（自然地理学专业论文）基于湖泊沉积的近800多年来巢湖环境演变研究.pdf

上海师范大学硕士学位论文摘要 基于湖泊沉积的近8 0 0 年来巢湖环境演变研究 摘要 本学位论文以长江中下游沿江湖泊巢湖为研究对象，通过钻取位于湖心长度为1 4 1 e m 的c h 1 孔，获取沉积物粒度、磁学特性和营养元素的信息，结合沉积物测年技术，重建巢 湖8 0 0 多年的环境演变过程。而通过选取粘土含量、z 、s i r m 等1 6 个指标进行主成分分析 确定1 1 个综合性指标，在此基础上再进行聚类分析，从而构建了巢湖8 0 0 多年来的环境演 变沉积序列。针对上述一系列研究，得出以下主要结论： 1 根据对巢湖c h 1 孔沉积物2 1 0 p b 测试分析表明，湖心c h 1 孔平均沉积速率约为 0 1 7 c m a ，整个c h 1 孔柱样沉积物覆盖11 7 7a a d 以来大约8 0 0 年的时间。 2 c h 1 孔沉积物粒度组成以细粉砂为主，约占总含量的一半，中粉砂次之，其次为粘 土，砂含量最少。总体上，由于c h 1 孔位于巢湖中心，此处沉积环境较稳定，水动力环境 也较弱，因此沉积物粒度颗粒较细。而磁性矿物主要赋存于粘土( 2 u m ) 组分中，亚铁磁 性矿物为磁性矿物的主要贡献者。由于钻孔位于巢湖中央，受河流影响较弱，总体上，粘土 含量高的样品，磁化率较高，但磁性矿物颗粒较粗；反之，粘土含量低的样品，磁化率较低， 磁性矿物颗粒较细。经对巢湖c h 1 孔进行粒度分析，并结合磁学测量和磁学参数的垂向变 化趋势，可将该钻孔分为4 段： 沉积物年代l1 7 7 a a d l2 7 1 a a d ( 对应钻孔沉积深度1 4 l 1 2 5 c m ) ，粒度和磁 学参数变化均表明该时段内巢湖处于湿润时期，与中世纪暖期的时间相吻合。 沉积物年代l2 7 1 a a d 17 4 7 a a d ( 对应钻孔沉积深度1 2 5 4 4 c m ) ，c h 1 孔沉 积物粒度和磁学分析表明该时期内，巢湖发生频繁的湿润和干旱交替，使得粒度和磁学参数 对环境变化的指示意义并不完全相同。该时期内共发生了5 次极端性的干旱事件，其中最干 旱事件发生在该段末期，即17 4 7 a a d 左右。另外，该段内气候总体以干冷为主，指示了 中国东部“小冰期”气候的特点。 上海师范大学硕士学位论文摘要 沉积物年代17 4 7 a a d l8 6 5 a a d ( 对应钻孔沉积深度4 4 - - - 2 4 c m ) ，该段是“小 冰期”盛期后持续回暖的阶段，降水量很小。在l7 4 7 a a d 左右巢湖流域发生了一次重要 的环境变化事件，因而该时间也成为巢湖地区气候变化的一个重要分野线。 沉积物年代l8 6 5 a a d 至今( 对应钻孑l 沉积深度4 4 至项部) ，该时段内的粒度和磁 学参数变化均表明气候持续变冷变干旱的过程，最干旱时期为l9 3 5 a a d 。 3 c h l 孔营养元素t o c 、t n 、t p 含量的变化与粘土( 2 , u r n ) 含量均呈现较显著的 相关关系，相关系数都在0 7 以上，说明营养元素t o c 、t n 及1 1 p 主要吸附于细颗粒沉积 物中。与上述粒度和磁学特征分段略有不同的是，沉积物营养元素在12 7 1 a a d - - - 17 4 7 a a d 之间的分段可以分为3 小段： 沉积物年代12 7 1 a a d - - 14 7 7 a a d ( 对应钻孔沉积深度1 2 5 - - 9 0 c m ) ，巢湖有机物 质主要来源于湖泊水生植物，3 项营养元素值呈现较稳定低值和小幅波动的状态，均呈现减 少的趋势。 沉积年代14 7 7 a a d - - 16 5 3 a a d ( 对应钻孔沉积深度9 0 6 0 c m ) ，该时期内c h 1 孔沉积物经历的是一个较高的有机质积累过程，也是巢湖沉积物受陆源物质影响的一个过程， 巢湖较高的t o c 积累主要源于陆生植物的有机物。t o c 、t n 含量在波动中升高，t p 含量 则仍保持在较低水平内保持微弱的降低趋势。在l6 4 7 a a d 左右，由于受陆地影响最强烈， 巢湖的营养元素达到了最大值。 沉积物年代16 5 3 a a d l7 4 7 a a d ( 对应钻孔沉积深度6 0 , - 一4 4 c m ) ，在l6 5 3 a a d 达到峰值后，t o c 、t n 、t p 含量均减少，c n 比值也有减小的趋势，t o c 、t n 、t p 值分 别在4 7 c m 、4 4 c m 、4 9 c m 处出现谷值，说明有机质积累达到最低值阶段，与c h 1 孔沉积物 粒度与磁学分析中呈现的4 4 c m 处( 约17 4 7 a d ) 的极端干冷事件基本上是一致。此段内 t p 平均值为0 0 4 4 ，比l4 7 7 a a d l6 5 3 a a d 之间平均值为0 0 2 7 的相比，有很大的增幅。 人口和耕地数量的快速增加，加上此时对于农业耕作中对肥料认识的深刻，肥料种类和施用 方法的发展造了沉积物中t p 含量的大幅跃升。 