云貴高原環(huán)境變化的沉積物云貴高原深水湖庫(kù)環(huán)境過(guò)程及水源保護(hù)途徑

云貴高原環(huán)境變化的沉積物云貴高原深水湖庫(kù)環(huán)境過(guò)程及水源保護(hù)途徑

1云貴高原湖泊環(huán)境改造的重要意義湖泊沉積物水界面的作用不僅可以將沉積物中的污染物轉(zhuǎn)化到覆蓋的水體中，還可以形成二次污染，并改變沉積物數(shù)據(jù)集的環(huán)境信息（見(jiàn)圖1）。認(rèn)識(shí)沉積物—水界面作用機(jī)理和速率對(duì)實(shí)施環(huán)境復(fù)蘇、評(píng)價(jià)環(huán)境凈化、揭示環(huán)境演化、認(rèn)識(shí)全球變化均具有重要實(shí)際意義和科學(xué)價(jià)值。云貴高原位于青藏隆起向東部丘陵平原過(guò)渡的斜坡面的內(nèi)陸區(qū),緯度較低、海拔較高、地面起伏崎嶇;既受控于西環(huán)流南支氣流,又受西環(huán)流北支西南氣流的影響,兼受東南季風(fēng)和西南季風(fēng)的作用,南北冷暖空氣常在此交綏,形成云貴靜止鋒。該地區(qū)是全球環(huán)境變化的敏感地區(qū),其湖泊既具有局地水資源的供給功能,又是一些江河的上游源地。因此,認(rèn)識(shí)云貴高原深水湖泊水庫(kù)的沉積過(guò)程在局地、區(qū)域和全球三個(gè)層面上都具有重要價(jià)值。2點(diǎn)意義上的pb和200pb擴(kuò)散作用受污染沉積物的修復(fù)問(wèn)題是水體污染控制的重要方面。受控自然恢復(fù)、疏浚及原位覆蓋是污染沉積物修復(fù)的三大技術(shù)。無(wú)論哪種修復(fù)技術(shù),都需要了解沉積物中的污染物是否會(huì)再遷移到上覆水體,這是制訂修復(fù)方案、選定修復(fù)材料、預(yù)測(cè)水質(zhì)變化的重要依據(jù)。早年,通過(guò)對(duì)瑞士Greifen湖沉積物垂直剖面及其孔隙水中210Pb的示蹤考察表明:1)210Pbex在沉積物中的總累計(jì)量?jī)H10.3dpm·cm-2(1dpm≈1.67×10-2Bq,下同),考慮到匯水區(qū)域侵蝕來(lái)源的份額,210Pbex的總累計(jì)量?jī)H為總輸入量的27.8%;2)5cm深度內(nèi)孔隙水中210Pb與210Po之間存在放射性平衡,其濃度(3±0.2dpm·L-1)足夠地高,表明沉積物頂部存在210Pb擴(kuò)散和再遷移的通道;3)210Pb在微?！g的分配系數(shù)(Kd=1000cm3·g-1)較低,擴(kuò)散通量達(dá)1～2dpm·cm-2·a-1,說(shuō)明210Pb在沉積物—水界面擴(kuò)散損失頗大;4)210Pb半年內(nèi)在沉積物頂部擴(kuò)散的平均距離為xˉ=(Defft)1/2=0.6cm(Deffxˉ=(Defft)1/2=0.6cm(Deff表示210Pb在沉積物中的有效擴(kuò)散常數(shù)),與沉積物堆積厚度的增長(zhǎng)速率相當(dāng),說(shuō)明210Pb有可能通過(guò)孔隙水?dāng)U散而進(jìn)入到上覆水體。通過(guò)對(duì)各種干擾因素的分析,揭示出季節(jié)性缺氧湖泊在Fe—Mn激烈循環(huán)的同時(shí),存在Pb的沉積后再擴(kuò)散遷移,進(jìn)而建立了210Pb擴(kuò)散丟失的早期成巖作用模式。