《Global and Planetary Change》：Long term context for bushfires in inhabited and uninhabited landscapes: A Holocene record from Kangaroo Island (Karti/Karta), South Australia
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气候变化驱动澳大利亚 Kangaroo 岛千年火灾模式转变，人类活动减少影响有限。研究通过新炭花粉记录和贝叶斯模型，揭示晚 Holocene 干旱与降雨波动加剧火险，植被从 Casuarinaceae 林木转向 Myrtaceae 岩生灌木，对应炭颗粒形态变化。人类退出约 6.2-5.0 cal ka BP，但火灾强度在 5.5 cal ka BP 后才显著上升。该成果为未来火险管理提供气候-植被-人类协同分析框架。
杜克斯伯里·露辛达·卡梅伦（Duxbury Lucinda Cameron）|卡德·海迪（Cadd Haidee）|劳·华莱士·布恩（Law Wallace Boone）|弗兰克·亚历山大（Francke Alexander）|C·勒尔·斯特凡（C. L?hr Stefan）|约翰斯-米德·卢卡·约哈尼（Johns-Mead Lluka Yohanni）|霍尔·菲利普·安东尼（Hall Philip Anthony）|阿姆布雷希特·琳达（Armbrecht Linda）|泰勒·乔纳森·詹姆斯（Tyler Jonathan James）
阿德莱德大学科学与工程技术学院物理、化学与地球科学系，澳大利亚南澳大利亚州阿德莱德市，邮编5005
摘要
了解长期火灾制度变化的驱动因素对于保护全球的生命、文化遗产和生物多样性至关重要。澳大利亚的袋鼠岛（Kangaroo Island，简称Karti/Karta）提供了一个独特的机会，可以在没有人类活动的情况下研究长期火灾动态与气候变化之间的关系——这种变化发生在中全新世时期人类永久性居住终止之后。先前的研究表明，人为景观管理的缺失导致了全新世晚期火灾活动的增加，但这一假设因古环境记录的不确定性而存在争议。我们利用新的7000年花粉和木炭记录，并结合贝叶斯相位模型重新评估了人类活动和气候对火灾动态的相对影响。重新评估的结果表明，人类活动在6200至5000年前停止（95.4%置信区间），这与植被组成的重大变化时间相吻合，但并未立即导致火灾活动的增加。在约5500年前之前，该地区存在以桉树为主的开阔林地，木炭颗粒较长，这表明当时燃烧的主要是细小燃料。约5500年后，植被转变为以桃金娘科植物为主，中层植被以灌木为主，木炭颗粒变短，表明燃烧的植被类型发生了变化。全新世晚期，由于干旱加剧和降雨量变化增大，火灾活动变得更加频繁。我们认为，火灾活动的增加主要是由于降雨量减少且变化更加剧烈，而人类活动的缺失进一步加剧了这一现象。这些发现突显了气候、植被和人类活动对火灾活动的综合影响，对未来的火灾管理具有启示意义。
引言
火灾长期以来一直是全球各地生态系统中的重要过程（Pausas和Paula，2012；Pyne，1991；Mooney等人，2011；Bowman，1998）。然而，近几十年来火灾制度发生了重大变化（Bowman等人，2020；Nolan等人，2020），预计在人为气候变化的影响下火灾将进一步增加（Hennessy等人，2022）。2019-2020年的澳大利亚“黑色夏季”大火摧毁的面积几乎是1851年以来任何火灾季节破坏面积的两倍（Morgan等人，2020；Davey和Sarre，2020）。这些火灾造成了人员伤亡、经济损失和生物多样性的丧失（Dickman，2021；Davey和Sarre，2020）。在袋鼠岛（Karti/Karta），大约一半的岛屿被烧毁，两人因此丧生（Taylor，2020；Bonney等人，2020）。
由于人为气候变化以及土地利用方式的持续变化和原住民对景观管理的丧失，全球火灾制度正在发生变化（Smith和Mistry，2021；Lake和Christianson，2020；Kimmerer和Lake，2001；Hoffman等人，2021）。自澳大利亚东南部有仪器记录以来，年平均降雨量有所下降，而气温则有所上升（CSIRO和气象局，2020）。预计这些趋势将加速，导致火灾季节延长，极端火灾天气天数增加（Dey等人，2019）。2019-2020年的“黑色夏季”大火发生在该地区有记录以来最热和最干燥的年份，尽管传统的干旱预测指标（如厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）、印度洋偶极子（IOD）和南方环状模（SAM）通常处于中性状态（Abram等人，2021；Devanand等人，2024）。
