察汗淖尔表层沉积物GDGTs分布特征及影响因素

目前,甘油二烷基甘油四醚(GDGTs)组成和分布特征已被成功应用于古气候古环境重建中。然而,越来越多的研究表明除温度和pH值外,GDGTs也受其他环境因素影响,这导致了在同一地区运用多种温度和pH校准公式得到的结果差异较大,特别是在干旱地区尤为显著。因此,有必要开展现代过程GDGTs分布及其影响因素的调查,以提高温度和pH校准公式的适用性。为此,我们以北方察汗淖尔湖泊为中心,分析流域内24个湖泊沉积物和土壤GDGTs组成和分布。结果显示,所有样品GDGTs分布模式相似,其中古菌类异戊二烯GDGTs(简称isoGDGTs)以crenarchaeol为主,GDGT-0次之,crenarchaeol’含量较低,指示GroupⅠ.1b型奇古菌输入较多;细菌支链GDGTs(简称brGDGTs)中五甲基化brGDGTs丰度最高,其次是六甲基化和四甲基化brGDGTs。群落指数(community index,CI)表明,产brGDGTs的细菌群落属于冷簇,且冗余分析显示pH值对brGDGTs分布影响显著,二者可能共同导致了应用多种校准公式计算结果与器测记录之间的差异。通过该项工作我们认为在利用GD...     

中国酸碱度不同湖泊四醚脂类分布影响因素及对湖泊古环境重建的启示

湖泊沉积物中甘油二烷基甘油四醚化合物(GDGTs)在记录陆地古气候方面有着重要作用.然而,这些化合物,尤其是细菌支链GDGTs(bGDGTs)异构体(5-,6-甲基bGDGTs)在中国不同酸碱性湖泊中的分布及其影响因素仍未可知.本文通过对碱酸度不同的湖泊进行对比,并结合其他环境变量,调查了GDGTs各类化合物在中国中东部湖泊系统和西南酸性青海中的分布特征及其影响因素.结果表明,湖水含氧量能够影响湖泊古菌群落结构,从而影响古菌iGDGTs的分布.GDGT-0/crenarchaeol比值随着含氧量降低而增高,表明厌氧的产甲烷古菌或混杂型泉古菌(MCG)与奇古菌相对含量受控于湖水含氧量.含氧量较低的湖泊奇古菌贡献GDGTs化合物比例较小,四醚指数TEX_(86)不能用来重建表层湖水温度.与土壤不同的是,湖水pH并不会影响古菌iGDGTs和细菌bGDGTs的相对含量,但在单一湖泊,如腾冲青海中,古菌与细菌的相对含量(R_(ilb))与水深相关.虽然这些湖泊中细菌bGDGTs的甲基化指数(MBT')与年均大气温度(MAT)和pH(或年均降雨量)相关,环化指数(CBT)仅与pH相关,但基于5-甲基bGDGTs的MBT'_(5ME)与MAT的关系并不明显,反而是表征6-甲基bGDGTs甲基化程度的MBT'_(6ME)与MAT更相关.与全球土壤相似,湖泊中5-,6-甲基bGDGTs的相对含量也主要受pH影响.因此,6-甲基bGDGTs的相对含量(IR)或CBT'可以作为潜在的湖泊pH计.但在较小pH梯度下,IR和CBT'两个指标可能受其他环境因子,如温度等的影响.     

湖泊水位记录支持中国北方全新世中期降水达到最高值

东亚夏季风北边界的湖泊水位记录所指示的区域全新世夏季风演化历史备受争议.文章以中国北方一个封闭湖泊过去15000年来甘油二烷基甘油四醚(GDGTs)的记录来探讨此问题.湖泊表层和岩芯沉积物数据结果显示,GDGT-0和brGDGTs均来源于湖泊内部自生.从湖岸到湖中心,表层沉积物中GDGT-0和brGDGTs含量随着水深...     

