中国湖泊与环境演变研究的回顾与展望.pdf

收稿日期 2002211 修订日期 2003202 基金项目 山东省自然科学基金项目 莱州湾南岸古湖泊与地理环境变迁 Y2000E03 作者简介 韩美 19632 女 教授 主要从事环境与资源研究 已发表学术论文40余篇 文章编号 100726301 2003 0220125208 中国湖泊与环境演变研究的回顾与展望 韩 美 李艳红 张维英 张丽娜 山东师范大学人口 资源与环境学院 济南250014 摘 要 我国70 80年代中期 湖泊沉积研究受油田开发的带动而得以兴起 80年代 中期之后 科研力量不断壮大 研究的内容侧重气候变化 研究区域不断扩大 方法不 断完善 测年手段更趋精确 近几年来又特别注重研究云贵高原和青藏高原的湖泊 强 化短时间尺度研究 注重人为因素对湖泊沉积环境的影响 今后该领域研究应注意加强 环境指标的综合运用与定量化研究 强化分析环境演变中人为因素的影响 尽快建立中 国第四纪湖泊数据库 积极开展极地地区湖泊的相关研究 关 键 词 湖泊 环境演变 湖泊沉积 环境指标 中图分类号 P34313 X144 湖泊作为大量环境信息的载体 是环境演变研究的一种有效手段 在20世纪初 竺 可桢先生就对杭州西湖的成因做过研究 1 徐近之先生也对西藏纳木错湖的成因 演变作 了考察 2 但是我国湖泊与环境演变研究的全面展开是自20世纪70年代开始的 1 70 80年代中期 油田开发带动了湖泊沉积研究 70年代以来 我国一些大型油田开始进入注水开发阶段 油田的勘探和开发成为当 时社会发展的迫切要求 由于我国大多数油田都发现在早白垩纪2早第三纪的古湖盆中 由此不可避免地开展了古湖盆沉积相的研究 为加深对古环境的判别 南京地理与湖泊研 究所为主要科研力量 在1976年到1980年选择了鄱阳湖作为研究基地 重点在赣江三角 洲地区 进行了现代沉积研究 3 1981 1985年在科学院的大力支持下 以云贵高原的抚 仙湖 洱海和滇池三个断陷湖泊作为湖泊不同演化阶段的实例 对其沉积与环境进行了重 点探讨 3 4 通过与古湖盆相对比 古今结合建立相关模式 获得了不同尺度盆地构造沉 积旋回的演化规律 对湖泊沉积中与地质相关的 物理过程模型 取得了一定的研究成果 2 80年代中期以来 湖泊与环境演变研究快速发展 211 科研力量不断壮大 80年代中期之后 我国的湖泊与环境演变研究进入快速发展时期 这一时期以来 第22卷第2期 2003年3月 地 理 科 学 进 展 PROGRESS IN GEOGRAPHY Vol 22 No 2 Mar 2003 该领域已形成了以中国科学院南京地理与湖泊研究所为代表的专业科研机构 其中该所湖 泊沉积与环境开放实验室的建立更为该领域研究提供了直接科研力量 另外中国科学院地 质与地球物理研究所 地球化学研究所 地球环境研究所 盐湖研究所 地理科学与资源 研究所等科研机构和中国地质大学 兰州大学等高等院校 也有一批从事第四纪环境或沉 积环境研究的学者投入到这一领域之中 科研队伍不断壮大 212 研究内容侧重气候变化 湖泊作为一种特殊的自然综合体 不仅是多种沉积矿藏赋存的场所 而且与大气 生 物 土壤等多种要素密切相关 对气候 环境系统的变化反映极为敏感 多种自然要素相 互作用和变化的信息可被很好地记录在湖泊沉积剖面中 为重建相应的气候环境演替序列 提供可能 特别是随着全球变化研究的提出与深入 湖泊与环境演变研究的意义开始超出 原来的范畴 成为研究全球变化特别是气候变化的重要手段 因此许多学者通过研究湖泊 沉积揭示了某些区域 某些时段内气候与环境演变的特点 5 24 213 研究区域不断扩大 早期的湖泊研究多集中于东部季风区 25 28 90年代基于更全面深入地探讨全球气候 与环境变化的湖泊响应和完善西部湖泊研究 很多工作逐渐指向了对环境变化反映较为敏 感的季风带边缘区 5 11 29 32 内陆干旱区 33 39 和自然条件较为恶劣的青藏高原 