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本学位论文以位于长江中下游平原的巢湖作为研究对象,通过沉积岩芯的年代学、磁化率、粒度、烧失量、元素地球化学、孢粉和硅藻等指标综合分析,同时结合流域气候重建资料以及历史文献记录,重点探讨近五百年以来人类活动与气候变化相互作用影响下巢湖生态环境演化及其机制。主要结论如下:
1.全湖七个钻孔磁化率、烧失量和粒度变化具有相似性,且各钻孔间存在两个明显对应层位:①钻孔底部磁化率快速升高层位；②钻孔顶部烧失量和细颗粒含量明显升高层位。这表明巢湖不同湖区对环境变化响应的一致性。个别指标在七个钻孔中的差异可能受成土母质空间差异性和水体搬运及再沉降作用影响。沉积速率在西部湖区比在东部湖区快一倍左右,这表明西湖湖区能获取分辨率更高的沉积记录。
2.硅藻种群时空分布主要响应于湖泊营养水平和水动力条件的变化。表层沉积物和现代水体硅藻组合中均以浮游类型占绝对优势,其中Cyclostephanosdubius、Aulacoseira granulata和Aulacoseira alpigena是三个主要优势属种。C.dubius在营养水平较高的西部湖区占绝对优势。A.granulata在水体扰动强烈的中部湖区占绝对优势,且在雨季高水位期是主要优势种。A.alpigena在东部湖区稍多但含量明显低于其他两个优势种,冬季透明度高的水体中优势明显。
3.巢湖沉积钻孔硅藻组合以浮游类型占绝对优势,附生和底栖类型很少。其中A.granulata和C.dubius是两个主要优势属种,两者互为消长关系。根据硅藻组合和硅藻推导水体总磷值(Diatom-inferred total phosphorus,DI-TP),可将巢湖生态环境演化过程划分为四个主要阶段:①第一阶段(ca.1500-1740AD)硅藻组合中A.granulata占绝对优势,附生和底栖类型硅藻零星出现,DI-TP在60μg/L左右,湖泊处于中营养状态；②第二阶段(ca.1740-1820 AD)富营养种C.dubius大量发育,附生和底栖类型硅藻很少出现,DI-TP在90-130μg/L之间波动,湖泊进入富营养状态；③第三阶段(ca.1820-1978AD)富营养种C.dubius明显减少,而A.granulata逐渐增多,附生和底栖类型硅藻零星出现,DI-TP逐渐降至60μg/L左右,湖泊逐渐恢复到中营养状态；④第四阶段(1978年至今)富营养种C.dubius和A.alpigena开始大量出现,DI-TP快速升至100μg/L以上,湖泊进入明显的富营养化状态。DI-TP结果显示巢湖水体总磷自然本底值在60μg/L左右。
4.近五百年来巢湖生态环境演化受流域地质背景、长期人为干扰以及湖泊水文条件的共同影响。长江中下游其他4个湖泊(太湖、太白湖、龙感湖和洪湖)DI-TP结果显示总磷自然本底值在50μg/L左右,相比而言巢湖偏高10μg/L,可能受流域北部富磷地层的影响。16世纪中叶以来,湿地孢粉含量明显减少、磁化率和地球化学元素含量快速升高,这对应于16世纪流域耕地面积急剧扩张,表明流域农业活动导致土壤侵蚀加剧和入湖物质增多；上世纪50年代以来重金属元素和营养元素含量快速上升表明人为活动引起的物质输入进一步增加。富磷地层和长期强烈的人为活动干扰导致大量营养物质汇入巢湖。在高营养自然本底背景下,江湖水力联系成为调控湖泊营养演化的关键因素。沉积记录显示中值粒径和A.granulata含量与DI-TP呈反向变动关系,即中值粒径较粗且A.granulata占优势反映江湖水力联系增强阶段,营养不易累积,湖泊往往维持或恢复中营养状态(Ca.1500-1740 AD和ca.1820-1978 AD)；反之,中值粒径变细且A.granulata含量明显减少对应于江湖水力联系减弱时期,营养累积加速,湖泊容易发生富营养化(Ca.1740-1820AD和1978年至今)。
5.以硅藻组合(代表水体生态环境)作为响应变量,流域水文和气象数据以及沉积物营养输入指标(TP、TN和TOC)为解释变量,对1950年至今和1970年至今两个时间窗口进行冗余分析表明,1950年至今分析中TP、TN、年均温和水位变幅是显著变量,分别独立解释硅藻数据方差的10.8％、4％、4.6％和5.5％；在1970年至今分析中TP、TN和年均温是显著因子,分别独立捕获硅藻数据方差的11.4％、5.8％和5.2％。因而,1950年以来营养是调控巢湖生态环境演化的决定因素,上世纪70年代之前水文条件起重要的调控作用,70年代以来营养和气候的影响进一步增强。在营养、水文和气候等多胁迫因子共同干扰下,1978年以来巢湖由中营养态迅速向富营养态转变。