《青藏高原古湖沼研究（論文）》

青藏高原古湖沼研究摘要:近幾十年來(lái)，受人類(lèi)活動(dòng)和氣候變化的影響，青藏高原面臨湖泊持續(xù)萎縮、水體進(jìn)一步咸化、生物多樣性銳減和土地沙化等一系列生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。19世紀(jì)以來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在青藏高原古湖沼學(xué)、古氣候?qū)W、水文學(xué)和水化學(xué)等4個(gè)方面開(kāi)展了大量研究，認(rèn)為青藏高原形成于早、中更新世，經(jīng)歷了“形成—全盛—穩(wěn)定—萎縮”的演化過(guò)程，它的形成和演化與青藏高原隆升的地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和氣候波動(dòng)密不可分；其水位主要受氣候干濕交替因素控制，但目前還沒(méi)有一個(gè)模型能夠準(zhǔn)確估測(cè)或推演青藏高原水位及水量的變化；青藏高原有典型大陸湖盆硫酸鹽型水體特征，水體總體營(yíng)養(yǎng)水平較低。今后應(yīng)加強(qiáng)氣候變化對(duì)青藏高原生態(tài)環(huán)境變化的影響機(jī)理、氣候模型和生態(tài)環(huán)境變化模型雙向耦合方法研究，運(yùn)用GIS、ＲS和EIS等手段提高對(duì)青藏高原生態(tài)環(huán)境變化研究的時(shí)效性。關(guān)鍵詞:生態(tài)環(huán)境；氣候變化；水環(huán)境；青藏高原1青藏高原概況青藏高原古湖沼，是我國(guó)最大的內(nèi)陸湖泊和國(guó)際七大濕地保護(hù)地之一。它位于青藏高原東北方、祁連山的東南部，北依大通山，南靠青海南山，東臨日月山，西依阿木尼尼庫(kù)山。作為青藏高原最重要的生態(tài)系統(tǒng)之一，青藏高原地處西部干旱區(qū)、東部季風(fēng)區(qū)和世界第三極青藏高原的交匯地帶，屬于全球氣候變化敏感地區(qū)和生態(tài)系統(tǒng)典型脆弱地區(qū)。1844—1930年，20余名國(guó)外學(xué)者對(duì)青海進(jìn)行了初步考察，僅對(duì)青藏高原地形、水深、水位等地理要素做了零星描述。1955年，青海省環(huán)湖建立了多個(gè)水文氣象站，開(kāi)始系統(tǒng)收集湖區(qū)的水文氣象資料。1957年，國(guó)家測(cè)繪局首次航測(cè)了湖區(qū)，并編制地形圖，青海省地質(zhì)局進(jìn)行了區(qū)域地質(zhì)、水文地質(zhì)普查、物探和淺鉆工作，青海省農(nóng)墾廳也在湖區(qū)首次開(kāi)展了植被、土壤調(diào)查。1979年，中科院蘭州地質(zhì)研究所《青藏高原綜合考察報(bào)告》正式出版，標(biāo)志著青藏高原研究已經(jīng)比較系統(tǒng)。1958—1998年，國(guó)內(nèi)有關(guān)學(xué)者先后在湖區(qū)進(jìn)行過(guò)地理、地質(zhì)、地貌、新構(gòu)造、湖沼、動(dòng)物、水生生物、礦產(chǎn)和水力資源等方面的考察以上對(duì)青藏高原的調(diào)查研究積累了大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為以后深入研究提供了寶貴資料。這些研究主要集中在古湖沼學(xué)、古氣候?qū)W、水文學(xué)和水化學(xué)等4個(gè)方面。2青藏高原生態(tài)環(huán)境變化研究進(jìn)展2．1古湖沼學(xué)方面古湖沼學(xué)研究主要關(guān)注青藏高原的形成、演化和歷史沉積過(guò)程。我國(guó)地質(zhì)學(xué)家孫健初在對(duì)青藏高原區(qū)考察后，首次提出青藏高原是由地層斷陷、倒淌河倒流而形成的。