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研究全球环境变化是当今自然科学领域中最活跃的重大前沿之一，人类对“地球的可持续居住性”的忧虑，已成为当代国际环境科学研究的主导方向。在人类所面临的一系列重大而紧迫的全球环境问题中，湖泊污染问题便是当前最令人关注的复杂环境问题之一。
“过去全球变化/南北半球古气候计划”(PAGES/PANASH)已将获取最近2000a来连续、高分辨自然记录作为该项目的工作重点之一。湖泊沉积所具有的特点和优势必将使其在PAGES/PANASH计划中发挥重要作用。尤其是高原封闭、半封闭湖泊，一般具有汇水面积不大、入湖河流不长、湖水较深等特点，是气候和环境演化的敏感指示器，其沉积物记录具有连续性、敏感性和高分辨率的特点，在恢复和重塑各种短时间尺度(千年、百年、十年)的气候和环境演化序列上，具有其它自然历史记录无法替代的优势。
过去的环境变迁历史作为理解环境现状，预测未来环境发展的依据而越来越引起人们的关注。地球表面形成于不同时间尺度下的各种地质档案，如极地冰芯、树轮、黄土、深海沉积物等包含了大量过去环境变迁的信息。研究这些地质档案，从中提取有价值的环境信息，可以恢复过去的环境变迁史。与黄土、树木年轮、冰心等陆地自然记录相比，湖泊沉积物中具有记录信息量大，连续性好、时间分辨率高，地理覆盖面广等优势。湖泊沉积物蕴涵着大量地质、气候和生态环境信息，对这些信息进行探索和解译具有重要的学术意义和实用价值。
湿地与人类的生存、繁衍、发展息息相关，是自然界最富生物多样性的生态景观和人类最重要的生存环境之一，它不仅为人类的生产、生活提供多种资源，而且具有巨大的环境功能和效益，在抵御洪水、调节径流、蓄洪防旱、控制污染、调节气候、控制土壤侵蚀、促淤造陆、美化环境等方面有其它系统不可替代的作用，被誉为“地球之肾”，受到全世界范围的广泛关注。在世界自然资源保护联盟(IUCN)、联合国环境规划署(UNEP)和世界自然基金会(WWF)世界自然保护大纲中，湿地与森林、海洋一起并称为全球三大生态系统。
洪湖湿地自然保护区位于长江中游北岸，江汉平原东南端，四湖流域下游，是长江与汉水之间的河涧湿地，总面积37088km2，其中核心区5960km2，缓冲区3566km2，其中实验区27562km2，是以生物多样性及其生态系统为主要保护对象的湿地类型自然保护区。洪湖20世纪50年代为通江湖泊，六七十年代大修水利围堤造田，阻隔了与长江的联系，生态系统遭到人为的破坏，湖水自净能力逐渐下降，渔业资源逐渐走向枯竭。
洪湖位于四湖地区下游，横跨湖北省的洪湖、监利两个市县，是长江和汉水支流东荆河之间的一个浅水洼地壅塞湖区，湖泊面积355km2，平均水深1.35m，是一个以调蓄为主，兼具灌溉、渔业、航运、饮水等多种功能的湖泊。洪湖湖区是江汉平原重要的商品粮基地，湖泊环境质量对湖区种植业和养殖业发展影响极大。针对洪湖是我国水稻和渔业主产地之一等特殊的文化历史背景及所产生的环境污染，应用沉积物中的高分辨率有机地球化学记录和重金属污染状况进行研究，不仅具有历史意义，而且对当前的环境保护和未来环境预测具有现实意义。
本文目的是重建近100年来洪湖湖泊环境变迁的历史，确定人类活动对自然环境的影响；探讨自然环境变迁的过程对洪湖的环境地球化学作用，以及人类重大历史事件给洪湖湖泊带来的环境响应。
本文研究以系统测定所采集的样品年龄及样品中有机化合物和部分无机元素的基本含量为基础，通过近代已知的人类重大历史事件与沉积柱中有机和无机地球化学含量和生物标志物对比建立相对应的识别关系，结合数学方法解析自然环境的变化过程和人类生产活动对环境的影响。
