湖相介形类壳体地球化学在环境变化研究中的应用与进展

双壳微体甲壳类动物介形虫,广泛分布于各类湖泊体系中,其碳酸盐壳化石通常在湖泊沉积物中保存完好,介形类的古生态学,尤其是介壳的地球化学在环境变化研究中,近年来得到越来越广泛的应用,介壳的氧同位素组成四形成壳体时湖水的同位素组成和温度决定,可以反映由蒸发和降水的变化所引起的湖水水化学以及与之关联的气候变化情况,一般而言,低δ^18O反映了温度潮湿的气候;高δ^18反映了寒冷干燥的气候,碳同位素可以反映总溶解无机碳的组成以及影响其组成的诸因素的变化,多数情况下可以反映湖泊古生产力的大小及变化,介壳中Mg和Sr的含量,往往与其宿生水体的盐度和温度呈一定的函数关系,据此可以恢复湖泊的温度,尤其是盐度的变化,为了满足高分辨率环境变化,特别是定量研究的要求,必须充分了解介形类各个种属的生命历史和生态消长的过程;通过定期收集野外介壳和水样进行化学分析了,了解湖水水化学和温度对介壳稳定同位素和微量元素组成的影响;详细了解湖泊湖沼学,包括湖水的同位素组成和M/Ca（M指微量元素Mg、Sr等）与盐度的关系以及它们随空间和季度变化的特征;开展实验室养殖培养实验,测定单个种属介壳与水体的氧同位素分馏系数,建立微量元素吸收的生理效应。     

利用介形类壳体Sr, Mg重建古环境受自生碳酸盐矿物的限制及机理探讨

以云南鹤庆盆地HQ孔上部15~55 m沉积物中2个不同种属的介形类壳体为研究对象, 通过比较壳体中Sr/Ca, Mg/Ca之间及其与沉积物Sr含量的关系, 得出以下结论: (1) 壳体Sr/Ca, Mg/Ca首先反映的是该介形类生存的微生态环境; (2) 壳体Sr/Ca较Mg/Ca更好地线性响应水环境的变化, 但当体系中有文石结晶沉降时Sr/Ca不再线性响应湖泊水体盐度的变化; (3) 壳体的Sr/Ca完全受控于湖水盐度及水体中自生碳酸盐矿物的结晶过程, 而壳体中的Mg/Ca则受湖水盐度和温度控制, 实际上温度只是壳体生长速率对壳体Mg/Ca控制的外在表现. 建议在以后的古环境重建及室内培养实验时, 更多地关注沉积物组成及其自生矿物结晶对生物壳体微量元素(如Mg/Ca, Sr/Ca)组成的制约.     

内蒙古岱海古水温定量恢复及其古气候意义

通过分析岱海岩芯沉积中介形类壳体（Limnocythere of.inopinata）的Sr/Ca比值,结合现代活体介形类生态特征研究,获取了湖水的定量古盐度.另外,在实验室内开展湖水蒸发模拟试验,建立了湖水盐度与氧同位素之间的定量函数关系,获取了古湖水的氧同位素.最后,根据岩芯沉积中自生碳酸盐矿物的氧同位素分析值,结合古湖水的氧同位素组成,定量恢复了岱海古湖水温度,并探讨了其古气候意义.     

西藏地区现代沉积物中介形类环境指示意义初探

于2008和2012年先后2次从西藏阿里和那曲地区61个不同水体,包括不同盐度的湖泊、湿地、浅水坑和河流等,共采集了78个水体表层沉积物样品,用以研究该地区现生介形类的生态分布及其环境指示意义.经鉴定,阿里和那曲地区现生介形类共计11属38种.除Ilyocypris neoaspera等5个种外,本次调查的介形类各属种均在湖泊中出现,尤以Limnocythere dubiosa的总壳瓣数最为丰富.Ilyocypris属中除Ilyocypris subdunshanensis和Ilyocypris xizangensis外,其余各种均喜浅水坑的小型浅水环境.Leucocythere dilitata、Limnocythere dubiosa、Limnocytherellina kunlunensis和Eucypris rischtanica为该地区的广盐种.其中Limnocythere dubiosa和Leucocythere dilitata适应盐度范围最广,在不同盐度的各类水体中均有出现.本次研究中的介形类均喜碱性水体,在p H值为8~9的水体中介形类各属种的丰度值达到最大.     

