环境210Pb研究新进展

210Pb等核素对于大气物质传输途径、流域侵蚀作用和水体沉积过程有重要示踪价值.认识它们在环境运移过程的作用机理、速率和通量是示踪研究的基本内容.我们最新的研究进展主要有:1)取得采样及分析数据的国际可比性;2)揭示黔中地区近地面空气210Pb呈现高浓度U型年分布特征;3)获得青海瓦里及山关顶部7Be的高浓度分布;气流强下沉影响在观风山的滞后性和低海拔气团上升影响在瓦里关山的滞后性;4)模拟显示210Pb在一些地区近地面空气的高浓度分布和在全球的高沉降通量环带分布;5)揭示富营养湖泊出现的微粒清洗效应及210Pbex对湖泊生产力变化的示踪价值.

武汉月湖沉积物中硅藻的垂直分布与水质变化

采用活塞取样器采集了月湖湖中央2处钻孔沉积物,分析了其中硅藻种类与密度的垂直变化,同时采用210Pb/137Cs推测沉积物的沉积速率,并进行了总有机质、生物硅含量分析,以了解月湖各个不同年代的水质变化。结果表明,2个柱状沉积物中硅藻的优势属为:小环藻属、直链藻属、舟形藻属、Cyclostephanos属。Z-1钻孔优势种为:梅尼小环藻、颗粒直链藻、Navicula porifera、Cyclostephanos tholifomis。Z-2钻孔中优势种为:梅尼小环藻、颗粒直链藻、舟形藻、Cyclostep

~(210)Pb和~(137)Cs法对比研究武汉东湖现代沉积速率

对采自东湖 站和 站的沉积物采用210Pb和137Cs相结合的方法测定沉积速率,210Pb法测出东湖 站和 站的沉积速率为8.73mm/a和6.90mm/a,137Cs测出东湖 站和 站的沉积速率为7.4mm/a和5.8mm/a.分析了两种方法测定结果差异产生的原因,并与以往的研究相对比,探讨东湖沉积速率空间分布的规律性,沉积速率变化与人类活动的关系、沉积速率与扰动的关系.

Sedimentation rates, nitrogen and phosphorus retentions in the largest urban Lake Donghu, China

Sediment core samples were collected in the largest urban Lake Donghu (Stations I and II) in China, and the activities of Pb-210, Ra-226 and Cs-137 were measured by gamma-ray spectrometry. The sedimentation rates, calculated by 210Pb constant rate of supply (CRS) model, ranged from 0.11 to 0.65 (average 0.39) cm(.)y(-1) at Station I, and from 0.21 to 0.78 (average 0.46) cm(.)y(-1) at Station II. Sedimentation rate calculated by Cs-137 as a time marker was 0.55 cm(.)y(-1) at Station II. Based on the average sedimentation rate, we obtained 769 and 147 t(.)y(-1) for nitrogen and phosphorus retentions in Lake Donghu sediments, respectively.

Eutrophication process recorded in dinoflagellate cyst assemblages — a case of Yokohama Port, Tokyo Bay, Japan

To investigate temporal changes of water quality, a role of dinoflagellate cysts preserved in surface sediments was examined in Yokohama Port in Tokyo Bay, Japan. Two cores were collected, and sedimentation rates and ages of both were dated as approximately 1900 years or slightly older on the basis of 210Pb and 137Cs concentrations. The temporal change in dinoflagellate cyst assemblages in the two cores reflects eutrophication in Yokohama Port in the 1960s. Abrupt increases in the cysts of Gyrodinium instriatum cysts strongly suggests that a red tide was caused by this species around 1985. Dinoflagellate cyst assemblages in surface sediments appear to be good biomarkers of changes in the water quality of enclosed seas.

210Pbex沉积通量突发增大对湖泊生产力的指示

210Pb沉积计年的基本假设是大气沉降并经由湖水转入沉积物的210Pbex 通量稳定. 当沉积速率相对稳定时, 沉积物中210Pbex 的比活度将随沉积年代呈指数衰减. 湖泊水体中的210Pbex 主要随有机微粒的沉降而进入沉积物. 如果湖泊水体中有机质沉积通量出现突发增大时, 则可能显著地增大210Pbex 被清洗而转入沉积物的通量. 这种突发性清洗效应, 一方面显然不符合210Pb沉积计年的基本前提; 另一方面可能指示湖泊水体初级生产力的明显变化. 根据云南程海近代沉积物210Pbex 垂直剖面的特殊变化, 对这一问题进行讨论. 沉积物柱芯于1997年6月采自程海深水湖区. 137Cs比活度垂直剖面呈现出3峰特征, 给出了可靠的计年结果并显示出近几十年间沉积物堆积的稳定性. 而210Pbex 比活度垂直剖面呈现出特异的峰值分布, 并与Corg垂直剖面相似. 这一现象可能与制约210Pbex 转入沉积物的机制有关. 程海沉积物中Horg/Corg和Corg/Norg原子比平均值分别为5.51和7.04, 表明其有机质主要源于内生藻类残骸. 根据沉积物有机质“沉降-降解-堆积”的3阶段特征, 模拟计算出1970年以来有机碳Corg的沉积通量(F(Corg)). 不同年代210Pbex 的沉积通量(F(210Pbex ))与F(Corg)显示出很好的同步关系. 特别是1972～1974年和1986～1989年的两个时段, 二者同步增大. F(Corg)的变化导致F(210Pbex )的变化; F (210Pbex)的变化在一定程度上反映出湖泊生产力的历史变化