而后,通過(guò)對(duì)貴州紅楓湖深水湖區(qū)沉積物的研究,表明季節(jié)性缺氧湖泊沉積物頂部還可能存在210Po再遷移作用。一些湖泊沉積物表層幾厘米呈現(xiàn)出某些微量金屬自一定深度向上遞增趨勢(shì)。20世紀(jì)80年代以前,許多研究者都將這種現(xiàn)象作為工業(yè)革命以來(lái)人為污染不斷加劇的證據(jù)。例如,含Pb汽油的使用可能導(dǎo)致Pb的全球性擴(kuò)散和污染,一些湖泊海灣沉積物頂部出現(xiàn)了Pb濃度增高的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象是全球性的還是區(qū)域性的?是污染增高趨勢(shì)還是早期成巖過(guò)程再遷移作用影響?為此,首先需要辨認(rèn)不同地區(qū)或不同沉積物中Pb的來(lái)源。為進(jìn)一步證實(shí)Pb在早期成巖過(guò)程中再遷移現(xiàn)象的存在,必須選擇沉積物鉛來(lái)源穩(wěn)定的湖泊作為研究對(duì)象。根據(jù)鉛穩(wěn)定同位素(206Pb/204Pb,207Pb/204Pb,208Pb/204Pb)組成關(guān)系,辨識(shí)出洱海沉積物頂部幾厘米內(nèi)具有穩(wěn)定的鉛來(lái)源,而紅楓湖具多源特征(見(jiàn)圖2)。從不同地球化學(xué)相鉛的垂直剖面分析可見(jiàn),沉積物界面附近的非碳酸鹽相鉛可能轉(zhuǎn)移到可溶性碳酸鹽相中,并通過(guò)孔隙水產(chǎn)生擴(kuò)散遷移。這既說(shuō)明特定條件下湖泊沉積物產(chǎn)生二次污染的可能性,又顯示沉積物頂部Pb濃度增高主要是受早期成巖作用再遷移影響。這種情況下,作為人為污染不斷加劇證據(jù)的沉積記錄是失真的。湖泊沉積物—水界面及界面附近孔隙水Fe,Mn垂直剖面分別與210Pb,210Po垂直剖面相似?？磥?lái)210Po的沉積后遷移受Mn循環(huán)控制;而210Pb的擴(kuò)散遷移與Fe循環(huán)有關(guān)。微量金屬元素再遷移與Fe—Mn循環(huán)相伴存在。瀘沽湖等沉積物中Zn,Cu,Co,Ni,Cr,Pb等與Fe,Mn的孔隙水含量剖面具相似特征。白洋淀沉積物表層5cm深度以上,Fe,Mn,Pb,Zn,Cu,Cd,Co,Ni含量均成遞減趨勢(shì),然后又遞增至10cm深度并恢復(fù)到它們?cè)诒韺映练e物中的含量水平。微量金屬元素因地球化學(xué)性質(zhì)不同而表現(xiàn)出增降幅度和地球化學(xué)相分配的差異表征了它們不同程度地伴隨Fe—Mn循環(huán)的變化。3fe—阿哈湖季節(jié)性Fe—Mn二次污染受雙界面控制及減輕環(huán)境危害的科學(xué)基礎(chǔ)Fe和Mn是氧化還原敏感元素,在沉積物—水界面的遷移行為既反映了氧化還原條件的變化,又伴隨了其他微量金屬元素的遷移,特別是下層滯水帶季節(jié)性缺氧的深水湖泊,揭示Fe—Mn的界面循環(huán)關(guān)系更具重要價(jià)值。20世紀(jì)70年代起,因保護(hù)水源的需要,湖泊Fe—Mn循環(huán)受到學(xué)術(shù)界的普遍關(guān)注。一些學(xué)者根據(jù)湖泊水體的溫度分層及其相應(yīng)的缺氧狀況,建立了湖水中Fe—Mn在氧化還原邊界層遷移的概念模型。