青藏高原陆相介形类的分布特征及其对生态环境的响应

统计分析了青藏高原不同区域水体环境表层沉积物陆相介形类的属种分布特征,探讨了介形类在不同水环境下（盐度、pH值及水深）对生态环境的响应.结果显示,青藏高原现生介形类共计21属67种,其中Candona candida、Ilyocypris bradyi、Eucypris inflata、Limnocythere dubiosa、Limnocythere inopinata、Paracypricerus angulata、Leucocytherella sinensis和Leucocythere mirabilis为青藏高原地区的常见种.湖泊、河流、洼地和湿地4类水体环境中,湖泊中介形类最为丰富,达19属62种;青藏高原东北部（祁连山和柴达木盆地）、北部（昆仑山）、西部和南部不同区域的介形类常见种存在较大差异,可能是区域海拔、pH值和盐度综合作用的结果.淡水和微咸水环境介形类属种数量较咸水及盐湖中丰富,分别有17属41种和13属42种,Limnocythere dubiosa （0.52~90.6 g/L）和Leucocythere mirabilis（0.51~174.63 g/L）在淡水、咸水及盐湖中均有出现,适应盐度范围较广;pH值在8.0~10.0范围内介形类属种多样性最丰富,表明大部分介形类具有嗜碱性的特征;青藏高原陆相介形类属种多样性随水深的增加而降低,浅湖（0~15 m）中介形类属种最为丰富,达到17属52种,其中Candona candida（0.2~80 m）和Leucocythere dorsotuberosa（0.3~110 m）从滨湖至深湖区均有分布,二者均具有较大的水深适应范围.     

青海湖布哈河口区表层沉积物有机质分析及其比较沉积学意义

青海湖布哈河口区与晚三叠世鄂尔多斯盆地及四川盆地具有相似的古地理特征和水体环境,对布哈河口区表层沉积物中有机质的类型和丰度进行研究具有重要的比较沉积学意义.通过对布哈河口区河流、三角洲平原、前三角洲、滨湖、浅湖及半深湖环境表层沉积物样品全岩组分、总有机碳(TOC)及有机质类型进行分析,确定布哈河口区表层沉积物中有机质主要为Ⅱ2型和少量Ⅱ1型,TOC含量不超过4.29%,其中半深湖TOC含量最高并且有机质类型较好.布哈河口区表层沉积物中TOC含量主要受黏土矿物含量、有机质生产力和水深控制,半深湖沉积物具有较高的黏土矿物含量、较高的有机质生产力、较好的有机质类型和较大的覆水深度,有利于有机质的生产和保存,为河口区最有利于烃源岩发育的环境.同时,根据前三角洲、浅湖及半深湖沉积物中TOC含量与水深存在良好的相关性,建立了利用岩石中TOC含量对古水深进行恢复的公式.     

δ13C和δ15N指示不同生态类型湖泊无机氮及有机质来源

为了探讨不同生态类型湖泊(天然湖泊、城市湖泊)中无机氮和有机质来源,分别采集湖泊中水体、表层沉积物、水生植物、底栖动物进行碳、氮同位素特征分析.结果表明:蚌湖水体δ15N-NH4均值为-1.8‰±1.0‰,δ15N-NO3-均值为-0.5‰±1.7‰,说明蚌湖水体氮表现为雨水和农业肥料氮污染;象湖δ15 N-NH4+均值为6.8‰±8.6‰,其中养殖废水和管道排污口δ15N-NH4+值分别为13.5‰和25.4‰,表现出污水氮同位素特征,象湖δ15 N-NO3-均值为-2.9‰±4.2‰,是氨的硝化作用引起的氮同位素分馏所致.蚌湖表层沉积物、水生植物δ15N差别不大,分别为6.6‰±0.3‰、7.1‰±0.7‰,水生植物δ13C均值为-27.5‰±0.3‰,比沉积物δ13C偏负3‰.有机C/N为9.4±0.5,比沉积物C/N明显偏高6,反映水生植物是蚌湖有机质的主要来源.象湖表层沉积物δ15N、δ13C及有机C/N分布范围大,δ15N在3.6‰～8.3‰之间,均值为5.9‰±1.6‰,δ13C在-27.1‰～-24.7‰之间,均值为-26.0‰±1.0‰,有机C/N在2.6 ～10.8之间,均值为6.2±2.7,表明城市湖泊沉积有机质来源复杂.2个湖泊蚌类δ15N组成与各自湖泊表层沉积物δ15N组成相对应.     

