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近年来,随着人口数量的急剧增加、人类对自然资源的不合理开发利用,全球生态与环境问题日益突出,短时间尺度(十年、百年和千年)环境变化和人类活动影响成为过去全球变化研究(PAGES)特别关注的议题。湖泊沉积物作为湖泊-流域物质的“汇”,记录了区域气候、人类活动和湖泊生态环境演变的重要信息,从而为研究湖泊环境变化过程、人类活动影响以及区域环境污染等提供了理想的材料。由于湖泊沉积的空间异质性,在湖泊环境定量重建方面,不同湖区多岩芯分析能更有效评估湖泊有机碳、营养盐、重金属污染物等沉积通量及蓄积量,使我们更全面准确地认识湖泊环境质量演化与驱动机制。目前,国内外基于湖泊沉积环境空间异质性与多岩芯湖泊环境要素时空变化的研究主要集中于浅水湖泊,而对大型深水湖泊和湖盆较复杂的湖泊关注较少。 我国西南地区高原深水湖泊众多,近50年来,随着区域经济的快速发展、人口增加以及人类活动影响的加剧,部分湖泊水体污染和生态环境问题日益突出。泸沽湖作为西南地区典型的半封闭高原断陷型深水湖泊,也面临着多种环境问题;关于泸沽湖的研究多侧重于湖泊生态系统变化,而对湖泊沉积环境演变及沉积物污染等研究较缺乏。本研究通过泸沽湖沉积物粒度、磁化率(x1f)、营养盐和金属元素等多指标综合分析,结合210Pb、137Cs定年结果,重建了泸沽湖近200年来沉积环境演化序列;在多岩芯分析的基础上,探讨了泸沽湖沉积时空异质性特点及其影响因素,评估了湖泊淤积和污染物累积状况。 结果表明,泸沽湖沉积物粒度组成以粘土与细粉砂为主(>80%),细颗粒组分(如粘土)含量与x1f、常量金属元素、CIA之间具有显著相关性(P<0.01)。不同湖区沉积岩芯中指标垂向变化规律相似,近200年泸沽湖沉积环境演化具有明显的阶段性特征,即:20世纪20年代之前,沉积指标较为稳定,为人类活动影响较弱的准自然沉积阶段;上世纪20年代以来,x1f、常量金属元素、CIA值与粘土含量逐渐升高,反映了风化与成壤作用较强的细颗粒表土物质侵蚀开始加强,可能与流域农业发展及森林砍伐等人类活动影响有关;约1970年以来,各指标进一步升高,指示了流域内表土侵蚀与上述人类活动影响的进一步增强,与文献记录的20世纪70-80年代大规模森林砍伐吻合;约2002年以来,各指标降低,反映了表土侵蚀减弱,与近年来流域植被逐渐恢复及降水减少有关。 20世纪20年代以来,泸沽湖沉积物中TOC、TN含量逐渐下降,主要受陆源无机组分“稀释作用”的影响;C/N比值下降,有机质内源贡献率升高;随着沉积通量增加,碳埋藏速率逐渐升高。20世纪60年代初期以来,沉积物中的人为磷富集程度开始增加,主要源于流域农业退水及旅游业发展有关的生活废水排放的影响。沉积物中的Cd污染始于20世纪80年代,可能主要源于有色金属开采和冶炼导致的大气沉降,其次受到流域农业化肥施用的影响。As污染主要存在于表层沉积物,空间上主要集中在东南和东北部湖区。1920s前后,泸沽湖沉积物中Pb污染可能与附近区域早期粗放式有色金属开采和冶炼有关。潜在生态风险指数法和沉积物质量基准法评估对比研究表明,泸沽湖表层沉积物中Pb、Cu、Zn、Cr和Ni具有低潜在生态风险,而As和Cd潜在生态风险相对较高。 多岩芯对比分析表明,泸沽湖不同水深湖区沉积环境演化趋势相似,但沉积特征存在明显的空间异质性。沉积物粒度组成、金属元素与营养指标含量空间变化主要受陆源物质输入的影响,而“沉积集聚”作用及水深和水下地形等影响较弱。1920年以来,各沉积岩芯反映的平均沉积通量为0.020~0.050g/(cm2·a),南部湖区高于北部湖区,主要受流域南部地区人类活动强度相对较高而导致的土壤侵蚀及出入湖水系分布的影响。不同湖区岩芯中有机碳、营养盐和重金属的累积时空间变化主要受控于沉积通量,而受目标元素含量变化影响较小。与多岩芯分析结果相比,基于单岩芯估算的泸沽湖全湖碳埋藏、总磷和Cd累积通量结果存在较大偏差,其中基于南北湖心区岩芯的评估结果总体偏高(-8%~67%),基于其他湖区单岩芯的评估结果偏差为-47%~67%。基于多岩芯分析结果,近50年来泸沽湖的碳埋藏速率为19.95 g/(m2·a),总磷和总Cd沉积通量分别为0.65 g/(m2·a)和0.21 mg/(m2·a),人为磷和人为Cd沉积通量分别为0.17 g/(m2·a)和0.12 mg/(m2·a)。