洪湖近1300年来的环境演变研究

【摘要】：湖泊沉积物的形成是湖泊物理、生物和化学诸过程综合作用的结果。湖泊沉积物真实地记载了湖泊过去气候、环境变迁的信息，人类活动对湖泊环境的影响也保存在该地质记录中，因此湖泊沉积物包括了气候变化和人类活动的双重影响。湖泊沉积过程的环境变化信息记录在环境代用指标上，并通过对环境代用指标的研究“解译”出来，从而恢复过去环境变化序列。因而，对环境代用指标的研究是利用湖泊沉积物反映过去环境变化的必要手段。本文以地球化学和环境磁学作为环境代用指标，通过对它们的解译来研究洪湖的环境演化。 作者于2002年赴洪湖进行了野外调查和采样。在洪湖湖心采集了长为150cm的样芯H2002-2(代表约1300年)，进行1cm厚的连续分样，共得到150个样品，并对应编号1～150。随后对样品中的1～50号样品和51～150号中的双号样品进行了化学分析，得到了宝贵的数据；同时还整理了该点附近另一点长为140cm的样芯92-D(采集于1992年)的环境磁学数据。利用这些数据并结合前人的资料，恢复了洪湖1300年来的环境演变记录。结果表明： (1)对洪湖沉积物进行的AMS测年得到洪湖沉积物的沉积速率在0.092～0.129cm／a之间，平均沉积速率为0.11cm／a。本研究并未进行~(137)Cs和~(210)pb测年，原因是该结果本身的实验数据是可靠的，它与蔡述明教授和J．F．BOYLE的结果是一致的；另外洪湖经常有洪水出入，洪水带来的泥沙会增加它的沉积速率，沉积速率在各个年份相差是很大的，所以确定沉积速率的范围比精确的测量出一个沉积速率更有意义。 (2)通过对洪湖沉积物的地球化学分析，可以看到整个剖面有着很明显的变化规律：在150～120cm处TN、TOC和Ca的含量非常高；在120～20cm，TN和TOC无明显的变化呈现直线，Ca的变化也比较平缓，有小小的起伏波动，其中在40cm处的值稍大。20～120cm处TN、TOC、TP、硫化物都成上升趋势，TN和TOC上升的幅度很大，TP和硫化物上升小些。而Ca则先降后升。TP和硫化物在150～20cm基本上没有很大的波动，含量保持在一个值上下小幅波动。 (3)通过监利县近50年的统计数据做出的图表可以看到化肥使用量、农药用量和农业总产值是呈迅速上升的趋势的。可推断出洪湖沉积物的TN、TOC、 TP在表层含量上升与人类在农业活动中大量向耕地施用营养元素有直接的关 系。并且通过某些年份磷肥的产量和施用量很好地说明了这一点。 (4)通过对沉积物环境磁学数据和环境磁学参数随深度变化的曲线的分 析，初步探讨了沉积物的磁学特性。结果表明，沉积物具有较大低频磁化率(知)、 饱和等温剩磁(sIRM)、软剩磁(s0FT)和非磁滞剩磁(知RM)的值。 xJ:=22一130x一。一5 m3kg一1，51咖一3一 19xlo.3^mZkg’l， soFT=596.5科。一3.4xlo一AmZkg’1，众RM=97.6一62s.ox一。一5 m3kg.l， F3oomT=82一92%，说明磁性矿物的富集程度很高。沉积物磁性特征由稳定 单畴(SSD)和细粘滞性(FV)亚铁磁性矿物所主导，磁性矿物颗粒由下至上粒 径逐渐减小。并且磁性特征的变化与气候变化大致对应:磁性参数较大值对应着 冷干的气候条件;水热条件增强时，磁性参数值下降。较好记录了湖泊随气候的 扩张和缩小过程，同时也反映了人类活动的影响。 (5)磁性参数的变化反映了湖泊的物源，流域环境和气候条件等的变化。 洪湖沉积物的磁性参数就较好地与气候变化存在较好的对应关系。但是环境磁学 机理对气候或环境变化的响应模式并非完全一致，所以磁学特征并不总是与湖泊 外界环境变化同步。由于洪湖与长江相通，同时又处在人类活动频繁的江汉平原， 来自大自然和人类的扰动因素使得磁学分析有一定的难度，磁参数指标越多，指 示的信息越多，它们之间的矛盾也会出现，理解难度会加大。所以应充分利用其 他分析手段，如地球化学、抱粉、粒度等。 (6)根据对洪湖沉积物的地球化学分析和环境磁学数据的分析，可以将洪 湖在近1300年来的演化过程分为三个阶段: ①公元700一1050年，气温持续下降，洪湖正经历一段沼泽化时期; ②公元1050-1845年，洪湖地区的气候低于现今的气候。洪湖在自然 环境下演变，较少受到人类活动的干预。其中明代成化至正德年间(公元 1465一1 5 12)，东西洪湖连成一体，面积不断扩大，达到鼎盛时期;在这个阶 段又可以分为两个时期:公元105小1300年，洪湖地区气候变化波动很大: 公元1300一1845年，气温仍以低温为主，但存在气候的几次次级波动。 ③19世纪初至今，人类活动在这个阶段对洪湖的发展起了不可忽视的 作用。人类通过修建涵闸等水利工程使洪湖由一个开放型湖泊变成半封闭型 的湖泊，洪湖在人类活动的影响下演变发展。 (8)在前人研究的基础上，通过遥感分析，野外调查和精心的采样，利用 地球化学和环境磁学等测试分析手段对1300年来洪湖环境演变进行了研究，充 分细致地说明了洪湖在演化过程中气候和人类活动对它的影响，弥补了该地区近 代的演变空白。进一步证明了它们是研究湖泊环境演变的有效手段和它们对气候 变化的有效响应。