冰封期达里诺尔湖同位素与营养盐分布特征及关系的定量分析

以内蒙古高原的达里诺尔湖为研究对象,对其在冰封期湖水不同相态下总氮(TN)、总磷(TP)浓度以及氢、氧同位素比值的分布特征和定量关系进行初步研究.结果表明:1)在冰封期,达里诺尔湖水体中营养盐的平均浓度相对较高,已远超过国家Ⅴ类水质标准.水体中TN、TP浓度均大于其在对应冰体中的浓度,均值分别是对应冰体中的9.91、3.11倍,说明低温冷冻过程对达里诺尔湖水体中的氮、磷具有浓缩效应.而通过与非冰封期的对比发现,湖冰的排氮效应强于磷.2)冰封期由于结冰过程中同位素热力学分馏明显,加之贡格尔河的入流补给,使得达里诺尔湖冰体中的氢、氧同位素比值远高于水体中的比值,同时,随冰层的加深,同位素逐渐偏重.3)冰封期达里诺尔湖水体及冰体中,同位素比值与营养盐浓度均呈显著负相关,水体的相关性较冰体要好,在冰层中,随着冰层的加深相关性越明显.利用SPSS统计软件分析发现同位素比值与营养盐浓度的相关关系显著,水体中最大相关系数达到0.991,冰体中达到0.988;氢同位素(D)与TN、TP浓度的关系式分别为:TN=-0.2825δD-6.0083和TP=-0.0805δD-1.2395,这为研究湖泊营养盐的时空变化规律提供新的手段和理论.     

大柴旦盐湖中镭同位素分布特征来源及示踪意义

为了查明大柴旦湖周围水体相互作用过程,2016年3月和7月分别采集了大柴旦周围多种水体样品、悬浮颗粒物和湖底沉积物.测试了大柴旦盐湖、深部地下热水、表层地下水热水、浅层地下水、河流水体中镭同位素的活度值,通过解吸和扩散实验,获得了河流悬浮颗粒物和湖底沉积物扩散的镭同位素活度值.结果表明:河口区(3L10、3L11、3L12)~(223)Ra、~(224)Ra、~(226)Ra和~(228)Ra活度比湖中心的活度值高,湖水中~(223)Ra、~(224)Ra、~(226)Ra和~(228)Ra活度先随着盐度的增加而升高,当盐度大于168.99‰时,则随着盐度的增加而降低,这表明镭同位素在进入湖体是先发生解吸,后发生镭同位素的共沉淀.深部地下热水~(223)Ra、~(224)Ra和~(228)Ra的活度值是表层地下热水~(223)Ra、~(224)Ra和~(228)Ra活度值的3～4倍,而~(226)Ra活度值正好相反,表层地下热水中~(226)Ra的活度值比深部地下热水中~(226)Ra的活度值高,在表层具有明显的积累现象.这是由于短半衰期~(223)Ra、~(224)Ra和~(228)Ra发生衰减,而长半衰期~(226)Ra得到积累的原因,从而表明镭同位素的运移方向是从深部往上涌的过程.大柴旦盐湖中的镭同位素主要来源于深部地下热水、浅层地下水和河流.大柴旦周围水循环过程是雨和冰雪融水下渗补给深部和浅层地下水以及地表径流;深部地下热水一部分上涌至表层,经过出山口之后全部转化为浅层地下水,一部分通过深大断裂汇集到大柴旦湖;浅层地下水直接汇集到湖盆;地表径流在山区下渗补给浅层地下水,丰水期汇入到湖盆.     

