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东北泥炭及其环境记录

东北泥炭及其环境记录

作者:鲍锟山
出版社:科学出版社出版时间:2022-08-01
开本: 16开 页数: 225
本类榜单:自然科学销量榜
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东北泥炭及其环境记录 版权信息

  • ISBN:9787030717573
  • 条形码:9787030717573 ; 978-7-03-071757-3
  • 装帧:一般胶版纸
  • 册数:暂无
  • 重量:暂无
  • 所属分类:>

东北泥炭及其环境记录 内容简介

本书是作者过去10余年来一直从事泥炭地学与环境演变研究的阶段性工作总结。作者致力于湿地沉积与环境演变及其对气候变化和人类活动的响应研究。在瞄准国际前沿和追求原创的思想指导下,联合国内外诸多大学和科研院所的有名教授进行交流与合作研究,在元素地球化学等多指标记录的气候变化、环境污染及湿地碳累积方面取得了创新性的研究成果。将这些成果总结起来,进一步丰富泥炭地学与第四纪环境演变研究。

东北泥炭及其环境记录 目录

目录
序 i
前言 iii
第1章 绪论 1
1.1 湿地概述 1
1.1.1 湿地与湿地生态系统 1
1.1.2 湿地的类型及分布概况 4
1.1.3 中国湿地的保护与管理 6
1.2 泥炭沉积与泥炭沼泽 8
1.2.1 泥炭沉积 8
1.2.2 泥炭沼泽 9
1.3 环境变化的泥炭地质记录 12
1.3.1 泥炭沼泽粉尘沉降记录 13
1.3.2 泥炭沼泽环境污染记录 15
1.3.3 泥炭沼泽碳累积与碳循环研究 18
1.4 研究内容和科学意义 20
1.4.1 研究内容 21
1.4.2 技术方法 22
1.4.3 科学意义 22
第2章 研究区域和实验方法 25
2.1 研究区域概况 25
2.1.1 长白山泥炭沼泽 25
2.1.2 大兴安岭泥炭沼泽 26
2.1.3 黑龙江凤凰山高山湿地和三江平原沼泽湿地 30
2.2 野外采样 31
2.2.1 长白山野外工作 31
2.2.2 大兴安岭野外工作 32
2.2.3 黑龙江凤凰山和三江平原沼泽 34
2.3 室内实验 36
2.3.1 泥炭基本理化参数测定 36
2.3.2 泥炭年代指标测定 38
2.3.3 泥炭化学元素测定 40
2.3.4 泥炭粒度组成测定 42
2.3.5 泥炭磁化率测定 43
2.3.6 泥炭有机污染物测定 43
第3章 东北山地泥炭沼泽沉积 44
3.1 泥炭沉积与泥炭沼泽定年 44
3.1.1 泥炭沉积过程概述 44
3.1.2 泥炭沉积地球化学行为 45
3.1.3 泥炭沼泽定年 46
3.2 210Pb和137Cs测试结果及年代 48
3.2.1 长白山泥炭沼泽年代 48
3.2.2 大兴安岭雨养泥炭年代 49
3.2.3 黑龙江凤凰山泥炭年代 51
3.2.4 黑龙江三江平原沼泽 53
3.3 AMS14C测试结果及年代 55
3.3.1 长白山哈尼泥炭沼泽 55
3.3.2 三江平原淡水沼泽 56
3.4 沉积速率及其变化 58
3.4.1 长白山泥炭沼泽 58
3.4.2 大兴安岭雨养泥炭 58
3.4.3 黑龙江凤凰山泥炭 60
3.4.4 黑龙江三江平原泥炭 60
第4章 泥炭记录的尘暴演化 63
4.1 长白山泥炭沼泽磁化率特征及其环境意义 63
4.1.1 泥炭磁化率随深度变化的分布特征 63
4.1.2 泥炭磁化率表聚性特征的环境意义 64
4.2 长白山大牛沟泥炭粒度特征及其尘暴指示意义 66
4.2.1 粒度分布与频率累积曲线 67
4.2.2 粒度参数分析 69
4.2.3 粒度特征对大气尘降的指示意义 71
4.3 长白山哈尼泥炭沼泽记录的尘暴演化历史 73
4.3.1 泥炭沼泽的营养状态和主要地球化学特征 73
4.3.2 灰分粒度、矿物组分、元素含量和粉尘通量 77