青藏高原东北部青海湖距今12ka以来的四醚指标BIT记录:对古环境重建的启示

早期的研究认为湖泊沉积物中的支链GDGTs(b GDGTs)主要来自陆地土壤细菌,而奇古菌醇由水生奇古菌产生,因此湖泊中表示b GDGTs与奇古菌醇比值的BIT指标可用于衡量陆源有机质的输入程度.然而越来越多的研究表明,湖泊环境中普遍存在着自生的b GDGTs,这样,湖泊沉积物中的BIT指标可能不能用来指示陆源物质输入.尽管如此,最近对非洲Challa湖的研究表明BIT仍可作为一个有效的古水文指标,但是在不同的湖泊中BIT对古水文变化的响应可能有所不同.本文调查了距今12 ka以来青海湖沉积物中的BIT及其相关GDGTs含量的变化.结合已发表的表层样品数据发现,青海湖沉积物中BIT的变化主要反映了奇古菌醇含量的变化,而不是细菌b GDGTs含量的变化.在青海湖中,由于奇古菌醇含量与水深正相关,因此BIT与水深负相关.这与Challa湖BIT与湖面或降雨正相关的情况相反,表明不同湖泊中BIT对水文变化的响应有所差异.因而在应用BIT重建特定湖泊古水文变化时,需要先确定控制其沉积物BIT值的主要因素.     

湖泊水体微生物四醚膜脂化合物研究进展

来源于微生物膜脂的甘油二烷基甘油四醚类(GDGTs)化合物是近年来被广泛用于古环境定量重建研究的化合物之一,究其原因在于此类化合物对环境响应敏感,特别是温度与pH值等,据此而建立的一系列GDGTs指标有效定量重建海洋、湖泊、泥炭以及土壤等不同沉积载体的环境信息.目前已在全球范围广泛开展湖泊沉积物GDGTs的研究工作,相继建立的全球以及不同区域尺度的湖泊沉积物GDGTs校正方程,已被用于湖泊古环境的定量重建研究,有效记载古湖泊环境变迁信息.相较之下,基于湖泊水体GDGTs的调查工作则起步较晚,但越来越多的研究显示,不同类型湖泊水体普遍贡献GDGTs,然而究竟此类水生来源GDGTs是否与陆源以及湖泊沉积物GDGTs具有类似的分布,以及他们对环境因素的响应如何,这都为湖泊古温度定量重建研究带来不确定性.基于此,本文总结这10年来湖泊水体GDGTs研究工作的进展,首先阐述湖泊水体不同来源(古菌以及细菌)GDGTs的分布情况,研究发现水体不同层位GDGTs浓度以及各组分之间存在差异,并且水深在不同湖泊对GDGTs浓度以及各组分相对比例的影响存在差异.此外还总结湖泊水体中古菌来源isoGDGTs以及细菌来源brGDGTs的生物来源,并进一步分析环境因素对不同深度水体GDGTs分布的影响,虽然温度依然是影响水体中GDGTs分布的首要因素之一,然而湖泊水深、温度以及水体中溶解氧浓度等因素存在着一定的耦合关系,这些因素往往协同作用于水体GDGTs,因此会为评估环境因素对水体GDGTs的影响带来难度.     

长白山冷湿环境下不同海拔土壤四醚膜脂对环境的响应:对海拔与古环境重建的启示

甘油二烷基甘油四醚化合物(GDGTs)是陆地和海洋环境中古环境和生态定量重建的重要工具.目前对陆地土壤GDGTs的研究主要集中在相对暖湿和冷干气候区,冷湿条件下GDGTs对环境的响应尚不清晰.基于此,本文选取具有冷湿气候条件的长白山作为主要研究对象,探究长白山不同海拔土壤GDGTs的分布特征及相关指标对环境的响应.结果表明,长白山冷湿气候条件下,由古菌iso GDGTs分布反映的长白山不同海拔土壤古菌群落结构发生了显著变化,古菌群落结构对温度指标TEX_(86)产生影响;此外,温度季节性对TEX_(86)的影响也较为显著.细菌5-甲基br GDGTs的甲基化指数MBT′_(5me)及MBT_(5/6)与土壤含水量具有一定的相关性而与温度关系不显著,说明MBT′_(5me)及MBT_(5/6)指标可能并不适用于冷湿环境下的温度和海拔重建.6-甲基br GDGTs甲基化指数MBT′_(6me)、环化指数(CBT、CBT_(5me)、CBT_(6me))与甲基位置异构化指数(IR_(IIa′)、IR_(IIIa′))都与p H呈现显著相关性,表明这些指标在冷湿条件下仍具有反映土壤p H的潜力.不同地区的MBT′_(5me),MBT′_(6me)组合与典型气候型(冷干、暖湿、冷湿和暖干)存在较好的对应关系,冷湿条件下MBT′_(5me)值较小(0.65),而MBT′_(6me)值较大(0.55),表明MBT′_(5me)-MBT′_(6me)联合具有指示古气候型的潜力.     

