黄东海泥质区痕量污染物记录及其对5千年以来中国文明进程的响应

The trace pollutants including polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), mercury (Hg), lead (Pb) and so on from the central mud in Yellow Sea and distal mud in East China Sea are believed to be mainly from the atmospheric deposition transported from the East Asian continent. Sediment records of target pollutants are closely related to the historic population scale and civilization evolution, and also can track the influence of climate change on the migration of the East Asian ethnic groups, and major natural disasters as well as wars. In this application, the central mud in South Yellow Sea and distal mud in East China Sea are chosen as the study areas, and the PAHs, Hg and Pb are selected as the target characteristic trace pollutants. The objectives of this proposal are to reconstruct the 5ka year high-resolution/precision sediment records of concentrations, fluxes and isotopic composition for PAHs, Hg and Pb; to track the periodical response of these trace pollutant sediment records to the metal smelting growth, fluctuation of population scale, major wars, energy structure change and transformation from the agricultural civilization to industrial civilization in China; and to reveal the coupled response of the 5ka year trace pollutant sediment record to the anthropogenic activity and climate change. This application will first fully extract the natural environmental baselines of target pollutants in the Yellow Sea and East China Sea on centennial-millennial scale, and can establish a high-resolution sediment record of major civilization evolution and environmental change since the early occurrence of anthropogenic activity in East Asia. This is a exploring study on the response of trace pollutant sediment record to the civilization evolution in East Asia, which is significantly meaningful for understanding the global biogeochemical cycles of target pollutants.

黄东海中远端泥质区的多环芳烃、汞和铅等痕量污染物主要源自东亚大陆大气沉降输入，其沉积记录与人类历史的人口规模和文明演进密切相关，也反映气候变化导致的东亚民族迁徙、重大自然灾害与战争等事件的阶段影响。本申请拟选择黄东海中远端泥质区为靶区，以多环芳烃、汞和铅为特征污染物，采用高分辨、高精度分析手段，建立5ka以来目标污染物浓度、通量和同位素组成的沉积记录，追溯其对中国金属冶炼发展、人口规模消长、重大战争、燃料结构变化、农业文明向工业文明演替的阶段性响应；揭示5ka以来污染物记录与人类活动及气候变化的耦合响应关系。本申请将首次比较完整地从百年-千年尺度提取黄东海目标污染物的自然环境基线，建立东亚规模人类活动以来重要文明进程及环境变化的高分辨记录，是东亚文明进程沉积记录响应研究的新探索，对认识目标污染物的全球生物地球化学循环有重要的科学意义。

本课题就黄、东海泥质区痕量污染物记录及其对5千年以来我国文明进程的响应进行了比较深入的系统探讨，从百年-千年尺度提取了黄东海目标污染物的自然环境基线，初步揭示了痕量污染物记录对文明进程及气候变化的阶段性耦合响应。取得如下主要研究成果： 1）中国边缘海远海沉积柱Δ199Hg为正值，1950年前样品的Δ199Hg值高于1950年后；近岸沉积柱Δ199Hg值1950年前为负值，1950年后则大多近于零，表明我国的工业化和经济发展对中国边缘海Hg的沉积通量有显著影响， 1950年以来工业源汞输送入海量显著增加，土壤源汞向海的输入量则因流域水库建造截留而显著减少。2）黄海的焦炭沉积记录揭示了中国北方自然火灾的减少主要受控于6千年以来千年尺度上变冷变干的气候变化。自青铜器时代开始（距今约4 ka BP），烟炱浓度显著增加，并与焦炭不存在相关性，表明人类用火活动产生的烟炱量开始超过自然火的贡献量。烟炱的浓度变异可与汉代大规模使用煤炭/木炭、唐代推广本土炼焦技术以及中国古代社会动荡时期相耦合，其信号变异可作为追踪华北文明进程的良好代用指标。3）辽河口湿地1850s前低分子量（2+3环）多环芳烃浓度的增加与东北地区人口迁移的增长相同步，反映了在农业经济社会背景下，人口的多寡是影响低分子量多环芳烃浓度变异的重要因子；1950s后，在工业化和快速经济发展背景下，高分子量多环芳烃（4-6环）的浓度变异主要响应于区域能源结构的演变，人口数量的变化则不再具有主导制约作用。4）东中国边缘海多氯联苯沉积通量在1950s-70s中期和1990s-至今出现两个明显的峰值，分别对应于中国多氯联苯的十年生产期（1965-1974年）和现代经济高速发展期（如水泥和钢铁的巨量生产）导致的非故意性多氯联苯的排放增加，这与工业化发达区域多氯联苯的环境输入呈下降或稳定趋势显著不同，指示了中国城市化和工业经济的发展进程。5）东中国边缘海有机氯农药六六六和滴滴涕的沉积通量皆于1980s达到峰值，之后显著降低，与中国这两类污染物生产使用和禁用存在较好的响应关系。6）汞稳定同位素的三元混合模型源解析发现长江口-东海内陆架沉积物中汞的主要来源为工业源汞（51.8±24.5％），土壤源汞（29.2±17.0％）和大气沉降源汞（19.1±17.5％）；长江可向东海输入大量工业源的汞。