方永、陳克造等人對(duì)青藏高原的形成和發(fā)展做了較翔實(shí)的描述，認(rèn)為青藏高原是一個(gè)至少在早更新世就已經(jīng)形成的新構(gòu)造斷陷湖，而目前青藏高原的形態(tài)特征在晚更新世即已奠定了基礎(chǔ)。袁寶印等推演了青藏高原的形成與演化，指出青藏高原發(fā)育主要經(jīng)歷了中更新世湖泊最盛期、晚更新世湖泊穩(wěn)定期和全新世湖泊收縮期三個(gè)階段。賈玉連等對(duì)青藏高原水位推演的結(jié)果顯示，4萬(wàn)年以來(lái)青藏高原至少經(jīng)歷了30～40kaBP、11～13kaBP、5．0～7．5kaBP三期高水位，分別高出現(xiàn)代水位104、104、45m；其他一些學(xué)者也得出了相似的結(jié)論。上述說(shuō)明青藏高原形成的確切年代尚未完全確定，湖相最低層位的準(zhǔn)確測(cè)年等關(guān)鍵環(huán)節(jié)還有待突破，但至少可以估測(cè)它形成于早、中更新世，最早曾是黃河水系的一部分，并經(jīng)歷了“形成—全盛—穩(wěn)定—萎縮”的演化過(guò)程，它的形成和演化與青藏高原隆升的地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和氣候波動(dòng)是密不可分的。2．2古氣候?qū)W方面古氣候?qū)W研究主要集中在青藏高原地區(qū)氣候干濕交替過(guò)程的研究。不少學(xué)者根據(jù)冰芯、樹(shù)木年輪等對(duì)青藏高原流域不同尺度氣候環(huán)境變遷進(jìn)行了研究，還有一些學(xué)者根據(jù)巖心分析結(jié)果對(duì)全新世以來(lái)青藏高原地區(qū)的氣候環(huán)境變遷進(jìn)行了研究。對(duì)照陳克造、賈玉連等對(duì)4萬(wàn)年以來(lái)青藏高原氣候研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，三期高水位分別對(duì)應(yīng)濕潤(rùn)、干冷和濕溫時(shí)期，而干暖與低水位對(duì)應(yīng)，這在一定程度上說(shuō)明濕冷與青藏高原水位正相關(guān)，而干暖是造成湖泊萎縮的直接因素。陳克造等根據(jù)國(guó)外學(xué)者的考察結(jié)果，推測(cè)1884—1886年的水位為3206．6m，1893—1894年的水位為3206．5m，1927年的水位為3205．0m。施雅風(fēng)等人根據(jù)俄國(guó)學(xué)者的考察結(jié)果，推測(cè)1908年青藏高原水位為3205m。這似乎表明在1908—1927年間，青藏高原水位處于基本穩(wěn)定階段，與湯懋蒼等得出20世紀(jì)最初高原氣候處于冷期的結(jié)論是一致的。馮松等認(rèn)為青藏高原近600a來(lái)的水位進(jìn)行推測(cè)，得出青藏高原環(huán)境有180a的變化周期，21世紀(jì)將進(jìn)入水位上升期，這與王蘇民等得出青藏高原近600a來(lái)有5次湖泊相對(duì)擴(kuò)張、水位上升、湖水趨于淡化的結(jié)論類(lèi)似。張恩樓等認(rèn)為青藏高原地區(qū)近900a來(lái)氣候環(huán)境演化過(guò)程為冷濕—暖干波動(dòng)為主的氣候演替類(lèi)型，并經(jīng)歷了5次濕冷期和5次干暖期。以上研究都直接或間接印證了水位上升和下降與氣候濕冷和干暖一一對(duì)應(yīng)。由此可見(jiàn)，進(jìn)入全新世以來(lái)，青藏高原的水位主要是受氣候干濕交替因素控制的，而降雨無(wú)疑是最主要的因素，它和水位高低存在高度正相關(guān)。當(dāng)然也不能忽略氣候變暖導(dǎo)致冰川融雪增加而改變徑流量的因素。2．3水文學(xué)方面水文學(xué)方面的研究主要集中在近期降雨量、氣溫、蒸發(fā)量等氣候要素的波動(dòng)與水量、水位變化之間的關(guān)系方面。