湖泊沉积物是流域污染物的“源”与“汇”,具有沉积连续、沉积速率大、分辨率高、信息量丰富的特点,在揭示区域和全球气候变化研究中具有不可替代的作用(张振克等,1999;Meyers, 2003;李秀美等,2022)。沉积物中的稳定碳同位素(δ
13C)、氮同位素(δ
15N)以及碳氮比值(C/N)常被用于指示水生系统中有机质来源或循环随时间的变化情况,对于研究区域古环境、气候变化及人类活动对区域生态系统的影响都具有重要意义(Meyers,2003;沈吉等,2004;Wang et al., 2012;安显银等,2020)。“百湖之市”是武汉得天独厚的特色资源禀赋,了解湖泊环境的近代沉积历史是认识现在和预测未来的基础,本研究以武汉东湖(城市生态绿心)、沉湖(国际重要湿地)为研究对象,碳氮同位素为研究手段,结合
210Pb和
137Cs定年,对百年来典型城中湖、城郊湖沉积环境演化过程、沉积物有机质来源等进行分析研究。获得以下认识:
- 东湖沉积物平均沉积速率为0.62cm/a,TOC、TN 在38~32cm的快速上升对应于1952~1975年农业迅速发展和居民人口大量增长期,东湖水体富营养化严重,水华爆发藻类残体沉入湖底导致沉积物有机质升高(杨洪等,2004)。1973年δ13C快速偏正与当年471厂事故性排放含酚废水致使湖水大面积污染和鱼类死亡有关(顾延生等,2008)。沉积物中有机质为陆生植物、土壤有机质等混合来源;1966年之后,随着经济发展,大量点源、面源污染所带来的废水输入东湖,导致δ15N值逐渐偏正,指示了人类活动增强的过程。
- 沉湖沉积物平均沉积速率为0.52cm/a,TOC、TN 在38~26cm 的快速上升对应于1970~1990 年沉湖周边人口增长和湖泊改造工程频繁期。沉积物中有机质为土壤有机质、陆生C3 植物和水生维管束植物的混合来源,1980 年后由于人类活动导致湖泊水动力减弱,湿地内水生维管束植物对沉积物有机质的贡献率增大。
- 东湖沉积速率高于沉湖,东湖沉积物中TOC、TN含量略高于沉湖,而δ13C、δ15N 值东湖偏负与沉湖,两湖沉积物C/N值均大于8,且东湖整体C/N值高于沉湖,表明两湖沉积物均为混合来源,且东湖受外源输入作用更强,这与东湖为城中湖、沉湖为郊野湖的实际相吻合。东湖自1950年来沉积物TOC含量明显升高,沉湖自1980年来沉积物TOC含量明显升高,这与东湖和沉湖周边人口快速增长密切相关,人类活动引起的陆源物质输入不容忽视。
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