长江中下游典型湖泊近代环境变化研究

选择长江中下游的典型湖泊洪湖、巢湖、石臼湖和太湖,采集了沉积柱样,测定了总有机碳、总氮、总磷,并采用210Pb和137Cs定年以研究湖泊近代环境演变。根据洪湖137Cs蓄积峰得到过去50 a里洪湖沉积速率经历了一个由慢到快再变慢的过程,1963~1986年之间沉积速率最大,达0.174 cm/a,这可能是因为当时湖区大规模开垦有关。巢湖钻孔核素的研究发现20世纪70年代以来随着深度的减少,巢湖钻孔中沉积通量在增加,可能与流域内水土流失逐步加重有关。对营养盐的分析表明,洪湖50年代以来沉积物中营养元素急剧增加,巢湖70年代以来营养元素开始增加,在太湖中体现为80年代,石臼湖中则为近百年来营养元素开始快速增加。从营养盐增加的幅度来看,草型湖的洪湖、石臼湖要大于藻型的巢湖以及太湖藻型区域。本文尝试利用总有机碳、总磷获取了湖泊环境变化的速率。研究表明总有机碳和总磷的变化速率存在波动性,这可能与湖泊的自我调节有关。而总有机碳的变化速率在最近时间阶段内基本呈正值,对于洪湖来说在80年代初,石臼湖在1970年左右,太湖在80年代初,巢湖在60年代。总有机碳、总磷变化速率的振荡幅度与周期也许对理解当今湖泊处于何种位置,由此采取何种湖泊管理手段提供重要认识。     

长江中下游干流河底沉积物环境磁性特征

通过多参数磁性测量,分析探讨了长江中下游干流3种不同粒级(<2mm,<0.28mm和<0.125mm)河底沉积物中磁性矿物的类型、含量、颗粒变化及空间分布特征。3种粒级中,磁性矿物主要富集在<0.125mm的细质沉积物中。对细质沉积物的分析表明,长江中下游干流河底沉积物的磁性矿物含量较长江口高近10倍,类型以亚铁磁性矿物磁铁矿为主,颗粒以假单畴-多畴为主,超顺磁性颗粒含量较低。从中游到下游,磁性矿物含量呈下降趋势,颗粒呈变细趋势。干流磁性矿物含量远高于支流,颗粒远粗于支流,支流泥沙的汇入不断影响干流沉积物的磁性特征。     

长江中下游不同类型湖泊沉积物营养盐 蓄积变化过程及其原因分析*

在长江中下游的洪湖、太湖、巢湖采集了沉积柱样,测定了总有机碳、总氮、磷,并采用²¹⁰ Pb和¹³⁷ Cs定年。洪湖1950年以来沉积物中营养元素急剧增加,巢湖在20世纪70年代以来营养元素开始增加,而在太湖中则为80年代。结果表明草型湖中有机质增加比藻型湖迅速,洪湖湖泊沉积物有机质迅速增加与围垦活动开始时间一致。沉积物中总磷的变化不如总有机碳、总氮的变化规律性明显。洪湖两钻孔总磷背景值为0.7~0.8g/kg,太湖钻孔其总磷本底为0.6g/kg,梅梁湾大量钻孔表明总磷本底在0.5g/kg;巢湖的则更低。对比湖泊类型来看,目前为藻型湖的沉积本底磷偏低,而目前为草型湖的沉积本底磷偏高,这可能与不同生态类型湖泊营养元素的生物地球化学循环与积累的方式有关。     