這種模式對(duì)于理解Fe—Mn在湖泊中的地球化學(xué)行為具有很好的指示意義。但是,這些研究多局限于湖泊水體,較少涉及沉積物。氧化還原邊界層作為化學(xué)界面,其存在狀況隨水體性質(zhì)和水化學(xué)特征而改變。因而,未能反映沉積物—水這樣一個(gè)地質(zhì)界面的時(shí)空變化關(guān)系;更反映不出沉積物早期成巖化學(xué)過(guò)程中有機(jī)質(zhì)耗氧分解而導(dǎo)致氧化還原邊界層轉(zhuǎn)移的因果關(guān)系。湖泊Fe—Mn循環(huán)的一些重要過(guò)程都發(fā)生在沉積物—水界面或界面附近的沉積物中。隨后,許多學(xué)者開(kāi)始注意沉積物—水系統(tǒng)的Fe—Mn循環(huán)研究。利用資源與改變環(huán)境、資源再生與環(huán)境凈化互為因果,區(qū)域資源開(kāi)發(fā)利用過(guò)程引起的環(huán)境災(zāi)害已成為重要問(wèn)題。貴州阿哈湖是底層滯水帶季節(jié)性缺氧的中型人工湖,也是貴陽(yáng)城市供水的重要源地。由于匯水區(qū)煤炭資源不合理開(kāi)采的長(zhǎng)期影響,導(dǎo)致Fe,Mn在湖泊沉積物頂部不斷蓄積。當(dāng)深水湖區(qū)底部季節(jié)性缺氧時(shí),產(chǎn)生Fe2+,Mn2+自沉積物向上覆水體擴(kuò)散的二次污染。這是一個(gè)與水質(zhì)變異密切關(guān)聯(lián)的“資源開(kāi)發(fā)—污染物蓄積—界面作用”典型示例。3.1阿哈湖沉積物—阿哈湖沉積物—水界面Fe2+循環(huán)受抑制、Mn2+循環(huán)激烈進(jìn)行阿哈湖建庫(kù)以來(lái)不同部位的淤積速率隨庫(kù)底地形而異。壩前淤積速率達(dá)4.5cm·a-1,厚度超過(guò)1.8m。入湖的游魚(yú)河口淤積速率也達(dá)4.1cm·a-1;庫(kù)區(qū)其余部分淤積厚度一般小于1m,平均淤積速率1.3cm·a-1。表層10cm沉積物中Fe含量(4.1～22.0mg·kg-1)平均11.2mg·kg-1;Mn含量(0.16～2.2mg·kg-1)平均0.61mg·kg-1。雖然Mn與Fe污染同源,但它們?cè)诔练e物—水界面地球化學(xué)運(yùn)移行為的差異,導(dǎo)致沉積物中的蓄積變化。阿哈湖沉積物—水界面Fe2+與Mn2+遷移行為具很大的差異性。a.下層水體鐵濃度增高的起始時(shí)間晚于錳,回落的時(shí)間早于錳,增高的幅度也低于錳(見(jiàn)圖3);b.頂部沉積物中,鐵的固—液分配系數(shù)(Kd)秋季高于冬季,而錳的固—液分配系數(shù)(Kd)總體呈現(xiàn)秋季低于冬季(見(jiàn)圖4);c.Fe2+與Mn2+在界面的擴(kuò)散通量分別為沉降通量的0.1%和80.8%。3.2阿哈湖還原型儲(chǔ)文環(huán)境和導(dǎo)質(zhì)體系在沉積物—水界面,Fe3+→Fe2+,Mn4+→Mn2+及SO2?442-→S2-等3個(gè)還原作用都產(chǎn)生在特定的氧化還原條件下。水溶液中Fe2+,Mn2+濃度隨電子活度(pE)的降低而升高。而CaSO44飽和溶液中,當(dāng)pH<7時(shí),SO2?442-被還原為S2?2-;當(dāng)pH=7時(shí),需要pE<-3時(shí),SO2?442-才能明顯地還原為S2-。