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灾难性火灾与土壤退化：可能与南部levant地区的新石器革命有关

下载 PDF 您可以完全访问这篇 开放获取 文章 Journal of Soils and Sediments 目标与范围 提交稿件 灾难性火灾与土壤退化：可能与南部levant地区的新石器革命有关 下载 PDF

摘要

目的

levant地区新石器时代农业革命一直困扰着试图解决气候与人为事件链的研究人员。本文利用来自南部levant地区的各种记录，指出灾难性火灾和土壤侵蚀，来解读新石器时代革命可能存在的自然原因。该文还强调了观察结果，即南部levant地区新石器时代的定居农业社区集中在富含水且经过改造的沉积物堆积区，这些区域可以很容易地进行耕种。

材料与方法

回顾的记录包括：Hula湖沉积岩心中微炭颗粒的计数、洞穴沉积物中的碳和锶同位素、梯田下土壤的 OSL 年代以及死海的湖面波动。这些记录得到了各种环境中新的沉积观测结果的补充，这些观测结果表明，在各种沉积物陷阱中存在着厚厚的再加工土壤堆积，这些堆积与新石器时代的定居点和覆盖在晚更新世Lisan湖沉积物上有关。

结果与讨论

微炭和洞穴沉积物 δ13C 的极端峰值可以用火灾来解释，火灾导致植被和土壤的去除。闪电强度增加可能是主要的点火原因。低 87Sr/86Sr 比率和沉积剖面脉冲表明，土壤从山坡上被侵蚀并重新沉积到山谷等沉积物陷阱中。低 87Sr/86Sr 值与整个新石器时代相对应。 早期全新世期间，轨道强迫控制的高太阳辐射与雷暴增加有关，导致南部气候系统短期边缘性地渗透到南部levant地区，并在约 8 至 8.6 ka 达到顶峰。死海的低水位表明这一时期是干燥的，与北半球 8.2 ka 的寒冷干燥事件同期发生，这可能加剧了灾难性影响。

结论

各种记录推断出，环境灾难是由气候变化而非人为原因（例如故意焚烧）造成的。闪电强度增加促进了强烈的火灾模式，导致植被大量丧失和土壤退化，从而加剧甚至可能导致了新石器时代的革命。前所未有的人类行为，例如农业和动植物驯化，可能受到严重环境恶化的影响。

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1 导言

1.1 新石器时代革命的火灾问题

levant地区是全新世早期新石器时代革命期间人类利用野生植物进行驯化的主要中心之一，这证明了向农业的首次过渡（Wood 2011）。人们已经提出了这种革命的许多原因（例如，Barker 2006; Bar-Yosef and Belfer-Cohen 1992; Cappers et al. 2002; Colledge et al. 2004），包括短时间内快速的气候不稳定时期（Borrell et al. [2015](https://link.springer.com/article/10.1007/</article/10.1007/s11368-025-04021-x#ref-CR13> "Borrell F, Junno A, Barceló JA (2015) Synchronous environmental and cultural change in the emergence of agricultural economies 10,000 years ago in the levant. PLoS ONE 10(8):e0134810. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0134810

   ")）。虽然农业的出现与环境变化有关，但它也增强了新建立的人类住区利用各种技术（包括火灾）改造环境的能力（Blockley and Pinhasi [2011](https://link.springer.com/article/10.1007/</article/10.1007/s11368-025-04021-x#ref-CR10> "Blockley SP, Pinhasi R \(2011\) A revised chronology for the adoption of agriculture in the Southern levant and the role of lateglacial Climatic change. Q Sci Rev 30\(1–2\):98–108. 
    https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2010.09.021
    
