基于高分辨率沉积指标重建呼伦湖近期沉积环境演变过程

发布时间：2020-10-14 13:50

　　 湖泊作为一个相对独立的体系,经历了较长的地质历史,其连续的沉积和快速的沉积速率,在沉积物中连续记录并保存了丰富的环境、气候和人类活动等高分辨率信息,从而成为全球气候环境变化研究的重要载体。本文选择呼伦湖为研究区,以湖泊沉积物为研究对象,通过采集沉积物岩芯,对湖泊沉积物中的环境指标:有机碳(TOC)、总氮(TN)、碳氮比(C/N)、碳同位素(δ13C)、总磷(TP)、粒度、以及沉积物间隙水中的氢氧同位素和氯离子进行测定分析,结合沉积物中210Pb和137Cs对岩芯的年代确定,重建了近60年来呼伦湖的环境演变过程,并有效识别出引起湖泊环境变化的驱动因子。同时,根据沉积物环境指标与实测数据的分析对比,确定了沉积物中各指标对呼伦湖环境、气候、以及人类活动的指示意义,获得的主要结果如下:(1)利用测得的210Pbex结果,通过CIC模型对呼伦湖41 cm沉积物岩芯进行了年代的确定,结果显示沉积物岩芯包含了从1958年至2015年近58年来的沉积记录,呼伦湖的沉积速率为0.72 cm/a。同时,这一年代表与137Cs结果获得的1963年和1975年两个年代标记相对应。(2)根据沉积物有机物中C/N比值和δ13C值计算得出的陆源有机碳和内源有机碳比例显示,呼伦湖沉积物中有机物来源主要是来自陆源有机物,约占80%左右,而内源浮游生物有机物所占的比例为20%。(3)通过沉积物有机物指标(TOC、TN、C/N、δ13C、TP以及Cal和Cau)的分析,表明呼伦湖的有机物沉积变化可以分为两个不同的阶段。2000年以前,由于较低的TN和TP浓度,限制湖泊内浮游植物的生长,因此湖泊的营养程度较低;而2000年之后,迅速增高的TN和TP浓度为湖泊内部浮游植物提供了充足的营养物质,使得湖泊内部的生产力明显提高,湖泊的营养程度也较高。(4)对比呼伦湖外源物质输入增加和内源物质增加的变化过程,发现由于人为不合理放牧引起的流域草地退化使得陆源有机物在1980年以后开始增加,但这一过程并没有引起湖泊水体环境的剧烈改变。而在2000年以后由于径流量减少、水位降低使得湖泊内污染物浓度明显增加,这一过程与湖泊富营养化过程发生的时间点一致,因此认为河流径流量和湖泊水位的变化导致营养物质浓缩是呼伦湖水体恶化、富营养化的直接原因。(5)通过对呼伦湖沉积物粒度特征的分析,显示呼伦湖沉积物平均粒径变化与湖泊年降雨量、径流量变化的的峰谷值在相对应年份基本对应,具有良好的同步性变化趋势。因此,在呼伦湖沉积物短时间尺度的研究上,沉积物的粒度大小能够较好的反映流域过去降雨量和径流量的大小(6)呼伦湖沉积物岩芯在深度32-38 cm段与其他部分的沉积物的粒度参数呈现明显的差异,粉砂和粘土成分增加,而砂含量减小,平均粒径变小,这主要是由于这一时段呼伦湖出口被建坝封堵、水动力条件改变的结果。(7)通过对间隙水中的氯离子及氢氧同位素的分析及溶质扩散模型模拟,表明沉积物间隙水中溶质由于扩散作用与上覆湖水水体进行交换,使得沉积物中的间隙水成分组成发生改变,不能保持与沉积物一样的具有时间性的指示作用。但是沉积物间隙水中的指标信息在一定程度上能够记录湖泊水位变化引起的湖泊水体环境改变过程。
【学位单位】：内蒙古农业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2017
【中图分类】：P512.2;P343.3
【文章目录】：
摘要
abstract
1 引言
    1.1 研究背景
    1.2 研究目的与意义
    1.3 国内外研究进展
        1.3.1 湖泊沉积学研究进展
        1.3.2 呼伦湖研究现状
    1.4 主要内容及技术路线
        1.4.1 研究内容
        1.4.2 研究创新点
        1.4.3 文章结构
        1.4.4 技术路线
2 研究区概况及研究方法
    2.1 研究区概况
        2.1.1 地理位置及其形态概况
        2.1.2 区域气候特征
            2.1.2.1 气温
            2.1.2.2 降水
