中亚干旱区水资源时空分布不均且匮乏，在全球气候变暖背景下，社会经济发展引起的水质性缺水也日益严重。然而，目前水质水资源环境问题仍未能得到足够的关注，相关研究缺乏，由此给水质评价和水资源开发管理计划带来不确定性。
鉴于此，在国家自然科学基金新疆联合重点项目和中国科学院战略性先导专项等项目资助下，中国科学院南京地理与湖泊研究所吴敬禄研究员团队开展了中亚干旱区湖泊流域水土环境特征及其变化研究，并在河湖流域水质水资源特征、湖泊沉积记录的历史洪水环境事件以及流域沉积物环境空间分布特征等方面取得进展。
针对干旱区河湖流域水质水资源问题，团队以中哈跨境流域巴尔喀什湖-伊犁河流域为例，基于水体化学数据，结合水体氢氧同位素示踪技术，定量估算了自然和人为因素对流域水环境变化的贡献量（图1）。研究表明，流域人类活动对水体主要离子组成影响较小，平均贡献量约为6.6%，而碳酸盐和硅酸盐等岩石矿物风化来源的贡献量分别为55.1%和26.7%。空间上，河流中下游地区水体受到人类活动影响明显增强。相关研究成果发表在水文领域主流刊物Journal of Hydrology，论文全文链接：https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2021.126565。
图1巴尔喀什湖-伊犁河流域水质水资源特征及其影响因素
区域气候环境变化的信息被详细地保存在湖泊及流域沉积物中。通过对沉积物的多环境代用指标综合分析，可以有效地恢复区域气候水文变化历史及环境事件，为正确理解气候环境演化机制、评估未来变化趋势提供科学依据。在此，选取吉尔吉斯坦伊塞克湖浅孔岩芯沉积物，通过多环境代用指标分析，恢复了近300年来湖泊水文演化序列，并识别了多次洪水事件（图2）。研究表明，AD1860前后流域内存在显著的气候水文事件，1860年以来湖泊水位波动剧烈，水位总体下降，期间发生了多次流域洪水事件；近十几年来，区域降水和径流增加，湖泊水位有所回升，但洪水事件频发。通过与山地树轮、冰芯等记录比较，探讨了气候水文演化的机理。相关研究成果发表在水文领域主流刊物Hydrological Processes，论文全文链接：https://doi.org/10.1002/hyp.14136。
图2 伊塞克湖沉积岩芯记录的洪水等水文环境变化
此外，研究团队通过不同河湖体系表层沉积物元素浓度分析，对主要重金属污染特征、污染来源、生态风险进行研究（图3）。计算重金属富集因子（EF）表明，区域内Cr、Cu和Ni的富集极少，Pb中度富集，而Zn显著富集。从空间分布来看，EF-Pb值在研究区西北平原区沉积物中最高（R1），其次是伊塞克湖流域（R2），污染最小的区域是咸海流域（R3）和巴尔喀什湖流域（R5）；而EF-Zn值在整个研究区域普遍较高。源解析表明，该区人为排放的重金属污染物高于自然源，贡献量分别为59.58%和40.42%。但是生态风险评估表明，总体上重金属污染程度低，处于低风险等级。进一步不同污染源的生态风评估显示，燃料燃烧、大气沉降和工业活动等来源的污染物生态风险高于其它来源。相关研究成果发表在主流刊物Journal of Soils and Sediments，论文全文链接：https://doi.org/10.1007/s11368-021-03061-3。
图3 中亚干旱区不同湖泊流域表层沉积物采样点（a），重金属富集因子的空间分布（b）和来源分析图（c）
