《Ecological Indicators》：The current natural ecological disturbance baseline of fire activity in the southern European Alps – climate or humans?
火是许多生态系统中至关重要的干扰因子，例如在南欧阿尔卑斯（Southern European Alps）地区，人为气候变化预计将导致火灾活动显著增加。然而，目前尚不清楚自然因素还是人类因素主要控制着该区域的火灾制度（fire regime），因为当前仍缺乏区域火灾活动的自然生态干扰基线。因此，研究人员以多环芳烃（polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs）作为新型古火灾代用指标，对意大利北部普西尼亚诺湖（Lake Pusiano）一段年代明确的约8 ka（千年）沉积记录进行了分析。中全新世（Mid Holocene）期间火灾活动较低（ΣPAH < 1.8 ng g?1 yr?1），自青铜时代（约4 cal ka BP；平均ΣPAH为4.1 ng g?1 yr?1）起火灾活动增加，在罗马时期（约1.7 cal ka BP；ΣPAH为10.8 ng g?1 yr?1）达到峰值。该结果与多条区域炭屑古火灾记录一致，使得区域古火灾历史重建具有稳健性。观测到的古火灾模式与过去气候变化形成对比，反而与人类活动高度一致，表明这是一种人类驱动的火灾制度。因此，若无人类影响，南阿尔卑斯生态系统中应几乎不存在显著的区域火灾活动，这构成了当前区域自然生态干扰基线。然而，在近期气候变化背景下，观测到的干旱正日益超出全新世水平。因此，原本不易发生火灾的南阿尔卑斯生态系统可能正在向干旱驱动的火灾制度转变。这些发现为重新审视其他亚地中海地区的火灾风险与管理提供了全新视角。
南欧阿尔卑斯地区位于地中海盆地北缘，属于亚地中海气候与植被带，是欧洲最易发生火灾的区域之一。近年来该区域森林火灾显著增加，且预计未来几十年将进一步加剧。关于该区域火灾制度的主要驱动因素，学术界存在两种观点：一种认为火灾活动与当前密集的人类活动相关，包括意外火灾或纵火；另一种则认为火灾活动受干旱条件控制，属于干旱驱动的火灾制度。过去8千年中，高火灾活动期与温暖干旱气候重合，因此有学者认为在青铜时代人口增长和密集农业活动之前，气候是森林火灾的主因。然而也有研究指出，自新石器时代以来区域火灾制度已部分受人类驱动。这种不确定性使得当前缺乏区域火灾活动的自然生态干扰基线——即无人类干扰状态下野火的自然生态系统状态，而这对于管理当前和未来火灾风险、维持重要生态系统功能至关重要。
为确定南阿尔卑斯火灾动态的自然生态干扰基线，研究人员首次在该区域应用了多环芳烃（PAHs）古火灾代用指标。PAHs是有机化合物，在200–900°C范围内由有机物质不完全燃烧形成，可分为热成因PAHs（生物质燃烧如森林火灾）、石油成因PAHs（地质历史时期石油形成）以及生物成因和成岩作用PAHs（有机质缓慢转化）。人为来源包括人类点燃火灾或化石燃料燃烧产生的热成因PAHs，以及石油产品中的石油成因PAHs。PAHs具有疏水性，可吸附于较大颗粒，在长达千年的尺度上免受大气、水柱和沉积物中的降解。基于不同芳香环数和分子质量的多种化合物，可以重建燃烧物质来源、火灾距离与频率、燃烧温度、氧气可用性及过火面积等特征，从而为现有炭屑记录提供化学指纹信息，并整合更大尺度的区域视角。
研究选取意大利北部的普西尼亚诺湖（Lake Pusiano, PNO）作为研究地点，该湖位于南阿尔卑斯山麓，海拔200米，面积约4.9平方公里，最大水深24米。湖泊流域以中生代碳酸盐岩为主，山地流域面积达94.6平方公里，68%为（亚）山地森林。该区域自新石器时代即有农业活动，青铜时代以来人类活动进一步增强，18世纪以来周边城市如米兰、贝加莫和卢加诺显著扩张。