特异湖浪介对水化学环境因子的形态学响应

对青藏高原东部边缘地区、藏北、藏南及藏中地区50多个湖泊水体现生介形类和水化学样品进行了同步采样. 现生特异湖浪介的成体体长与其栖息地的水化学资料的对比结果表明: 特异湖浪介的成体体长与湖水的电导率存在明显的定量关系. 提出了应用特异湖浪介的成体体长指标, 定量恢复古盐度的经验公式, 并应用该经验公式重建了错鄂CE-2孔的古盐度, 通过与其他重建古环境方法的比较, 对该方法进行了验证.     

Quantitative reconstruction of the lake water paleotemperature of Daihai Lake, Inner Mongolia, China and its significance in paleoclimate

By measuring Sr/Ca ratios of the ostracod shells (Limnocthere cf. inopinata) in sediments of the Daihai Lake, and combined with Sr²⁺/Ca²⁺ ratios of the lake water, this paper obtained paleosalinity of the lake water. Vaporizing experiment of the lake water in laboratory showed that there was a quantitative relationship between salinity and oxygen isotope. Using this relationship, oxygen isotope values of the paleo-lake water were calculated. By measuring the oxygen isotope of the authigenic carbonate in the lake’s sediments, and in combination with the oxygen isotope values of the paleo-lake water, the paleotemperature of the lake water was calculated. Finally, based on these proxies, the paleoclimate in the lake basin was explored.     

Constraints of authigenic carbonates on trace elements (Sr, Mg) of lacustrine ostracod shells in paleoenvironment reconstruction and its mechanism

Molar ratios of Mg/Ca and Sr/Ca were measured in two species of ostracod shells preserved in the upper core (15-55 m) of the Heqing Basin in Yunnan Province, southwest China. By correlating the molar ratios between Mg/Ca and Sr/Ca and comparing them with Sr concentrations of the sediments, we suggested that: (1) the molar Mg/Ca and Sr/Ca ratio variations in respective ostracod primo re- flected the changes in its ambient water composition and ecology; (2) the molar Sr/Ca ratios responded better to the salinity change linearly than Mg/Ca without aragonite precipitation in the system, and otherwise there was no linear relation between them; and (3) the molar Sr/Ca ratios were mainly con- trolled by salinity and authigenic carbonate precipitation, whereas the molar Mg/Ca ratios were related to both salinity and temperature. In fact, the rate of ostracod growth owing to temperature controls the fluctuation of Mg/Ca in shells. Here, more attentions should be paid to the constraint of authigenic mineral precipitation processes on the trace elements in ostracod shells and to the correlation between these trace elements in biogenic carbonates and compositions of the sediments in systems and in fu- ture in vitro experiments.     

Paleotemperature variations at Lake Caohai,southwestern China,during the past 500 years:Evidence from combined δ~(18)O analysis of cellulose and carbonates

The oxygen isotopic values of aquatic plant cellulose and carbonates in Lake Caohai sediments were measured using a continuous flow isotopic ratio mass spectrometer(CF-IRMS).Because of predictable oxygen isotopic fractionation between cellulose and its source water,the oxygen isotopic composition of paleo-lake water has been established quantitatively.Combined oxygen isotopic values of cellulose and carbonates were used in the‘Craig’equation to determine paleotemperatures and their variation in the lake during the past 500 years.Results show that the paleotemperature trend correlates well with meteorological records from Weining.There are four notable cold intervals at Lake Caohai over the past 500 years,namely 1540–1570AD,1670–1715AD,1780–1870AD and 1900–1930AD,and the former three cold intervals have been observed in the conventional Little Ice Age(LIA).These cold periods at Lake Caohai correspond well with those recorded from tree ring,peat,and ice core data from adjacent regions,particularly temperature those inferred fromδ18O of peat cellulose from Hongyuan Southwestern China.The trend in paleotemperature variations at Lake Caohai are also consistent with both the change of Indian summer monsoon,derived fromδ18O values of a stalagmite in Dongge,and a recorded shift in solar activity.The findings of this study illustrate that coupled analysis ofδ18O values of cellulose and carbonates from lake sediments may be used as a paleotemperature proxy.These results also provide further evidence of the existence of LIA in southwestern China.     