4.3.3 哈尼泥炭中粉尘初步来源判别 81
4.3.4 哈尼泥炭中粉尘记录的古气候变化 83
4.4 凤凰山泥炭沼泽记录的尘暴演化历史 89
4.4.1 泥炭物理和化学参数 89
4.4.2 主要元素和痕量元素的含量 89
4.4.3 东亚冬季季风对沙尘沉积的影响 93
4.5 大兴安岭泥炭沼泽记录的尘暴演化历史 94
4.5.1 泥炭剖面基本特征 94
4.5.2 磁化率和粒度特征 96
4.5.3 元素浓度和富集因子分析 98
4.5.4 大气尘降通量和变化特征 102
第5章 泥炭记录的环境污染 106
5.1 长白山泥炭沼泽记录的大气金属沉降历史 106
5.1.1 长白山泥炭理化性质及营养状况 106
5.1.2 过去150年中的金属污染历史 110
5.1.3 海拔对泥炭元素分布的影响 117
5.2 凤凰山泥炭记录中Pb污染历史及来源分析 118
5.2.1 凤凰山泥炭中地壳元素的深度分布 118
5.2.2 凤凰山泥炭中Pb元素的来源分析 120
5.2.3 凤凰山地区人为Pb污染历史 120
5.3 大兴安岭泥炭沼泽记录的Pb污染历史 124
5.3.1 近代大气210Pb输入通量 124
5.3.2 Pb浓度变化及Pb输入速率 126
5.4 大兴安岭泥炭沼泽记录的Hg污染历史 127
5.4.1 泥炭基本理化性质及营养特征 128
5.4.2 泥炭分解对Hg富集的影响 128
5.4.3 人为Hg污染的变化特征 130
5.4.4 全球Hg的累积速率比较 131
5.5 大兴安岭泥炭记录的痕量元素污染历史 134
5.5.1 污染元素浓度与质量控制 134
5.5.2 污染元素浓度剖面变化 135
5.5.3 污染元素累积速率 135
5.5.4 污染元素的富集因子变化 137
5.6 大兴安岭泥炭记录的PAHs和PCBs污染 140
5.6.1 多环芳烃(PAHs)污染历史 140
5.6.2 多氯联苯(PCBs)污染历史 146
第6章 泥炭沼泽碳累积及其变化 148
6.1 长白山泥炭沼泽近现代碳累积 148
6.1.1 含水量、干容重、灰分及有机碳 148
6.1.2 近现代碳累积速率 149
6.1.3 长白山泥炭沼泽近200年碳累积 154
6.2 大兴安岭泥炭沼泽近现代碳累积研究 154
6.2.1 泥炭剖面有机碳含量及变化 154
6.2.2 近现代碳累积速率 156
6.3 三江平原淡水沼泽碳累积研究 157
6.3.1 数据收集及样品测试 157
6.3.2 长期碳累积速率 160
6.3.3 近现代碳累积速率 162
6.3.4 三江平原碳储量估算 164
6.3.5 三江平原沼泽湿地可持续利用问题 165
第7章 东北泥炭沼泽环境变化记录的比较研究 168
7.1 长白山与大兴安岭泥炭降尘记录对比 168
7.1.1 磁化率 168
7.1.2 灰分粒度 168
7.1.3 泥炭地壳元素 170
7.1.4 大气土壤尘降通量 173
7.2 东北地区重金属污染的泥炭记录对比 176
7.2.1 大气铅沉降的泥炭记录 176
7.2.2 稳定铅同位素 177
7.2.3 大气汞沉降的泥炭记录 181
7.2.4 其他金属与类金属 181
7.2.5 重金属污染潜在生态风险评估 183
7.3 东北泥炭沼泽碳累积速率对比 184
7.3.1 不同地区近现代碳累积速率比较 184
7.3.2 不同时间尺度的碳累积速率比较 186
7.3.3 气候变化对泥炭沼泽碳累积的影响 188
第8章 结论与展望 191
8.1 主要结论 191
8.1.1 东北泥炭沼泽沉积年代及特征 191
8.1.2 泥炭沼泽记录的近200年尘暴演化历史 192
8.1.3 泥炭沼泽记录的近200年区域环境污染历史 194
8.1.4 泥炭沼泽碳累积研究 195
8.2 展望 196
参考文献 199
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东北泥炭及其环境记录 节选

