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过去两千年以来的气候变化是近年来全球变化研究的重要方向之一。此间气候变化的幅度、原因、区域差异等是国内外同行关注的热点话题。托素湖位于青藏高原柴达木盆地德令哈次级盆地的最低处，其封闭型、半咸水和适中的面积等特征决定了该湖对气候变化特别是巴音河流域降水量的变化反应敏感，是重建区域千年气候代用记录的理想研究点。受无人区条件的限制，前人尚未从托素湖深水区钻取沉积岩芯和开展千年气候与环境变化的研究工作。依托国家自然科学基金的资助，本学位论文开展了该项研究，旨在建立具年、季级高分辨率的环境代理记录，重建德令哈盆地过去一千年极端旱涝事件发生的频率和幅度，为未来农牧业防灾减灾提供参考依据。鉴于湖泊重金属污染具有持久性、生物富集性和毒性，因此备受国际环境科学界的关注，本学位论文还研究了托素湖沉积物中重金属元素的浓度、污染强度以及重金属的来源等，首次评估了托素湖流域与重金属有关的环境特征，为该流域整体环境评估提供了基础数据。 我们利用国际先进的深水取芯设备从托素湖中央获取了多孔高质量岩芯，在国内率先采用XRFcorescanning技术分析测定了沉积物中29种元素相对含量，这种毫米级精细分析结果的获得使得年、季级环境信息的获取成为可能。还采用ICP-AES法分析测定了沉积物中的相关元素，除了测定了近百年沉积物重金属元素的含量变化，还通过对比XRF和ICP-AES两种分析结果，量化沉积物中的元素含量，更好地提取地球化学和环境变化信息。主要研究内容和结果概括如下: 一、从托素湖TS-3号钻孔岩芯沉积剖面中精选了五个黑色有机碳层，取样开展放射性碳年代学研究，即采用加速器质谱(AMS)14C测定年代，经碳库效应校正和日历年代转换，建立了托素湖1500a以来沉积地层的年代构架。 二、对托素湖TS-3号岩芯进行XRF岩芯扫描，对单元素和元素比值的地球化学及环境意义的研究结果表明:托素湖沉积物中Si、Al、K、Ti元素主要来源于碎屑沉积。Si元素以石英质沉积物为主，含部分生物作用的硅。通过单元素分析提取的流域侵蚀因子FAC1曲线与Si/Ti曲线有很好的一致性。而且，将50a的流域侵蚀因子曲线与德令哈气象站近50a的气象观测资料中的年均有效湿度曲线的对比结果显示，两者的变化非常相似。此外，Zr/Rb比值或可作为反映托素湖流域风化强度的环境变化指标。Mn/Fe、Mn/Ti和Cu/Ti比值曲线变化趋势相似，可用于指示沉积物形成时的氧化强度。Ba/Ti比值或可指示湖泊生物繁盛程度。Ba/Ti比值与Mn/Fe、Mn/Ti、Cu/Ti一致性较好时，可能反映湖泊生产力的增长。 三、采用ICP-AES测定托素湖TS-4岩芯上部沉积物的重金属元素Cr、Cd、Cu、Zn和Pb含量时，对关键的样品前处理进行了细致的条件实验，得出了最佳化学前处理方法。精确测得沉积物中Cr，Cd，Cu，Zn和Pb的平均浓度分别为32.9mg.kg-1，2.2mg.kg-1，19.5mg.kg-1，188.5mg.kg-1和32.3mg.kg-1。与区域背景值和标准值相比，托素湖沉积物样品中Cd和Zn都偏高。用地积累指数法和潜在生态危害指数法评估了托素湖重金属污染程度:地积累指数法结果显示不存在Cr、Cu和Pb污染;存在轻度Zn污染和中度Cd污染。潜在生态危害指数法评估结果显示，托素湖沉积物中Cd、Cr、Cu、Zn和Pb元素在生态风险程度分级中属于中度污染，其中Cd的潜在生态风险指数属于严重范围。综合两种评价方法的评定结果，除了Cd污染程度比较严重，托素湖当前的Cr、Cu、Zn和Pb污染程度相对较轻。经Ti校正后的分析结果显示，重金属元素含量在沉积剖面的10cm处出现波动性增大的明显转折，表明托素湖沉积物中Cd、Cr、Cu、Zn和Pb主要来源于流域侵蚀的造岩矿物元素，Cd污染可能源于人类活动所致。 四、对托素湖沉积岩芯进行XRF岩芯扫描与ICP-AES测定结果进行相关性分析，其相关系数变化为0.338～0.777，说明两种方法测得数据的可比性较好。用Cl元素校正后的XRF扫描分析数据与ICP-AES实测结果的相关性提高，相关系数在0.673～0.925范围内，说明需要校正岩芯含水量对元素扫描分析的干扰。 五、利用托素湖沉积物元素提取出流域侵蚀因子FAC1曲线，将它与近50a的气象观测资料年均有效湿度对比后发现，两者对应性较好。据此认为，流域侵蚀因子的变化反映山区汇水盆地降水量的变化。在过去1500a的记录中，降水量变化的频率逐渐增大，阶段性持续的时间也变长，反映了流域降水量波动的频率增大。近1200a以来，托素湖流域的降水量处于相对平稳的时期，波动的幅度相对较小;1200a之前流域降水量的变幅相对较大，其中650-700a，900-950a和1000-1050a三处明显持续时间短的低峰值，反映了当时极端干旱的气候特征。另外，重建的降水量代理记录反映出150～200a尺度的周期变化特征，间接指示极端气候事件发生的幅度与频率。