近日，國際地學期刊《第四紀科學評論》(Quaternary Science Reviews, Top 5%)在線發表了中國科學院海洋研究所、美國路易斯安那州立大學、廣州海洋地質調查局等單位合作的研究成果“Farming stimulated stronger chemical weathering in South China since 3.0 ka BP ”。研究團隊基于珠江入?？诔练e巖芯的礦物地球化學記錄，重建了過去7千年以來華南化學風化和植被演變歷史，發現近3千年以來流域化學風化顯著增強且C₄植被豐度同步增加，提出人類農業活動的增強促進了流域化學風化作用。 

　　硅酸鹽風化是指地表硅酸鹽礦物與大氣、水及生物相互作用發生水巖反應而分解為粘土礦物及溶解質的過程?；瘜W風化過程通過吸收大氣CO₂，影響著全球氣候變化。硅酸鹽風化強度主要受控于巖性、氣候、構造及植被覆蓋等自然因素，但進入全新世，尤其是晚全新世以來，隨著人類活動的持續增強，人類活動可能在大陸風化過程中扮演著愈發重要的角色。正確理解人類活動與化學風化的關系及其內在作用機理，對于評估人類對大陸風化過程的擾動及其對全球氣候產生的潛在影響具有重要科學意義。 

　　已有研究表明，在全球許多大河流域(如西歐、中非、北美及東亞)，硅酸鹽化學風化程度自晚全新世以來顯著提高，這可能與流域人類活動的增強密切相關。關于人類活動促進風化過程的機理，一般歸因于人類活動導致的物理效應（如：加速物理侵蝕速率，并侵蝕更多風化程度較高的土壤老物質），而忽略了人類活動引起的生物地球化學效應對化學風化過程的影響。近年來，有學者提出，向農田施加硅酸鹽巖粉末，可以借助農作物的生物化學風化作用加速化學風化，固定更多大氣CO₂，從而緩解全球變暖過程。事實上，晚全新世以來，人類活動對地表植被的破壞和重塑已被廣泛揭示，地表植被的改變可能也會通過生物化學風化作用而影響硅酸鹽風化過程。該假設可以通過地質記錄來檢驗。 

　　珠江流域作為華夏文明的源頭之一，孕育了燦爛的古代人類文明，是探討人類活動與大陸風化關系的理想地區。研究人員以珠江口內伶仃洋的ZK20沉積巖芯為研究材料，在Sr-Nd同位素組成約束物源的基礎上，基于粘土礦物（高嶺石/伊利石比值）、常量元素組成（CIA指數、K/Al比值）、黑碳含量及碳同位素(δ¹³C_BC)、重金屬元素含量等指標，并綜合前人相關研究成果，重建了珠江流域近7千年以來的化學風化、C₃/C₄植被演化以及人類活動強度變化歷史。 

　　研究結果顯示，7-3 ka，珠江流域化學風化強度逐漸減弱，氣候記錄顯示該階段東亞夏季風整體減弱，溫度也逐漸降低。相對干冷的氣候不利于硅酸鹽化學風化作用的進行，因此該時段逐漸減弱的化學風化主要受控于季風氣候。自約3 ka以來，珠江流域化學風化顯著增強，然而此時段氣候并未明顯向暖濕轉化，因此該階段化學風化的顯著增強無法用氣候解釋。值得注意的是，重金屬元素、黑碳、禾本科花粉以及耕地面積等諸多與人類相關的指標均指示人類活動自3 ka以來顯著增強。因此，研究人員認為自3 ka以來人類活動的加強促進了珠江流域的化學風化。

珠江流域及周邊海陸分布和研究站位圖

　　對于晚全新世以來人類活動促進化學風化的機理，研究人員提出了不同于前人的觀點，認為除了物理效應，人類活動引起的生物地球化學效應同樣重要。黑碳碳同位素以及孢粉記錄顯示，自3 ka以來，人類農業活動（如砍伐、開墾和種植）對流域植被擾動增強，木本植被豐度大幅度減少，而草本（尤其是C₄草本）持續增多。如此顯著的植被組成變化勢必會通過生物化學風化作用對硅酸鹽風化產生影響。根據珠江口巖芯δ¹³C_BC與流域上游湖泊記錄的C₄植被的同步快速擴張，研究人員排除了土壤老物質對巖芯沉積物化學風化程度的影響。自3ka以來，黑碳δ¹³C_BC的快速正偏與化學風化的同步增強，進一步證實了人類活動引發的生物地球化學效應能夠促進化學風化。農業活動可能主要從三個方面促進了硅酸鹽的生物化學風化作用：農作物及伴生的草本植物釋放大量有機酸及螯合物、吸收土壤中K、Ca、Mg等活潑金屬元素、農業灌溉增加了水巖反應時間。 

過去7千年來東亞大陸化學風化和植被演化的海陸記錄

過去7千年來珠江流域化學風化、氣候、植被及人類活動歷史對比

　　該研究首次揭示了晚全新世人類農業活動增強引發的生物化學效應對硅酸鹽化學風化過程的促進作用。此外，研究人員通過系統總結東亞主要大河流域硅酸鹽化學風化的海洋沉積記錄，發現自2-3 ka，各流域化學風化均呈現不同程度的增強，且該時段與人類對流域植被的強烈擾動相對應。這表明，2-3千年前是一個關鍵時間節點，從此東亞地區逐漸增強的人類活動已經成為強烈影響區域自然過程的地質營力。 

　　論文第一作者為中國科學院海洋研究所博士后裴文強，通訊作者為海洋所萬世明研究員。本研究得到了國家自然科學基金、中國科學院戰略先導專項、泰山學者項目等的支持。 

　　論文信息：Wenqiang Pei, Shiming Wan*, Peter D. Clift, Guanqiang Cai, Debo Zhao, Jin Zhang, Wenjun Jiao, Mengshan Ju, Zehua Song, Anchun Li, 2023. Farming stimulated stronger chemical weathering in South China since 3.0 ka BP. Quaternary Science Reviews, DOI: 10.1016/j.quascirev.2023.108065. 

　　原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0277379123001130