季節(jié)性Fe—Mn沉積后遷移是沉積物水界面氧化還原條件變化的結(jié)果:a.SO2?442-是阿哈湖水的主要陰離子,在深水湖區(qū)沉積物6cm深度,SO2?442-濃度降至0.1mmol·L-1,限制了硫酸鹽還原作用的進(jìn)行。b.脫硫弧菌屬細(xì)菌是沉積物硫酸鹽還原過(guò)程中起主要作用的微生物。還原環(huán)境、SO2?442-存在及適當(dāng)?shù)哪茉垂┙o是硫酸鹽還原細(xì)菌(SBR)生長(zhǎng)和代謝作用的3個(gè)基本條件。阿哈湖沉積物滿(mǎn)足上述三點(diǎn)(見(jiàn)圖5),缺氧季節(jié)還原菌產(chǎn)生的硫酸鹽還原作用可能上移到沉積物—水界面進(jìn)行,制約溶解態(tài)Fe2+向上覆水體擴(kuò)散。c.微生物對(duì)有機(jī)質(zhì)氧化作用的影響,沉積物中的有機(jī)碳越多,則嚴(yán)重缺氧從而導(dǎo)致Mn4+的還原越激烈,促成了阿哈湖季節(jié)性缺氧時(shí)錳自沉積物向水體激烈釋放。缺氧季節(jié)還原態(tài)Fe—Mn向上覆水體擴(kuò)散時(shí),硫酸鹽還原作用上移至沉積物頂部。阿哈湖水中鐵和錳濃度季節(jié)性增高的差異現(xiàn)象正是Fe2+與伴隨硫酸鹽還原生成的H2S反應(yīng)后,形成FeS沉淀并抑制Fe2+向上覆水體釋放,這種選擇性屏蔽效應(yīng)雖然制約氧化還原狀況的改變,但更顯示了沉積物—水地質(zhì)界面對(duì)于元素運(yùn)移轉(zhuǎn)化的控制性影響。深水湖泊沉積物—水界面Fe2+與Mn2+遷移行為的上述差異性說(shuō)明Fe2+的界面循環(huán)受抑制、Mn2+循環(huán)激烈進(jìn)行,pH和HCO-3具特征分布,有機(jī)質(zhì)生物氧化和硫酸鹽還原導(dǎo)致界面亞擴(kuò)散層屏蔽效應(yīng),Fe—Mn循環(huán)受水—沉積物地質(zhì)界面和氧化還原化學(xué)界面的雙重控制(見(jiàn)圖6)。3.3阿哈湖水質(zhì)控制措施為控制阿哈湖水體發(fā)生的Fe—Mn季節(jié)性二次污染,湖泊管理部門(mén)已相繼采取了若干水質(zhì)保護(hù)和污染控制措施,并取得了預(yù)期的效果。例如,a.綜合利用資源,控制環(huán)境有害物的釋放:阿哈湖匯水區(qū)煤礦綜合開(kāi)發(fā)利用水平的提高、礦坑廢水的處理、煤矸石堆的復(fù)墾、以及其他生態(tài)恢復(fù)措施都有效地控制了Fe—Mn的釋放;b.營(yíng)造地球化學(xué)壘,降低污染物輸送:阿哈湖水質(zhì)控制的前期,曾經(jīng)在上游投放石灰,使進(jìn)入水體的Fe—Mn沉淀,在上游地帶形成一道地球化學(xué)屏障,從而減少Fe—Mn的入湖通量;c.認(rèn)識(shí)污染機(jī)理,選取水環(huán)境優(yōu)質(zhì)區(qū):為獲取優(yōu)質(zhì)水,阿哈湖曾實(shí)行按季節(jié)分層取水的措施,體現(xiàn)出認(rèn)識(shí)水體Fe—Mn濃度時(shí)空變化過(guò)程是控制其季節(jié)性二次污染的基礎(chǔ);d.凈化環(huán)境場(chǎng),清除潛在污染威脅:通過(guò)清淤處理,凈化湖底環(huán)境場(chǎng)是根治二次污染的關(guān)鍵。