湖北太白湖孢粉记录揭示的近1500年以来长江中下游地区的气候变化与人类活动

太白湖TN1孔总长153cm岩芯的孢粉组合与炭屑指标,揭示了近1500年以来太白湖流域的植被经历了7个阶段的变化,对引起植被发生这种变化的主导冈素探讨认为,520-1310AD期间,植被变化主要受气候变化的控制,人类活动的影响相对较弱;1310-1710AD期间,人类活动对植被的影响强度增加,为以自然控制为主向人类活动驱动为主转化的过渡期:1710AD以来,植被变化以人类活动驱动为主,反映的气候信号相对较弱.在孢粉组合所反映的气候变化中,具有520-720AD、1050-1310AD和自1950AD以来的三个暖期和720-1050AD、1310-1710AD期间的两个冷期.     

古生态记录揭示的长江中下游太白湖生态系统稳态转换过程

长江中下游浅水湖泊在过去百年内受到强烈的人类活动影响,生态系统状态发生显著的变化,服务功能逐渐丧失.为了更科学有效地管理浅水湖泊,当前迫切需要了解湖泊的生态系统转变过程.以长江中下游典型富营养化浅水湖泊太白湖为例,结合历史资料和监测数据,基于铅铯同位素重建年代序列,利用粒度、地化指标和沉积物中硅藻群落的时间序列数据,对太白湖过去百年间生态系统转变进行分析.基于T检验的STARS法检测硅藻群落的结果显示,有2个稳态转换分别发生在1950s末和1990s末.1950s末太白湖硅藻群落代表的生态系统状态发生了显著突变,这主要归因于由于建闸筑坝造成的水文条件和营养条件的改变;1990s期间的湖泊生态系统整体转变则是由长期营养输入和渔业活动加强导致的生态系统弹性损失引起的.讨论了不同阶段太白湖生态系统主要要素间反馈机制在水文条件改变和营养富集影响下的变化,加深了对人类活动干扰下太白湖生态系统结构变化过程的理解,为建立浅水湖泊系统动力学模型提供基础.     

近百年来湖北太白湖沉积通量变化与流域降水量和人类活动的关系

湖泊沉积通量蕴含了流域降水量及人类活动的丰富信息.依据太白湖沉积岩芯210Pb定结果及CRS模式,建立了近百年来的沉积年代序列,对比分析了不同时期沉积通量变化与流域降水量及人类活动的关系.1900-1920、1928、1937-1942、1953-1954年沉积通量较高的四个时段,分别对应于夏季降水较多的1900-1920、1931、1938-1939、1954年,沉积通量增加主要与夏季降水量偏多,被带入湖泊的泥沙量增加有关.1958-1963年,太白湖流域上游兴建三座水库,对洪水及入湖泥沙起到了调蓄作用,自此之后,太白湖的平均沉积通量减小,降水量已不再是影响沉积通量的主导因素;1958-1970年沉积通量较高,主要是太白湖围垦导致的入湖泥沙量的增加及湖泊面积减小所致;1983-1993年沉积通量的增加则反映了农业生产方式由集体转为个体生产模式后,耕作业的快速发展所导致的水土流失的加重.研究结果证明,采用210Pb强度及CRS模式所建立的太白湖近百年来的沉积年代标尺精度较高(误差小于4年),太白湖沉积环境稳定,可采用其沉积指标进行流域及湖泊环境演化重建.     

湖北太白湖400多年来沉积硅藻记录及湖水总磷的定量重建

依据沉积物钻孔的高分辨率硅藻研究,利用长江中下游现代湖泊硅藻与总磷转换函数结果,定量重建了太白湖400余年来占湖水总磷浓度的变化．结果表明,约1630 AD前和1 800-1924 AD期间,湖水总磷浓度较低,在50-68μg／L之间;1630-1800 AD,总磷浓度偏高,总体上在50-160μg／L之间变化,变幅较大．1800-1924AD,总磷浓度明显下降为谷值段,且变化相对稳定(50μg／L左右);1924-1953AD,总磷浓度仍较低,但有增加趋势(50-63μg／L);20世纪50年代开始,总磷浓度出现快速增加;至1970年后,总磷浓度超过120μg／L左右.利用样品相似对比的方法发现约80％的样品具有较好的重建效果．古湖水总磷浓度值的变化揭示了该湖两次明显的富营养化过程,初步探讨了其驱动机制.根据重建结果提出:太白湖自然营养本底总磷值约为50μg／L左右,可作为该湖治理时的参考目标．     