长江中下游不同营养水平湖泊水体环境变化特征及机制

选择长江中下游49个湖泊进行不同季节的水体溶解无机氮(DIN)、总氮(TN)、总磷(TP),溶解性无机磷(DIP)以及叶绿素a(Chla)等环境参数分析,开展不同营养水平湖泊水体环境变化特征及生物响应机制研究。结果表明:DIN、TN/TP随TP的变化规律反映了不同营养水平和季节下地球化学作用的影响;氨氮(NH₄-N)、TP、DIP、Chla尤其是NH₄-N的季节性变化规律与营养水平关系密切;TP<0.05 mg/L时,NH₄-N随总磷升高的趋势夏季大于其他季节,TN/TP与硝态氮(NO₃-N)、TN相关性好,营养源组成和氨化作用是主要影响因素;0.05 mg/L4-N随总磷升高的趋势基本相同,TN/TP与亚硝态氮(NO₂-N)、NO₃-N、TN相关好,水生植物利用、氨化和反硝化作用是主要影响因素。TP>0.1 mg/L,冬季NH₄-N随总磷升高的趋势明显大于其他季节,TN/TP在冬季和春季与TN、NO₃-N相关性好,夏季和秋季与TP相关性好,其主要原因在于夏季和秋季水生植物对DIN的利用量、反硝化作用和湖泊内源释放的显著增强。     

长江中下游第四纪沉积物发育土壤磁性增强的环境磁学机制

对长江中下游第四纪沉积物 (Q₃ 黄土,Q₂ 红土和Q₃ 红土 )发育土壤的磁性增强现象及其物理机制进行了讨论。结果表明 :(1)铁磁性矿物是土壤磁性的主要载体,它们是成土过程中形成的稳定单畴 (SSD)和超顺磁性 (SP)态的次生磁性矿物,没有显示重要的反铁磁性矿物的贡献;(2 )土壤磁化率 (χ)的高低与成土过程产生的稳定单畴和超顺磁性颗粒呈极显著正相关,指示了风化成土作用的强度,磁化率可作为反映成土环境变化的代用指标;(3)频率磁化率 (χfd) 5 %可作为土壤中的超顺磁性颗粒存在与否的临界值,土壤 χfd值的高低同样反映了风化成土作用的强度,可用作研究第四纪环境变化的有用工具之一。     

大兴安岭阿尔山天池湖泊沉积物记录的全新世气候突变

阿尔山天池是大兴安岭中部一个封闭的火山口湖,地处东亚夏季风尾闾区,是研究区域气候快速变化的良好载体。通过对阿尔山天池岩芯（深度243~100 cm,年代10.0~1.3 cal.ka B.P.）开展连续、高分辨率的XRF元素扫描和粒度分析,选取岩芯中12种含量较高且环境指示意义明确的地球化学元素开展相关分析及因子分析发现：全新世时段阿尔山天池湖泊沉积物中Sr、Rb、Zr、Fe、Ca、K、Ti、Si、S、Mn、Cl等元素变化一致且均与Cr元素变化趋势相反,其中Sr、Rb、Zr、Fe、Ca、K、Ti、Si等8个迁移积累型元素之间相关性较高,且为湖泊元素变化的主控因子,说明阿尔山天池湖泊沉积物中元素来源主要受外源碎屑物质的影响,湖泊沉积物元素变化主要决定于区域气候的干湿状况。基于精确的年代框架,通过阿尔山天池沉积物Ca/Ti,Cr/Ti,Fe/Mn,Rb/Sr和Fe/Ti元素比值、粒度数据,与同一地区的月亮湖TOC和乔木花粉百分比记录对比分析表明：大兴安岭中部地区全新世以来气候-环境和湖泊水位经历了温暖偏干-低湖水位期（10.0~7.3 cal.ka B.P.）、温凉湿润-高湖水位期（7.3~6.1 cal.ka B.P.）、温暖湿润-低湖水位期（6.1~4.3 cal.ka B.P.）、温凉湿润-高湖水位期（4.3~3.0 cal.ka B.P.）、温暖湿润-较高湖水位期（3.0~1.4 cal.ka B.P.）等5个阶段的演变;元素记录15次显著快速干旱气候事件,其中发生在7.8cal.ka B.P.、7.3cal.ka B.P.、6.9cal.ka B.P.、6.5cal.ka B.P.、6.3cal.ka B.P.、6.1cal.ka B.P.、5.5 cal.ka B.P.、4.2 cal.ka B.P.、3.8 cal.ka B.P.、3.6 cal.ka B.P.、3.0 cal.ka B.P.、2.6 cal.ka B.P.及1.8 cal.ka B.P.的13次干旱事件与已有大兴安岭地区其他钻孔记录均有较好的对应。此外,阿尔山天池湖泊记录中Fe/Ti元素比值与粉砂和粘土含量变化趋势基本一致,表明在东北封闭湖泊中Fe/Ti可作为湖泊细颗粒组分的良好代用指标。本研究表明湖泊沉积物高分辨率的XRF元素扫描分析在气候快速变化研究方面具有很大的潜力。