在英国入侵之前，澳大利亚普遍存在原住民的火灾管理实践，这种做法的丧失导致了森林组成的改变，从而引发了灾难性的丛林大火（Gammage，2013；Mariani等人，2022；Mariani等人，2024；Steffensen，2020）。当代原住民火灾管理的丧失并非澳大利亚独有的现象。在北美，原住民传统燃烧方式的消失改变了森林组成和燃料连接性，导致生物量增加，进而增加了火灾活动（Knight等人，2022）。在非洲南部，原住民火灾管理维持的细粒度栖息地镶嵌结构的丧失也导致了生物多样性的下降和景观变化（Laris和Wardell，2006；Ryan和Williams，2011）。因此，全球科学界和公众越来越认识到原住民景观管理在控制野火发生中的重要性（Trauernicht等人，2015；Smith等人，2021；Hoffman等人，2021）。
从湖泊沉积物中的木炭推断出的古火灾记录为从科学角度了解火灾活动的长期变化提供了依据（例如Whitlock和Larsen，2002；Mariani等人，2024），有助于理解当前的火灾制度，并更好地预测和管理未来的火灾情景。在澳大利亚，数十年的古环境研究致力于揭示气候、人类、生态系统和火灾之间的复杂相互作用（Singh等人，1981；Kershaw等人，2002；Black和Mooney，2006；Bowman等人，2012；Mariani等人，2016；Fletcher等人，2020；Adeleye等人，2021；Cadd等人，2025）。然而，每个变量对火灾的相对贡献和响应仍存在很大争议。此外，南澳大利亚地区的高分辨率全新世古火灾记录非常有限（Rehn等人，2025），这增加了研究区域的不确定性。
袋鼠岛拥有多个储存古环境信息的湿地，其中包括Lashmars泻湖（图1），其记录可追溯到全新世的大部分时间（Clark，1983a）。由于独特的人类居住历史，该岛与大陆有所不同。考古证据表明，原住民在英国入侵前数千年就停止了在岛上的永久居住（Walshe，2005；McDowell等人，2015；Lampert，1981）。这一事实也体现在原住民的知识体系中，大陆上的传统所有者通过口述历史传递了关于岛屿人口减少的代际记忆（Nunn等人，2024）。因此，该岛成为一个天然实验室，可用于研究原住民燃烧习惯的停止如何长期影响生态系统和火灾制度，从而塑造了其当前生态系统的独特多样性。
来自Lashmars泻湖的早期研究率先使用湖泊沉积物中的木炭和花粉作为火灾和植被的代用指标（Clark，1983a；Clark，1983b；Singh等人，1981；Clark，1976）。Lashmars泻湖最初的微观木炭记录显示，在约2500年前，木炭浓度从低水平显著上升（Clark，1983a），尽管存在时间上的不确定性。这一变化被认为是原住民停止了小规模、低强度的镶嵌式燃烧活动所致。然而，后来有人质疑Lashmars泻湖木炭记录的解释，认为Clark（1983a，1983b）报告的木炭数量增加可能是由于沉积物成分的变化导致的积累或沉积偏差（Illman，1998）。Illman（1998）指出，约2500年前火灾制度的改变与湖泊沉积物条件的变化同时发生，这种变化有利于黄铁矿的形成，而黄铁矿在显微镜下可能被误认为是木炭。Clark（1983a）的原始研究也受到了质疑，因为花粉记录并未显示出与木炭变化同时发生的植被变化（Gammage，2013；Illman，1998），这与大量文献中关于植被变化与火灾紧密相关的结论相矛盾（Lynch等人，2007；Bond和Keeley，2005；Bowman等人，2009；Pausas和Paula，2012）。
