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难忘2020 精选

已有 1720 次阅读 2020-12-31 09:44 |个人分类:科研教育|系统分类:论文交流

      打开博客,又是好久没有写东西了。这些年,不是不愿看书、不愿写作,但是公开场合写的东西反而少了。究其原因,大抵是随着年龄增长,岁月已经让我关闭了心扉,不大喜欢让人轻易进入自己的内心世界。也难怪那些文学作家,每每创作时都使用笔名落款。

      今天看到博客阅读量有9万人次了,感觉这里还是宣传的好渠道。为了10万+,我想在这2020年倒计时刻,多少写点文字,以纪念这多事之秋的2020。在这里,首先要感谢众多坚守在抗疫一线的医护和科研人员,有了你们辛勤忘我的战斗,我们才在一波一波紧张的疫情战时境况下正常、安全地生活。特别是听到国外朋友诉说他们的糟糕境况时,对我们自己的情况深感欣慰和自豪。其次,受疫情影响,家庭生活模式的变化,天天的测温,还有时时佩戴口罩,让我现在不戴口罩就感觉脸上少了点啥。一年未能回家探亲,老母过度思念,一不留神就摔伤手术,我不得不连续12小时驾车回去陪护。当时心想:老母为了见见子女,也是下血本了,自己只能一声叹息。还有,至亲姨父的离世,让我第一次以成人的角色面对这永远的离别。这个时刻,您更真实领悟到:生命多么可贵,亲情多么宝贵,拥有时千万要倍加珍惜。再次,疫情对我们科研和教学工作影响甚大。曾经的学术会议不能现场参加,都转成线上了。成本降低了,但是同行互动与沟通效应也减弱了,还有对于我们地学人,本是要脚踏实地吃四方饭的,线上会议就减少了很多所见所闻。学生的课堂也以网课为主了,一些既定的野外科考、采样工作和学生的野外实习都后延了,都在寻找新的安排和模式。

       这难忘的2020,实“鼠”不易;所有过往,皆为序章。马上迎来的2021,一定“牛”转乾坤,万世吉祥。最后,把自己过去几年的一点工作做了小结,陈述如下,请大家指正。


松嫩平原人类世环境演变历史研究取得重要进展

过去百年来,全球环境变化已经从全新世自然因素影响为主发展到以人类活动影响为主的人类世时期。现代工业高速发展引起日益加剧的环境污染问题,特别是煤和石油等石化工业产生的重金属污染物,已经对自然生态系统和人类公共健康造成了巨大危害。强烈的人类活动已经导致世界范围内的湖泊与湿地生态系统经历着前所未有的变化,由此产生的一系列生态和环境问题受到了各国政府和广大科研人员的普遍关注。

我国社会经济正处于快速发展时期,面临的迫切问题就是资源和环境问题。石油资源是现代经济发展所需的最重要能源之一,也是人类赖以生存和发展的必要物质基础。随着我国经济快速增长,石油消耗量也在大幅增加,2012年我国石油消费量约为4.76亿吨,位居世界第二;然而石油的大量生产和广泛使用,造成了严重的环境污染和生态破坏问题。这种石油工业引起的重金属环境污染问题在我国典型石油城(如大庆市)尤其严峻。拥有百湖之城的大庆市是我国著名的石油、石化工业城市。大庆油田自开发建设以来,累计为国家生产石油18.2亿吨,为国民建设作出重要贡献。大庆周边湖泊湿地生态系统长期承受着重金属等污染的危害,通过灌溉、养殖,甚至直接作为水源地,对市民的生命安全构成了潜在威胁(图1)。

华南师范大学地理科学学院鲍锟山研究员联合国内外学者,通过对我国东北松嫩平原地区多个湖泊湿地沉积柱芯进行孢粉、粒度、烧失量、碳氮磷及同位素,痕量金属元素、多环芳烃和放射性Pb210Cs137等多项代用指标综合分析,重建了该区域过去百年来工农业污染、植被演替和流域环境变化历史及驱动机制(图1),以期科学评估人类活动和气候变化对松嫩平原湖泊湿地生态系统的长期影响,定量区分污染物的自然背景和人类活动的贡献份额,进而综合确定东北地区人类世的起始时间。

1. 松嫩平原人类世环境演变研究背景、研究区域及研究思路示意图

  

研究发现:在小冰期(LIA)后期,松属、麻黄属、苋科等孢粉含量较高,而莎草科植物的孢粉含量较低,这种植被分布模式是对当时气候变冷变干的响应。在1940年之后,沉积物中粘土含量和有机质含量增加,碳氮比逐渐减小,说明流域侵蚀和湖泊生产力在逐渐增加。自1900年以来,东北地区人类活动增加,森林砍伐等导致松属植被逐渐减少,阔叶落叶林植被逐渐增加,水生植被也逐渐增加,主要是因为区域农业活动及其导致的湖泊水位变化等因素影响。随着东北农业大开发等土地政策的实行,大量边际土地被开垦为农业用地,木本植物逐渐减少。同时,蛇麻籽、蓼属植物、苔儿属植物等指示人类干扰的植被种类逐渐出现,这增加了区域植被的多样性。自20世纪90年代后期,政府开始实行退耕还林政策后,孢粉结果显示流域木本植被又开始增加(图2)。这项工作是较早开展的百年以来基于孢粉重建古植被和土地利用变化的研究,发表在地球科学国际权威学术期刊《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》(Mackenzie et al. 2018)。