西昆仑山南红山湖沉积反映的过去150年湖区环境变化

采用～２１０Ｐｂ和～１３７Ｃｓ方法对西昆仑山南红山湖 ２号孔（长 １．０７ ｍ）湖泊岩芯进行了定年和沉积速率研究，获得了分辨率达１．４年的过去约１５０年（１８５０～１９９７年）连续湖泊沉积环境序列．该沉积柱子的总有机碳、总氮、元素地球化学、碳酸钙、粒度、介形虫丰度等变化表明，这些环境代用指标具有很好的一致性，反映了湖区环境具有１９世纪下半叶的冷湿、１９世纪末期到２０世纪２０年代的暖湿和２０年代开始的暖干变化背景．２０年代以来又具有次一级的冷暖／干湿波动，可以划分为１９２２～１９６０年间的冷干／暖湿波动、１９６０年以来的强烈暖干化以及出现于７０年代中期到８０年代末期的短暂冷湿过程．其中，７０年代中期至末期的湿润时期和８０年代中期开始的干旱环境在邻近地区的器测气象记录中得到证实，粒度数据与器测降水记录具有较好的相关性．与同一地区的古里雅冰芯记录对比，该孔指示环境冷暖的代用指标（ＴＯＣ）与冰芯中代表温度变化的δ～１８Ｏ变化具有很好的对应关系，但指示干湿程度的指标与冰芯中代表降水大小的冰川积累量变化关系较差．该孔湖泊沉积记录表明，选取的代用指标具有明确的环境意义，湖芯序列能够反映高分辨率的气候环境变化．     

高山湖泊吉仁错枝角类古生态变化及其对气候环境的响应

高山湖泊吉仁错位于川西高原树线以上,受现代冰川融水补给影响.通过吉仁错沉积钻孔~(210)Pb/~(137)Cs定年和沉积枝角类和多环境代用指标分析,结合主成分分析和冗余分析等方法,高分辨率重建了近200 a来吉仁错枝角类组合和环境变化的过程.结果表明,尽管过去200 a来吉仁错枝角类组合一直以沿岸种为主,但仍经历了3个明显的变化阶段.1850 AD后,枝角类组合中Alonella nana、Chydorus sphaericus和Pleuroxus sp.的增加、以及Alona rustica和Alona guttata丰度的下降指示了水温和水体pH值的上升.1900 AD后枝角类通量的增高并不同步于组合的变化,指示了湖泊营养开始增加,这种不一致的变化分别代表了大气氮沉降和区域气候变暖的影响结果.多指标综合分析得出,过去150 a来,气候变暖和大气污染沉降通过直接和间接作用(流域冰川融水过程和植被土壤过程),较深刻地影响了湖泊物理过程(水温升高和无冰期加长)、营养过程(氮、磷营养升高)和酸碱平衡过程(碱性增强),改变了湖泊生物的生长季节,并通过促进藻类发育,最终引起了湖泊枝角类群落组合的变化和生物量的增加.1945 AD前后吉仁错枝角类与藻类群落结构和湖泊环境的同步变化,响应于持续增温背景下多环境过程的相互作用.     

黑龙江省连环湖孢粉记录揭示的约220年的环境变化与人类活动

通过210Pb测年建立年代标尺,利用黑龙江省连环湖阿木塔泡高分辨率的孢粉记录,探讨了研究区约220年的环境变化与人类活动.研究表明,1790-1820 AD期间,植被类型可能是以禾本科为主的草甸草原植被,沙地类型以固定沙地为主,气候相对较凉湿或环境几乎不受人类活动的破坏,湖泊营养较丰富.1820-1930 AD期间,草...     