     

氮同位素研究城市湖泊沉积物有机质来源和迁移过程——以北京为例

城市湖泊是陆地水圈的重要组成部分,与人类活动关系极为密切。然而城市发展导致城市湖泊富营养化愈发严重,湖泊生态环境问题引起了广泛关注。本文研究了2012年至2013年间北京城区12个公园湖泊表层沉积物的有机氮同位素组成、碳氮比值、总有机氮和总有机碳含量的分布情况,探讨表层沉积物生产力状态、沉积物的有机质来源定性与定量分析、湖泊营养输入程度和过程等。研究表明,后海及群明湖等的有机碳、氮含量较其他公园湖泊的高,土壤和污水有机质等对湖泊沉积物的贡献突出,表明这些湖泊初级生产力及营养程度高,具有一定的富营养化风险;各个湖泊的分布位置、周围环境以及管理方式导致了其生产力、营养状况及有机质来源的差异,应该分别从控制水土流失、减少污水输入、及时清洁水面上的浮游植物与枯枝落叶等多方面着手进行,减少湖泊环境污染风险,保持湖泊环境生态平衡。本研究为了解城市湖泊环境有机质来源和过程、湖泊现代环境的管理和防治,提供可靠的研究方法和评价体系。     

湖泊沉积物不同粒级组分的元素含量特征及其环境指示意义①——以内蒙古黄旗海为例

黄旗海湖泊柱状沉积物的全样、77~20 μm、<20 μm粒级的钛(Ti)、锰(Mn)、锶(Sr)、銣(Rb)、钡(Ba)、锆(Zr)等元素含量分析表明,元素在湖泊沉积物各粒级组分的丰度存在较大差异:Ti、Zr倾向于在粗颗粒中富集,Mn、Sr、Rb倾向于在细颗粒中富集,Ba的富集粒级不明显。Ti、Zr与Mn、Rb的颗粒粒级富集倾向可能是其硅酸盐矿物颗粒碎化过程的结果,而Sr则与湖泊自生碳酸盐有关。元素比值Zrc/（Rbc+Bac）、Zrc/Rbc与Ti、Zr的粒度效应Tic/Tif、Zrc/Zrf指示了沉积物重、轻矿物的相对比率,是流域侵蚀强度与湖泊涨缩的信息指示;Ba、Rb与Sr在细粒级的含量之比Baf/Srf、Rbf/Srf指示了硅酸盐与碳酸盐矿物的相对含量,是流域风化、侵蚀搬运强度与湖泊过程（包括物理/化学/生物）等混合信息指示,没有明确的环境指向性。     

河流形态的分维及与洪水关系的探讨--以长江中下游为例

河流水系形态特征可以通过河流的分形特征来反映,分形维数则是河流分形特征的量化表示,其与河流洪水之间存在着一定的关系。以长江中下游为例,利用网格覆盖法计算出长江中下游河流分维,分析了长江中下游河流的分形特性,并在此基础上结合长江中下游洪水分析不同水系特征下洪水的特点。研究结果表明,一般来说河道分维越大、河网分维越小,洪水发生可能性则越高。     