 

图 2.jpg

2. 松嫩平原湖泊沉积物中孢粉重建的典型植被类型与区域经济数据比较

 

松嫩平原湖泊湿地表层沉积物中潜在危害痕量元素(PHTEs)相对富集,其中CdAs含量超出区域背景值4倍以上。富集因子和地累积指数都揭示松嫩平原Cd污染达到中等水平,潜在生态风险指数也是中等水平(Liu et al. 2018)。通过柱芯沉积记录进一步分析,发现CdPb污染具有增加趋势。利用Pb稳定同位素组分和富集因子等方法,定量区分了人类活动对Cd的贡献份额,高达75%,提出区域化肥使用等农业活动可能是湖泊湿地中Cd的主要来源(图3Pratte et al. 2019)。因此,随着区域人类活动影响加剧,松嫩平原湖泊湿地生态系统的健康风险会有恶化趋势。利用化学质量平衡模型(CMB)定量解析了湖泊湿地中PAHs的主要来源,发现在过去200年来,农田秸秆燃烧和森林火灾是3-6PAHs的主要贡献者,而在1950s后,化石燃料燃烧(汽油、燃煤和焦炭)对湖泊湿地沉积物中PAHs的增加起主要作用(图4Bao et al. 2020)。此外,碳、氮和磷等营养元素在湖泊沉积物中的累积也从19世纪中叶到20世纪中叶100年间增加了2倍,但从1950s50多年间翻了5倍。这种变化的主要驱动机制是区域人类活动的增加,尤其是农业开垦和化学肥料的大量使用,导致湖泊营养物质和水生植被的增加,将加剧松嫩平原湖泊富营养化趋势(图5Bao et al. 2021)。

 

图 3.jpg

3. 松嫩平原湖泊沉积物中Cd累积速率与区域经济和人为Cd排放通量比较

 

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4. 运用化学质量平衡模型解析松嫩平原湖泊沉积物中多环芳烃不同阶段来源份额

 

图 5.jpg

5. 松嫩平原湖泊沉积物中碳、氮和磷累积速率的不同阶段分析比较

 

上述多指标均揭示松嫩平原地区自1950s以来,农业活动和林材选择性砍伐导致植被覆盖率逐渐降低,流域土壤侵蚀加剧,化肥使用量增加了重金属污染和营养物质输入,化石燃料燃烧也增加了有机污染物。因此,1950s可以作为东北地区进入人类世的起始时间。通过多湖泊多柱芯多指标的高分辨率古环境综合研究,上述成果促进了对东北地区过去百年来人类活动和气候变化驱动的环境变化的科学认识,为松嫩平原地区生态文明建设和绿色发展战略研究提供重要基础数据支持。

该研究得到了国家重点研发计划(2016YFA06023002019YFA0607100),国家自然科学基金(41971113)和科技部科技基础性工作专项(2014FY110400)的资助。相关成果发表在国际著名的环境科学学术期刊《Water Research》,《Environmental Pollution》,《Science of the Total Environment》和《Ecotoxicology and Environmental Safety》上。

 

论文信息如下:

Kunshan BaoYifeng ZhangClaudio ZacconeMichael E Meadows. 2021. Human impact on C/N/P accumulation in lake sediments from northeast China during the last 150 years. Environmental Pollution, 271: 116345.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0269749120370342

Kunshan Bao, Claudio Zaccone, Yuqiang Tao, Jian Wang, Ji Shen, Yifeng Zhang. 2020. Source apportionment of priority PAHs in 11 lake sediment cores from Songnen Plain, Northeast China. Water Research 168: 115158.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0043135419309327

Steve Pratte, Kunshan Bao, Ji Shen, Francois De Vleeschouwer, Gael Le Roux. 2019. Centennial records of cadmium and lead in NE China lake sediments. Science of the Total Environment 657: 548-557. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969718347624

Rongqin Liu, Kunshan Bao, Shuchun Yao, Fuyi Yang, Xiaolong Wang. 2018. Ecological risk assessment and distribution of potentially harmful trace elements in lake sediments of Songnen Plain, NE China. Ecotoxicology and Environmental Safety 163: 117-124.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0147651318306328

Lydia Mackenzie, Kunshan Bao, Limi Mao, Anna-Marie Klamt, Steve Pratte, Ji Shen. 2018. Anthropogenic and climate-driven environmental change in the Songnen Plain of northeastern China over the past 200 years. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 511: 208-217. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0031018218303699

 




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