一些學(xué)者運(yùn)用氣候?qū)W、熱力學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、運(yùn)籌學(xué)等方法，結(jié)合水文、地質(zhì)特征開(kāi)展了大量的關(guān)于青藏高原水量平衡、水位預(yù)測(cè)及近代水位推測(cè)研究，但由于青藏高原水量、水位和氣候變化息息相關(guān)，其預(yù)測(cè)和推演往往有許多不確定因素。2004年以來(lái)，由于青藏高原地區(qū)降雨逐步增加等因素，水位連續(xù)8年上漲，而之前預(yù)測(cè)結(jié)果和現(xiàn)實(shí)類(lèi)似的僅有少數(shù)學(xué)者，大部分預(yù)測(cè)與事實(shí)相悖。由此可見(jiàn)，截至目前還沒(méi)有一個(gè)模型能夠準(zhǔn)確估測(cè)或推演青藏高原水位及水量的變化，部分學(xué)者對(duì)模型的建立也只停留在探討和概念模型階段，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有量化。如何確切把握氣候變化復(fù)雜條件干擾的主要因素及其趨勢(shì)預(yù)測(cè)是這一領(lǐng)域的難點(diǎn)。2．4水化學(xué)方面水化學(xué)方面的研究主要以水質(zhì)咸化為研究方向。MasonBH最早提出青藏高原湖水屬硫酸鈉亞型。陳克造等對(duì)青藏高原水化學(xué)成分初步分析得出湖水平均礦化度為12．32g/L，pH值為9．0，屬氯化鎂型氧化物水組S1類(lèi)鈉水亞組，湖水已有微弱的水化學(xué)分層現(xiàn)象和水平分帶現(xiàn)象。一些學(xué)者近年來(lái)對(duì)青藏高原的水化學(xué)特征做了初步分析，得出湖水總礦化度為12．49～14．45g/L，有典型大陸湖盆硫酸鹽型水體特征，化學(xué)組分的濃度分配結(jié)構(gòu)正向Ca2+、Mg2+和CO2－+HCO－及SO2－指標(biāo)，為科學(xué)評(píng)估氣候變化對(duì)青藏高原生態(tài)環(huán)境的影響提供對(duì)策和科學(xué)依據(jù)。濃度減小，Na+、K+及Cl－濃度增加方向演化。這些都表明青藏高原與海水相比在化學(xué)組成、特征系數(shù)和水化學(xué)類(lèi)型等方面有明顯區(qū)別，湖水中Na+和Cl－分別為主要的陽(yáng)離子和陰離子，湖水的堿度和含鹽量均高于海水，這對(duì)水生生物及魚(yú)類(lèi)的生存和繁衍造成了一定的危害，也是造成青藏高原物種相對(duì)單一的主要原因。湖水的pH值基本穩(wěn)定在8．41～9．01，并有緩慢升高的趨勢(shì)，高于太湖、巢湖和鄱陽(yáng)湖，說(shuō)明青藏高原水質(zhì)呈堿性，這可能與青藏高原地區(qū)大氣降水呈弱堿性以及表層土壤都是堿性有關(guān)。部分學(xué)者還對(duì)青藏高原水質(zhì)的漁業(yè)適宜性進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果表明青藏高原水質(zhì)滿足漁業(yè)用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，但部分指標(biāo)如pH、COD已達(dá)到V級(jí)，鹽度也明顯上升，青藏高原流域局部水系有機(jī)污染嚴(yán)重。而湖水硝酸鹽濃度的監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，2002—2004年湖水中硝酸鹽含量從2．69mg/L增長(zhǎng)到9．16mg/L。2009年黑馬河硝酸鹽含量達(dá)到了17．3mg/L，海心山附近水域的硝酸鹽含量達(dá)到44．7mg/L，超過(guò)了國(guó)家規(guī)定的生活飲用水地表水源中硝酸鹽含量的最大值10mg/L。由此可見(jiàn)，青藏高原水質(zhì)雖然總體仍然處于較好水平，但隨著氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)加劇，水體水質(zhì)開(kāi)始有惡化的趨勢(shì)，應(yīng)該引起足夠的重視。