短时间尺度上湖泊沉积物粒度指示的气候意义——以朝那湫为例

湖泊沉积物粒度在短时间尺度、高分辨率（年际-十年尺度）古气候研究中的指示意义通常被解释为：粒度偏粗指示降水较多、气候湿润,粒度偏细指示降水较少、气候干旱。本文以六盘山朝那湫湖泊73 cm沉积物岩芯粒度指标为研究对象,采用¹³⁷Cs定年法,重建了朝那湫流域过去268年的高分辨率气候变化序列,结合同一岩芯其他环境代用指标（TOC、C/N值、化学元素等）指示的环境变化信息,对朝那湫湖泊沉积物粒度指示的气候意义进行综合判别。结果表明：朝那湫湖泊沉积物粒度与其他环境代用指标有较好的相关关系,粒度指标能够指示流域降水变化历史,并记录了4次典型的干旱气候事件（1770 A.D.前后、1835 A.D.前后、1875 A.D.前后和1970 A.D.前后）,这与邻近地区树轮等气候记录有良好的对应关系,表明本文重建的结果可靠。同时,本文揭示了湖泊沉积物粒度在短时间尺度研究中的特殊指示意义：粒度偏粗指示降水较少、气候干旱,粒度偏细指示降水较多、气候湿润,这主要是由流域降水特点和植被覆盖程度决定的。由于沉积环境复杂,湖泊沉积物粒度的环境指示意义具有多解性,因此在不同的湖泊研究中应充分考虑影响沉积物粒度的各种因素,并结合其他指标进行综合辨识。

     

近1000年长江中下游旱涝与气候变化关系

文章利用旱涝灾害历史记载与现代器测降水资料重建长江中下游旱涝灾害等级序列,并通过相关分析与波谱分析、交叉谱分析等分别探讨了长江中下游旱涝灾害发生与东太平洋海水表面温度(SST)以及太阳活动(太阳黑子数)的关系。结果表明,长江中下游涝灾多发生于气候过渡期,即涝灾在气候由一种气候状态向另一种气候状态转变时期多发。谱分析与交叉谱分析结果表明,长江中下游旱涝灾害等级序列在10～11年周期上与太阳黑子数存在相关,但两者有近1年的滞后性。长江中下游旱涝灾害与SST的相关关系分析表明,SST正距平年份,往往对应着长江中下游的涝灾;而SST负距平年份往往对应着长江中下游旱灾。因而可以认为,SST与太阳活动变化(太阳黑子数量变化)在不同周期频度上对长江中下游旱涝灾害具有明显影响。     

长江上游屏山至宜昌河道泥沙存贮量的变化及其地貌学意义

通过河流输沙分析研究了长江上游河道的悬移质泥沙存贮量及其变化。结果表明,1956～2000年屏山-宜昌河段历年的河道存贮量的变化可以划分为3个阶段,即两个泥沙存贮期和1个泥沙释放期。1956～1968年为第1个泥沙存贮期,河道泥沙存贮累积性增加,累计存贮量为4.0126×108t,与这一时期人类活动导致的流域侵蚀加剧有密切的关系;1969～1983年为泥沙释放期,累积释放量为2.6533×108t——支流水库大量修建,拦截了泥沙,下泄泥沙减少,进入长江干流的泥沙减少,含沙量降低,使得干流中前期存贮的泥沙发生侵蚀而释放;1984～2000年为第2个泥沙存贮期,累积存贮量为4.0733×108t。金沙江下游重点产沙区产沙量增加,进入长江干流的泥沙增多,葛洲坝水库建成后投入运行,三峡水库大坝的建设,也导致长江干流河道中泥沙存贮量的增大。输入沙量、输出沙量和与流域面平均年降水量之间均存在较明显的正相关关系,而存贮量与降水量不相关,说明河道泥沙存贮对于降水量的变化不敏感。屏山-宜昌河道泥沙输移比的时间变化大致可以分为两个阶段,即在1956～1982年河道泥沙输移比呈增加趋势,1983～2000年则呈减小趋势。这种变化可以用河道泥沙存贮的变化来解释。长江上游屏山-宜昌河段河道泥沙存贮的时间变化与中游宜昌-武汉河段泥沙冲淤量的时间变化相位在一定程度上是相反的,说明上游河道泥沙存贮增多会导致中游河道泥沙存贮减少,上游河道泥沙存贮减少会导致中游河道泥沙存贮增多。     