   ")）。

对野火发生模式（火灾机制）的系统分析表明，levant地区凭借其生物量和炎热干燥的气候，一直是一个火灾热点（Conedera et al. 2009; von der Kammer and Ignatieff 2024）。在新石器时代期间，自然火灾机制发生了显著变化（Turner et al. 2010），木炭记录似乎在全球范围内达到顶峰（Power et al. 2008）。全新世早期的火灾与各种自然因素有关，例如气候强迫、天气模式、可燃材料的可用性和点火源（Vannière et al. 2008, 2011）。然而，火灾也代表了一种主要的、古老的人为环境控制方法（Keeley et al. 2011）。因此，levant地区的火灾机制既可以影响新石器时代的农业革命，也可以受到其影响。 南部levant地区的原始人类至少从旧石器时代中期（约 300 ka，Karkanas et al. 2007）开始，甚至可能更早（Alperson-Afil [2008](https://link.springer.com/article/10.1007/</article/10.1007/s11368-025-04021-x#ref-CR1> "Alperson-Afil N (2008) Continual fire-making by hominins at Gesher Benot Ya‘aqov, Israel. Q Sci Rev 27(17–18):1733–1739. https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2008.06.009

   ")），就拥有了作为可维护技术的火。Lewis ([1972](https://link.springer.com/article/10.1007/</article/10.1007/s11368-025-04021-x#ref-CR58> "Lewis HT \(1972\) The role of fire in the domestication of plants and animals in Southwest Asia: a hypothesis. Man 7\(2\):195–222")) 的一项早期研究使用了人种学比较，表明焚烧是 levant 地区植物驯化的一种景观管理技术，而精心控制的火的使用增强了草本植物的栽培。更广泛地说，众所周知，野火通过促进草原生长同时阻止树木侵占，有助于维持开放的草原。驯化植物的野生祖先可以在低强度火灾后茁壮成长，这在地中海生态系统中旱季很常见（Zohary et al. [2012](https://link.springer.com/article/10.1007/</article/10.1007/s11368-025-04021-x#ref-CR104> "Zohary D, Hopf M, Weiss E \(2012\) Domestication of plants in the old world: the origin and spread of domesticated plants in Southwest Asia, Europe, and the mediterranean basin. Oxford University Press, Oxford")）。Naveh and Carmel ([2003](https://link.springer.com/article/10.1007/</article/10.1007/s11368-025-04021-x#ref-CR69> "Naveh Z, Carmel Y \(2003\) The evolution of the cultural mediterranean landscape in Israel as affected by fire, grazing, and human activities. In: SP Wasser \(ed\) Evolutionary theory and processes: modern horizons: papers in honour of eviatar Nevo. Springer Netherlands, Dordrecht, pp 337–409")) 认为，在新石器时代革命期间，早期人类与自然之间互惠互利的关系转变为人类控制，导致了诸如控制焚烧等做法。在前陶器（或早期）新石器时代（公元前 8500 年至 7600 年之间），人们开始通过反复焚烧土地，将土地从全年覆盖绿色植物的区域转变为季节性冬季草地，这鼓励了每次火灾后新的草生长（Matthews [2016](https://link.springer.com/article/10.1007/</article/10.1007/s11368-025-04021-x#ref-CR63> "Matthews W \(2016\) Humans and fire: changing relations in early agricultural and built environments in the Zagros, Iran, Iraq. Anthropocene Rev 3\(2\):107–139"); Miebach et al. [2022](https://link.springer.com/article/10.1007/</article/10.1007/s11368-025-04021-x#ref-CR66> "Miebach A, Power MJ, Resag TR, Netzel T, Colombaroli D, Litt T \(2022\) Changing fire regimes during the first Olive cultivation in the mediterranean basin: new high-resolution evidence from the sea of Galilee, Israel. Glob Planet Change 210:103774")）。然而，火灾也会损害大粒种子的一年生草，因为它们的耐火性取决于物种（Blumler [1991](https://link.springer.com/article/10.1007/</article/10.1007/s11368-025-04021-x#ref-CR11> "Blumler MA \(1991\) Fire and agricultural origins: preliminary investigations. In Fire and the Environment: Ecological and Cultural Perspectives: Proceedings of an International Symposium, Knoxville, Tennessee, \(Vol. 69 pp 351–358\). US Department of Agriculture: Asheville, Southeastern Forest Experiment Station")）。尽管火灾在新石器时代革命中具有重要作用，但尚未有研究明确自然火灾与人为火灾在区域范围内相对重要性。

