据近年来在黄土层中发现的化石，古地磁、热释光、孢粉和14C等项目的分析资料表明，第四纪以来全球性的冰川活动，使黄土高原经历了冰期和间冰期的影响，总的变化趋势是冰期干冷气候对陕西黄土高原的影响一次比一次增强，间冰期的湿热气候影响一次比一次减弱。早更新世时，这里可能是森林草原景观，因为在黄土地层中有代表干冷气候的植物化石，如云杉(Picea)、冷杉(Abies)、雪松(Cedrus)；在午城黄土中找到具有森林草原习性动物化石如中国长鼻三趾马、中国角鹿、中国野牛和短脚野兔等，而草原习性的啮齿类动物则很少；植物孢粉中木本植物花粉在早更新世黄土层中，其数量不如草本植物花粉多，但在整个第四纪黄土层中，早更新世黄土层中木本花粉的含量还是最多的。中更新世时期，黄土高原的气候，有过多次干冷气候与暖湿气候交互回旋。干冷期黄土堆积；暖湿期形成了颜色红棕、中壤或中壤偏重、棱柱状结构、无石灰反应的古土壤。从土壤形成因素学说的观点来看，这类土壤是在温带湿润、半湿润木本植被下形成。但是在中更新世黄土层中发掘的动物化石多是食草性的，如丁氏田鼠、短尾兔、赵氏田鼠、斐氏转角羚羊等。植物孢粉以禾草及蒿属占优势；木本植物花粉有胡桃(Juglalls)。黄连木(Pistacia)、槭树(Acer)等，但数量极少；并在古土壤层中发掘有大熊猫(Ailuropoda melanoleuca cf fovealis)、象(Elephantidae indet)等亚热带、热带哺乳动物化石。晚更新世马兰黄土堆积期，黄土高原气候更趋干燥，大多数地区为草原或荒漠草原景观，动物化石有方氏田鼠、驼鸟蛋化石碎片、披毛犀、野驴、羚羊等草食动物，而食肉动物主要有狼，啮齿动物有兔鼠之类。植物孢粉以草本为主，其中又以反映干燥气候的蒿类最多。在高原北部榆林、米脂等地的马兰黄土中还夹有风积沙层。
进入全新世以来，陕西黄土高原气候有过冷暖转变，但幅度甚小。据洛川黑木沟全新世黄土分析，全新世时期8000～5800年以前为干冷草原景观；三千年前全新世中期新石器时代仰韶文化期，气候转暖。据竺可桢《中国近五千年来气候变化的初步研究》的推论，当时黄河流域的年平均气温比现今高2℃，一月份平均气温约比现今高5℃，故在无定河、洛河流域的原始人(河套人)生产活动十分活跃，留下了丰富的新石器时代的原始生产工具。全新世中期以后近三千年来，气候仍在冷暖波动转变，但总的特点趋向转冷，气温波动幅约为1～2℃。
全新世时期，全区各地都有黑垆土形成。由于南北间景观的分异与地形的差别，崂山以南高原沟壑区，塬面分布粘黑垆土；北部丘陵沟壑区分布着黑垆土，由于强烈的水土流失，这类土壤已不多见。分布在洛川、富县、黄陵、宜君、铜川、淳化、旬邑、彬县、永寿、长武等地黄土塬或平坦梁顶的粘黑垆土，具有三个剖面发生层，表土覆盖层，色淡灰褐，轻壤质地，厚度20～80厘米；心土腐殖质粘化层，暗灰带褐色似棱柱状结构，质地轻壤偏中，较上层稍粘(小于0.001毫米粒径的粘粒低于20％)，厚度40～80厘米；底土淀积层，淡灰黄色轻壤，带石灰淀积不均匀的灰白色，并有0.5～3毫米直径的石灰豆状和瘤状结核。全剖面呈强泡沫反应，PH值7.5～8.5。据长武、洛川典型粘黑垆土剖面分析资料表明：腐殖质层的碳酸钙含量最低，约3～4％，其它各层为5～12％，且自上向下增加；小于0.001毫米粒径的粘粒以腐殖质层含量最高，约21％，其它各层为16～17％。
这些粘黑垆土的形态，理化特征表明：粘黑垆土碳酸钙的含量和在发生层中的差异以及它的PH值，说明了粘黑垆土具有草原土壤钙化形成过程特征；腐殖质层中粘粒的聚集，又反映了粘黑垆土有森林土壤的粘化形成过程。据此认为全新世以来，陕西黄土高原南部是森林草原景观，北部为草原景观。
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