修复对湖北洋澜湖富营养化与生态状况的影响:基于大型无脊椎底栖动物的评价

大型无脊椎底栖动物是水生态系统的重要组成部分,也是评价生态系统状态的重要指标.本文比较了洋澜湖修复示范工程实施水域(修复区)和未实施水域(未修复区)水质和大型无脊椎底栖动物群落差异,并对湖泊生态状态进行了评价.结果表明,治理后修复区总氮、总磷和叶绿素a浓度显著低于未修复区,修复区透明度显著高于未修复区.共发现底栖动物30种,隶属于3门4纲12科,其中修复区29种,未修复区19种.修复区与未修复区软体动物的平均密度分别为369.3和34.7 ind./m2,平均生物量(湿重)分别为102.9和37.2 g/m2.耐污值指数和多度量指数评价结果显示,修复区生态系统状态优于未修复区.结果表明,结合透明度改善、鱼类控制与沉水植物重建等手段为主的湖泊修复能改善水质和生态状态.     

巢湖杭埠河流域湖相沉积物多指标揭示的全新世以来环境演变

在巢湖杭埠河流域中的古湖盆中心——三河圩区获取28.6 m长的湖相岩芯（SZK1507孔）,利用AMS¹⁴C测年技术建立可靠的地层年代序列,通过对SZK1507孔738 cm以上段湖相沉积物平均粒径、磁化率、总氮（TN）、总有机碳（TOC）及C/N的综合分析,高分辨率重建了巢湖杭埠河流域全新世以来的古环境演变过程.结果表明,本区域的环境变化过程可以分为4个阶段,阶段Ⅰ（约10050—9700 cal.a B.P.）与阶段Ⅲ（约9250—5300 cal.a B.P.）气候较为湿润,巢湖水位较高,平均粒径、磁化率值较低,TN、TOC、C/N也偏低;阶段Ⅱ（约9700—9250 cal.a B.P.）与阶段Ⅳ（约5300 cal.a B.P.以来）气候干燥,巢湖水量减少,水位降低,平均粒径、磁化率值、TN、TOC、C/N均较高.一些全球范围内显著发生的气候突变事件在SZK1507孔沉积记录中也有体现,如9.3、8.2和4.2 ka B.P.事件等.将巢湖杭埠河流域10000 cal.a B.P.以来的平均粒径、磁化率、TN、TOC、C/N沉积记录与全新世以来的北纬30°夏季太阳辐射量、太阳黑子数、火山喷发对大气中硫酸盐含量贡献率等进行对比,发现巢湖杭埠河流域全新世气候突变事件主要受控于北半球夏季太阳辐射量变化、太阳活动以及火山活动等因素,并与它们之间复杂的响应机制有关.     

黄土高原北部晚新近纪“吴起古湖”的古地磁年代学与古环境记录

晚新近纪以来中国北方堆积的风成红粘土-黄土序列是古气候信息的良好载体, 在黄土高原北部的吴起地区存在一套湖相沉积物, 层位上介于第四纪黄土与晚新近纪红粘土之间, 但该古湖存在的具体时限尚不清楚. 我们利用岩石磁学及古地磁年代学方法并结合多种气候指标对代表“吴起古湖”的土佛寺剖面进行了初步研究, 结果表明湖相沉积物中特征剩磁的载体主要为磁铁矿和赤铁矿, 在此基础上得到的磁极性序列能很好地与国际地磁极性年表对比, 剖面起始于4.28 Ma B. P.左右, 湖相沉积层起始于3.0 Ma B. P.左右, 结束于1.2 Ma B. P.左右. 岩性、磁化率、粒度和沉积速率变化均反映出这一时期该地区环境变化的总体趋势是由暖湿向冷干发展, 期间“吴起古湖”的演化大致经历了三个阶段: 3.0~2.5 Ma B. P.为古湖形成时期, 水体相对较深; 2.50～2.05 Ma B. P.期间受古气候变化的影响湖水明显变浅; 2.05~1.20 Ma B. P.时古湖中仍有一定量的水体存在, 但随后逐步缩小并最终消亡. 该地区气候条件在1.2 Ma B. P.左右的恶化是导致吴起古湖消亡的主要因素, 区域构造活动引起的北洛河溯源侵蚀并切穿湖盆可能也是原因之一.     