4水質(zhì)惡化事件貴州紅楓湖和百花湖是烏江支流貓?zhí)犹菁?jí)開(kāi)發(fā)的兩級(jí)人工湖,也是貴陽(yáng)城市供水的重要水源地之一。1994年秋,百花湖(及紅楓湖部分湖區(qū))出現(xiàn)突發(fā)性嚴(yán)重水質(zhì)惡化事件:湖水pH值和溶解氧降低、亞硝酸根濃度增高、水體變黑發(fā)臭、魚(yú)類(lèi)大量死亡。突發(fā)性水質(zhì)惡化的原因何在?是什么因素觸發(fā)的?能否可逆好轉(zhuǎn)?政府決策者和社會(huì)民眾都盼望能得到回答。4.1湖底實(shí)行氧化作用,可能加重水質(zhì)惡化事件為查明突發(fā)性水質(zhì)惡化的原因和認(rèn)識(shí)水質(zhì)恢復(fù)的途徑,調(diào)研重點(diǎn)聚焦于百花湖水質(zhì)突發(fā)性惡化的機(jī)理。通過(guò)在深水湖心及出湖口上方采集湖水、界面水、沉積物柱芯及孔隙水樣品;利用原子吸收光譜、元素分析、多道能譜、電子探針、掃描電鏡等多種測(cè)試手段,獲得了有關(guān)水質(zhì)指標(biāo)、水體三氮及N—P關(guān)系、懸浮顆粒與沉積物有關(guān)參數(shù)。調(diào)查表明:a.百花湖系一個(gè)底層滯水帶季節(jié)性缺氧的高氮湖泊;b.百花湖富營(yíng)養(yǎng)過(guò)程的限制因子是磷;c.沉積物中較高的總磷和有效磷提供了磷自沉積物向上覆水體釋放的物質(zhì)來(lái)源;d.表層沉積物微粒中含較高有機(jī)質(zhì),有機(jī)質(zhì)分解的生物氧化作用加劇湖底季節(jié)性嚴(yán)重缺氧(見(jiàn)圖7);e.沉積物中有機(jī)質(zhì)耗氧分解伴隨還原態(tài)S2-的形成,H2S及其他硫化物的擴(kuò)散導(dǎo)致水體變黑發(fā)臭;f.湖水亞硝酸鹽濃度增高是缺氧狀態(tài)下硝化與反硝化過(guò)程劇烈進(jìn)行的結(jié)果;g.水體中錳濃度的增高是底層湖水缺氧季節(jié)還原態(tài)錳自沉積物向上覆水體擴(kuò)散作用的產(chǎn)物;h.沉積物表層存在著微粒再懸浮作用的可能;i.匯水區(qū)外源性輸入是表層沉積物中有機(jī)質(zhì)的重要來(lái)源。這種突發(fā)性水質(zhì)惡化事件被稱(chēng)為“湖泊黑潮”?；谏鲜龇治?可以認(rèn)為百花湖發(fā)生的水質(zhì)惡化事件有如下過(guò)程:入秋后,沉降于湖底的有機(jī)質(zhì)分解,湖底處于缺氧狀態(tài),并導(dǎo)致沉積物P的釋放和還原態(tài)硫S2-的產(chǎn)生。水體磷濃度增高并與水體較高濃度的氮耦合,可能導(dǎo)致厭氧微生物和藻類(lèi)的繁衍。自九月中旬以來(lái)的持續(xù)降溫和連綿陰雨,進(jìn)一步加速厭氧環(huán)境的形成和底層P和H2S的釋放。惡性循環(huán)之后導(dǎo)致水體缺氧加劇,硫化物的擴(kuò)散使水體變黑發(fā)臭。伴隨水體缺氧和pH降低,亞硝酸根濃度增高、錳二次污染,以及可能存在的沉積微粒再懸浮作用,都可能加劇水質(zhì)惡化。流域侵蝕是山區(qū)湖泊(或水庫(kù))沉積的主要物質(zhì)來(lái)源。其侵蝕強(qiáng)度不僅制約著下游水體沉積物的沉積速率,而且影響著上覆水體的水質(zhì)變化。