4 通过s p s s1 5 0 对粘土含量、磁化率z 、频率磁化率、s i r m 、t o c 等1 6 个具有代 表性的指标进行主成分分析，确定沉积物粘土含量、z 、s i r m 、融州、t o c 、t n 等1 1 个能 密切反映巢湖环境变化信息的指标变量组成的主成分，并在此基础上对获取的巢湖c h 1 孔 沉积物11 3 个样品进行聚类分析。结果显示，巢湖c h l 孔沉积物样品可以分为4 大类、2 i l 上海师范大学硕士学位论文 摘要 个亚类，据此建立了c h 1 孔的环境演变序列，并结合前面各指标分析的已有结果得到巢湖 地区8 0 0 多年来环境演变的综合序列。 关键词：巢湖，环境演变综合序列，数学分析，粒度、环境磁学、营养元素 i i i 上海师范大学硕士学位论文 a b s t r a c t s t u d y o nt h ee n v i r o n m e n t a le v o l u t i o no f l a k ec h a o h uf o rt h el a s t8 0 0y e a r s ， b a s e do nt h el a k es e d i m e n t s a b s t r a c t l a k ec h a o h u ，w h i c hi sl o c a t e di nt h ea r e a sa l o n gt h em i d d l ea n dl o w e rr e a c h e so ft h ey a n g t z e r i v e ro fc h i n a ，i sc o n s i d e r e da s t h es t u d yo b j e c t c o r e dc h - ii nt h ec e n t r a lo ft h el a k e ，w i t h g a i n e ds e d i m e n ts a m p l e s ，b a s e do ni n f o r m a t i o n sf r o mt e s t i n ga n dc a l c u l a t i n gs e d i m e n tg r a i ns i z e 、 m a g n e t i cc h a r a c t e r i s t i c sa n dn a t u r a le l e m e n t s ，a sw e l la ss e d i m e n tc h r o n o l o g y ，t h i ss t u d yr e b u i l d s t h ee n v i r o n m e n t a le v o l u t i o nd u r i n gn e a r l yt h ep a s t8 0 0y e a r si nt h ew a t e r s h e do fl a k ec h a o h u f u r t h e rm o r e ，14t e s t e di n d i c a t o r ss u c ha sc l a yc o n t e n t 、m a g n e t i cs u s c e p t i b i l i t y 、s i r ma n ds oo n a r es e l e c t e dt oe x e c u t ep r i n c i p a lc o m p o n e n ta n a l y s i s ，t h e nf i x1 1n e wi n t e g r a t e di n d i c a t o r st or a n c l u s t e ra n a l y s i s ，a n df i n a l l yt h i ss t u d yc r e a t e st h ee n v i r o n m e n t a le v o l u t i o ns e q u e n c ea b o u tt h ep a s t 8 0 0y e a r s b a s e do nr e s e a r c h e sa b o v e ，t h em a i nc o n c l u s i o n sa r ea sf o l l o w s ： 1 b a s e do nt h es a m p l ed a t i n gr e s u l t so f2 1 0 p bf r o mc o r ec h 一1i nc e n t r a ll a k ec h a o h u i t s a v e r a g ed e p o s i tr a t ei sa b o u t0 17 c m a , s ot h ew h o l ec o r ec h - 1c o v e r sa p p r o x i m a t e l y8 0 0y e a r s s i n c e a dl1 7 7 2 s e d i m e n tf r o mc h - 1i sm a i n l yc o n s i s t e do ff i n es i l t ，w h i c ht a k e so v e rah a l f , m e d i u ms i l t a n dc l a yn e