地球化学示踪在现代土壤侵蚀研究中的应用

土壤侵蚀导致土地退化，农产品产量和品质下降，水环境污染等诸多问题，引起各方面的广泛关注，而且这个问题随着持续增长的人口压力和农业生产方式深刻变革的影响而日益严重，由于目前广泛使用的高差法，遥感研究法，RUSLE，野外调查法，水土流失监测点法等土壤侵蚀研究方法存在着一些不足，因此，核素地球化学示踪法，稀土元素示踪法，土壤地球化学指标法等地球化学示踪方法应运而生，在土壤侵蚀研究中发挥其独特作用，在比较了各种传统的土壤侵蚀研究方法的优势和不足的基础上，作者认为：（1）^137Cs,^210Pb可用于研究30、40年左右平均土壤侵蚀速率，^7Be可用于示踪季节性土壤侵蚀和一次降雨事件的土粒运移，并说明这些核素的示踪原理和侵蚀速率的定量依据；（2）人为施放稀土元素（REE）示踪法适合定量一次或多次降雨事件的侵蚀速率，可用于土壤侵蚀理论的研究，尤其适合于室内模拟实验的研究；（3）土壤磁化率法和土壤理化性质指标法研究土壤侵蚀是一种处于起步阶段的侵蚀研究方法，适用于土壤质量退化研究，但要用于土壤侵蚀研究特别是侵蚀速率的定量研究还很不成熟。

长江中下游湖泊的环境演化：沉积物的碳、氮同位素记录研究

本项研究以长江中下游地区的浅水湖泊（太湖、巢湖、龙感湖）为研究对象，碳、氮同位素为研究手段，结合210Pb和14C年代学，以及沉积物中TOC、TN、C/N比值、TP等多种地球化学参数，对近代沉积环境演化过程，沉积物有机质来源以及西太湖形成演化的古环境进行分析研究。通过研究，得到以下主要认识： 1. 太湖沉积物剖面上δ13Corg和C/N比值分布范围指示太湖沉积物的有机物质来源主要是水生藻类。竺山湾T3点基本没有陆源物质输入；梅梁湾T2点有部分陆源物质输入；湖心T4点沉积物有机质来源还可能是不同于梅梁湾和竺山湾的水生植物。沉积物的地球化学参数剖面指示太湖从1920s始，沉积环境受人为因素的影响而逐渐营养化。 2. 巢湖沉积物δ13Corg和δ15N的研究结果，不仅指示沉积物有机质来源主要是水生藻类，受城市污染和农业面源污染输入的一定影响，而且指示了在沉积历史上因为巢湖闸的建成，湖泊生产力和浮游植物物种也发生了改变，湖泊富营养化。 3. 龙感湖沉积物δ13Corg和δ15N的研究分析，表明湖泊有机沉积以自身有机物源为主，受陆源输入影响小。1960s围垦造成营养盐输入量的增加，因为草型湖泊这一特征有利于营养盐的积累，缓解水体的富营养化程度，龙感湖始终处于中营养程度。 4. 太湖、巢湖和龙感湖表层沉积物孔隙水中NO3－和SO42-含量的差异，主要受水域污染状况、底泥有机质的丰富情况、环境水动力条件的变化、泥沙沉积和再悬浮过程引起的元素累积和释放影响，也是藻型湖泊与草型湖泊生产力大小、有机质沉积通量以及微生物丰度和活性等差异的表征。 5. 沉积物表层吸附态NH4+-N含量，体现了水域环境受污染的严重程度是：龙感湖<巢湖<太湖梅梁湾。三个湖泊中底泥有机质丰度差异和生物参与的氨化作用差别都非常显著。三个湖泊的沉积物表层铵态氮的含量，均表明了沉积物表层向上覆水体可能具有潜在的铵态氮迁移趋势。 6. 太湖古环境分析研究中，竺山湾和梅梁湾沉积物剖面的粒度分析、δ13Corg、δ15N、TOC、TN、C/N比值和TP都随沉积深度，对应14C定年结果，指示了西太湖沉积演化历程的三个阶段及其有机质来源。6870~6670 a B.P.，研究区被咸水覆盖，有机质来源是典型的水体自生来源，在竺山湾有逐渐增加的C4植物的输入。6670~5140 a B.P.，可能形成瀉湖并出现沉积间断。5140 a B.P.至今，形成淡水湖泊，沉积有机质主要来自湖泊自生物源，存在沉积间断。 7. 长江中下游的浅水湖泊沉积物中的有机质来源主要以湖泊自生来源为主，因为水体初级生产力的升高受陆源物质输入增加的影响，流域内人类活动引起的陆源物质输入不容忽视。长江中下游湖泊的近代沉积环境演化过程因为近岸距离、水动力强度和发育不同的水生植物等因素存在区域性差异，导致湖泊富营养化的最大根源是人为因素的影响发生的环境演变。

