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中国是世界上沙漠、沙地分布较多的国家之一。沙漠和沙地内既有一定的水土、生物资源和丰富的光热、风力、矿产资源等可供开发利用,又存在发生沙漠化和沙尘暴等灾害的潜在因素,不仅制约本区社会经济发展和人民生活水平的提高,而且对其它地区构成威胁,严重影响我国社会经济可持续发展。因此,正确认识各沙漠、沙地的形成演化规律不仅是科学研究的需要,更是合理开发利用沙漠、沙地水土资源、保护生态环境和控制自然灾害的前提。
科尔沁沙地是中国东部面积最大的沙地。关于科尔沁沙地的形成时代,目前主要有两种观点:即全新世以前形成和全新世中晚期形成,两种观点虽各有所据,但大都缺少有力的年代学支持。全新世科尔沁沙地演化过程的研究不多,且研究结果存在较大差异。上述对沙地形成时代和演化过程的不同认识直接导致了对沙地形成、演化因为的认识存在较大分歧,主要有两种观点:第一种观点认为气候变化才是沙地形成演化的主导因素,人类活动只是叠加其上的次要因素;第二种观点则认为历史时期大规模人类活动是沙地活化、扩大的主要因为。显然,准确复原沙地的演化过程是正确认识沙地形成因为、理解历史时期气候变化和人类活动在沙地演化过程中所起作用的前提。基于上述存在的问题,本文在广泛的野外考察的基础上,选择分布于科尔沁沙地内部的14个风成砂.砂质古土壤地层剖面进行了系统的光释光测年,结合典型剖面的环境代用指标分析,重建了末次盛冰期以来科尔沁沙地的演化过程。综合前人研究成果,比较了全新世科尔沁沙地与其邻近沙地演化过程的异同,探讨了沙地演化与东亚季风的关系。结合气候记录、考古资料和历史文献,探讨了末次盛冰期、全新世适宜期和两千年以来的历史时期三个特征时期科尔沁沙地演化过程与气候变化和人类活动的关系。获得的主要结论如下:
(1)科尔沁沙地风成沉积物中38-63μm的石英颗粒具有晒褪彻底、释光信号强的优点,非常适合本区风成沉积物光释光年龄的测定;用光释光测年的单片再生法(SAR)和标准生长曲线法(SGC)得到的样品的等效剂量(De)具有很好的一致性,说明SGC法在本区具有很好的适用性,可以有效节约样品光释光年龄的测定时间。
(2)末次盛冰期以来科尔沁沙地经历了四个大的演化阶段,即25-12 ka的末次盛冰期沙地大规模活化阶段,12-7.5 ka的早全新世沙地由活化向固定转变的过渡阶段,7.5-3 ka的中全新世沙地大范围固定阶段,3-0 ka的晚全新世沙地活化-固定交替进行的波动演化阶段;典型剖面的环境代用指标分析表明,从约4 ka到2 ka,沙地环境由草甸草原逐渐退化为典型草原。
(3)全新世科尔沁沙地及其邻近沙地的演化过程基本一致,都表现出早全新世沙地趋于固定但依然部分活化、中全新世沙地基本固定和晚全新世沙地再次活化的特点;全新世科尔沁沙地及其邻近沙地有效湿度的增加与主要受太阳辐射驱动的东亚季风增强基本同步;早全新世之所以古土壤和风成砂同时发育,可能是因为受有效湿度控制的沙地环境变化对气候变化有一定的滞后。
(4)末次盛冰期以来,科尔沁沙地经历了一个由气候变化主导向人类活动影响逐渐增强的演变过程:末次盛冰期沙地的活化完全是气候恶化的结果;全新世适宜期沙地的固定得益于沙地有效湿度的增加,原始农业的发展对沙地演化的影响尚不明显;两千年以来的历史时期人类活动对沙地的影响逐渐显现。
(5)本文重建的三次沙地活化事件中的两次得到了历史文献记录的确认;进一步分析表明,发生于1200 AD前后的沙地活化事件是辽金时期高温干旱气候和大规模农业开发共同作用的结果,而发生于1800 AD前后冷湿期的沙地活化事件的主要因为是清代的又一次移民开垦:值得注意的是,这两次沙地活化事件都发生在从畜牧业向畜牧业和农业并行发展的文化转型期。