x t , t h el e a s ti ss a n dc o n t e n t ；w h i l em a g n e t i cm i n e r a l sa l em a i n l ya b s o r b e db yc l a y , a n d t h e ma r em a i n l yc o n s i s t e do ff e r r o m a g n e t i cm i n e r a l s o v e r a l l ，c o r ec h 一1l o c a t e si nt h ec e n t r a l l a k e ，w h e r eh a sas t a b l ed e p o s i tc o n d i t i o nw i t haw e a kh y d r o d y n a m i ce n v i r o n m e n t ，s of i v e r f u n c t i o nh a sf a i n ta f f e c t i o no nt h es e d i m e n t , a n df i n a l l yl e a dt of i n eg r a i ns i z e g e n e r a l l y , t h ec l a y c o n t e n ti sh i g h e r , t h em a g n e t i cs u s c e p t i b i l i t yi sh i g h e rr e l a t i v e l y , a n dt h em a g n e t i cm i n e r a lg r a i ni s c o a r s e r ；o nt h ec o n t r a r y , t h ec l a yc o n t e n ti sl o w e r , r e l a t i v e l y , t h em a g n e t i cs u s c e p t i b i l i t yi sl o w e r , i v 上海师范大学硕士学位论文 a b s t r a c t w h i l et h em a g n e t i cm i n e r a lg r a i ni sf i n e r c o n s i d e r i n gt h ev e r t i c a lv a r i m i o n so ft h es e d i m e n tg r a i n s i z ea n dm a g n e t i cc h a r a c t e r i s t i c s ，c o r ec h - 1w a sd i v i d e di n t o4s e d i m e n t a r yc h r o n o l o g i c a l s e c t i o n s 11 7 7 a a d l2 7 1 a a d ( c o r r e s p o n d i n gt o1 4 1 - - 1 2 5 c m ) i sp r o v e nt ob eaw e tp e r i o d a c c o r d i n gt ob o t hg r a i ns i z ea n dm a g n e t i cc h a r a c t e r i s t i c s ，w h i c hm a t c h e sa l o n gw i t ht h em e d i e v a l w a r mp e r i o d ( m w p ) 11 7 7 a a d 12 7 1 a a d ( c o r r e s p o n d i n gt o1 2 5 一- 4 4 c m ) i sp r o v e nt ob eaw e f f d r yp e r i o d ， t h ef r e q u e n tw e f f d r ya l t e r n a t i v ea c t i o nc a u s e st h ei n c o n s i s t e n c yo fi n d i c a t i o n sr e s u l t e df r o mg r a i n s i z ea n dm a g n e t i cc h a r a c t e r i s t i c s t h e r ea r e5e x t r e m ed r o u g h te v e n t st o t a l l ya n dt h em o s td r o u g h t e v e n ti si n17 4 7 a a d o rs oa tt h ee n do ft h i sp e r i o d a c t u a l l yt h ew e a t h e rw a sd r ya n dc o l d o v e r a l l ，w h i c hi n d i c a t e st h ec l i m a t i cc h a r a c t e r i s t i c so ft h el i r l ei c ea g e ( l i a ) i ne a s t e r nc h i n a 17 4 7 a a d 18 6 5 a a d ( c o r r e s p o n d i n gt o4 4 2 4 c m ) i sc o n s i d e r e d 硒ac o n t i n u o u s w a r m i n gp e r i o da f t e rt h el i t t l ei c ea g em a x i m u m ，d u r i n gw h i c hh a dl o wp r e c i p i t a t i o n t h e r e w a sa l li m p o r t a n te n v i r o n m e n t a lc h a n g ee v e n ti n17 4 7 a a d o rs o ，a n dt h i st i m ec o u l db ea n i m p o r t a n tb o u n d a r yo fl a k ec h a o h ue n v i r o n m e n t a le v o l u t i o nh i s t o r y 18 6 5 a a d t op r e s e n t ( c o r r e s p o n d i n gt o4 4t ot h et o p ) i sc o n s i d e r e dt ob eac o n t i n u o u s c o l d i n ga n dd r y i n gp r o c e s s ，w h o s em a x i m u mh a p p e n e di n19 3 5 a a d ，b a s e do nb o t hg r a i ns i z e a n dm a g n e t i cc h a r a c t e r i s t i c sc h a n g e s 3 n e u t r a le l e m e n t st o c 、t n 、t pc o n t e n tv a r i a t i o n so f c o r ec h 1s h o we v i d e n tc o r r e l a t i o n s w i t ht h ec l a yc o n t e n t ，t h ec o r r e l a t i o ni n d e xa r ea l la b o v e0 7 ，i n d i c a t e st h o s en e u t r a le l e m e n t sa r e a b s o r b e di nf i n e rs e d i m e n t s u n l i k et h ei n d i c a t i o n sb a s e do nt h eg r a i ns i z ea n dm a g n e t i c c h a r a c t e r i s t i c s ，i tc o u l db ed i v i d e di n t o3s t a g e sb e t w e e n12 71a a d a n d17 4 7 a a d 。 ( 9 12 7 1 a a d l4 7 7 a a d ( c o r r e s p o n d i n gt o1 2 5 9 0 c m ) ：d u r i n gt h i sp e r i o d ，t h eo r g a n i c m a t t e r sm a i n l yc a m ef r o mw a t e rp l a n t si nl a k ec h a o h u ，a l lt h e3n e u t r a le l e m e n t sv a l u e sw e r e u n d e ral o wv a l u es t a b l ya n df l u c t u a t i n gw i t h i nan a r r o wr a n g e ，b u tg e n e r a l l yd e c l i n e d 14 7 7 a a d - - , 1 6 5 3 a a d ( c o r r e s p o n d i n gt o9 0 - - 6 0 c m ) ：d u r i n gt h i sp e r i o db o t ht o ca n d t na s c e n dw h i l et pd e c l i n e si nas m a l lt r e n d ；t h es e d i m e n to r g a n i cm a t t e r sa c c u m u l a t e d v 上海师范大学硕士学位论文a b s t r a c t c o n s i d e r a b l eh i i 曲a n dt h e l a k es e d i m e n te x p e r i e n c e da na f f e c t e dp r o c e s sb yt h el a n d - d e