3研究展望氣候變化對(duì)青藏高原生態(tài)環(huán)境變化的影響，是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，既要考慮氣溫和降水等水循環(huán)因素變化的影響，還要考慮人類(lèi)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)，包括發(fā)展旅游和畜牧業(yè)帶來(lái)的各種影響。結(jié)合氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)，在繼續(xù)開(kāi)展傳統(tǒng)研究的基礎(chǔ)上，今后在青藏高原生態(tài)環(huán)境變化研究中應(yīng)加強(qiáng)以下3個(gè)方面的工作。氣候變化對(duì)青藏高原生態(tài)環(huán)境變化的影響機(jī)理研究氣候變化對(duì)青藏高原生態(tài)環(huán)境的各個(gè)方面，都會(huì)造成直接或者間接的影響，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定各個(gè)生態(tài)環(huán)境因子和水環(huán)境指標(biāo)的關(guān)系，通過(guò)能量和水汽平衡構(gòu)建系統(tǒng)模型，研究不同生態(tài)要素對(duì)應(yīng)氣候要素變化的機(jī)理，確定對(duì)氣候變化敏感的生態(tài)環(huán)境指標(biāo)，為科學(xué)評(píng)估氣候變化對(duì)青藏高原生態(tài)環(huán)境的影響提供對(duì)策和科學(xué)依據(jù)。氣候模型和生態(tài)環(huán)境變化模型雙向耦合方法研究在氣候情景驅(qū)動(dòng)湖泊生態(tài)環(huán)境變化模型的基礎(chǔ)上，研究湖泊生態(tài)系統(tǒng)對(duì)氣候變化的反饋機(jī)制，強(qiáng)化氣候模型和湖泊生態(tài)環(huán)境變化模式的雙向耦合，提高預(yù)測(cè)的可靠性。運(yùn)用GIS、ＲS和EIS等手段提高對(duì)青藏高原生態(tài)環(huán)境變化研究的時(shí)效性在以往開(kāi)展水量動(dòng)態(tài)變化遙感研究的基礎(chǔ)上，深入開(kāi)展青海湖水色水質(zhì)遙感、生物生態(tài)遙感和冰情等研究，構(gòu)建適合青海湖水體的遙感反演算法和模型，為進(jìn)一步探索氣候變化對(duì)高寒生態(tài)脆弱地區(qū)湖泊生態(tài)環(huán)境影響研究提供理論支撐和科學(xué)依據(jù)。參考文獻(xiàn)[1]郭廷彬.中美古湖沼學(xué)合作研究結(jié)碩果[J].地球科學(xué)進(jìn)展,1992(6):90-90.[2]李超.蘇州澄湖古泥沼洼地形成演化與全新世海侵研究[D].華東師范大學(xué),2011.[3]李永飛,于革,李春海,.鄭州—滎陽(yáng)附近全新世湖沼沉積環(huán)境及對(duì)人類(lèi)文化發(fā)展的意義[J].海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì),2014(3):143-154.[4]古濱河.美國(guó)Apopka湖的富營(yíng)養(yǎng)化及其生態(tài)恢復(fù)[J].湖泊科學(xué),2005,17(1):1-8.[5]胡玉,陳建徽,王海鵬.基于搖蚊的古環(huán)境和古氣候國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展與展望[J].地球科學(xué)進(jìn)展,2016,31(8):870-884.[6]胡玉,陳建徽,王海鵬.基于搖蚊的古環(huán)境和古氣候國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展與展望[C]//全國(guó)第四紀(jì)學(xué)術(shù)大會(huì).2014.[7]官子和.中國(guó)常見(jiàn)水生維管束植物孢