研究人员于2023年5月在湖泊最深处钻取6根沉积岩芯，总长度10.3米。采用重力取样器和平台式活塞取样系统获取岩芯，岩芯纵向剖开后进行高分辨率X射线荧光光谱（XRF）分析，以2毫米间隔测定元素组成。选取53个样品进行PAH分析，样品经冷冻干燥、超声提取后，通过气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）测定，使用外标法识别和定量14种PAH化合物。研究还计算了不同诊断比值，包括ΣLMW/ΣPAH（区分烟相与燃烧残留物）和FluA/(FluA+Pyr)（区分不同PAH来源）。年代学基于11个陆生大植物遗骸的
14C测年，使用Mini Carbon Dating System（MICADAS）加速器质谱仪测定，采用IntCal20校准曲线，并通过Bacon软件包建立贝叶斯年龄-深度模型。
**年代地层学**：岩芯显示层状粉砂质沉积物，10.3米至约0.3米处为浅棕色与黑色层交替，最上部约0.3米为富营养化暗棕色层。黑色层厚度小于1至20厘米不等，与钛（Ti）含量峰值同步出现，被解释为洪水事件沉积，在采样和年龄-深度建模中予以排除。
14C年代范围为7.9至0.4 cal ka BP，贝叶斯年龄-深度模型显示该复合岩芯覆盖过去8.0 cal ka BP，平均沉积速率为1.3 mm yr
?1。
**多环芳烃结果**：ΣPAH累积速率变化于0.2至80.1 ng g
?1 yr
?1之间。约4 cal ka BP之前数值较低（<1.8 ng g
?1 yr
?1），此后逐渐增加，在1.7 cal ka BP（10.8 ng g
?1 yr
?1）和0.2 cal ka BP（80.1 ng g
?1 yr
?1）出现明显峰值。高分子量（ΣHMW）和低分子量（ΣLMW）PAHs与ΣPAH趋势相似，ΣHMW始终高于ΣLMW。FluA/(FluA+Pyr)比值多数高于0.5，表明主要为热成因PAHs，反映工业化前的区域火灾活动。ΣLMW/ΣPAH比值介于0.19至0.55之间，表明记录以燃烧残留物为主，典型于森林火灾，指示较近的区域火灾来源。
**讨论部分**：
**PAHs作为古火灾代用指标的验证**：研究人员排除了非热成因PAH化合物，并通过诊断比值确认PAHs主要来自生物质燃烧而非石油来源或化石燃料燃烧。降解过程可能对低分子量PAHs有所影响，但因其在ΣPAH中占比极小（2-3环PAHs仅占1.8%），且与其他化合物及ΣPAH相关性仍很高（r = 0.96），认为降解未显著影响ΣPAH的时间序列模式。ΣPAH与XRF测定的Fe/Mn比值（指示氧化还原条件）无相关性（r = 0.001），排除了氧化还原条件对PAH保存的显著影响。高分子量PAHs通过聚合反应形成稳定的多环结构，结合于黑碳或烟尘颗粒，对大气光氧化和光解反应免疫，得以在千年尺度保存。
**普西尼亚诺湖火灾活动及其控制因素**：当前地中海和亚地中海地区的森林火灾主要与气候相关，气候控制燃料可用性和湿度。全新世期间，温度和降水受北半球夏季太阳辐射控制，于约10 cal ka BP达到最大，随后全新世大暖期（HTM）在约7 cal ka BP达峰。由于极地放大效应，高纬度地区升温更快，导致北半球纬向温度梯度减弱，大气环流系统向极地扩张，副热带高压带影响增强，南欧包括南阿尔卑斯地区气候更趋干旱，表现为低水位、洪水活动减少和冰川退缩。
晚全新世自约4.2 cal ka BP以来，北半球夏季太阳辐射和温度下降，新冰期（Neoglacial）降温趋势出现。高纬度地区冷却更快，纬向温度梯度增强，西风带南移，北大西洋水汽输送增加，南阿尔卑斯地区整体更冷更湿，表现为高水位、洪水活动增加和冰川前进。
若按近期研究提出的干旱驱动火灾制度，湿润且高生产力的南阿尔卑斯森林生态系统应在更温暖干旱的中全新世显示出更高火灾活动，而在更冷更湿的晚全新世火灾活动应下降。然而，与多条区域炭屑记录类似，PAH记录显示约4 cal ka BP之前区域火灾活动较低，青铜时代后逐渐增加，与气候演变趋势相反，反而与人类活动同步。