r i v e d m a t t e r d u et ot h em a x i m u ma f f e c t i o n so ft h el a n d ，3n e u t r a le l e m e n t sc o n t e n t sc o m et ot h e i r m a x i m u ms u c h 弱t o c 、t n ，e s p e c i a l l y ，t h ev a l u eo fc nr e a c h e dt oi t sl a r g e s tv a l u eo ft h ew h o l e c o r e ，w h i c hi n d i c a t e st h a tt h ea c c u m u l a t i o no ft o cg e n e r a l l yc a m ef r o mt h eo r g a n i cm a t t e ro f l a n dp l a n t s 16 5 3 a a d l7 4 7 a a d ( c o r r e s p o n d i n gt o6 0 - - 一4 4 c m ) ：t o c 、 in 、t pc o n t e n t s ，a sw e l l a sc nr a t i o ，d e c l i n e sa f t e r16 5 3 a a d ，b yw h i c ht i m et h e yr e a c h e dt h e i rp e a kv a l u e s n e u t r a l e l e m e n t sv a l l e yv a l u e ss u c ha st o c 、t n 、t pa p p e a r e da t4 7 c m 、4 4 c m 、4 9 c mi ns e q u e n c e i ts h o w s t h a tt h eo r g a n i cm a t t e ra c c u m u l a t i o nl o w t h i sc o n c l u s i o ni sc o n s i s t e n c yt ot h ee x t r e m ec o l de v e n t i n17 4 7 a d r e f l e c t e db yt h es e d i m e n tg r a i ns i z ea n dm a g n e t i cc h a r a c t e r i s t i c sa t4 4 c m d u r i n g t h i sp e r i o dt pa v e r a g ec o n t e n tw a s0 0 4 4 ，w h i c hi sm u c hl a r g e rt h a nt h ea v e r a g ec o n t e n tb e t w e e n 14 7 7 a a d a n d16 5 3 a a d ，i tm e r e l yw a s0 0 2 7 s e d i m e n tt pc o n t e n ti n c r e a s e ds u b s t a n t i a l l y b e c a u s eo ft h ef a s ti n c r e a s i n gp o p u l a t i o na n dg r o w i n gf a r m l a n d ，i na d d i t i o nt ot h ep r o f o u n d k n o w l e d g eo ft h ef e r t i l i z e ro nf a r m i n g 4 f o l l o w i n gp r i n c i p a lc o m p o n e n ta n a l y s i so ns e l e c t e d 16t y p i c a li n d i c a t o r sb yr u n n i n g s p s s15 0 ，s u c ha sc l a yc o n t e n t 、z 、s i r ma n ds oo n ，11t a r g e tv a r i a b l e st h a tc a nc l o s e l yr e f l e c tt h e i n f o r m a t i o no fe n v i r o n m e n t a le v o l u t i o na r ec o n f i r m e d ，t h e n ，c l u s t e ra n a l y s i so ft h et o t a l1 13c o r e d s a m p l e si sc o n d u c t e db a s e do nt h i sr e s u l t i ti ss h o w e dt h a tt h et o t a ls a m p l e sf r o mc o r ec h 1i n l a k ec h a o h uc o u l db ed i v i d e di