第1章 绪论 1.1 湿地概述 湿地(wetland)是与森林、海洋并称的全球三大生态系统,是处于深水系统和高地系统之间的过渡景观。湿地可以很简单地理解为多水之地,其*核心要素是水。因此,湿地具有能够涵养水源、净化水质、防旱蓄洪、调节区域气候和保护生物多样性等重要生态功能。保护湿地生态系统,是国家生态环境改善和社会文明提升的内在要求,是实现“天人合一”的可持续发展的必要手段。 1.1.1 湿地与湿地生态系统 湿地的字面含义是过度湿润的土地。湿地的发育环境和类型复杂多样,因而不同的时代、学科和学者对湿地的定义侧重点存在差异。例如,湿地科研人员对湿地的定义要求严谨而全面,便于湿地分类、外业调查和科学研究;湿地管理人员则重视湿地界限的划分、管理条例的制定,以精准保护和有效管理湿地(Mitsch and Gosselink,2007)。早在1956年,美国鱼类和野生动物保护协会在《美国的湿地》中提出:湿地是指被浅水和有时为暂时性或间歇性积水所覆盖的低地(Shaw and Fredine,1956)。这是*早的湿地定义之一。到1979年该协会对湿地进行综合界定,提出湿地是陆地生态系统和水生生态系统之间的转换区,通常其地下水位到达或者接近地表,或者处于浅水淹覆状态。这一综合性概念对湿地植被、水文和土壤进行了描述,相应地给出了湿地的基本属性应包括下列一个或多个:**,水生植物至少周期性占优势;第二,基底因排水不良而以水成土为主;第三,因水淹或间歇性水浸作用,常有填充土、沉积物或有机物堆积层发育(Cowardin et al.,1979)。20世纪90年代初期,美国国家研究理事会(National Research Council,NRC)提出湿地是一个依赖于在基质的表面或附近持续的或周期性的浅层积水或水分饱和的生态系统,并且具有持续性的或周期性的浅层积水或饱和的物理、化学生物特征;并认为可以根据水成土壤和水生植被两个特征评判湿地发育与否(Wetlands,1995)。1995年美国农业部定义湿地为一种土地,同时具有一种占优势的水成土壤,经常被地表水或地下水淹没或饱和,生长有适应饱和土壤水环境的典型水生植被,在正常情况下,生长有一种典型性植被。国际湿地科学家学会主席William J. Mitsch及合作者自1986年就撰写了Wetlands一书,并陆续再版4次,该书中给出的湿地科学定义包括3种要素:**,湿地是以水的出现为判别标准;第二,湿地常常发育独*的、不同于其他地区的土壤;第三,湿地生长着适应于潮湿环境的水生植物(Mitsch and Gosselink,2007)。 美国比较重视湿地研究和湿地管理工作,不同的行业部门均提出了相应的湿地概念。除了上述典型定义外,其他国家也开展了相应的研究。加拿大国家湿地工作组对湿地做出如下定义:湿地是指长期存在潮湿的土壤,在化冻季节水淹或地下水位接近矿质土壤,生长水生植被的地方。这一定义强调湿地水分饱和时间足够长,从而促进湿成和水成过程,并以水成土壤、水生植被和适应潮湿环境的生物活动为标志,并提出了水深不超过2m,原因是水深超过2m,挺水植物无法生长,只能界定为湖泊水体(Group,1988)。Loyd等(1993)定义湿地为一个地面受水浸润的地区,具有自由水面,通常是常年积水,或季节性积水,也有可能在有限时间内没有积水。日本学者认为:湿地主要有3个特征,即潮湿、地下水位高、土壤至少会间歇性处于饱和状态(梁树柏,2003)。赞比亚的湿地研究人员认为:湿地是指存在有周期性大水泛滥并有土壤交替出现的区域,或者水深不超过几米的长期淹没区(Tiner,1999)。澳大利亚的湿地定义为,湿地是指永久性淹水区或者暂时性水涝地,暂时性的湿地必须有足够的频率或者持续时间的影响生物的地表水(Tiner,1999)。 中国湿地研究起步较晚,但是进展很快。在1987年,《中国自然保护纲要》把沼泽和滩涂合称为湿地。后来,徐琪提出:一般而言,湿地是受地下水浸润或地表水周期或季节性浸淹的土地(梁树柏,2003)。