Duxbury等人（2024a，2024b）报告了来自Lashmars泻湖的一系列新的沉积物岩芯及其相关的放射性碳年代数据，这些数据连续覆盖了过去7000年的时间。Rahman等人（2025）随后更新了这些沉积物的年代数据，补充了最近2000年的放射性碳测年结果。在这里，我们利用这些沉积物通过化石木炭和花粉重建了火灾和植被的变化，并详细分析了沉积物成分，以解决过去特定地点的不确定性。我们将这项研究与考古数据分析相结合，重新评估了该岛的人类历史。我们在更广泛的气候和景观过程背景下考虑这些发现，并评估了它们对人们、气候和植被之间相互作用以及它们在塑造长期火灾制度变化中的作用的讨论的影响。
区域背景
袋鼠岛面积为4430平方公里，最近距离澳大利亚大陆14公里（图1）。大约8900年前，由于海平面上升，该岛与大陆分离（Belperio和Flint，1999）。这次显著的海平面上升在邻近原住民群体的口述传统中有记载，至今该岛对这些群体仍具有重要的文化意义（Nunn等人，2024）。
袋鼠岛具有温带地中海型气候特征
岩芯采集、沉积层序和年代学
2020年9月，我们从Lashmars泻湖北部盆地采集了重叠的沉积物岩芯（图1；南纬35.80473°，东经138.06411°，海拔0米）。关于岩芯采集和测年的完整描述见Duxbury等人（2024a，2024b）和Rahman等人（2025）的研究。
年代学分析使用了R语言中的rPlum软件包，通过对最上层沉积物进行210Pb和Pu同位素测年以及对7.5米沉积物序列的放射性碳测年来确定年代（Duxbury等人，2024a）
沉积层序和年代学
Lashmars泻湖的沉积物岩芯主要由均匀的细粒有机质和富含粘土的沉积物组成，基底年龄为7000年前（图S1）。沉积物在整个记录期间持续积累，平均每年沉积厚度为1.2毫米。花粉样本的中位年龄分辨率为每样本180年，顶部2.5米内的宏观木炭样本分辨率为每样本7.5年，底部5米内的分辨率为每样本230年。有关完整的层序和年代学细节，请参见Duxbury等人的研究
解决Lashmars泻湖木炭记录的先前不确定性
我们的研究解决了关于Lashmars泻湖花粉和木炭记录的长期不确定性。花粉、微观木炭和宏观木炭记录显示了过去植被和火灾的显著变化（图4，图5）。针对之前关于沉积学变化影响Clark（1983a）木炭结果的问题，我们特别关注了可能影响结果的沉积过程。
宏观木炭数据是使用保守的方法生成的
结论
本研究通过分析Lashmars泻湖7000年湖泊沉积物记录中的宏观木炭、微观木炭和花粉，重建了袋鼠岛（Karti/Karta）过去的火灾和植被变化，同时考虑了气候和原住民火灾管理丧失的影响。我们得出结论，全新世晚期气候变干和水分气候变异性的增加导致2300年前后火灾活动显著增加，而土地管理的缺失进一步加剧了这一现象。
CRediT作者贡献声明
杜克斯伯里·露辛达·卡梅伦（Duxbury Lucinda Cameron）：撰写初稿、可视化、方法论设计、调查、数据分析、数据管理、概念构建。卡德·海迪（Cadd Haidee）：撰写初稿、指导、方法论设计、调查、数据分析。劳·华莱士·布恩（Law Wallace Boone）：撰写、审稿与编辑、指导、调查。弗兰克·亚历山大（Francke Alexander）：撰写、审稿与编辑、概念构建。C·勒尔·斯特凡（C. L?hr Stefan）：撰写、审稿与编辑、指导、调查。约翰斯-米德·卢卡·约哈尼（Johns-Mead Lluka Yohanni）：
资金信息
这项研究的野外工作得到了阿德莱德大学环境研究所和Sealink有限公司的支持。在研究期间，LD获得了澳大利亚政府研究培训计划奖学金、AINSE有限公司的研究生研究奖，以及ARC澳大利亚生物多样性与遗产卓越中心（CABAH；170100015CE）的培训机会。JT获得了ARC未来奖学金（FT230100648）的支持。HC和LA获得了ARC DECRA奖学金的支持未引用的参考文献
Adeleye等人，2024
Aquino-L'opez等人，2018
Bian等人，2019
Blaauw和Christen，2011
Cadd等人，2019
Campbell等人，2023
Faegri和Iverson，1989
Ladd等人，1992
Nagra等人，2016
Octopus，2025
Rehn等人，2019
利益冲突声明
无
致谢
我们在原住民的土地上生活和工作。我们向过去的、现在的以及未来的原住民表示敬意，并承认他们的主权从未被剥夺。这项研究在阿德莱德大学的Kaurna Yerta（Kaurna土地）以及袋鼠岛（Karti/Karta）上进行，这两个地方对南澳大利亚的原住民以及被带到该岛的塔斯马尼亚原住民妇女及其后代具有深远的文化和精神意义
