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湖泊沉积记录是湖泊及其流域过去水文、水化学、生物、营养状态、温度及降水等气候环境信息的有效载体,在研究过去气候-环境演化中起着独特的作用。湖泊沉积物稳定碳、氮同位素记录作为重要的环境代用指标,在过去全球气候变化研究中的应用广泛。近年来,同位素技术在湖泊系统物质循环过程及富营养化机理方面的应用有较多报道;在历史时期湖泊水环境恢复,尤其是湖泊富营养化历史重建方面的研究备受关注。然而,由于湖泊沉积记录信息的混合性以及湖泊富营养化过程的主要外驱动因素—人类活动的复杂性使得分离、提取有效信息的难度大大增加。通过多指标结合分析可以消除一些干扰,依靠湖泊沉积物中提取的物理、化学、生物等多种信息来相互印证,具有广阔的应用前景。湖泊现代地球化学过程的研究可为示踪湖泊初级生产力变化、水-沉积物界面的生物地球化学循环以及人类活动的影响提供依据。因此,需通过湖泊现代地球化学过程的研究,结合表层沉积的地化指标,寻找能够敏感地示踪湖泊营养化过程的代用指标,恢复历史时期湖泊富营养化过程,揭示人类活动的影响。
本文以浅水湖泊太湖为研究对象,通过湖泊水体、水生生物同位素以及相应湖泊水体营养指标的比较分析,并根据钻孔沉积物TN、TP、TOC、C/N、δ15N、δ13C等多项指标记录,恢复了太湖梅梁湾地区富营养化过程。研究结果表明,1950年以来,随着人类活动影响的加强,沉积物营养浓度增加,湖泊初级生产力提高导致沉积物有机质碳、氮同位素的同步变化;而1990年之后,湖泊进入富营养化阶段二者之间呈显著反相关关系反映了污染物的大量输入,藻类对高δ15N的营养物吸收,以及水-沉积物界面有机质分解和反硝化过程的共同作用。太湖富营养化过程分为三阶段,以50年代和90年代为营养状态的转换时段,与近50年来的湖泊环境监测结果一致。