湖北梁子湖近百年来环境演变历史及驱动因素分析

湖泊生态系统的修复必须建立在历史生态环境演化过程与驱动机制认识的基础之上.针对草型湖泊演化历史研究相对不足的现状,以长江中游典型草型湖泊梁子湖为研究对象,结合210Pb和137Cs年代测试,通过对沉积柱高分辨率的多指标分析(硅藻、元素地球化学和粒度)以及流域历史资料重建近百年来梁子湖生态环境的演化过程,并在此基础上利用冗余分析定量区分影响该湖泊生态环境演化的关键驱动因子.结果显示,沉积物总磷和重金属元素Cu是影响该湖泊生态环境演化的2个显著变量,它们分别单独解释硅藻组合的12.7%和8.5%变率.这表明近百年来人类活动引起的营养输入对梁子湖生态环境演化起关键性作用,而重金属污染也是影响梁子湖环境演变的重要因子.本研究结果可以为梁子湖及长江中下游其他类似湖泊的环境治理提供科学依据.     

近200年来湖北涨渡湖对江湖联通变化的环境响应

江湖联通状况对湖泊生态系统有着重要影响,但是由于缺乏长期的生态水文监测数据,湖泊系统对其响应的过程与机理仍缺乏认识.本研究选择长江中下游地区典型湖泊——涨渡湖,结合该湖一沉积短柱的²¹⁰Pb、¹³⁷Cs年代测试,通过高分辨率的多指标分析(硅藻、元素地球化学和粒度),揭示近200年来湖泊生态系统对该湖与长江之间联通关系改变的响应过程.与历史文献记载一致,古湖沼学记录揭示出该湖与长江的联通状况经历了3个阶段.1)江湖联通期(1954年以前):该湖与长江自然相通,江湖水体交换频繁,丰富的贫营养浮游种Cyclotella bodanica表明该湖长期处于低营养及湖泊水位相对较高的状态.2)江湖隔绝期(1954 2005年):随着湖坝的兴建,江湖联通关系被隔绝,湖泊换水周期变长,透明度降低,喜好扰动环境的Aulacoseria granulata大量生长.相应地,富营养硅藻的增加、高TOC含量以及较高的沉积物TP、TN浓度表明,该湖营养水平逐渐升高.特别是近20年来,较高含量的富营养硅藻种——C.meneghinena、A.alpigena、Nitzschia palea、Surirella minuta和地球化学记录,包括TOC含量和沉积物TP、TN浓度,表明该湖富营养化程度加剧.3)江湖季节性联通期(2005年后):硅藻以附生种、底栖种为主,但仍有一定含量的富营养化属种,且TOC含量以及沉积物TP、TN浓度仍然保持较高水平,表明富营养程度有所缓解.古湖沼学和历史记录都揭示了自该湖与长江无连通后其生态状况的快速退化、重新联通后生态状况有所好转.因此,在长江中下游洪泛平原区,江湖关系的重新联通将是减轻湖泊生态压力的有效手段.     

浅钻岩芯揭示的固城湖4000年来环境演化

对固城湖6.2m深的现代沉积物柱状岩芯进行了放射性同位素、粒度、有机质含量、有机质σ~(13)C和孢粉分析。沉积记录巾各项环境指标的变化表明,4ka以来固城湖经历了高湖面—低湖面—高湖面的显著变化。气候变化是影响湖泊环境演化的重要自然因素,但2.5ka以来人类活动对湖泊演化的影响显得更为明显。特别是2.5ka和1.1ka两次人类对湖泊水系的改造是引起湖泊环境两次突变的主要因素。     