中国边缘海环境中GDGT的研究进展

甘油二烷基甘油四醚(glycerol dialkyl glycerol tetraethers,GDGTs)作为古菌和细菌的生物标志物,广泛存在于陆地(土壤、泥炭、石笋、湖泊、河流和热泉等)和海洋环境中.近年来,基于这些化合物的环境指标(如表层海水温度指标TEX_(86),陆源输入指标BIT,平均大气温度指标MBT/CBT)已经被广泛应用于大洋和陆相环境,成为研究古环境和生物地球化学过程强有力的工具.相对而言,这些指标在边缘海尚未得到充分应用,主要是由于边缘海沉积环境复杂、物源多样且受人类活动影响.本文总结了已发表的关于中国边缘海(南海、东海和黄海)及主要大河河口(珠江口和长江口)的GDGTs研究结果,以更好地理解GDGTs及相关环境指标在中国边缘海的分布特征和应用潜力.     

青藏高原湖泊表层沉积物GDGTs分布特征及其影响因素

过去温度变化的定量记录对于深入探讨气候变化机制非常重要,不仅有助于检验并改善气候模式模拟的准确性,也可以为全球变化背景下的气候变化幅度提供参考.青藏高原由于其特殊的地理位置影响着大气环流格局,研究青藏高原气候变化有助于理解高原对全球气候变化的响应及其与全球气候系统之间的关系.生物标志化合物代用指标在气候变化研究中的应用为定量重建高原过去温度变化提供了可能.湖泊沉积物中甘油二烷基甘油四醚类化合物(GDGTs)来源相对复杂,其分布特征受多种气候与环境因素影响.本文对青藏高原27个湖泊表层沉积物及部分湖泊流域表土样品GDGTs进行分析,探讨湖泊表层沉积物中GDGTs分布特征的影响因素,并建立其与气候要素的定量关系.结果显示:(1)绝大多数湖泊表层沉积物GDGTs以b GDGTs为主,crenarchaeol和GDGT-0含量较低;(2)高原多数湖泊表层沉积物与表土GDGTs分布没有显著差异,表明i GDGTs可能同时来源于湖泊环境和陆源输入;(3)湖泊表层沉积物i GDGTs分布主要受湖水水化学要素(p H和盐度)及近地表大气年均温的影响,对于青藏高原小型湖泊,TEX86可能反映湖水p H的变化;(4)湖泊表层沉积物b GDGTs分布主要受气候要素(温度和降水)控制;(5)利用已发表的转换方程重建高原同一地区温度差异明显,因此利用GDGTs定量重建青藏高原过去气候前必须开展GDGTs的现代过程调查.本研究基于湖泊表层沉积物b GDGTs分布,分别利用代用指标(MBT,CBT)及不同b GDGTs化合物组分丰度(fabun)与湖泊所在地的年均气温(MAAT)建立了适用于青藏高原湖泊古气候研究的转换方程,为高原古气候定量重建提供研究基础.     

