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论文应用沉积学、自然地理学、遥感、地理信息系统和可持续发展学等学科的理论体系,在自然基金项目的资助下,通过野外调查采样、实验室测定和室内统计分析等方法,从沉积物粒度、地球化学元素、遥感与GIS应用等三个方面对苏北平原区洪泽湖现代环境变化特征进行系统研究和分析,得出如下结论:
(1)洪泽湖沉积物颗粒较细,沉积环境较稳定,通过两种不同方法测定的沉积速率基本相等为0.40cm/a。通过<137>Cs测年数据分析可知,洪泽湖环境变化按沉积速率可分为三个不同的阶段:1963年~1975年,沉积速率为0.50cm/a,该阶段沉积速率主要受洪、涝灾害的影响,人类活动影响相对较小;1975年~1986年,沉积速率最大,为0.55cm/a,此阶段,苏北地区经济快速发展,湖区周围植被破坏严重,同时,江淮地区洪、涝灾害频繁,大量侵蚀物质被带入湖中,导致沉积速率上升;1986年~2003年,沉积速率较低,为0.24 cm/a,这与90年代植树造林力度加大、森林覆盖率提高、水土流失减少、进入湖中的侵蚀物质数量趋于稳定有很大关系。
(2)所采沉积柱位于洪泽湖湖心位置,受入湖河流影响及人类活动干扰小,沉积物粒度参数更多地反映了比较稳定的沉积环境。HLCl剖面上,平均粒径随深度变化表现为两种不同的变化趋势:112cm~50cm,沉积物粒度逐渐变粗,平均粒径由16.44μm上升到43.56μm,粗粉砂和细砂含量增加;50cm至表层,沉积物粒度逐渐变细,平均粒径由35.70μm下降到14.18μm,细粉砂含量由22%上升至47%,粘土含量由6%上升至15%,砂含量有所下降由35%下降为20%。在50cm深度,沉积环境发生变化。根据<210>Pb和<137>Cs测年的结果,按0.4cm/a平均沉积速率推算,50cm深度所对应的时间约为1875A.D.,此阶段,随着黄河改道北归(1855A.D.)、高家堰大堤的不断增高以及洪泽湖的不断淤浅,入湖水动力减弱,沉积物粒度逐渐变细。
通过对洪泽湖沉积物各粒度参数指标的综合分析并结合该地区1736~1911年文献记载的年最高水位变化、1914~1999年蒋坝水文测站的水位、流量资料以及通过对苏北地区近百年来降水量变化趋势分析可知,江苏近百年来气候干湿变化具有以下规律:本世纪20年代前为低温期,30~60年代中期为高温期,60年代中期至70年代末为温度下降期,80年代后温度上升。该时段沉积物粒度参数也可细分为如下四个小的阶段,即1890~1910年(45~37cm),沉积物平均粒径较大,物质组成以粉砂为主;1911~1945年(36cm~23cm),沉积物平均粒径相对较小,物质组成以细粉砂和粘土为主;1946~1979年(22cm~10cm),沉积物粒径相对较粗,物质组成以细粉砂为主:1980年以后(10cm至顶),平均粒径相对而言较小,物质组成以细粉砂为主。由此说明,洪泽湖沉积物粒度变化特征在一定程度上与江苏近百年来的气候干湿变化规律相一致。
(3)以黄河干流沉积物的化学元素含量值作为洪泽湖底泥中的元素环境背景值,采用R型聚类分析方法对洪泽湖主要地球元素化学的统计特征及浓集系数进行相关性分析并按其分析结果将元素分为五组,第一组元素的种类最多,主要包括Al、Fe、Mg、Na、K和微量元素Ni、Cr、 Zn、Cu、Ba等造岩矿物;第二组元素包括Ca和Sr;第三组元素为Mn和Pb;第四组元素为Ti和Si;第五组元素主要为As;通过对五组不同元素的分析,可以看出,流域气候变化及人类活动是影响元素含量变化的主要原因。同时,通过对(CaO+MgO+Na<,2>O)/Al<,2>O<,3>元素组合的研究发现:(CaO+MgO+Na<,2>O)/Al<,2>O<,3>的比值在1782年、1927年、1982年相对较大而在1740年和1883年比值相对较小。结合沉积物粒度及气候、降雨资料,可以看出1782、1927及1982年属于淮河流域相对干旱阶段,而1740年及1883较小的元素比值含量则揭示了降水较多的湿润气候。由此说明,沉积物化学元素在一定程度上能够反映区域气候变化特征。
(4)对比20世纪20年代、60年代、70年代地形图及1979年MSS卫星影像、1989年和2000年TM卫星影像,在地图、遥感和地理信息系统一体化理论的基础上分析了洪泽湖湖泊面积在人类活动影响下的变化趋势及变化原因:1929年~1960年,洪泽湖面积从四周向内缩小,大约减少了45.384Km<2>,年均递减率为0.17%;1960年~1979年,洪泽湖面积减少了60.308km<2>,年均递减率为0.173%;1979年~2000年,洪泽湖面积减少了126.916km<2>,年均递减率为0.342%。通过对洪泽县历年人口增长资料(1949~2003)、不同时期湖区面积变化叠置结果及近现代气候变化特征进行分析,可知引起洪泽湖面积变化的原因主要为:①人口增长、城市化进程加快及工农业经济的发展使洪泽湖部分沼泽湿地被围垦或辟为养殖区;②大量水利工程设施的修建导致湖区面积减少;③气候变暖,降水量减少以及沿淮、沿湖工农业及城乡居民用水量增大,导致湖区面积进一步萎缩。
(5)采用主成分监督分类方法,通过对水域图像数据的主成分分析,依据不同类型水体的光学特性,将洪泽湖水质水域划分为五个等级即“清洁1”,“清洁2”,“清洁3”,“一般水体”和含悬浮泥沙或藻类水体。并对整个湖区水域的水质状态进行了系统分析,得出其环境变化趋势为:湖区水质从西向东,从北向南由清洁优质水体向一般水体依次递减,并逐年下降。一般水体所占面积上升较快,由1989年的19.97%上升为1998年35.21%,增长部分主要集中于淮河入湖口及北部成子湖地区;含悬浮泥沙或藻类水体面积由1989年的36.08%下降为1998年的27.12%。总的来说,清洁水体面积有所下降,一般水体面积相对上升,这一方面与淮河流域“九五”期间水域环境治理有关,另一方面也反映了人类活动对湖沼湿地资源的破坏,及围湖养殖对洪泽湖水环境的影响。
在对洪泽湖环境进行综合分析的基础上,根据洪泽湖不同的环境特点将全洪泽湖区域划分为五个不同级别的生态地域系统,并对其进行了较为详细的分析和规划,提出了将洪泽湖湿地自然保护区建设和区域经济特别是生态旅游的发展有机结合的建议,以促进湖区经济、资源的可持续发展。