1、洪湖现代沉积物年代测定(1)在洪湖用Kajak取样钻钻取三个沉积柱芯，每个沉积柱样以每1cm采集一个样品，并现场对沉积柱沉积物岩性特征进行记录。洪湖三个沉积柱沉积学特征表明，HHLS01、HHLS02、HHLS03沉积柱沉积物分别在21cm、11cm、5cm存在一个程度不等的快速沉积过程，由此造成有机碳的大量积累。根据历史文献资料和洪湖湖区渔业生产状况确定HHLS01、HHLS02、HHLS03沉积柱21cm、11cm、5cm对应的沉积年代为1998年。
(2)对洪湖三个沉积柱沉积物体积磁化率、干容重和有机碳含量分析测定，测试结果表明，HHLS01、HHLS02、HHLS03沉积柱沉积物分别在21cm、11cm、5cm以下层位体积磁化率、干容重和有机碳含量的垂直变化趋势具有一致性，并且干容重和有机碳含量之间呈强的负相关性，这些环境指标的变化规律为我们建立三个沉积柱沉积年代序列提供了准确的数据和信息。
(3)通过选择HHLS01沉积柱代表性样品测定沉积物210Pb比活度，采用稳恒初始放射性模式(CAModel)，计算出HHLS01沉积柱27-60cm层位沉积速率为0.44cm/a；根据应层位的沉积速率也为0.44cm/a，从沉积柱岩性特征，通过磁化率、有机碳和干容重的垂向对比，确定HHLS02和HHLS02沉积柱相而建立了三个沉积柱的年代序列。
2、采用多种化学和仪器分析方法分析了洪湖沉积物中Cu、Pb、Zn、Ni、Cd、Cr、Fe、Mn、Hg和TOC、TN等与环境变化有关的化学成分，探讨了它们在洪湖沉积柱中时空分布规律以及重金属元素沉积过程中的地球化学作用。
(1)重金属和营养元素在时间跨度内的分布特征，反映了自然来源和人为来源的差异。洪湖湖区重金属的自然来源相对稳定，人为污染可能是影响重金属分布的重要因素，其次为沉积环境的变化，如成岩作用、Eh、pH的改变、有机质含量增高等。其中镉、汞、砷、锑、硒、铋、铅等的分布特征受人为影响最大，而且在沉积物近表层呈明显的上升趋势，由此说明洪湖湖区人为输入的主要重金属为镉、汞、砷、锑、硒、铋、铅等，并呈逐年增加趋势。洪湖湖区营养元素碳、有机碳、氮、磷明显在表层富集，并都在近表层出现最高值，反映了人为污染和自然环境双重影响，特别是人类高强度的生产活动影响最强烈，造成洪湖湖泊水体富营养化，水质迅速恶化。因此控制重金属和营养物质的排放，将是保护洪湖湖区生态环境，防止重金属和营养物质污染的主要目标所在。
(2)有机质在金属元素的迁移和富集过程中起着重要作用，湖泊沉积物中有机质对金属元素有吸附、配合、迁移、富集的作用。洪湖沉积物有机质在不同沉积环境对不同金属元素显示出不同的地球化学行为。
3、采用GC/ECD内标定量法测定了洪湖沉积柱沉积物中有机氯农药含量，描述了有机氯农药在洪湖沉积柱沉积物中的分布特征，对洪湖沉积柱沉积物有机氯农药使用和污染历史进行了分析和评价。
洪湖湖区从20世纪60年代开始使用有机氯农药，以后使用量逐年上升，1978-1980年达到最高峰，从所采集的三个沉积柱中都可以反映出来，并且近年来湖区还有大量的有机氯农药不断地输入，表明洪湖湖泊水体已经受到有机氯的严重污染，必须立即采取措施控制农药污染，以防止洪湖生态环境进一步恶化。通过对洪湖柱状沉积物有机氯农药的定量分析测定，了解了该区域内有机氯农药的污染史。应该指出的是在该类研究中，不仅要考虑有机污染物的生产历史、用量，还应注意到其降解途径，以及大气有机污染物对水体输入量。