滇中湖泊沉积记录的全新世气候变化与火历史

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作者袁子杰
来源兰州大学
出版年2022
摘要
在全球变暖背景下,气候变化和人类活动对地球系统各个圈层的影响日益加剧。湖泊作为水圈、生物圈、大气圈、岩石圈等圈层相互作用的连接点以及重要的陆地生态系统,其对这两种驱动力的响应的异同仍不清楚。因此,提高对气候和人为干扰的长期影响的认识,于当前的湖泊与流域管理而言是必要和有益的。云南高原内生物多样性丰富、人口稠密,也是东亚亚热带地区典型的火灾易发区,区域生态环境安全与社会经济发展受到印度夏季风变化的影响。该区域广泛分布的构造湖泊是开展过去气候变化、人类活动以及环境响应研究的理想载体。尽管前人已经基于该区湖泊沉积开展了过去气候变化和湖泊环境研究工作,但是全新世印度夏季风演变历史及驱动机制仍存在争议,人类活动如何长期影响自然环境也未明晰。因此,亟需在该区域开展高分辨率的古气候与古环境历史重建工作。本研究一方面基于滇中的异龙湖开展区域气候背景重建,进而探究湖泊生态系统对气候变化以及人类活动响应的差异;另一方面,基于滇池、星云湖、杞麓湖以及异龙湖沉积物黑碳指标重建了滇中地区全新世以来的火历史,并结合现代火活动观测数据集,探讨不同时间尺度上驱动区域火活动变化的可能的气候与人为因素。本研究开展的具体工作及得到的结论如下:基于异龙湖沉积岩芯Yilong C-19中13个植物残体和木炭样品的AMS 14C年代数据,建立了过去12000年以来的年代框架。利用多种地球化学指标(碳酸盐的碳、氧同位素、元素、总有机碳和总氮含量)重建了区域气候演变、湖泊水文变化及生态系统响应。结果表明,晚冰期至全新世初期,异龙湖沉积物以陆源石英碎屑为主,有机质与碳酸盐含量较低,表明气候持续寒冷湿润,流域生产力较低;中-晚全新世期间,自生方解石大量沉淀且其氧同位素值逐渐上升,指示陆源碎屑输入的元素含量(指数I)与TOC含量减少,表明随着印度夏季风降水的持续减少,流域侵蚀减弱,生产力降低。其中在9.7~8.7 cal kyr BP(对应9.3 kyr事件)期间,降水量骤减,沉积物中出现氧同位素强烈偏正的菱铁矿,流域侵蚀程度迅速下降;近1500年来人类活动强度增加,诱发强烈的水土流失,大量陆源物质被输送至湖泊并保存在沉积物中,湖泊富营养化程度自600 cal yr BP以来日趋显著。这两次百年-千年时间尺度的自然和人为事件对湖泊生态系统产生了不同的影响。9.3 kyr事件影响下湖泊生物量缓慢减少并逐渐恢复,表明湖泊生态系统对此自然气候事件的干扰具有一定的抵抗能力。然而,流域内长期的森林砍伐和农业耕作等人类活动,降低了湖泊生态系统的稳定性,正反馈效应增强,导致湖泊系统偏离了原来的稳定状态。将云南省2001~2020年的卫星火点数据与NDVI、地面气象观测数据进行时序对比分析,结果显示在月与年际尺度上,冬春季节的湿度变化是区域火活动发生的主要控制因素。进一步对滇池、星云湖、杞麓湖以及异龙湖岩芯样品中的黑碳含量进行分析,并结合AMS 14C测年结果集成重建了全新世以来滇中地区的古火历史。结果表明,湿润的全新世早期(11.7~6 cal kyr BP)火活动较少,而湿度降低的中全新世期间(6~2.8 cal kyr BP)火活动增多,这表明在生物燃料储量充足的背景下,湿度控制了该地区的火活动。2.8 cal kyr BP以来,区域持续干旱,但火活动迅速减少,这与人为因素导致的生物燃料储量减少有关。预计在未来持续干旱和植被覆盖增加的背景下,我们认为积极的火灾管理和计划清除措施的是十分有必要的。

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