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。
我校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Pb210与Cs137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，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。
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。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。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）。
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Cd和As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Cd和Pb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（Pratte 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3-6环PAHs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（Bao 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1950s后50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（Bao et al. 2021）。
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古环境高分辨率综合研究，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。
该研究得到国家重点研发计划（2016YFA0602300，2019YFA0607100），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 Bao，Yifeng Zhang，Claudio Zaccone，Michael E Meadows. 2021. Human impact on C/N/P accumulation in lake sediments from northeast China during the last 150 years. Environmental Pollution, doi:10.1016/j.envpol.2020.116345.
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
作者/通讯员:李汉杰 | 来源:地理科学学院 | 编辑:华维勇