自约8 cal ka BP的新石器时代起，区域花粉记录显示禾本科（Poaceae）、蒿属（Artemisia）和谷类型（Cerealia-type）花粉等人为指示物增加，表明区域因苏布里亚森林（Insubrian forests）首次小规模 opening，开始谷物种植和畜牧养殖，新石器时代村落遗迹也支持这一点。这表明在温暖干旱的中全新世，人类已使用火作为工具获取空间和维持景观开放，最终导致对火高度敏感的冷杉（Abies alba）灭绝。
考古证据表明青铜时代和铁器时代区域人口显著增长。普西尼亚诺湖及周边有青铜时代干栏式建筑遗存，大型定居点已存在于南阿尔卑斯山前地带，且存在经斯普吕根和圣哥特哈德等阿尔卑斯山口通往中欧和北欧的长期跨阿尔卑斯贸易连接。区域花粉数据显示自青铜时代起森林砍伐和农业活动强烈增加，刀耕火种方式强化，导致ΣPAH在3.4和3.1 cal ka BP出现峰值。铁器时代约2.5 cal ka BP，科莫和米兰等大型城市建立并成为重要文化中心，可能与2.30 cal ka BP的ΣPAH峰值（3.4 ng g
?1 yr
?1）相关。
罗马时期城市化进程和新土地开发形式出现。罗马人在普西尼亚诺湖岸建立埃尔巴城并征服科莫，两城大幅扩张，可能导致1.7 cal ka BP的显著ΣPAH峰值（10.8 ng g
?1 yr
?1）。大规模森林砍伐以获取农业空间和种植栗树（Castanea sativa）等新树种也与此时期对应。中世纪森林持续减少，非乔木花粉高丰度指示剧烈森林破坏，与1.1 cal ka BP的ΣPAH峰值（4.4 ng g
?1 yr
?1）吻合。该时期区域经济强劲增长，土地利用和贸易密集，约0.7 cal ka BP的米兰战胜埃尔巴等战役可能与0.7 cal ka BP的火灾峰值（3.8 ng g
?1 yr
?1）相关。
总体而言，工业化前普西尼亚诺湖的ΣPAH记录与有文献记载的区域人类活动高度一致，研究人员将人类活动视为区域火灾活动的主要驱动因素。高分子量PAHs的主导表明自新石器时代以来频繁且显著的区域火灾事件具有高温缺氧生物质燃烧特征，而少量低分子量PAHs可能来自人类维持开放景观的低强度火灾。青铜时代以来，新兴冶金术也可能在一定程度上产生PAHs，罗马时期略有增强。时间偏差可能源于
14C测年和年龄-深度模型的不确定性。
自18世纪工业化以来，普西尼亚诺湖周边环境条件被人类活动大幅覆盖。区域高度工业化，以金属加工和纺织生产为主。缺乏污水处理系统导致大量石油成因PAHs（燃料、原油、润滑油）和化石燃料燃烧PAHs直接输入湖泊，造成0.2 cal ka BP的显著ΣPAH最大值（80.1 ng g
?1 yr
?1）。附近高交通量道路的车辆排放也可能贡献了这一增长。近几十年来，由于污水处理系统和排放法规等保护措施，工业PAH输入有所下降。因此，工业化以来的ΣPAH增长主要由工业和交通的直接大量PAH排放主导，无法与至今仍在发生的森林火灾区分，故研究人员将工业化以来时期从古火灾记录中排除。
**南阿尔卑斯火灾动态的当前自然生态干扰基线**：新ΣPAH记录证实了工业化前自然密集森林覆盖的南阿尔卑斯地区现有区域炭屑记录，使得区域全新世火灾历史重建具有稳健性。所有区域记录显示出大致一致的火灾模式：中全新世火灾活动较低，晚全新世增加（图6f-j）。这与中全新世更温暖更干旱、晚全新世更冷更湿润的气候模式形成对比。鉴于青铜时代以来显著的区域人口增长和强化刀耕火种农业，研究人员认为是人类活动而非气候变化增加了晚全新世的区域火灾活动。
炭屑峰值在卢科内湖（Lake Lucone）和奥里利奥湖（Lake Origlio）与农业活动指标吻合，在盖尔泥炭沼（Guèr mire）和皮安迪杰姆布罗泥炭沼（Pian di Gembro mire）与有文献记载的森林砍伐吻合。观测到的火灾峰值常与附近考古记录的定居点同时出现，如普西尼亚诺湖和卢科内湖的青铜时代干栏式建筑时期、巴拉德鲁姆泥炭沼（Balladrum mire）和盖尔泥炭沼的铁器时代定居点。因此，区域古火灾记录中的个别峰值并非同步，而是遵循人类活动的局地模式。此外，由于奥里利奥湖以及巴拉德鲁姆、盖尔和皮安迪杰姆布罗泥炭沼位于普西尼亚诺湖以北的阿尔卑斯山谷中，定居点从南部波河谷地开始扩展，这些北部高海拔地点显示出与更南部地点相比的人口增长时间滞后。
