb、Ti、Ca和Sr）主要通过化学风化和物理侵蚀过程从地球表面传输到湖泊沉积物中。其中，Rb主要分散在硅酸盐和粘土中，表现出惰性的地球化学行为。相比之下，Sr常常替代碳酸盐晶格中的Ca，其活性明显高于Rb。与Rb类似，Al主要存在于硅酸盐和粘土中，而Na的活性相对较高...

结论

本研究利用SHLW湖近一个世纪的元素沉积记录，重建了中国东北地区人为侵蚀、工业活动及其环境影响的历程。在这些元素中，岩石生成元素主要通过大气和流域侵蚀输入，这从它们的比例中可以看出来。局部地形和气候变化对侵蚀动态有一定影响，但1950年、1975年和2000年的大规模森林砍伐事件...

作者贡献声明

邓力：方法论。程园园：方法论。郭如军：软件。满建奇：方法论。何茂勇：方法论。李国奈：撰写——审稿与编辑，撰写——初稿，调查，正式分析，数据管理。金张东：撰写——审稿与编辑，监督，资源获取

未引用参考文献

Han等人，2022年。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究工作的财务利益或个人关系。

数据可用性

数据可应要求提供。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究工作的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（42221003）的支持。