n t o4c l a s s e sa n d2s u b c l a s s e s f o l l o w i n gt h ec l a s s i f i e dc l a s s e s ， e n v i r o n m e n t a le v o l u t i o ns e q u e n c eo fl a k ec h a o h ua r e af o rt h ep a s ta p p r o x i m a t e8 0 0y e a r sh a d b e e nr e b u i l t f i n a l l y ，b a s e do nt h o s ea n a l y s e sa b o v e ，e n v i r o n m e n t a le v o l u t i o ni n t e g r a t i v es e q u e n c e i nc h a o h ud i s t r i c ti sr e c o n s t r u c t e d k e y w o r d s ：l a k ec h a o h u ，e n v i r o n m e n t a le v o l u t i o ni n t e g r a t i v es e q u e n c e , m a t h e m a t i c a n a l y z e ，g r a i ns i z e ，m a g n e t i cc h a r a c t e r i s t i c s ，n e u t r a le l e m e n t s v 1 学位论文独创性声明 本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。论文中除 了特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或机构已经发表或撰写过的研究 成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论文中做了明确的声明并表 示了谢意。 论文作者签名：雾张精日期：川年岁月冲日 论文使用授权声明 本人完全了解上海师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其它手段保存论文。保密的论文在解密后遵守此 规定。 论文作者签名： 导师签名： 期：川年厂月冲日 期：训1 年歹月竹日 上海师范大学硕上学位论文第一章绪论 第一章绪论 第一节研究背景 当前，人类社会面临着人口膨胀、资源枯竭、环境恶化的巨大挑战，在地球 系统能够提供的有限生存空间和生存资源的前提下，如何实现人类与地球资源的 可持续发展，已经成为了人类生存发展过程中亟待解决的问题。科学界在2 0 世 纪8 0 年代提出了全球环境变化( g l o b a le n v i r o n m e n t a lc h a n g e ) 的概念，以期通 过对地球系统中大气圈、生物圈、水圈、岩石圈的研究，了解地球系统过去、现 在和未来的变化规律和控制这些变化的原因和机制，从而建立全球变化预测的科 学基础，并为地球系统的管理提供科学依据。世界气候研究计划( w c r p ) 、国 际地圈生物圈计划( i g b p ) 、全球环境变化的人类因素计划( i h d p ) 和生物多 样性计划( d i v e r s i t a s ) 是全球变化研究的四个子计划，分别研究物理气候系 统、调节地球系统的物理一化学一生物相互作用过程、人类活动对地球系统及其 演变的影响程度和方式，以及养育人类社会的生物多样性等4 个方面。这些计划 的开展旨在逐步减少对地球系统演变规律认识的不确定性，提高对未来几十至几 百年内地球气候与环境变化的预测能力，为人类开发自然资源、控制污染及全球 环境宏观决策提供科学依据。 长期以来，对全球变化的认识主要集中于全球气候变化、全球变暖的温室 效应和海平面上升等，并以气候变化为研究核心。随着科学技术的发展和实验分 析方法的进步，科学界对全球变化研究不断深入，与此同时，全球性资源环境问 题日益显现，人类与自然界的矛盾更加频繁，更加剧烈，全球变化研究在取得了 长足进步的基础上，也将重点转向关注环境变化对人类生存的威胁以及人类活动 对环境变化越来越深刻的影响。在上述背景下，过去环境的重建( r e c o n s t r u c t i o n o f p a s te n v i r o n m e n t s ) 成为环境演变研究的核心内容之一，同时也成为全球变化 研究中最基础、最重要的工作之一，其研究手段和方法不断进步，研究内容不断 丰富，研究成果也取得了巨大进展。 过去全球变化p a g e s ( p a s tg l o b a lc h a n g e ) 立足于对过去气候与环境变化 上海师范大学硕士学位论文第一章绪论 的记录的研究以解释当前和未来的变化，是全球变化研究的重要组成部分，同时 也是国际地圈生物圈计划i g b p ( i n t e r n a t i o n a lg e o s p h e r e - - b i o s p h e r ep r o g r a m ) 的核心计划之一。