随后，在罗马时期和中世纪，普西尼亚诺湖的ΣPAH达到峰值，而北部地点的炭屑输入已下降。这可能是因为科莫湖地区和南前阿尔卑斯自青铜时代以来就存在大型连续城市中心，而北部内陆阿尔卑斯定居点往往规模较小且更为短暂。
总体而言，由于区域火灾峰值与人类活动的高同步性自中全新世以来即已存在，研究人员认为亚地中海南阿尔卑斯（约45–46.5° N）自新石器时代以来即为人类驱动的火灾制度，需要与相邻的北地中海区域（约40–45° N）主要以干旱驱动的火灾制度区分开来。北地中海区域受副热带高压带强烈影响，夏季干燥，燃料湿度低，森林火灾受高温、低降水和高蒸散发促进，中温暖干全新世火灾活动强烈，约5 cal ka BP向更冷更湿的新冰期过渡时下降。而人类对北地中海区域火灾活动的影响在4–3 cal ka BP之前似乎不显著。
南阿尔卑斯特殊的与水文条件可归因于欧洲阿尔卑斯弧的凹形结构，将来自南方的水汽输送集中于普西尼亚诺湖区域，产生1300至2000 mm a
?1的大量地形降水，全年 humid 且无明显干季（Cfa气候），与典型地中海柯本分类的Csa气候夏季干燥特征显著不同。因此，尽管干燥条件确实在一定程度上降低了南阿尔卑斯森林生态系统的燃料湿度并增加了可燃性，但这种气候效应未在区域古火灾记录中显示。所谓干暖气候促进更密集的文化火点燃和土地利用的观点在数据中也未得到支持。因此，亚地中海南阿尔卑斯火灾制度不应被归类为与北地中海区域类似的典型干旱驱动类型，而应视为人类驱动。若无人类影响，南阿尔卑斯生态系统中应几乎不存在区域火灾活动，这构成了当前自然生态干扰基线。
在近期气候变化背景下，大气环流模式与中全新世类似，正出现约100 mm a
?1的降水减少趋势，副热带高压带影响增强。按照当前自然生态干扰基线，与中全新世类似的更干燥条件不应导致人类驱动火灾制度中火灾活动的增加，该区域超过90%的火点燃仍为人为原因。然而，观测到的干旱正日益超出全新世水平，尤其是极端干旱期变得更加频繁，有利火灾的天气条件出现频率远高于中全新世，而区域人类影响仍保持高位。因此，原本不易发生火灾的亚地中海南阿尔卑斯生态系统可能正在向类似于北地中海区域的干旱驱动火灾制度转变，对生态系统恢复力和区域火灾管理策略具有深远影响。
**结论与展望**：
研究人员呈现了南阿尔卑斯首个基于PAHs的古火灾记录，来自普西尼亚诺湖覆盖过去约8 cal ka的湖泊沉积岩芯，以调查区域火灾制度及其气候和人为控制因素。PAHs主要来源于热成因，指示频繁且显著的区域火灾事件伴有高温生物质燃烧，较高ΣPAH累积速率由更频繁和/或更大规模的火灾导致。此外，记录还通过18世纪以来的石油成因PAHs和化石燃料燃烧输入反映了工业活动。
ΣPAH记录和现有南阿尔卑斯炭屑记录均显示出一致的模式：中全新世火灾活动较低，晚全新世增加，这与中全新世更温暖更干旱、晚全新世更冷更湿润的气候模式形成对比，而该生态系统为密集森林覆盖。相反，古火灾记录与人类存在和土地利用策略的变化高度同步，在人口密度高和各自区域密集刀耕火种森林清理的阶段出现火灾峰值。因此，南阿尔卑斯的火灾制度自中全新世以来可能即为人类驱动，需要与气候影响强烈的地中海区域区分开来。由于其特殊的水文条件，南阿尔卑斯即使在干旱期也相对湿润，不能被归类为典型的干旱驱动火灾制度。因此，若无人类影响，应几乎不存在区域火灾活动，这构成了当前自然生态干扰基线。
然而，在近期气候变化背景下，人类影响仍保持高位，而严重干旱正日益超出全新世水平。这可能已导致向干旱驱动火灾制度的转变，且被人类活动强烈强化，凸显了采取干旱适应和社会经济措施的必要性。其他具有类似生态条件的亚地中海区域，如北亚平宁山脉、西阿尔卑斯和第纳尔阿尔卑斯或比利牛斯山脉，也可能出现类似情况。
