自末次冰盛期以来，东亚干旱地区边缘地带的人口对气候变化的响应

《Quaternary Science Reviews》：Population responses to climate change in the marginal areas of the dryland in East Asia since the LGM

气候变化驱动东亚干旱区植被与资源变化及人口迁移机制研究。通过整合考古记录与气候模型，揭示末次冰期以来干旱区边界移动、资源分布演变与人口动态的耦合关系。关键发现显示，气候湿润化促进人口扩张，而植被向森林过渡导致资源减少迫使人口南迁，农业出现后生态转型与人口迁移形成反馈循环。

　　

于彦彦|葛俊毅|耿俊彦|吴海斌|安珀·约翰逊|何峰|郭正堂

中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈与环境协同演化国家重点实验室，北京，100029，中国

摘要

干旱地区是气候最敏感的陆地区域，目前支撑着全球超过38%的人口。了解这些地区及其周边地区人口对气候变化的长期响应，对于预测未来的社会挑战至关重要。我们整合了放射性碳测年的考古记录、模拟的气候数据、最小陆地资源模型（MTRM）以及基于花粉的植被重建，研究了自末次冰盛期（LGM）以来东亚四个关键时期（20-19千年前、15-14千年前、10-9千年前和6-5千年前）干旱边界、人口分布、潜在狩猎采集者密度以及动植物资源密度的时空变化。从20-19千年前到15-14千年前，持续的变暖和湿润化导致干旱边界向西北方向退缩，草原生态系统得以维持，野生动物食物资源丰富，促进了人口的增长和扩张。从15-14千年前到6-5千年前，气候的持续改善使干旱边缘地区的植被从草原转变为森林，减少了野生动物资源的可用性，人口中心向更湿润的东南部地区迁移。这种生态转变与农业的出现和强化相吻合。这些结果表明，气候变化通过重塑植被覆盖和食物资源分布，推动了人类的适应和人口地理的长期变化。

引言

干旱地区是指年潜在蒸发量远大于年降水量的一类地区，约占现代陆地表面的41%（Hulme, 1996; White and Nackoney, 2003）。它们主要分布在非洲、亚洲和澳大利亚，拥有悠久的人类活动历史（Petraglia et al., 2010）。目前，这些地区支撑着全球超过38%的人口——约25亿人（Reynolds et al., 2007; Mortimore, 2009）。由于生态脆弱性和资源压力巨大，干旱地区及其周边地区的人口对气候变化极为敏感。因此，了解过去这些地区的人口对长期气候变化的响应对于阐明人类-环境相互作用机制以及为当前和未来的社会发展制定可持续战略至关重要。

从末次冰盛期（LGM）到全新世（Holocene）的过渡代表了最新的冰期-间冰期循环，这一时期气候发生了显著波动（Liu et al., 2009; Shakun et al., 2012; He et al., 2013）。这一时期也见证了人类历史上的重大发展，包括全球扩散、广泛的食物革命和农业的起源（Bellwood, 2005; Henn et al., 2012），因此是研究气候变化与人类活动相互作用的理想背景。

先前的研究已经在不同的时间和空间尺度上探讨了LGM以来干旱地区的气候-人类相互作用。地质和考古证据揭示了环境转变、生态系统变化、宜居性变化以及人类迁移/适应模式之间的强烈时间关联（Kuper and Kr?pelin, 2006; Casta?eda et al., 2009; Jones and Richter, 2011; Manning and Timpson, 2014; Barton et al., 2018; Guo et al., 2018; Zhang et al., 2018; Huang et al., 2021; Achyuthan and Wadhawan, 2023; Xiang et al., 2023; Kumari et al., 2025）。建模研究进一步阐明了人类活动的气候驱动因素及其空间变化（Roberts et al., 2018; Yu et al., 2023, 2024; Cadd et al., 2024; Hallett et al., 2025）。

然而，考古遗址分布稀疏且不均，这限制了我们重建气候变化如何影响人类活动的详细过程的能力。在这种情况下，基于模拟的方法能够生成环境和人口变量的空间连续重建，为克服这些限制并更全面地揭示气候、生态和人类适应之间的联系提供了有希望的途径。

在这项研究中，我们重点关注东亚干旱地区的边缘地带，这些地区的生态系统对气候波动的敏感度高于低纬度干旱地区（图1）。我们首先使用TraCE-21K实验模拟的空间连续气候变量，重建了LGM以来东亚四个关键时期（20-19千年前、15-14千年前、10-9千年前和6-5千年前）的干旱分布（Liu et al., 2009; He, 2011; He et al., 2013）。然后，通过将放射性碳测年的考古数据集与最小陆地资源模型（MTRM）的模拟结果相结合，估计了记录的人口和潜在狩猎采集者密度的时空变化（Binford, 2001; Johnson, 2014; Johnson et al., 2015）。最后，我们通过联合分析植被类型的重建数据和模拟数据以及野生动植物资源的丰富度，探讨了气候变化在这些时期影响人口动态的机制。

节选内容

考古记录

用于人口重建的¹⁴C考古数据（来自299个遗址的1119个样本）来源于已发表的文献（Wang et al., 2014; Bird et al., 2022）（表S1）。在原始汇编中，明确标识为地质或古生物记录的样本已被剔除。仅保留了那些有明确证据表明与人类活动共存（例如，有切割痕迹的骨头、火堆木炭）或具有强烈背景关联（例如，密集的文化层）的样本。

干旱地区的时空变化

为了评估AI指数在划分干旱范围方面的可靠性，我们将LGM和中全新世（MH）的AI重建结果与根据地质记录重建的沙漠和沙地的分布进行了比较（Lu et al., 2017）。在这两个时期，研究区域西部和中心的重建沙漠位于干旱带内，而中东部的重建沙地则位于干旱带边缘。

人口对气候变化的响应过程

记录的人口分布与模拟的人口分布以及东南部干旱边界的变化表明，自LGM以来，该地区的人口演变对气候变化非常敏感。然而，这种影响的机制在不同时期有所不同。

在农业出现之前的前两个关键时期，记录的人口模式在很大程度上与模拟的潜在狩猎采集者模式一致（图5）。

结论

通过与记录的沙漠和沙地分布以及基于AI指数重建的干旱分布进行比较，本研究证明可以使用模拟气候数据有效绘制LGM以来的干旱范围。在东亚，干旱地区在LGM和早全新世期间经历了明显的扩张和收缩阶段，其边界附近的过渡带是人类活动的重要区域。

在早期阶段（20千年前-14千年前）

作者贡献

于彦彦：概念化、方法论、数据分析、可视化、初稿撰写。葛俊毅：概念化、撰写、审稿和编辑。耿俊彦：数据收集、撰写、审稿和编辑。吴海斌：撰写、审稿和编辑。安珀·约翰逊：软件开发、撰写、审稿和编辑。何峰：撰写、审稿和编辑。郭正堂：撰写、审稿和编辑。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本工作得到了国家自然科学基金（项目编号：T2192954、42488201、42177180、42472249）、中国科学院的战略优先研究计划（项目编号：XDB0710000）以及国家重点研发计划（项目编号：2020YFA0607703）的支持。