来东湖富营养化发生的沉积学记录.doc

生态环境 2008, 17(1): 35-40 Ecology and Environment E-mail: 基金项目：国家自然科学基金项目（40502015）；世界自然基金项目（CN0088.04-HS04）；中国博士后科学基金项目（2005038555） 作者简介：顾延生（1970）男，博士，副教授,主要从事第四纪全球变化与生态响应研究。E-mail: 收稿日期：2007-08-16 100 年来东湖富营养化发生的沉积学记录 顾延生 1,2, 李雪艳1, 邱海鸥3, 黄俊华1, 谢树成1, 阮小燕1, 周修高1 1. 中国地质大学生物地质与环境地质教育部重点实验室, 湖北 武汉 430074; 2. 中国地质大学生态环境研究所，湖北 武汉 430074; 3. 中国地质大学材料科学与化学工程学院，湖北 武汉 430074 摘要：在 210Pb 计年的基础上，运用水生生物遗存、色素、有机碳同位素和磁化率分析了东湖钻孔沉积物中的生物与环境信息， 重建了东湖 100 多年来湖泊营养与环境演化历史。研究发现东湖 100 多年来在人类活动不断增强的背景下，指示重金属污染 的磁化率和指示湖泊富营养化的色素指标如蓝藻叶黄素（Myx）、颤藻黄素（Osc）快速上升，相应的水生生物如介形虫、腹足类、 水生高等植物等表现明显的组合和变化阶段，同时有机碳同位素偏正与湖泊生产力升高和藻类繁盛有关。沉积记录表明东湖 生态系统近代发生了深刻变化，湖泊营养演化自早至晚呈现四阶段性：贫营养阶段(1900-1966AD)色素水平低、拥有较丰富的 水生高等植物和腹足类；中营养阶段(1966-1983AD)色素含量增高、水生高等植物和腹足类减少；富营养化阶段(1983-1989AD)色 素含量快速增高、水生高等植物消失；超富营养化阶段（1989AD至今）色素含量稳定居高、某些耐污染的介形类较繁盛。结 果对于认识湖泊生态环境演化与人类活动的关系、以及如何治理湖泊环境具有现实的意义。 关键词：东湖;沉积物;生物遗存;色素;有机碳同位素;营养演化 中图分类号：X14 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（2008）01-0035-06 江汉平原的浅水湖泊是长江中游特有的湿地 资源，近代 100 多年来江汉湖群受到人类活动的 强烈冲击1，特别是建国以后，湖泊生态环境在 人类活动干预下发生了深刻的改变，大量研究表 明长江中游湖泊生态主要面临几大问题的困扰 如泥沙淤积与面积萎缩、酸化现象、水体污染、 水体富营养化、生态系统退化和生物多样性剧减 等生态与环境问题，这不仅严重制约了地区的经 济发展，而且给社会可持续发展带来了一系列问 题，所以研究长江中游地区近代湖泊沉积与环境 演化过程，重新审视湖泊生态环境演化与人类活 动的关系，建立和谐的人地关系具有重大的指导 意义。 自 20 世纪 50 年代开始，中科院水生所、武汉 大学等单位就对东湖持续开展了一系列湖泊生态 学调查，特别是对东湖的水生生物演化与富营养化 发生展开了一系列调查研究，取得了丰硕的成果2-7。 迄今为止，尚未有人运用沉积物对东湖进行较长尺 度和较高分辨率的沉积记录与湖泊营养态演化过 程研究。为此本文选择了武汉东湖近代湖泊沉积物 进行了相关生物与环境指标的提取，结合人类活动 的阶段性特征，分析湖泊生态响应的沉积记录，重 建了近代东湖生态环境系统在人类活动影响下的 营养态演化过程。本研究对于认识湖泊生态环境演 化与人类活动的关系、如何治理湖泊环境具有现实 的意义。 1 东湖概况和研究方法 东湖是我国著名的风景名胜区和水上运动场所 的多功能水体。东湖系构造基础上经长江自然封闭淤 积的堤间洼地堰塞湖，由彼此相连的郭郑湖、汤林湖、 水果湖、庙湖、牛巢湖和后湖等水域组成，面积 33.7 km2，最大水深 3.1 m, 湖岸极不规则，岬湾交错。东 湖原为敞水湖泊，与沙湖相连，湖水紧贴青山江边， 与长江相通，受长江水位涨落所制约。清末以来随着 余家湖的淤没和 1958 年青山武丰闸建成，东湖由天 然湖泊变成为人工控制的城市内陆水系，经过 100 多 年的演化，东湖已成为一个典型的城市富营养型湖泊， 最大湖区郭郑湖富营养化较严重。 图 东湖钻孔取样位置图 Fig. 1 Map showing core site in the Donghu Lake 36 生态环境 第 17 卷第 1 期（2008 年 1 月） 1.1 样品采集与处理 东湖钻孔位于郭郑湖区东侧 （E1142304.5，N303312.2），如图 1 所示。2003 年 5 月采用仿瑞典重力采样器取得深度为 42 cm 的近代沉积物，岩性分为两层，上层（022 cm）为青 灰色灰色炭质淤泥层、富含植物碎片，有机质丰 富；下层（2242 cm）为灰黄色、浅灰色淤泥，可见腹 足类、双壳类和植物碎片。野外 210Pb、水生生物和 有机碳同位素样品按 1 cm 间隔连续取样塑料袋密 封，色素和磁化率样品按照 2 cm 间隔连续取样。 东湖郭郑湖区的湖心沉积物室内经过 160 目 铜筛水洗，自然凉干后于双目实体显微镜下挑选， 获得了较丰富的水生植物繁殖器官（果实或种子）、 枝角类的卵鞍、腹足类的口盖和介形类等多门类动、 植物遗存，其中以腹足类的口盖和介形类的壳体的 数量较多，通过鉴定、统计分析表明水生生物遗存 具有阶段性变化，为探讨近代人类活动对东湖生态 与环境影响提供了生物记录。 1.2 210Pb 测试与沉积计年 210Pb 样品 40 恒温烘干后称干质量，随后研 磨至 60 目左右供测试，样品测试在华东师范大学 河口海岸国家重点实验室用 EG Zhang Zongshe. 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Our results indicate that magnetic susceptibility (indicator for heavy metal contamination) and pigments indices such as Cyanophyta lutein and Oscillatoria flavin (indicators for eutrophication) have an abrupt increase together under the control of intensive human activity. The hydrobiological remains such as Ostracoda, Gastropoda and submergent plants have distinct assemblages corresponding to environmen