佟风勤和刘兴土(1995)指出陆地上常年或者季节性积水和过湿的土地并与其生长、栖息的生物种群,构成湿地生态系统。由于上述广泛的湿地定义,王宪礼和肖笃宁(1995)通过国内外湿地概念的梳理,总结出了构成湿地的3个基本要素:水的出现是湿地的**标准,独*的土壤是湿地与高地相区别的特征要素,适于潮湿环境的水生植物生长是湿地的重要标志。陆建建(1998)认为湿地是陆缘且含60%以上湿地植物的植被区,水缘为海平面以下6m的水陆缓冲区,包括内陆与外流江河流域中自然的或人工的,咸水的或淡水的所有富水区域,但不包括枯水期水深超过2m的区域。近年来,有关湿地和湿地生态系统的论著蓬勃发展,分别有《湿地生态系统保护与管理》(吕宪国,2004)、《湿地生态系统观测方法》(吕宪国,2005)、《沼泽学概论》(刘兴土等,2006)、《湿地学》(崔保山和杨志峰,2006)、《湿地生态学》(陆健健等,2006)、《中国湿地与湿地研究》(吕宪国,2008)和《湿地概论》(于洪贤和姚允龙,2011)。这些系统性的湿地专著都对湿地的定义范畴进行了回顾和评述,广泛支持湿地是地球表层的水陆过渡的地理综合体,具有3个相互影响的基本特征:一是地表常年或季节性积水;二是土层潜育化;三是有喜湿生物栖息活动。 当前国际上对湿地的定义较为多样,各有侧重。*为宽泛的是《关于特别是作为水禽栖息地的国际重要湿地公约》(又称《国际重要湿地公约》《Ramsar公约》)中对湿地的定义:“不论其为天然或人工、长久或暂时性的沼泽地、泥炭地或水域地带,静止或流动的淡水、半咸水、咸水水体,包括低潮时水深不超过6m的水域;同时,还包括邻接湿地的河湖沿岸、沿海区域以及位于湿地范围内的岛屿或低潮时不超过6m的海水水体。”《国际重要湿地公约》对湿地的定义有利于管理部门划定湿地管理界限,有利于流域尺度上建立联系、协同保护湿地,被158个缔约国所接受,现今应用*为广泛。 随着湿地科学的深入研究和发展,湿地逐渐作为一种重要的生态系统而备受关注。湿地生态系统与森林生态系统和海洋生态系统并称地球上三类*重要的生态系统。湿地生态系统是陆地与水域之间水陆相互作用形成的特殊的自然综合体,其独*性在于它特殊的水文状况、水陆交错作用及其产生的特殊的生态系统功能,包括陆地主要淡水生态系统(如河流、浅水湖泊、沼泽等)、陆地与海洋过渡带的滨海湿地生态系统和海洋边缘部分咸水、半咸水水域生态系统(陆健健等,2006)。湿地生态系统通过物质循环、能量流动和信息传递将陆地生态系统与水域生态系统联系起来,因而生物多样性极为丰富、单位生产力较高。有研究指出,所有类型的湿地生态系统的净初级生产量平均值一般为600~2000g/(m2 a)(陆健健等,2006)。湿地生态系统具有水源调蓄、水质净化、气候调节、物种保存、野生动物栖息地等基本生态效益,也具有为工业、农业、能源、医疗业、交通运输等提供大量生产原料的经济效益,还具有作为物种研究和教育基地、提供旅游娱乐场所等社会效益。因此,湿地生态系统是自然-经济-社会复合系统,湿地生态系统的健康是经济社会可持续发展的保障。湿地生态系统要持久地维持或支持其内在组分、组织结构和服务功能健康发展,必须要实现其生态合理性、经济有效性和社会可接受性。湿地生态系统包括非生物组分和生物组分两大部分,前者主要涉及基质(岩石、土壤)、介质(水、空气等)、气候(温度、降水、风等)、能源(太阳能及其他能源)、物质代谢原料等要素;后者即通常所说的生态系统的生产者、消费者和分解者。湿地土壤、水文、气候和生物等是湿地生态系统的主要要素,这些要素之间及各要素与外部环境之间是相互制约、相互作用的,是一个复杂的非线性动态过程(崔保山和杨志峰,2001)。每个因素的变化,都会在一定程度上破坏生态系统的稳定性,进而影响生物群落的结构。这也说明湿地生态系统是一个脆弱的生态系统,易受到人类活动的扰动和破坏,需要加强保护、修复和综合治理。 