在这里，将全新世早期的木炭记录与其他同期的记录进行比较，以便更深入地了解全新世早期火灾机制的原因以及相关的土壤和植被流失。讨论了这些变化对早期农业的可能影响。

1.2 环境背景

研究的记录和地点（图 1）代表了南部 levant 地区的各种环境，从丘陵到平坦的基准面环境，从地中海到干旱气候。它们中的大多数都充当着各种类型的陷阱，其沉积物提供了全新世早期环境变化的宝贵记录。 图 1 figure 1 位置图。 1 – Hula 盆地；2 – Sha’ar Hagolan；3 – Munhata；4 – Mekhora；5 – Wadi el Ahmar；6 – Gilgal 和 Netiv Hagdud；7 – Jericho；8 – Ramat Rahel；9 – Har Nof (耶路撒冷) 洞穴；10 – Motza；11 – Soreq 洞穴 完整尺寸图片 火灾事件会导致炭流量的突然增加，这些炭流量通过空气和水运系统从火灾地点转移，最终进入水生沉积物。创建准确的火灾历史记录取决于识别湖泊沉积物中的这些木炭记录。对沉积物陷阱中沉积的微炭和其他燃烧产物的分析已成为重建生物质燃烧的局部、区域甚至全球历史的成熟方法（Leys et al. 2017; Marlon 2020; Patterson et al. 1987）。 约旦河谷的 Hula 拉分盆地内存在水体和沼泽地，这些水体和沼泽地被其南部的断层和玄武岩流所阻挡（Heimann et al. 2009）。在 20 世纪 50 年代后期人工排水浅水 Hula 湖（海拔 65 米，图 1）之前，它覆盖了几平方公里，北部还有相当面积的湿地。Hula Valley 西边与上加利利的 Naftali 石灰岩和白云石山脉（海拔高达 1200 米）接壤，东边与火山 Golan Heights（海拔高达 1300 米）接壤。该地区的气候特点是凉爽多雨的冬季和炎热干燥的夏季。山谷的年平均气温为 21 °C，夏季最高达到 40 °C，而邻近山区年平均气温降至 16 °C。山谷的年降雨量分别为南部和北部 500 毫米和 700 毫米 yr− 1，在邻近山区增加到 ~ 1000 毫米 yr− 1。在第四纪，Hula 盆地充当了花粉和微炭的陷阱（Weinstein-Evron 1983）。 在加利利海和死海之间，约旦河下游谷地在新石器时代相对密集地被占领（图 1）。约旦河下游谷地气候多样，从加利利海的地中海气候到死海的极度干旱气候（Frumkin and Shtober-Zisu 2024）。谷底主要被Lisan湖的沉积物覆盖，Lisan湖是死海在冰河时期的前身，以及覆盖在其上的沉积物。在湖面水位下降之后，约旦河沿着之前的湖面河床从加利利海流向死海，形成了一个狭长的洼地，底部是约旦河洪泛区。约旦河沿着这个副山谷蜿蜒流动。自 20 世纪人为提取上游水域以来，该河流已停止淹没洪泛区，其路线已稳定。沿着约旦河下游谷地的某些部分，泉水和流水很常见。其中一些与新石器时代的定居点有关，并受到自最后一个冰河时期以来水文地质构造重大变化的影响（Levy et al. 2020）。 距离东地中海海岸线 40-60 公里的主干山丘由晚白垩纪至始新世的厚层碳酸盐岩组成。目前的地中海和约旦河谷基准面之间的分水岭地区在新生代晚期暴露于岩溶作用（Frumkin [1993](https://link.springer.com/article/10.1007/</article/10.1007/s11368-025-04021-x#ref-CR30> "Frumkin A (1993) Karst origin of the upper erosion surface in the Northern Judean mountains, Israel. Israel J Earth Sci 41:169