通過(guò)匯水區(qū)土層與湖泊沉積物中7Be累計(jì)值的對(duì)比(見(jiàn)圖8),說(shuō)明紅楓湖—百花湖流域侵蝕的有機(jī)質(zhì)可能進(jìn)入湖泊沉積物中。百花湖發(fā)生的這種水質(zhì)惡化事件是有機(jī)污染物長(zhǎng)期積累與特定季節(jié)、特殊氣候條件下耦合作用的必然結(jié)果。隨著水體耗氧與復(fù)氧過(guò)程的逐漸平衡、水輸送以及天氣好轉(zhuǎn),水質(zhì)可望在一段時(shí)期(如2～3個(gè)月)內(nèi)得到恢復(fù),隨后的觀測(cè)表明了水質(zhì)的好轉(zhuǎn)(見(jiàn)圖9)。4.2好氧與厭氧轉(zhuǎn)換的生物脫氮作用機(jī)理由于自然和人為影響,紅楓湖、百花湖水體三氮總量居云貴高原湖泊之首。這些深水湖區(qū)下層滯水帶季節(jié)性缺氧。上述背景導(dǎo)致它們可能多次發(fā)生突發(fā)性水質(zhì)惡化事件,同時(shí),還是“湖泊黑潮”發(fā)生時(shí),亞硝酸鹽濃度增高、脫氮過(guò)程變化的控制因素。在微生物作用下,水體中含氮化合物被降解為NH+4。部分NH+4被細(xì)菌同化,大部分仍存在于水體。有氧時(shí),在自養(yǎng)微生物作用下NH+4被氧化成NO-2和NO-3;缺氧時(shí),脫氮細(xì)菌以NO-3代替O2作為呼吸鏈中最終電子受體進(jìn)行厭氧呼吸,而產(chǎn)生脫氮反應(yīng)。微生物的脫氮作用實(shí)質(zhì)上是酶的催化反應(yīng)過(guò)程。為認(rèn)識(shí)脫氮細(xì)菌的適應(yīng)能力,在與瑞士聯(lián)邦環(huán)境科學(xué)與技術(shù)研究院(EAWAG)的合作研究中,采用恒化連續(xù)培養(yǎng)方法,開(kāi)展了pH(≥7.5和=6.8)變化及好氧—厭氧轉(zhuǎn)換對(duì)微生物脫氮作用影響的瞬間動(dòng)態(tài)中間產(chǎn)物產(chǎn)生及抑制的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)。實(shí)驗(yàn)表明,脫氮副球菌屬(Paracoccusdenitrificans)的菌株在各種條件下的生理適應(yīng)能力不同。pH≥7.5的好氧與厭氧轉(zhuǎn)換條件下,混合微生物脫氮作用能順利進(jìn)行;當(dāng)pH值降低(如pH=6.8),好氧與厭氧互換時(shí),導(dǎo)致脫氮副球菌屬的菌株和活性沉積物脫氮過(guò)程中有關(guān)酶失活及外源有機(jī)物對(duì)連續(xù)培養(yǎng)中細(xì)菌脫氮作用的抑制影響,細(xì)胞量急劇下降,導(dǎo)致大量NO-2,N22O等中間產(chǎn)物積累,脫氮反應(yīng)受阻。脫氮反應(yīng)受阻的微觀機(jī)理實(shí)驗(yàn)表明,發(fā)生“湖泊黑潮”時(shí),亞硝酸根濃度增高是受pH值降低的影響。而突發(fā)性水質(zhì)惡化表征的相互關(guān)聯(lián)指標(biāo)變化(包括pH值降低)的基本原因是湖底表層沉積物中有機(jī)質(zhì)經(jīng)生物氧化作用分解的結(jié)果,從而佐證了前期調(diào)查的結(jié)論。