1.1.2 湿地的类型及分布概况 湿地分类是湿地整体中各部分之间相互有序关系的反映,有利于描述相同自然属性的生态系统单元,进行科学的编目和制图,形成统一的学术概念和规范用语,促进湿地科学更好发展(Mitsch and Gosselink,2007)。通过湿地分类,还可以将不同的湿地纳入统一框架下,方便湿地管理工作者制定政策和保护湿地。当前国内外湿地分类方法研究一般包括成因分类法、特征分类法和综合分类法三大类。成因分类法主要描述形成湿地的气候和地貌条件(包括地貌部位、地质基底条件、地貌外动力条件等)来区别湿地。特征分类法根据湿地的水文条件、植被类型等表观特征和内在动力特征的差异来区别湿地,定量化指标有所增加。综合分类法是基于前两种分类方法发展起来的,它既能反映湿地的成因及湿地分类中不同层次的诸多自然表观特征,又能反映湿地不同层次特征的相似性。 由于湿地定义的国家和地区间差异,湿地类型的划分也存在很大差别。但是《国际重要湿地公约》为了提高其适应性机制,要求各缔约国采用较为一致的“湿地种类”分级制度,并于1990年6月在第四届缔约国大会上发展和通过了一个新的分类系统。这个系统首先把湿地分为天然湿地和人工湿地两个子系统,天然湿地再分为海洋/海岸湿地和内陆湿地。海洋和沿海湿地分为12型,内陆湿地分为20型,而人工湿地分为10型,共42种类型。《国际重要湿地公约》分类是基于全球尺度,综合考虑各缔约国湿地分布范围和特点,从有利于湿地管理的角度展开分类,体现的是全球尺度下的湿地类型的层、级结构特征。各个国家的湿地分类系统是基于各国资源普查的需要,依据各个国家的湿地分布特征等进行分类,体现的是国家尺度下的湿地类型的层、级结构特征。例如,中国具有广阔而多样的湿地,主要包括沼泽湿地、湖泊湿地、河流湿地、河口湿地、海岸滩涂、池塘水库、农业稻田等。中国湿地划分根据实际情况和湿地资源调查规范,将湿地划分为5类(近海与海岸湿地、河流湿地、湖泊湿地、沼泽湿地和人工湿地),共34型。有关湿地的主要类型及其特征,详见[崔保山和杨志峰(2006)、于洪贤和姚允龙(2011)]。从湿地分类的侧重点看,湿地分类一般比较侧重对天然湿地分类系统的建立,根据自然条件特征对天然湿地的划分比较详细。对人工湿地分类的系统研究比较少,主要是根据湿地用途对农村人工湿地进行了较详细的分类,但是对城市人工湿地的分类研究基本处于空白阶段。 中国湿地分布范围广阔,从寒温带到热带、沿海到内陆、平原到高原山区均有分布。中国湿地类型多样,表现出同一地区内有多种湿地类型和一种湿地类型分布于多个地区的特点,构成了丰富的组合类型。根据植被和地区差异,中国湿地可分为7个主要区域:东北中高纬湿地、黄河中下游湿地、长江中下游湿地、华南沿海湿地、云贵高原湿地、西北干旱和半干旱湿地、青藏高原高寒湿地(于洪贤和姚允龙,2011)。东北地区湿地主要以沼泽和沼泽化草甸为主,这些沼泽和沼泽化草甸面积随着纬度的增加而增加。华北地区由于水资源短缺、人口密集,天然湿地较少,零星分布于河流、湖泊岸边。水库、池塘、运河、沟渠、盐田和鱼虾养殖池等人工湿地比较丰富。华中地区是我国淡水湖泊集中分布区,发育有我国*大的自然和人工复合湿地生态系统。华南地区以滨海湿地和河流湿地为主,其次为人工湿地,湖泊和沼泽湿地面积较小。西南地区天然湿地以河流、湖泊和沼泽为主,其中,河流主要是大江大河的上游地段,湖泊多发育于夷平面陷落区域,面积较小,沼泽多分布在高寒气候区,包括高山泥炭地和湖滨沼泽等。西北地区天然湿地包括河流、湖泊和沼泽等,并主要分布在新疆和甘肃省内。内蒙古高原发育众多的河流和湖泊,湿地类型包括森林沼泽、灌丛沼泽、草本沼泽和苔藓沼泽等。青藏高原湿地广泛发育,包括泥炭沼泽、潜育沼泽、河流湿地、湖泊湿地和水库等。泥炭沼泽主要发育在冰蚀湖盆洼地、沟谷、扇缘、阶地等区域。总之,中国湿地类型全、分

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