区 40 43 使得我国湖泊与环境演变研究涉及的范围不断扩大 在各自然区都得以开展 其中由于青海湖处于常年西风带 东部季风区和青藏高原季风区的交汇地带 岱海处于季 风区与非季风区的边缘地带 一直以来它们都是研究的热点所在 特别指出 近年来 中 德科学家正在合作研究中国的玛珥湖 他们在中国南 北方都钻取了不同长度的湖泊 岩芯 来进行古气候古环境的研究 50 52 214 研究方法不断完善 这一时期的研究方法呈现出多样化的特点 就湖泊沉积而言 传统上多采用孢粉浓度 及组合 7 35 湖泊古微生物的丰度与分异度 11 24 53 沉积物的地球化学标志 8 15 54 和硅藻 分析 27 55 56 来反映湖泊古环境特征 90 年代中期之后 出现了一些具有生态指示意义的 孢粉间接记录指标 如A C Artermisia Chenopodiaceae 花粉系数 藜蒿比等指标 22 57 来 半定量地推测区域古气候特征 对岱海的相关研究利用介形类微量元素Sr Ca来定量恢复 古盐度特征 59 随着高精度稳定同位素测定方法和分馏效应的深入研究 开辟了用 37Cl 18O 13Corg 等稳定同位素来有效揭示湖泊水位波动 湖区生态与植被 气温变化 大气 CO2浓度变化等信息的方法 13 14 38 用沉积物的粒度特征也可反映湖面水位高低和湖区降 水的变化 16 17 18 从湖泊生产力角度出发 又逐渐发展了色素 19 23 56 总有机碳 TOC 总氮 TN 总氢 TH 碳氮比 C N 等一系列环境指标 8 11 52 湖泊纹泥与环境演变 研究中由单纯的测年控制 逐渐深入到对纹泥层偶本身携带信息的研究 59 沉积物磁化 率研究法也应用较广 48 除利用湖泊沉积方法研究环境演变之外 用湖积堤 湖岸阶地 湖蚀崖和泥质湖底底 面波痕等地貌 微地貌形态也可有效反映湖面的面积 高程及湖水的流动性 28 39 从历 史地理学角度出发 借助历史记录在该领域研究中亦起了一定辅助作用 60 另外 国际 上在80年代就开始用能量 水分 盐分平衡对古湖泊环境进行研究 61 62 我国受此影 响 将这种平衡法又发展应用到人类活动对湖泊环境演变影响的研究 63 及模拟预测研 621地 理 科 学 进 展 22卷 究 45 对于近时间尺度的研究还往往与器测资料相对比 17 64 215 确立时间序列的手段更加多样 精确 随着测年技术的不断发展 湖泊与环境演变研究中对于沉积年代的测定及年代序列的 确立方法更为多样 精确 如沉积物有机质14C测年 古地磁测年 热释光测年 铀系测 年和沉积物沉积速率推算法等 其中14C测年由原来的常规方法又发展应用了加速器质谱 法 AMS14 C 15 52 热释光测年法比80年代初更注重对采集样品进行阳光模拟晒退实验 等精细处理 54 137Cs 210Pb 分别适用于30 40a和100 200a的湖泊沉积测定 在该领域中 取得较为广泛的应用 17 19 65 对于历史时期的研究还可利用考古 参考历史文献记录来 进行辅助定年 多种测年手段相互补充 提高了确立时间序列的精度 3 湖泊与环境演变研究的最新特点 311 云贵高原 青藏高原的湖泊成为当今研究的热点 湖泊环境演变与东南季风强弱关系的研究已取得较大进展 10 66 而西南季风区的相 关研究则比较薄弱 近年来依靠湖泊沉积记录对西南季风区环境演变进行研究日益受到重 视 宋学良等 1994 陶发祥等 1996张振克等 1998 尤其最近对洱海 18 20 程 海 21 所取得的研究成果 不仅明确了该区域环境演变与西南季风变迁的关系 也有助于 对西南季风 东亚季风和印度季风进行对比研究 以丰富和完善亚洲古季风理论 进而建 立相关气候系统的变化模式 青藏高原作为喜山运动的产物 它的大幅隆升严重影响了我国区域自然环境的变化 同时 青藏高原是我国最大的湖泊分布区 对该高原湖泊进行研究 有助于揭示青藏高原 乃至全国的环境演变规律 