湖泊沉积物碳氧同位素和介形虫Li/Ca比值与古环境重建

了解过去是认识现在和预测未来的基础。晚全新世是PAGES研究的目标时段之一。寻找和解译最近2000年连续、高分辨率自然记录是古气候研究的热点与难点。本项研究有针对性地选择程海、草海和青海湖开展湖泊沉积物环境记录的精细研究，结合14C、210Pb和137Cs定年，系统探讨了碳酸盐碳氧同位素、纤维素碳氧同位素、有机质碳同位素以及介形虫壳体Li/Ca比值指标的古环境指示意义。 通过研究，本论文取得了如下成果和新的认识： 1. 建立了一套有效的四阶段湖泊沉积物有机质纤维素提取方法（5%NaOH碱洗、5%HCl酸洗、亚氯酸钠和冰醋酸混合溶液漂白以及17.5%NaOH碱洗），红外光谱鉴定提取物为纯的α-纤维素，表明该实验方法是可行的，为今后广泛开展湖泊沉积物纤维素稳定同位素研究打下了坚实基础。 2. 多指标综合辨识了程海和草海沉积物碳酸盐主要是自生碳酸盐。程海和草海沉积物有机质C/N比值结合有机质碳同位素结果表明两湖的有机质分别源于水生植物藻类和大型水草。程海和草海沉积物碳酸盐含量主要反映了湖区温度的变化。 3. 程海、草海沉积物碳酸盐与青海湖沉积物介形虫壳体氧同位素组成均反映了湖区降水/蒸发比。降水/蒸发比大的湿润期，碳酸盐δ18O值小；降水/蒸发比小的干旱期，碳酸盐δ18O值大。程海沉积物碳酸盐碳同位素组成影响因素复杂，除了受大气与湖水之间的CO2交换影响外，还受水生植物光合/吸收作用的影响；草海沉积物碳酸盐碳同位素组成更大的变化范围，反映了湖区水生植物光合/吸收作用的影响，其异常的正值可能指示了湖区细菌参与有机质碳同位素分馏过程。 4. 利用草海沉积物有机质纤维素氧同位素定量恢复了湖水氧同位素组成变化。在此基础上，结合碳酸盐氧同位素组成初步恢复了草海地区过去500年来温度变化历史：草海地区在过去500年明显存在四个冷期，包括1550－1610年，1670－1730年，1770－1870年和1890－1920年冷期，其中前三个发生在传统意义上的现代小冰期时段。与其它记录研究结果的一致性表明纤维素氧同位素结合碳酸盐氧同位素是恢复古温度变化的最有效途径之一，同时也为现代小冰期在中国西南地区的存在提供了湖泊沉积学方面的证据。 5. 不同类型水生植物湖泊，湖泊沉积物有机质δ13C值对湖泊初级生产力变化的响应过程不同。大型水草为主的湖泊（草海），其沉积物有机质δ13C值随湖泊生产力的增大呈现增加的变化趋势；藻类为主的湖泊（程海），其沉积物有机质δ13C随湖泊生产力的增大呈现减小的变化趋势，藻类易降解是导致δ13C值随湖泊生产力的增大呈现减小变化趋势的主要原因。 6. 程海沉积物碳酸盐和有机质碳同位素组成的正相关变化以及草海沉积物碳酸盐和有机质碳同位素组成的负相关变化.表明湖泊生产力变化并不是导致碳酸盐和有机质碳同位素正相关变化的主要原因，湖泊水生植物类型以及湖泊大小均起着重要作用。湖泊沉积物碳酸盐与有机质之间的碳同位素分馏（△δ13C）是一种有效的湖泊生产力指示剂，即使是在有微生物参与有机质碳同位素分馏过程的草海，△δ13C值也反映了湖泊生产力的变化过程。 7. 青海湖沉积物单一种属介形虫壳体胖真星介（Eucypris inflata）Li/Ca比值与气象记录以及邻近地区都兰和祁连山树轮宽度指数恢复的古温度变化序列的对比研究揭示，介形虫壳体Li/Ca比值与温度呈明显的负相关变化（Li/Ca比值高，温度低；Li/Ca比值低，温度高），表明介形虫壳体Li/Ca比值是一种有效的古温度代用指标。 8. 青海湖沉积物单一种属介形虫壳体胖真星介（Eucypris inflata）Li/Ca比值、氧同位素与反映太阳活动的大气14C含量和冰芯10Be含量的一致性变化表明青海湖地区温度和降雨量的同步变化主要受太阳活动控制。