近百年来枝角类群落响应洱海营养水平、外来鱼类引入以及水生植被变化的特征

近几十年来,以大型湖泊为代表的云南部分湖泊受人类活动的持续影响出现了生态环境的明显变化.洱海作为云南面积第2大淡水湖泊,经历了多重环境压力(富营养化、外来鱼类引入、水生植被退化等)的影响.在湖泊现代监测数据面临时段较短、缺乏连续记录的背景下,湖泊沉积物的连续记录可以提供湖泊生态环境变化的长期历史并可用于生态响应模式的识别.以目前处于富营养水平的洱海为研究对象,应用湖泊沉积物记录进行多指标分析,探讨多重环境压力影响下洱海枝角类群落的长期变化特征以及影响因素,并与已有研究成果和现代监测数据进行对比,探讨了枝角类群落对环境压力响应的空间差异性.通过分析沉积物枝角类记录,重建了近百年来洱海枝角类群落的变化历史,结果表明过去100年来,枝角类的生物量总体呈增加趋势,尤其从1990年左右开始,象鼻溞生物量显著增加,物种相对组成出现明显变化(如Bosmina longispina被B.longirostris取代).同时象鼻溞的生物量、壳长与触角长度在1990s初期有明显降低的趋势,与同期外来鱼类(如银鱼)引种成功的时间一致.限制性聚类分析结果表明,枝角类群落结构的变化有3个主要阶段:1990s以前,底栖枝角类为群落的主要组成;1990—2000年左右,浮游枝角类(以象鼻溞为主)在枝角类群落结构中的比例迅速增加;从2000年以后,枝角类群落组成以浮游枝角类为主.同时,枝角类数据的主成分(PCA)分析显示,仅有PCA主轴1呈现显著的变化且解释了群落结构变化的61.64%,进一步分析表明水生植被变化可能是驱动枝角类变化的主要环境梯度,如底栖枝角类生物量减少响应了湖泊水生植被的退化.与已有研究对比表明,浅水湖区沉积物记录的枝角类生物量在1970s急剧增加与1980s急剧降低等现象并没有被深水区的沉积物记录所反映,指示了洱海生态系统的变化模式存在空间差异性.同时象鼻溞个体大小的变化模式反映了外来鱼类引入导致的鱼类捕食压力的变化.总之,本文揭示了枝角类群落结构与生物量的长期变化,反映了洱海富营养化过程、水生植被的退化与外来鱼类引入的长期驱动影响,因此对洱海的生态管理与修复工作应考虑多个环境压力的影响并加强对湖泊生态系统的评价.     

太湖枝角类微化石的初步研究

湖泊沉积物中的枝角类微化石能够在一定程度上反映历史时期水体中的枝角类种群动态,从而具有重要的环境指示意义.通过对太湖(马山附近)沉积物中枝角类微化石的初步研究,尝试反演了所研究湖区近百年来水体环境的演化过程.并对枝角类种群动态的驱动因素进行了分析.从沉积物中共鉴定出10属14种枝角类,其中象鼻溞属占绝对优势,相对丰度平均值高达95.4%尖额潘属次之为4.2%;盘肠潘属以及其他枝角类不到1%.研究结果显示,随沉积深度自下而上变化,喜好富营养水体环境的B.longtrostris cornuta和A.rectangula的丰度逐渐增加,而偏贫-中营养环境的A.intrmedia的丰度则逐渐下降,表明水体营养水平处于逐渐上升的过程,其中表层3cm以上枝角类绝对丰度的急剧下降和A.intermedia 的完全消失表明,20世纪80年代末期以来水体急剧富营养化;另外枝角类敞水区种类与沿岸带种类的数量比(肌)随沉积深度的变化也在一定程度上反映了太湖水深,水面积的变化以及20世纪80年代末期以来的水体富营养化状况.研究结果同时也表明,20世纪60年代以前,自然环境条件为影响枝角类种群动态的主控因素,此后人类活动的影响越来越明显并最终成为枝角类种群动态的决定性因素.     

太湖微囊藻对几种枝角类种群影响的实验生物学分析

微囊藻是形成蓝藻水华最普遍的一种,不同枝角类受微囊藻的影响不同.实验从太湖梅梁湾分离天然的微囊藻,研究了其对长刺溞、隆线溞、短尾秀体溞和角突网纹溞四种枝角类存活和生殖的影响.在微囊藻食物浓度为1×106 cells/ml,测得四种枝角类的半致死时间(LT50)分别为长刺溞3.03 d、隆线溞3.79 d、短尾秀体溞8.48 d和角突网纹溞9.25 d,体长较小的短尾秀体溞和角突网纹溞的半致死时间相对较长;实验过程中没有观察到长刺溞和隆线溞有新生幼体,而短尾膊秀体溞和角突网纹溞在少数几天里产出了少量新生幼体.以不同浓度微囊藻(0.5×106-8×106 cells/ml)喂养枝角类,测得四种枝角类的24h半致死浓度(LC50)分别为:4.10×106、4.78×106、6.21×106和7.77×106 cells/ml.参照以栅藻喂养的枝角类生长情况,可知太湖微囊藻对四种枝角类的存活和生殖有很强的负面作用,其中体长较大的长刺溞和隆线溞受的影响相对较大.