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《华东师范大学》 2008年
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近千年以来巢湖环境演变研究

贾铁飞  
【摘要】: 本学位论文以地处长江中下游沿江地区的巢湖作为研究对象,通过野外考察、沉积剖面分析、湖心沉积柱样钻取、沉积物实验室分析、历史文献考证资料整理、历史时期自然灾害分析等,在全新世全球环境、气候演变的背景下,着重对巢湖地区湖泊沉积记录的环境变化事件与环境演变过程、史志资料记录的自然灾害及其序列、历史时期人类活动与流域环境变化的相互影响过程等问题,进行了系统研究,得出以下主要结论: 1.中全新世以来巢湖变化体现了四个显著的特点:河湖相沉积在时间上和空间上均存在频繁的相变过程;伴随着频繁的湖面水位升降存在着频繁的湖面涨缩过程;由湖泊沉积指示的气候干湿变化频繁;人类活动影响逐渐增强。中全新世以来巢湖流域气候的反复性、逆转性变化,具有较强烈的气候突变色彩,被认为是导致区域文明中断的主要因素,也给人类社会带来灾难。 2.巢湖CH-1孔沉积物粒度分析、磁学分析、年代学分析,可将该钻孔沉积指示的巢湖环境、气候变化划分为4段:①沉积物年代1 177 aA.D.~1 271aA.D.为湿润时期,并与中世纪暖期的时间相吻合;②1 271 aA.D.~1 747 aA.D.,湿润与干旱交替作用的时期,共有5次极端干旱事件,其中最盛干旱事件在1 747 aA.D.,代表中国东部“小冰期”盛期;③1 747 aA.D.~1 865 aA.D.,是小冰期盛期后持续回暖的阶段;④1 865 aA.D.~今,是一个冷干化的过程,盛期在1930's A.D.。 3.CH-1孔沉积物15项化学元素和营养元素分析表明,巢湖沉积物总体上对中世纪暖期、“小冰期”、20世纪初冷期均有较好的记录。化学元素和营养元素经过粒度校正后显示,自1 860's开始Cu、Zn元素具有非自然水平的异常增长,1 660's开始营养元素开始出现非自然水平的富集。 4.CH-1孔沉积物粘土矿物分析显示,沉积年代1 912 aA.D.存在一个极端干冷过程事件,其他干冷年代为1 865 aA.D.、1 536 aA.D.~1 583 aA.D.、1 442aA.D.。伊利石Hw值、IJ值、开行指数均表明巢湖地区近千年来总体气候环境的暖湿趋向。 5.CH-1孔沉积物的孢粉谱可划分为3个带:沉积物年代1 177 aA.D.~1 477 aA.D.,孢粉指示为温和、较湿的气候环境;1 477 aA.D.~1 771 aA.D.,是暖热潮湿的气候环境:1 771 aA.D.~1 977 aA.D.,为温湿气候环境,温度和湿度均比前期低。利用森林指数(W)可定量地划分出干湿变化:1 177 aA.D.~1 477aA.D.,是一个森林占绝对优势的湿润温暖时期,恰好跨越中世纪暖期。1 477aA.D.~1 853 aA.D.,巢湖地区森林衰退非常严重的时期,正好穿越了整个“小冰期”。森林指数可为利用孢粉分析资料定量刻画植被环境提供新的途径。 6.根据对CH-1孔沉积物所指示的环境变化事件的捕捉,可以将环境变化事件分为3种类型:环境变化突发事件、极端事件、转折事件;据此可将巢湖地区近千年来环境变化划分为6个时期:①沉积物年代1 177 aA.D.~1 300aA.D.,总体气候温暖湿润,但存在短期干旱极端事件;②1 300 aA.D.~1 480aA.D.,总体气候温和湿润,森林发育极其繁盛;③1 480 aA.D.~1 600 aA.D.,气候总体温和干旱,森林开始退化;④1 600 aA.D.~1 750 aA.D.,气候总体寒冷干早,森林退化;⑤1 750 aA.D.~1 880 aA.D.,气候总体温和湿润;⑥1 880aA.D.~今,气候总体温暖湿润,森林繁盛。 7.通过主成分筛选,确定8个密切反映环境变化信息的指标变量,以此对巢湖CH-1孔沉积物进行聚类分析,可将沉积物划分为3类、4亚类。据此建立了近千年来巢湖地区环境演变综合序列:1 177~1 241 aA.D.,干旱、温和时期;1 241~1 488 aA.D.,湿润、温和时期;1 488~1 635 aA.D.,干旱、温和时期;1 635~1 753 aA.D.,干旱、寒冷时期;1 753~1 818 aA.D.,干旱、温暖时期;1 818 aA.D.~今,湿润、温暖时期。 8.1 750 aA.D.左右是巢湖环境变化的一条重要分野线,沉积物磁学参数和粒度参数显示其前后存在差异显著的沉积特点,可能指示该时间前后存在着流域范围的调整;而在环境变化特点上,1 750 aA.D.前后也呈现显著不同,总体上之前气候较冷、之后气候较暖。 9.总体上看,近千年来巢湖沉积记录具有良好的对全球变化的响应,对全球性中世纪暖期、“小冰期”气候变化响应的沉积记录清晰、明确,并与其他研究结论基本一致。巢湖地区“小冰期”气候特点表现为,在总体温和、湿润的气候背景上插入若干次强劲的冷干波动,造成气候环境的较强不稳定性。气候环境系统稳定性衰减是造成巢湖地区自然灾害频发、重灾的主要原因之一。 10.经过粒度校正后,CH-1孔沉积物Cu、Zn元素的富集系数最大,且与沉积物粘土组分、磁学参数具有良好的相关关系,判断在沉积物年代1 860's开始的Cu、Zn元素非自然水平异常增长,可以视为人为影响下的金属元素污染,是对安徽近代工业起始(安庆内军械所,建于1861年)的沉积响应;沉积物的营养元素分析则指示了以P元素非自然水平富集标志的1 660's人口、耕地数量大幅增加,以TOC、TN、TP元素非自然水平富集标志的1 880's的又一次人口、耕地数量的大幅增加,沉积记录显示此时起巢湖已经开始逐步富营养化。化学元素和营养元素的粒度校正,可为甄别化学元素的非自然原因富集提供新的途径。 11.巢湖流域地区近500 a来自然灾害较为频繁,清代自然灾害明显比明朝频繁;水灾均较旱灾更为严重:水旱灾害的形成与气候环境干湿变化的“节奏”基本一致,近500a来巢湖地区水旱灾害的形成,主要源于气候环境变化的驱动,自然因素为灾害发生的主因。同时,气候环境稳定性衰减也是形成水旱灾害频发、重灾频现的原因之一。 12.近500 a来巢湖地区水旱灾害状况说明,明清时期巢湖地区人类对自然灾害的适应尚处于被动状态。主动适应环境变化,需要人类对环境变化规律有正确的认识和掌握,这还有赖全球变化研究的进一步深入。 本学位论文在沉积物年代学分析、高分辨率沉积物样品获取、对环境演变代用指标差异的解释、人类活动的湖泊沉积响应等方面,尚存在一些问题有待今后研究继续深入。本文研究表明,沿江湖泊全新世(尤其是晚全新世以来)河流与湖泊交互作用的沉积记录分析、沿江湖泊地区历史时期人类活动的沉积记录与沉积响应、人类对环境演变的适应等方面,应是今后工作中需要重点研究的课题。
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