地下水补给型湖泊表层沉积物矿物组成及其形成机制——以巴丹吉林沙漠湖泊群为例

盐湖中的矿物沉积记录着丰富的环境气候变化信息,是古环境研究的重要对象.在无地表径流补给的盐湖中,其矿物组成及沉积特征与有地表径流补给的湖泊相比是否有一定的特殊性,是值得探讨的问题.采集巴丹吉林沙漠33个不同矿化度地下水补给型湖泊的表层沉积物和10个地表风积砂样品,通过X衍射的方法,分析样品的矿物组成.结果显示:湖泊表层沉积物主要为石英、长石、辉石、云母等碎屑矿物,部分湖泊含有少量的碳酸盐和氯化物盐类矿物.湖泊沉积物的矿物组成与湖水矿化度的关系较为密切,淡水湖仅分布碎屑矿物,微咸水湖含有碎屑矿物和碳酸盐类矿物,盐湖含有碎屑矿物、碳酸盐类矿物和氯化物.风积砂样品中主要为碎屑矿物,占总矿物含量的90%,对湖泊沉积物的矿物组成影响较大,但对湖泊沉积物中的盐类矿物没有贡献,表明湖泊表层沉积物中盐类矿物主要是自生作用形成的.虽然本地区湖泊边缘的沉积物中盐类矿物种类相对较少并且含量较低,但其盐类矿物组成与分布能够响应湖水矿化度的变化,其环境指示意义与有径流补给的盐湖相同,可以指示其湖水的盐度.因此,可以从巴丹吉林沙漠地下水补给型湖泊沉积的盐类矿物中提取相应的古环境信息,用于恢复古气候和古环境的研究.     

近十年青海湖水生态系统生产总值变化及其影响因素

受气候变化和人类活动影响,湖泊水生态系统及其服务功能发生改变,研究湖泊水生态系统生产总值动态变化及其影响因素,对于维护湖泊健康生命、实现湖泊功能永续利用具有重要意义。选择位于气候敏感区和生态脆弱区的青海湖作为研究对象,根据青海湖水生态系统特征及当前保护状况,筛选调节服务及文化服务2类8个评估指标,构建湖泊水生态系统生产总值指标体系,核算2010—2020年青海湖水生态系统生产总值,分析其变化趋势及主要影响因素。结果表明,2010—2020年青海湖水生态系统生产总值总体呈波动上升趋势,变化范围为6903.47亿~7848.55亿元;调节服务是青海湖水生态系统主要的服务类型,占比高达91%。近十年,气候调节和水质净化价值有所减少,其他服务功能价值均呈增加趋势。水源涵养价值增加最多,增长760.70亿元;气候调节价值下降最多,减少658.59亿元。偏最小二乘回归分析表明,水温、水位是影响青海湖水生态系统生产总值的主要因素。气候变化影响下,水温升高引起初级生产力增加及鱼类数量增长,同时近年来水体矿化度下降有利于水生生物生长,提高了固碳释氧和物种保育价值。水位与水面面积增加引起水源涵养、洪水调蓄价值增长;蒸发量减少导致气候调节价值下降。人类合理开发利用与保护作用下,物种保育、休闲旅游和科研教育价值均得到了显著提升。本研究量化了青海湖水生态系统对人类的贡献,为变化环境下退化水生态系统修复、生态保护措施效果定量评价提供了科学依据。建议定期核算青海湖水生态系统生产总值,跟踪评估气候变化与人类活动共同影响下青海湖水生态系统变化,对维持青藏高原东北部生态安全具有重要作用。     

The stable isotope composition of Dead Sea waters

Dead Sea waters are moderately enriched in¹⁸O; the degree of enrichment constitutes a balance between the dilution by freshwater influx and the isotope fractionation which accompanies evaporative water loss and vapour exchange with the atmospheric moisture. Modelling of the seasonal cycle and long-term trends of δ¹⁸O, in response to the changes in the environmental parameters, shows that the major control is exercised by the salinity of the surface waters, through its effect on the vapour pressure gradient between the lake's surface and the atmosphere; the (steady state) isotopic composition of the more saline brines tends towards less enriched¹⁸O values. This fact can explain the relatively high δ¹⁸O levels encountered in the Lisan formation, which was deposited from Lake Lisan, —the less saline Pleistocene precursor of the Dead Sea.     