            2.1.2.3 蒸发
            2.1.2.4 风速
            2.1.2.5 湿度
        2.1.3 区域水文特征
            2.1.3.1 径流补给
            2.1.3.2 水位变化
            2.1.3.3 水量平衡关系
            2.1.3.4 水文循环特征
        2.1.4 湖泊水环境特征
        2.1.5 区域土壤植被情况
        2.1.6 社会经济情况
    2.2 样品的采集和分析
        2.2.1 样品的采集
        2.2.2 样品的测试与分析
            2.2.2.1 沉积物泥样
            2.2.2.2 沉积物间隙水
        2.2.3 对照岩芯的选取
3 呼伦湖沉积物年代分析
210Pb和¹³⁷Cs计年原理'>    3.1 ²¹⁰Pb和¹³⁷Cs计年原理
210Pb的计年原理'>        3.1.1 ²¹⁰Pb的计年原理
137Cs的计年原理'>        3.1.2 ¹³⁷Cs的计年原理
210Pb和¹³⁷Cs剖面特征'>    3.2 呼伦湖沉积物岩芯²¹⁰Pb和¹³⁷Cs剖面特征
210Pb的剖面特征'>        3.2.1 ²¹⁰Pb的剖面特征
137Cs的剖面特征'>        3.2.2 ¹³⁷Cs的剖面特征
    3.3 呼伦湖沉积物岩芯年代的确定
    3.4 本章小结
4 沉积物有机物指标特征及其信息记录
    4.1 有机物指标的沉积学意义
        4.1.1 湖泊有机物质的来源
        4.1.2 湖泊有机物质的降解
        4.1.3 沉积物中有机物质的指示作用
    4.2 呼伦湖沉积物有机物指标的环境指示意义
        4.2.1 沉积物中有机物信息的有效性
        4.2.2 呼伦湖沉积物有机物的来源
        4.2.3 呼伦湖沉积物有机物指标的分布特征
    4.3 对照岩芯有机物指标的分布特征
        4.3.1 对照岩芯的有机碳分布特征
        4.3.2 对照岩芯的总氮分布特征
    4.4 沉积物有机物指标分析结果与实测水质数据的对比
    4.5 呼伦湖富营养化过程及其影响因素分析
        4.5.1 呼伦湖富营养化过程
        4.5.2 近期呼伦湖富营养化的主要机制及其原因
    4.6 本章小结
5 沉积物粒度变化特征及其信息记录
    5.1 沉积物粒度的沉积学意义
    5.2 呼伦湖沉积物粒度的分布特征
        5.2.1 沉积物粒度分级特征
        5.2.2 沉积物粒度参数特征
        5.2.3 沉积物参数散点图
        5.2.4 沉积物粒度频率曲线和概率累积曲线特征
    5.3 对照岩芯的粒度分布特征
        5.3.2 对照岩芯的粒度参数特征
    5.4 呼伦湖沉积物粒度的指示意义
        5.4.1 沉积物粒度指示的降雨变化
        5.4.2 沉积物粒度指示的径流量变化
        5.4.3 沉积物粒度指示的湖泊水位变化
        5.4.4 沉积物粒度指示的近期人类活动
    5.5 本章小结
6 沉积物间隙水指标记录的信息
    6.1 沉积物间隙水的沉积学意义
    6.2 呼伦湖沉积物间隙水指标的分布特征
        6.2.1 氯离子在不同水体中的分布
        6.2.2 氢氧同位素在不同水体中的分布
    6.3 沉积物间隙水中氢氧同位素和氯离子的信息解译
        6.3.1 沉积物间隙水与其它水体的关系
        6.3.2 沉积物间隙水中高浓度氯离子的来源
        6.3.3 扩散对沉积物间隙水中氯离子分布的影响
    6.4 本章小结
7 结论和展望
    7.1 结论
    7.2 展望
致谢
参考文献
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本文编号：2840750