為控制百花湖水系統(tǒng)環(huán)境質(zhì)量惡化的進(jìn)程,宜采取“三防一治”的措施:防工業(yè)污染、防流域侵蝕、防生活污染。需要確定湖區(qū)功能、設(shè)置保護(hù)區(qū)、限制有損于湖水系統(tǒng)的各種活動(dòng),整治湖區(qū)和周邊環(huán)境。5corg、citorg及pla洱海是滇西高原最大的斷陷湖。洱海水源保護(hù)對(duì)于地區(qū)性的經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)發(fā)展和全球性的生態(tài)安全兼具重要意義。受碳酸鹽巖地質(zhì)背景、土壤類(lèi)型等因素的控制,洱海水體具巖溶水化學(xué)特征:a.水質(zhì)組成以Ca2+,Mg2+,HCO-3為主,為重碳酸鹽類(lèi)—鈣組—Ⅱ型水(CCa00Ca);b.湖水表現(xiàn)為弱堿性、中硬度、低礦化度。雖然洱海是一個(gè)永久性含氧湖,但深水湖區(qū)的氧化還原狀況也存在一定變化。位于湖區(qū)近出口處的1號(hào)樣點(diǎn)的沉積物柱芯(EH940713-1-1)與深水湖區(qū)3號(hào)樣點(diǎn)(EH940713-3-2)兩柱芯210Pbex方法計(jì)年結(jié)果一致。EH940713-3-2柱芯的210Pbex方法與137Cs時(shí)標(biāo)計(jì)算的沉積物堆積速率也相符(見(jiàn)表1),證明137Cs和210Pbex計(jì)年的可靠,表征洱海深水湖區(qū)沉積物柱芯具連續(xù)、穩(wěn)定的堆積特點(diǎn)。對(duì)沉積物柱芯的研究表明:a.Ctotal(總碳),Corg(有機(jī)碳)及Cinorg(無(wú)機(jī)碳)同步變化,具穩(wěn)定的垂直分布圖示。Corg平均占Ctotal的87.9%,因有機(jī)質(zhì)降解的影響,早期成巖過(guò)程中Corg垂直剖面呈現(xiàn)“沉降—降解—堆積”三階段分布特征(見(jiàn)圖10),平均沉降通量為12.7g·m-2·a-1,堆積通量為7.20g·m-2·a-1(占沉降通量的54.5%),降解速率常數(shù)為0.017a-1,寄宿時(shí)間為40a。因孔隙水對(duì)方解石不飽和,Cinorg剖面含量有一定波動(dòng),堆積通量為0.62g·m-2·a-1,僅相當(dāng)于Corg堆積通量的8.6%(見(jiàn)表2)。b.氮的垂直分布與Corg相似(見(jiàn)圖11),平均沉降通量為2.62g·m-2·a-1,堆積通量為1.21g·m-2·a-1(為沉降通量的46.0%);降解速率常數(shù)為有機(jī)碳的1.4倍,寄宿時(shí)間僅為有機(jī)碳的3/4。c.Porg,Ptotal和Pinorg呈同步變化并與Corg相似(見(jiàn)圖11),Porg的轉(zhuǎn)化導(dǎo)致Pinorg增高;Ptotal和Porg的平均沉降通量分別為0.69g·m-2·a-1和0.18g·m-2·a-1;堆積通量分別為0.55g·m-2·a-1和0.12g·m-2·a-1。d.硫顯示出不規(guī)則的較大波動(dòng),沉降與降解階段的含量變化不明顯;堆積階段后出現(xiàn)積累,沉降和堆積通量分別為0.73g·m-2·a-1和1.23g·m-2·a-1。