青海湖表层底泥中放射性同位素137Cs的来源

青海湖是我国环境研究中的一个热点地区,近年来137Cs计年技术已在这一地区得到广泛的应用.已报道的青海湖沉积物中137Cs垂直分布曲线显示,剖面最表层0-1 cm泥沙的137Cs浓度约60 Bq/kg,大致为峰值浓度的2/3,远超过近年来大气沉降137Cs所应带来的沉积水平为查明青海湖表层底泥中放射性同位素137Cs的来源,深入理解湖泊沉积过程,本文对青海湖沉积剖面的137Cs面积活度与137Cs本底值、湖泊表层底泥的137Cs浓度与入湖河流洪水沉积泥沙开展了比对研究.结果表明核爆期间的大气直接沉降是青海湖东南湖湾表层沉积物中的137Cs主要来源,约占4/5,风沙和入湖径流河沙的间接输入的137Cs仅占1/5而最表层0-1 cm的沉积物中137Cs很可能主要来源于底泥扰动,在这样的情况下,利用沉积岩芯开展青海湖环境研究时,分辨率的选取需要慎重考虑这一因素.     

Mediated spatio-temporal patterns of macroinvertebrate assemblage associated with key environmental factors in the Qinghai Lake area,China

The Qinghai Lake area is one of key regions in the Qinghai–Tibet Plateau for supporting a highly specific array of biodiversity. However, little is known about the composition and spatio-temporal patterns of benthic assemblages across this region. Herein, we examined how the community structure and community–environment relationships of macroinvertebrates varied over three consecutive years (2012–2014) across its three distinct water types of the saline main-body (MB) and sub-lakes (SSLs) and the freshwater bodies (FWBs). These waters harbored a poor benthic fauna, with identification of 30 taxa (6 in MB, 6 in SSLs and 23 in FWBs). There were distinct differences of assemblage composition among three water bodies, whereas weak (inter-year) or insignificant (seasons) differences at temporal scales. The CCA models indicated that there were highly naturally-driven environmental-assemblage relationships through time, with constant environmental factors of salinity, water depth and nutrients being the key environmental factors affecting macroinvertebrate variations. The currently overall benthic community composition and structure remains quite stable through years, indicating their suffering less from human activities. These results provide implications for projecting comprehensive benthic biomonitoring and conservation planning for those fragile and under-investigated lakes in the Qinghai–Tibet Plateau.     

18O/16O ratios in sulfate from fossil shells

The measurement of the oxygen isotopic composition of the sulfate separated from fossil shells supplies no reliable information on the isotopic values of dissolved ocean water sulfate in the past. The results obtained suggest that fossils behave as open systems from the point of view of the possible influence of post-depostional processes on the isotopic composition of shell sulfate.     

不同时间尺度青海湖沉积物总有机碳对气候变化的敏感性

湖泊沉积物总有机碳（TOC）含量通常作为表征流域和湖泊生产力的指标,在亚洲季风区也常常被当作夏季风的代用指标,被广泛应用于气候与环境变化研究.本文梳理了过去千年、全新世以及冰期-间冰期时间尺度上青海湖沉积物TOC的变化特征,并探讨了其指示气候变化的敏感性与有效性.结果表明,过去千年青海湖沉积物TOC含量与区域暖季温度和降水表现出较为一致的周期性波动.通过对比全新世区域夏季温度、基于孢粉的降水定量重建结果,以及湖泊水位、风沙活动反映的湿度状况等,发现不能简单地将青海湖沉积物TOC含量或沉积通量作为夏季风强度或者季风降水强度的代用指标.青海湖沉积物TOC含量在冰期和间冰期表现出巨大的差异,指示了冰期-间冰期时间尺度上较大的温度与降水变幅.因此,不同地域条件及不同时间尺度下,湖泊沉积物TOC对气候变化的敏感性不同,将湖泊沉积物TOC含量作为亚洲夏季风的代用指标需要特别谨慎,特别是在高寒气候区.