1999年以王苏民研究员为首的青藏高原形成演化及其环境资 源效应 G1998040808 02 的湖泊专题组 在高原中部的错鄂湖进行湖泊沉积200m深钻 孔取芯获得成功 为高原中部环境变化和构造事件及古生态时空演化的研究奠定了基础 青藏高原大湖期的标志和年代在通过对比甜水海古湖 邦达错古湖 龙木错古湖等多个古 湖研究的基础上取得明确认识 67 对兴错湖沉积物得分析已涉及定量地探讨近代气候与 环境变化 64 运用多种环境指标 对高原西北部的南红山湖近150年来的环境变化研究 进行的也较深入 53 68 312 加强湖泊沉积的短时间尺度研究 目前全球性环境问题日益严峻 基于更好地对未来十几年至几十年全球气候和环境变 化进行预测 人们开始更加关心各种短时间尺度的气候变化 过去2ka作为全球变化的一 个重点研究时段 该时期以来的研究进行的较为深入 17 19 43 65 近几年对岱海 11 46 47 洱海 18 青海湖 45 南红山湖 53 68 的研究都是在百年甚至是十年尺度上进行的 313 区分人为因素在环境演变中的作用 随着对短时间尺度研究的不断加强 科学区分湖泊沉积中所包含的人类活动信息 成 为研究工作中不可忽视的内容 原来大多依靠考古和查阅历史文献来反映人类活动的状 况 目前已有研究表明 湖泊沉积物色素的变化可判识流域人类活动的方式和强度特 征 55 56 磁化率参数对历史时期人类活动 特别是生产方式 强度的变化有明显指示意 义 69 70 沉积物元素Fe Al含量的变化与人类活动影响下的水土流失有密切联系 70 湖 7212期 韩美 等 中国湖泊与环境演变研究的回顾与展望 泊低泥中磷的高水平含量表征了人类活动影响下湖泊水体富营养化的内源成因 71 314 为其它热点研究提供所需信息 新仙女木事件 Y ounger Dryas 作为气候变化轨道驱动理论的一个显著例外 近10多 年来一直是学术界关注的热点 最近对湖光岩玛珥湖沉积物的研究 51 52 为Y D在东亚 季风区低纬度的存在提供了新证据 这将促使目前较为流行的北大西洋低层流传带模式 它主张以北半球高纬度区作为气候变化 驱动源 做出进一步的研究与完善 区域环境 演变中自然和人为因素的比例是目前科学界探讨的热点 石羊河终闾湖泊的模拟研究 63 对此问题提供了新的研究思路 野麻湖剖面记录的数层快速风成沉积代表了周期性沙尘暴 事件 72 对岱海近400年来的 尘暴 事件研究也取得一定成果 49 这些对于结合当今 沙尘暴活动 共同探讨其活动的规律性和内在机制具有一定的辅助意义 4 未来湖泊与环境演变研究需重视的问题 411 加强环境指标的综合运用与定量化研究 湖泊与环境演变的过程及结果会体现在多个方面 需从多个角度综合运用多项环境指 标才能较全面地把握地理过程 反过来 每项环境指标对气候 环境各有其不同的侧重方 向和不同程度的指示意义 尤其是不同区域的环境指标 对环境变化的响应往往有较大差 异 如何以区域为基础单元 把这种响应关系定量地表示出来 应成为湖泊与环境演变研 究领域的一个深入方向 目前 国际上在孢粉2古气候 硅藻2古盐度 古酸碱度转换函数 等方面已取得一定进展 73 75 我国应尽快开展这方面的相关工作 如借助我国第四纪花 粉研究在古生态学的数学方法应用 现代花粉的采集与分析等方面所取得的成果 深入进 行植物与气候研究 建立起各自然区的孢粉2气候转换函数 加强现代介形类生态资料研 究 以获得更为丰富和准确的古生态环境信息 深入探讨介形类壳体中微量元素与湖水温 度 盐度间的定量关系 加强现代沉积机制与粒度特征分析 尝试由粒度特征曲线向湖面 水位线图进行转换 将湖泊沉积物中气侯代用指标所指示的变化信息与同时期器测气象资 料进行对比 验证 并最终获得函数关系 研究工作只有朝着定量化方向迈进才能提高研 究的精度 412 加强环境演变中人类活动因素的分析 人类活动在湖泊与环境演变中起着重要作用 但在古环境古气候研究中考虑人与自然 相互作用的内容还相当少 例