e.C/N原子比與Corg的深度變化趨勢(shì)一致,在沉降階段和堆積階段分別為5.8和6.8,堆積階段與海洋Redifield值基本一致,指示沉積物有機(jī)質(zhì)主要源自無(wú)纖維束的陸源植物;C/S原子比由沉降階段的1∶0.021降至堆積階段的1∶0.065(見(jiàn)表3)。f.δ13Corg為-25.03‰～-28.03‰,變幅僅3‰,同樣指示有機(jī)質(zhì)主要來(lái)自陸源植物。在近460年間,δ13Corg小幅度頻繁波動(dòng)顯示匯水區(qū)人為活動(dòng)對(duì)植物生產(chǎn)力的明顯影響(見(jiàn)圖12)。g.δ13Cinorg和δ18Oinorg具同步變化并指示該地區(qū)近700年氣候的“暖—冷—暖”波動(dòng)及小冰期的歷史記錄;δ13Cinorg/δ18Oinorg降低的總趨勢(shì)顯示湖區(qū)生物地球化學(xué)作用和人為影響的增強(qiáng)(見(jiàn)圖12)。洱海近代沉積物中C及N,P,S等元素的賦存狀態(tài)和組合特征反映出云貴高原特殊地質(zhì)環(huán)境背景條件下元素地球化學(xué)循環(huán)及有機(jī)污染物的特異性。洱海沉積物有機(jī)質(zhì)含量較高、主要為陸源、降解梯度大,但選擇性不明顯;有機(jī)質(zhì)降解過(guò)程呈“沉降—降解—堆積”三階段分布特征。C—N—P—S降解的通量和速率為控制陸源有機(jī)質(zhì)的輸入、確定洱海環(huán)境容量提供了科學(xué)依據(jù),是洱海環(huán)境管理和治理決策的科學(xué)基礎(chǔ),已錄入《大理洱?？茖W(xué)研究》。6程海沉積物的沉積特征2個(gè)月內(nèi)程海是一個(gè)湖水離子總濃度接近鹽湖下限的中度富營(yíng)養(yǎng)湖泊,位于云南省西北部永勝縣境(26°27′N(xiāo)～26°38′N(xiāo),100°38′～100°41′E),形成于更新世早期,系一構(gòu)造斷陷湖泊,由?？诤优c金沙江相通。湖水寄宿時(shí)間13.45a。1690—1980年的290年間,水位下降39m,逐漸變成封閉—半封閉式的閉流型湖泊。該湖無(wú)遠(yuǎn)源性河流輸入湖水中,湖周地表徑流、地下水和湖面降水分別占18.8%,42.7%和38.5%。由于湖區(qū)充足的光熱條件和特異的水質(zhì)組成,為藍(lán)藻提供了適宜的生存環(huán)境。在程海深水湖區(qū)覆水28m處采集沉積物柱芯(CH970608-1),完成了210Pbex和137Cs測(cè)定及Corg,Norg,Horg等組分分析。a.基于210Pb和137Cs地質(zhì)年代學(xué)方法的精確測(cè)定,顯示出近幾十年間沉積物堆積基本穩(wěn)定,特別是近期獲得了239+240Pu與137Cs基本相似的分布圖示(見(jiàn)圖13),不僅證實(shí)前期計(jì)年研究的可靠性,而且表明239+240Pu可能彌補(bǔ)137Cs因半衰期較短而用于地表地球化學(xué)環(huán)境過(guò)程示蹤的不足;b.沉積物柱芯中Horg/Corg和Corg/Norg原子比平均值分別為5.51和7.04,辯識(shí)其沉積有機(jī)質(zhì)主要源于湖泊內(nèi)生浮游藻類(lèi)殘骸;c.210Pbex比活度垂直剖面呈現(xiàn)出特異的峰值分布,并與Corg垂直剖面相似(見(jiàn)圖14)。這一現(xiàn)象可能與制約210Pbex轉(zhuǎn)入