阳宗海不同岩芯环境指标对比研究及近200年来人类活动对环境变化的影响

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阳宗海(北纬24?51′24″—24?57′58″,东经102?58′47″—103?01′41″)地处滇中高原,属于典型的断陷构造湖泊。近几十年来,阳宗海周围兴建大量工矿企业和旅游设施,强烈的人类活动导致湖区承载的污染物总量持续大幅增长,2008年发生的砷污染事件,更使得湖泊完全失去基本功能。本文通过对南部钻孔(S1)、中部钻孔(S2)和北部钻孔(S3)的现代水质调查与钻孔中沉积物的碳酸盐、粒度、有机质及其碳氮同位素、总硫、硫酸盐、还原态硫、有机硫的分析,在210Pb和137Cs基础上建立了近200年以来的沉积年代序列,综合分析了环境指标间的相互关系,得到以下结论:(1)电极电位显示了阳宗海底层的缺氧环境,温跃层的存在对于沉积过程具有一定的影响。(2)S元素虽然会在岩芯中伴随沉积物的氧化还原不断发生变化,但其稳定的还原态硫和有机硫占比的变动在一定程度上则可以很明确的指示湖泊硫污染的强度变化及源区,并对人类活动的强度具有敏感的响应。(3)在沉积物中钻孔中的S空间分布差异应及不同钻孔的氧化还原状态应受到重视,对环境变化进行更好的重建。孔隙水中的铁、锰会随着温跃层的出现向水体释放,但硫酸盐还原后可以与其结合形成硫化物,从而对铁、锰的释放有所抑制。(4)阳宗海近200年来的沉积环境变化大致划分可划分为三个阶段,钻孔的趋势变化和若干环境指标的数值变化都显示出一定的相似性以及不同湖区的差异性。第Ⅰ阶段(1808-1959 a A.D.,39-22 cm):各环境指标在1808-1959 a A.D.(39-22cm)的沉积物剖面的环境指标变化较为稳定,但3个钻孔的细节变化显示了较为明显的差异。1872-1926 a A.D.(34-28cm)的S3钻孔可能反映了人工林或人为开发流域垦殖、伐木和烧炭等行为但在1926-1960年可能C4植物(如玉米等禾本科植物)有所增加,使得S3的δ13Corg值有所下降。第Ⅱ阶段(1960-1989 a A.D.,22-11 cm):Ⅱa阶段(1960-1979 a A.D.,22-16 cm)此阶段进入湖泊的碎屑物质与植物残体,可以直接影响到附近湖盆沉积物的变化,从而在钻孔中清晰的保存下来。进入流域的有机质主要为C3植物并有所增加。有机硫的含量呈现小幅波动,对于此阶段出现湖泊酸化现象,在硫酸盐还原期间有机硫和铁硫化物会竞争出现,当沉积物中的活性铁含量相对较低时,就以有机硫为主要形式出现。Ⅱb阶段(1980-1989 a A.D.,16-11 cm)此阶段已可以清晰发现更为明显的人类活动信号,其中1980-1985 a A.D.与1986-1989 a A.D.有所差异。根据气象资料,1980-1985年间降水量有所增加,相应的沉积物记录的水动力有所增强。1986-1989年间的年降水量有所减少,靠近入湖口的钻孔相比较湖心的钻孔的中值粒径可能对降水量的变化更为敏感。TS、SO42—S、还原态硫和有机硫的变化在1980-1990年期间开始有显著增加的态势,反映了人类活动开始加剧,尤其在1986年之后增长速率加速。营养水平的上升会进一步提升湖泊的初级生产力,使δ15N值持续呈现富集。阳宗海逐渐摆脱酸化湖泊,演化成中性、偏碱性的湖泊。第Ⅲ阶段(1990-2015 a A.D.,11-1 cm):20世纪90年代之后,阳宗海周边的工矿业、旅游业、渔业的发展,使工业和生活污水排放量逐年增加。1993年的水位大幅下降在各环境指标中有清晰的响应。1997-1999年有机质输入以人为活动输入流域的有机质与营养盐为主。其中1997-1998年间达到的总硫高峰可能与2001年开始西南部的工厂排放的尾矿有关,较重的尾矿在沉积物中会向下迁移。2007-2008年S2钻孔中较高的SO42-含量会生成更多的FeS2,但其中也不排除仍存在少部分工厂排放的尾矿。2008-2015年的S含量普遍呈现下降趋势,与砷污染后湖面喷洒的沉淀吸附剂PFC可能有一定关系。硫可以作为很好的研究媒介,对人类活动信号、沉积物的氧化还原过程都具有很好的表现。
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