p a g e s 有两个重点研究时段：一是侧重过去2 0 00 0 0a 的冰 期一间冰期旋回气候和环境变化的历史，以加深理解引起全球气候变化的自然过 程，侧重了解地球系统长期演变的动力过程，认识气候变化的自然规律及其影响 因子；另一是重建过去20 0 0 a 内全球气候和环境变化的详细历史，以人类活动 对地球环境的影响为重要内容，其侧重研究区分气候变化的自然因素与人为影 响。研究者们自上世纪以来对全球变化研究的时间尺度和研究时段的关注经历了 以下过程：新生代、第四纪、晚第四纪、全新世、晚全新世，这一过程也是伴随 着研究者们越来越关注人类活动与环境演变之间的相互作用而逐渐变化的。在人 类历史的发展过程中，人类活动的强度和广度随着时间的前进是不断增强的，过 去20 0 0 a 普遍被认为是一个对现在环境的形成产生影响最深刻的时段之一 ( p a g e s ，2 0 0 0 ：郑景云等，2 0 0 2 ；杨保等，2 0 0 2 ) ，这段时期内自然变化 与人类活动引起的地球环境变化相互叠加，而人类活动对地球环境施加的影响最 为强烈。20 0 0 a b e 以来是重点揭示人类活动与环境变化相互作用的重要时段， 因此越来越成为p a g e s 重点关注的时间尺度和研究时间段。 p a g e s 主要通过对冰芯、深海沉积物、黄土、湖泊沉积物、树轮、珊瑚等 自然记录来重建地球过去的气候、环境和生态历史。以了解地球系统的过去功能， 认识地球环境变化规律及其控制因素，为预测未来全球变化提供必不可少的背景 条件和经验基础。在目前已发现的各种自然记录( 极地冰芯、黄土、深海沉积、 湖泊沉积、泥炭、树轮、珊瑚、洞穴碳酸盐等) 中，湖泊沉积物作为流域地表物 质运移的主要载体，拥有信息量大，连续性好，沉积速率大，时间分辨率高，地 理覆盖面广等一系列优点，在恢复短时间尺度的气候和环境演化系列时因而具有 其他自然历史记录无法替代的优势。 我国地处北半球中纬度，幅员辽阔、自然环境复杂多样，与世界上最大的陆 地和海洋欧亚大陆、太平洋相邻，受季风气候和内陆气候的双重影响，是全 球变化研究不可替代的场所。同时，我国人类历史文化悠久，境内湖泊大量发育， 且具有丰富的考古和历史文献资料，提供了研究过去人类活动与自然环境的交互 作用非常理想的载体与材料，一直都是国际p a g e s 研究最重视的场所之一。 2 上海师范大学硕士学位论文第一章绪论 第二节国内外研究现状 湖泊沉积一直是研究陆地环境变化的重要信息载体。一直以来，关于湖泊沉 积对湖泊所在区域环境变化的指示意义在国内外的研究中也不断得到发现与证 实。对于内陆型湖泊或具有封闭湖盆的地表径流且没有与其流域之外发生交换的 湖泊而言，湖泊沉积物完全来自于湖盆流域范围内，包含了流域内过去环境变化 历史的有效物理、生物和化学信息，能够反映该流域范围内各自然要素的变化， 进而揭示湖泊的沉积发育变化过程。经过努力，研究者们找到了基于湖泊沉积记 录的多项指示环境变化的代用指标，利用这些指标，可以较好地反映湖盆流域在 气候、植被、土壤和水土流失等方面的环境变化，在指示季风环流、土地利用、 突发环境变化事件等方面也同样具有重要的指示作用( l a m b ，m e l a n i ee ta 1 ， 2 0 0 5 ；d e a r i n g ，1 9 9 7 ；d e a r i n g ，j o n e se ta 1 ，2 0 0 7 ；s e l b y ，b r o w n , 2 0 0 7 ：i s h i g a ， n a k a m u r ae ta 1 ，2 0 0 0 ；s l y , 1 9 7 8 ；w a g n e r , m e l l e se ta l ，2 0 0 0 ；陈敬安等，2 0 0 3 ； 李容全、贾铁飞，1 9 9 2 ；沈吉等，2 0 0 4 ；王苏民、张振克，1 9 9 9 ；张卫国等， 2 0 0 7 ：张振克、王苏民，1 9 9 9 ：张振克，2 0 0 0 ) 。 湖泊地区往往是人类活动影响深刻、长久的区域，历史上湖泊地区的人类活 动相比其它地区而言要更加集中且频繁，相应地，湖泊沉积物在反映该湖泊所在 湖盆范围内的人类活动对环境变化的深刻影响时，具有更好的指示作用。不过， 尽管湖泊是研究区域环境演变及人类历史发展的理想对象之一，但是如何从湖泊 沉积记录所获得的各种信息中，有效提取气候变化和人类活动的有关信息，是至 关重要的。时至今日，这一研究工作仍有待进一步完善与提高。而当前全球变化 研究的一个趋势，就是针对湖泊沉积记录中的信息进行有效提取，在通过识别后 进行分析，从而获得区域内过去环境演变的信息，并通过与人类历史文献、考古 资料及近现代器具测量记录的对照、检验，进而揭示人类活动的变化过程和人类 对环境变化的适应过程( g - r o s j e a n ，n u n e ze ta 1 ，1 9 9 7 ：s h i n e ，f o r s t e r , 1 9 9 9 ：a n d r i e u ， p o n e le ta 1 ，2 0 0 0 ；d e m e n o c a l ，2 0 0 i ；g a l l o p i n ，2 0 0 5 ；d e a r i n g ，2 0 0 7 ：d e a r i n g ，j o n e s e ta 1 ，2 0 0 7 ：杨保等，2 0 0 2 ；沈吉等，2 0 0 4 ) 。 