长江中游洪灾形成的地学分析

地质地貌条件是长江中游洪灾形成的背景条件,近代洪水位不断上升是人-地不和谐作用下流域环境系统演化的结果.人类作用导致的多流归槽改变了长江中游河流的地貌过程和水文特性,致使洪水过程显著;大堤修筑导致堤外河漫滩出现泥沙加积,自1650年荆江大堤合拢以来,边滩总体淤积厚度为2.8～11.0m,平均淤积速率12.54～25.64mm/a;围湖造田导致江汉-洞庭平原蓄洪空间减少和"小水大灾"局面的形成;漫滩筑堤围垸严重影响了长江行洪,仅荆江段就有围筑的民垸84个,总面积为4895.95km2,民垸面积是泄洪面积的近9倍.因此,在认识自然规律的基础上,正确协调人-地-水关系,重建良性循环的流域环境系统,是解决长江中游的水患的根本出路.     

长江中下族及邻区区域铅同位素组成背景及其应用

本文系统地研究了长江中下游及邻区区域各类地质体铅同位素组成背景。研究表明;区域各类地质体铅同位素组成特征是受原始地幔的不均一性、壳幔交换的动力学过程、层圈铀、钍、铅丰度及作用发生的时间等诸因素控制,为此,通过区域铅同位素背景的研究可以为地球化学分区、示踪物质来源及区域成矿预测提供有意义的信息。     

长江中游地区江湖综合整治环境地质研究

１９９８年洪水险恶,江湖沿岸险象环生,显示出大堤加高与洪水位上升矛盾已发展到激化的程度．从追踪分析一江（长江）两湖（江汉湖群、洞庭湖）关系演变和下荆江蜿蜒性河道演变规律入手,探讨并提出了顺应自然规律,实施荆北人工分流、退田还湖、闸住“三口”、协调发展、江湖两利的综合整治系统工程．     

下扬子克拉通岩石圈减薄事件与长江中下游Cu-Fe成矿带

在建立下扬子地区中生代地质事件序列的基础上，论证了大别山和下扬子地区印支期和燕山期存在两次相对独立的造山运动；并着重分析了下扬子地区燕山期出现大规模岩石减薄作用的过程，以及与之有关的大规模的成矿作用，并为区内开展深部找矿工作做了某些理论阐述。     

近2600年来黄河下游沉积量和上中游产沙量变化过程

主要基于华北平原上93个钻孔中沉积物详细观测和分析数据,结合182组14C测年和埋深数据、参考前人黄河下游河道历史变迁及其他相关研究成果,估算出2600年以来黄河下游在602BC～11A.D.,11～1034A.D.,1034～1128A.D.,1128～1855A.D.和1855～1997A.D.等5个历史时期的年平均沉积量分别是3.89×108t/a,2.24×108t/a,6.63×108t/a,6.78×108t/a和8.47×108t/a。通过建立黄河下游有无堤防和决溢频率与泥沙输移比的关系,计算出5个时期黄河上中游的平均年输沙量分别是6.2×108t/a,6.8×108t/a,8.3×108t/a,11.5×108t/a和15.3×108t/a。进而探讨了黄河输沙量变化的主要原因,以及历史上王景治河后出现的600年安流时期的原因。     

长江中下游及邻区基底地球化学分区及区域成矿远景预测

大范围系统的基础地球化学研究国内外均不多见,进行区域地球化学分区仍处在摸索阶段．在区域基础地球化学研究基础上,在长江中下游及邻区利用多元示踪元素（常量元素、高场强元素、基性元素、亲氧碱性元素、成矿元素及性质相似元素比值）和Ｐｂ,Ｎｄ同位素进行不同区域地壳、同一区域地壳内不同级次的地球化学分区,从而厘定了研究区区域地壳的边界,提供了区域远景预测的地球化学依据