Archaeometry |中国西南地区全新世气候变化驱动区域人口500年周期性波动
近日，四川大学考古科学中心地学考古实验室贺可洋特聘副研究员，在国际期刊Archaeometry发表题为“Holocene 500-year periodic demographic fluctuations linked to climate change in Southwest China mountains”的研究论文，共同作者包括中国科学院地质与地球物理研究所徐德克副研究员、吕厚远研究员，中国地质大学（北京）崔安宁副教授，四川大学考古科学中心张桂英实验师。该项研究受国家自然科学基金委员面上项目（42477479）第一资助，同时受国家自然科学基金交叉学部重大项目（T2192954）和四川大学考古科学中心项目（24SASB06）等共同资助。
作为人类重要的栖息地和交流通道，中国西南山区具有复杂多样的地形与气候，这既塑造了丰富的生物、民族和文化多样性，也限制了对区域史前人口规模演变的整体认识。由于缺乏高分辨率连续的区域史前人口代用指标，中国西南地区史前人口波动及其背后驱动机制仍不清楚。本研究汇总了中国西南地区已发表的885个考古碳十四年代数据（图1），通过概率密度统计模型定量重建了过去一万年间区域人口动态变化。总体而言，中国西南地区人口在~6200 cal BP开始显著增长，可能与中全新世适宜期气候环境改善为狩猎采集人群提供丰富食物资源相关。之后，随着粟作农业在~5300 cal BP传入西南山地，区域人口增长明显加速，并在~5000- 2500 cal BP期间维持了较高的人口规模。除此之外，中国西南地区人口规模还呈现出清晰的约500年周期性波动，尤其是叠加在~5000- 2500 cal BP期间的人口高峰期，在~4870、4430、3950、3290和2755 cal BP出现5次显著的人口峰值，与暖湿季风气候期和稻旱混作农业兴盛期高度吻合。季风气候与区域人口存在约500年周期的同步变化表明，温暖湿润的自然气候有利于农业生产力的提高，支撑了人口规模的增长和史前文化的繁荣。
图 1. 中国西南地区碳十四考古遗址点（蓝色）和古气候记录（紫色）分布。红圈蓝点指示农作物直接测年遗址
碳十四总和概率密度（SPD），是基于过去人口水平与人为碳积累量是成比例的这样一个假设，因此大规模碳十四数据集被广泛用作过去聚落、人类活动及人口波动的代用指标。基于碳十四总和概率密度重建的区域人口记录显示，中国西南地区全新世人口整体呈现出轻微的上升趋势，尤其是在 ~6200 cal BP 人口开始呈现几何级数快速增长，但又在~5500 cal BP 出现小幅下降，此后直到 ~2800 cal BP，区域人口规模都维持在较高水平（图2）。值得注意的是，在全新世人口演变的长期趋势上，还叠加着多次百年尺度振荡，尤其是在~5000- 2500 cal BP期间，发现5次显著的人口峰值，分别是在~4870、4430、3950、3290 和 2755 cal BP，相应的在~4650、4170、3640、3000 和 2530 cal BP区域人口则处于低谷期（图2）。为了进一步验证人口的波动周期及历时稳定性，利用希尔伯特黄变换、小波变换、谱分析等时间序列分析方法，证实中国西南地区全新世人口波动呈现出清晰的~500年周期（图3）。
图 2. 中国西南地区过去 12 ka 碳十四总和概率密度（SPD）与古气候记录对比
(A, B) 董哥洞D4和DA石笋 18O记录；(C, D) 天才湖TCK1钻孔基于摇蚊重建的七月平均气温和铁杉属花粉百分比；(E) 中国西南地区过去 12 ka 碳十四总和概率密度。蓝色垂直条表示 5.5 ka 寒冷气候事件，粉色垂直条表示人口峰值
图 3. 中国西南地区过去 12 ka 碳十四总和概率密度（SPD）的时间序列分析
(A) SPD 的希尔伯特黄变换结果(EEMD)；(B) C3–C5分量的Redfit 谱分析结果；(C) C3–C5分量的小波分析结果
在千年尺度上，人口急剧增加发生在~6200 cal BP（图3），早于农业传入这一地区，中国西南地区此时仍然是被狩猎采集人群所占据，例如兴义I期、牛坡洞III期等遗址，考古学文化面貌上的显著变化是开始出现磨制石器和陶器，标志着从旧石器向新石器时代过渡。这一时间节点，恰好对应了天才湖孢粉、摇蚊等古气候记录指示的中全新世适宜期，改善的暖湿气候环境条件提供了更加丰富自然资源，推动采食社会人口密度的增加。然而，人口扩张趋势被随后的5.5 ka 寒冷/干旱气候事件所打断（图3），同时，这一气候事件又与仰韶文化晚期和马家窑文化沿青藏高原东缘向南传播有关。伴随着黄河流域新石器先民进入川西高原和粟作农业的传入，在中国西南山地形成刘家寨、营盘山等遗址，粟作农业支撑下的区域人口在~5300 cal BP后呈几何级加速增长，并在~4885 cal BP迎来第一个峰值。
在百年尺度上，500年的振荡周期叠加在~5000- 2500 cal BP期间人口规模较大的整体趋势之上，尤其是5个最引人注目的人口峰值，恰好对应了成都平原新石器-青铜时代考古学文化的繁荣期（图4），包括桂圆桥（5100-4600 cal BP，~4885 cal BP)、宝墩 (4600–3700 cal BP，~4390 和 3875 cal BP)、三星堆 (3700–3200 cal BP，~3350 cal BP) 和十二桥 (3200–2600 cal BP，2825 cal BP) 文化。在此期间，区域史前人口波动和考古学文化演替的背后，则是季风季候驱动下的农业生产力的起伏演进。中国西南地区史前人口波动与小龙湾、和尚洞、犀牛洞等古气候指标几乎存在500年周期的同步变化，季风气候周期性的暖湿/冷干与人口规模的扩张/收缩过程显著相关（图4）。第一个暖湿气候期（~4885 cal BP）与单一的粟作农业集约化发展相吻合，支撑了桂圆桥文化的繁荣和区域史前人口的扩张；后续的几个暖湿气候期则是对应了稻旱混作农业的兴盛，指示随着稻作农业在~4700 cal BP从长江中游传入，稻旱混作的多样化农业模式支撑了宝墩、十二桥和三星堆文化的繁荣并刺激区域人口的进一步增长。
图 4. 中国西南地区过去 6 ka SPD与气候记录、农业活动的对比
(A) 小龙湾湖栎属花粉百分比记录；(B) 和尚洞石笋IRMsoft-flux记录。；(C) 犀牛洞石笋 PC1 结果；(D) 成都平原新石器-青铜时代考古学文化序列；(E) 中国西南地区粟黍和水稻SPD结果； (G, F) 中国西南地区过去 6 ka SPD曲线和带通滤波分析结果。色竖条表示人口峰值
本项研究建立了中国西南地区首个史前人口波动的高精度量化分析曲线，为探究史前人地关系演变提供重要参照；揭示出全新世人口波动的约500年准周期性变化，阐明了从千年到百年尺度上的人口动态演化的整体趋势、相位关系和潜在机制。论文撰写过程中得到中国科学院南京地理与湖泊研究所张恩楼研究员、肖霞云研究员和贵州省山地资源研究所黎有为的大力支持，在此表示感谢，同时感谢两位匿名审稿人提出的宝贵意见。
原文链接：https://doi.org/10.1111/arcm.70130