过去千年长江下游升金湖沉积物碳埋藏与气候变化及人类活动关系研究

作     者：韩瑞超 

作者单位：安徽师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：汪勇

授予年度：2024年

学科分类：0709[理学-地质学] 081803[工学-地质工程] 07[理学] 08[工学] 070601[理学-气象学] 0818[工学-地质资源与地质工程] 0706[理学-大气科学] 

主      题：升金湖 湖泊沉积物 碳埋藏 碳来源 小冰期 人类活动 

摘      要：湖泊沉积物是全球碳的重要源与汇,在区域碳循环中起到关键作用。开展气候变化与人类活动影响下的湖泊碳埋藏研究,科学客观地评价中国湖泊碳储量以及碳埋藏速率在人类活动和气候变化的交互作用下是如何变化的,对于深刻认识湖泊碳埋藏环境的驱动机理、了解湖泊中碳的存储状态和规律具有重要意义。本文选择我国长江下游平原地区浅水湖泊升金湖86 cm沉积岩芯SJPC19-3为研究对象,在可靠深度-年代模型基础上,通过SJPC19-3岩芯沉积物质量累积速率(Sediment accumulation rate,SAR)、总无机碳含量(Total inorganic carbon,TIC)、总有机碳含量(Total organic carbon,TOC)计算升金湖流域过去千年无机碳埋藏速率(Inorganic carbon accumulation rate,ICAR)与有机碳埋藏速率(Organic carbon accumulation rate,OCAR)变化特征。通过C/N、正构烷烃等指标指示升金湖有机质来源变化,并利用中长链正构烷烃及其单体碳同位素、重金属元素等环境代用指标及升金湖地区气候环境、人类活动历史记录,分析升金湖近千年来气候变化与人类活动状况,以此为基础探究流域过去千年有机碳埋藏速率与无机碳埋藏速率对气候及人类活动响应的敏感性,加深对长江下游浅水湖泊碳埋藏的认识。 (1)对升金湖流域无机碳与有机碳碳埋藏速率的重建结果表明:升金湖过去千年平均无机碳埋藏速率约为3.19 g/(m2·a),总无机碳储量约为0.43 Tg C(1Tg=1012g)。根据变化特征可大致划分为三个阶段:阶段Ⅰ:年代约1000～1600 A.D.,无机碳埋藏速率水平较低;阶段Ⅱ:年代约1600～1900 A.D.,无机碳埋藏速率波动剧烈并大幅上升,阶段Ⅲ:年代约1900～2000 A.D.,无机碳埋藏速率重新恢复低值水平。升金湖过去千年平均有机碳碳埋藏速率约为22.47 g/(m2.a),总有机碳储量约为3.33 Tg C(1Tg=1012g)。根据变化特征可大致划分为四个阶段:阶段Ⅰ:年代约1000～1350 A.D.,有机碳埋藏速率相对较低且波动较大;阶段Ⅱ:年代约1350～1600 A.D.,有机碳埋藏速率显著下降,为近千年最低水平;阶段Ⅲ:年代约1600～1900 A.D.,升金湖有机碳埋藏速率迅速上升,并保持较高水平;阶段Ⅳ:年代约1900～2000 A.D.升金湖有机碳埋藏速率继续上升,达到近千年峰值。 (2)升金湖过去千年的气候环境环境在约1000～1300 A.D.,主要表现为温暖干旱。约1300～1500A.D.,流域转向寒冷潮湿。约1500～1900A.D.,流域气候环境主要表现为寒冷干燥特征。约1900～2000A.D.,流域转向温暖湿润的气候环境特征。而升金湖流域人类活动在约1600 A.D.之前,对湖区环境影响弱。约1600～1949 A.D.,人类活动开始对湖区产生显著的影响,农业是该阶段人类生产活动的主要形式。约1949～2000A.D.,人类活动对湖区环境的影响进一步扩大,工业逐渐成为该阶段人类生产活动的主要形式,升金湖沉积物中的多类指标均在人类活动影响下远远超过了其历史背景值。 (3)对升金湖流域有机质来源的分析结果表明:升金湖过去千年的有机质来源变化在年代约1 000～1600 A.D.沉积物有机质主要来源于内源水生植物;1600～2000 A.D.沉积物有机质主要来源于外源陆生高等植被,其中1600～2000 A.D.升金湖沉积物中TOC、TIC含量的迅速增加可能与湖区外源物质大量输入有关。 (4)对升金湖ICAR影响因素分析表明:年代约1000～1600 A.D.升金湖无机碳以自然沉积为主,且主要受到流域水文环境的影响,与温度关系不明显;1600～1900A.D.,升金湖无机碳的沉积环境受流域水文环境和人类活动的共同影响,气候干旱、围湖造田等,可引起水体中无机盐输入增加、湖泊水量减少、水位下降、采样点附近露出于水面,进而导致无机碳埋藏速率的增加;1900～2000 A.D.流域水文环境变得湿润,退耕环湖等措施,则可能使采样点附近无机碳埋藏速率下降。对升金湖OCAR影响因素分析表明:年代约1000～1600 A.D.升金湖有机碳同样以自然沉积为主,对流域温度降水均有响应;温度下降、降水增多可能是该阶段有机碳含量增加的主要原因;1600～2000A.D.,人类农业、工业活动给湖泊带来了大量营养盐的输入,则成为此时段沉积物有机碳埋藏速率显著持续上升的主要原因。