另一方面，由于湖泊沉积记录了历史时期人与自然相互作用的演变过程，湖 泊沉积记录的连续性还可以弥补历史文献记资料记载中的不足之处。通过对湖泊 上海师范大学硕士学位论文第一章绪论 沉积环境指标的研究，可以揭示流域环境变化的重要事件，如火灾、河道变迁、 洪水泛滥以及现代湖泊污染物在时空上的分布规律，甚至于得到湖泊沉积记录的 气候变化和人类活动的信息( 王苏民等，1 9 9 9 ) 。特别是随着沉积物测年精度的 提高和粒度、环境磁学、湖泊沉积物色素等在湖泊沉积研究中的应用，湖泊沉积 在指示短时间尺度环境演化和人类活动在环境演变中的影响机制研究变得更加 深入( 韩美等，2 0 0 3 ) 。因此开展短时间尺度上湖泊沉积环境记录对流域土地 利用、气候变化以及流域环境事件的响应敏感性等方面的研究己成为国际学科前 沿的重要研究领域之一。 由于沉积物测年技术和理论的不断得到提高，与此同时，也出现了一些新的 生物、化学和物理指标，近年来，湖泊沉积物在不仅仅局限于指示高分辨率下的 环境变化，更多地转向对短时间尺度环境变化的指示方面的研究，涌现了一大批 新的研究成果( h a l l ，s m o l ，1 9 9 2 ；r i p p e y ，a n d e r s o ne ta 1 ，2 0 0 8 ；金章东、王苏民 等，2 0 0 1 ，2 0 0 2 ；万国江，1 9 9 5 ；万国江、陈敬安等，2 0 0 4 ：张燕、潘少明等， 2 0 0 5 ) 。更加重要的是，p a g e s 的研究重点开始向关注人类活动与自然环境相 互关系上转移( d e a r i n g ，2 0 0 7 ) ，基于湖泊沉积进行流域范围内人与环境相互作 用的研究成为新的热点与趋势，在近年取得很多的成绩，( d e a r i n g ，1 9 9 7 ；d e a r i n g ， j o n e se ta 1 ，2 0 0 7 ；沈吉等，2 0 0 4 ) 。 晚第四纪以来自然环境分异变化形成了现今我国三大气候区的基本格局：即 西北内陆气候区、青藏高原气候区、东部季风气候区( 张兰生，1 9 9 2 ) 。而国内 在过去环境重建和湖泊环境演变的湖泊沉积研究方面，同上述格局基本吻合。除 西北内陆区和青藏高原区的湖泊环境演变研究外( 范育新等，2 0 0 7 ：沈吉、张 恩楼，2 0 0 1 ；朱立平等，2 0 0 1 ) ，我国东部季风区的湖泊沉积与环境演变研究一 是以长江中下游地区太湖、鄱阳湖及其它一些中小湖泊为代表的南方湖泊研究 ( 项亮， 1 9 9 9 ：羊向东等，2 0 0 1 ；于世永等，2 0 0 0 ：俞立中等，1 9 9 5 ) 。另 一则是以岱海、达赉诺尔湖泊等北方湖泊为代表的研究( 胡守云等，1 9 9 8 ：孙千 里等，2 0 0 6 ；张振克等，1 9 9 8 ) 。而青藏高原、西北内陆、内蒙古高原地区的湖 泊主要为内陆湖泊，由于其地理位置处于我国较偏僻地带，历史上受人为活动影 响轻微，湖泊沉积对区域环境与气候变化的指示意义较为明确，与其它地方的湖 泊沉积研究相比，具有区域乃至全球尺度下更好的可对比性，因此研究深度和历 4 上海师范大学硕士学位论文 第一章绪论 史都是长江中下游平原地区湖泊所未能及的。 在国外研究开始转向高分辨率短时间尺度下的湖泊沉积研究的背景下，近年 来，比如对岱海、洱海、青海湖、南红山湖进行了百年甚至是十年尺度上的研究 ( 韩美等，2 0 0 3 ) 表明，我国的研究者们也越来越关注短期内的湖泊沉积研究。 但是这些研究多集中于我国西部偏远地区，对于我国东部亚热带气候区下的湖泊 沉积研究却比较少( 李彬、袁道先，1 9 9 8 ) 。 我国东部人口密度大，土地利用程度高，工、农业经济活动发达，同时洪水 与干旱、土壤侵蚀、湖泊面积衰减、河流和湖泊水质下降等自然灾害和人类活动 引起的不利影响并存，严重制约了区域的可持续发展。由于气候、环境变化和人 类活动有着明显的区域性特征，以及东部地区面临的环境压力及其在我国国民经 济建设中的突出位置，探讨东部地区历史时期人类活动对环境变化的响应和影响 刻不容缓。 东部的湖泊大多数都是浅水开放性湖泊，没有明显的流域界限。湖泊沉积形 成受人为干扰比较大，沉积后期的信息破坏比较严重。而巢湖因为具有相对明显 且较封闭的流域，其湖泊沉积受到后期人类活动的影响也比较小，是研究我国东 部亚热带季风气候区下人类活动与环境演变相互影响机制较理想的区域。值得注 意的是，在近年来的研究中，基于东部长江中下游地区湖泊沉积物的环境演变也 得到了较多的关注，并取得一系列的成果，其主要针对以下几个焦点问题： 1 基于湖泊沉积物的多指标分析，重建过去环境变化过程以及对全球变化 的响应过程，取得了众多成果。研究者在建立湖泊沉积物物理、化学和生物等多 项信息指标的基础上，通过提取指示环境变化的各项代用指标，进行全球变化的 区域响应研究。在这些研究中，利用短寿命放射性核素技术进行沉积物年代分析 比较多见，还利用诸如环境磁学分析、营养元素分析、孢粉与植硅体分析、重金 属元素分析等手段，建立了多指标之间