Environmental impacts on the distribution of microbial tetraether lipids in Chinese lakes with contrasting pH: Implications for lacustrine paleoenvironmental reconstructions

Glycerol dialkyl glycerol tetraethers(GDGTs) in lake sediments are useful biomarkers for the continental paleoclimatic reconstruction. However, the environmental controls on the distribution of these compounds, in particular the 6-methyl isomers of bacterial branched GDGTs(bGDGTs), in the lakes with contrasting pH, are still unknown, hindering their application for paleo-reconstructions. Here, we investigated the environmental impacts on the distribution of GDGTs in 17 alkaline lakes and 1 acid lake in China. It was found that the dissolved oxygen content in water column may have an impact on the distribution of archaeal isoprenoid GDGTs(iGDGTs) by causing the change in archaeal communities. The ratio of GDGT-0/crenarchaeol increases with decreasing oxygen content, indicating that the relative abundance of anaerobic methanogenic archaea or Miscellaneous Crenarchaeotic Group(MCG) vs. aerobic Thaumarchaeota is controlled by the oxygen content dissolved in water of these lakes. Thaumarchaeota are likely to contribute only a small proportion of iGDGTs in the relatively oxygen-depleted lakes, and thus TEX_(86) is not suitable for the reconstruction of the surface temperature of these lakes. The abundance ratio of iGDGTs to bGDGTs(R_(i/b)) appears to show no relationship with water pH in all the lakes, but exhibits a significant positive correlation with the water depth of the acid Lake Qinghai in Tengchong. As expected, the methylation degree of bGDGTs(MBT′) was found to correlate with both mean annual air temperature(MAT) and water pH, and the cyclization degree of bGDGTs(CBT) correlates only with water pH in these lakes. However, the MBT′_(5ME), an index to measure the methylation degree of 5-methyl bGDGTs, exhibits no relationship with MAT, whereas MBT′_(6ME), the methylation degree of 6-methyl bGDGTs, was found to correlate significantly with MAT. This is opposite to the situation observed in the global soils, pointing to a different adaptation of b GDGT-producing bacteria to environmental variables or different microbial sources of bGDGTs in these lakes. The relative abundance of 6- vs. 5-methyl bGDGTs is controlled by pH in these lakes, similar to that observed in worldwide soils. Hence, the isomer ratio(IR) of 6-methyl bGDGTs or CBT′ can be used as a proxy for water pH, although they might be influenced by other environmental factors including temperature in the lakes with a narrow range of pH.     

运用生物标志物研究全新世南黄海泥质区陆源有机质输入的变化

分析南黄海中部泥质区柱状样ZY1和ZY3中的生物标志物,来研究全新世沉积有机质的来源和运输过程的变化.根据海源生物标志物(菜子甾醇、甲藻甾醇和长链烯酮含量的总和(?PB,Phytoplankton Biomarker)和泉古醇(crenarchaeol))、陆源生物标志物(烷醇(?n-alkanols)和土壤厌氧细菌生物标志物(br GDGTs))以及TMBR′和BIT指标,重建了全新世黄海海源有机质(marine organic matter,MOM)和陆源有机质(terrestrial organic matter,TOM)的沉积历史.结果表明海源有机质和陆源有机质的变化与陆地植被丰度、海洋浮游植物生产力和海洋环流系统的输运过程有关.受海洋环流系统不断增强的影响,全新世南黄海海源生物标志物含量呈增加趋势,指示了海源有机质输入的增多.陆源生物标志物含量变化波动较大,揭示了影响黄海陆源有机质埋藏的因素可能更复杂:早全新世(7200~6000cal a BP)陆源有机质输入量适中,由于环流系统还未形成,输运黄海陆源有机质有限,但仍存在河流输运的陆源有机质.中全新世(6000~3000cal a BP)陆源有机质含量较低,陆源有机质供应的减少和环流系统输运的增强共同导致陆源生物标志物含量减少,但是变化趋势比较稳定.晚全新世(3000cal a BP至今)南黄海陆源有机质增加,原因是尽管陆地有机质的供应减少,但由于环流系统增强,输运较多陆源有机质至南黄海中部.     

中国东海过去1.4万年以来的沉积演化:基于脂类标记物的古环境重建

中国东海自末次冰消期以来,经历了多次海平面快速上升的气候事件,为了解这种频繁的海侵过程对中国东部大陆架海域的影响,本文利用有机地球化学方法分析了位于长江口水下三角洲的柱状岩芯样品,并据此重建了该区域过去1.4万年以来的沉积环境演化.本次记录反映了两种不同的沉积环境,阶段Ⅰ(13.8-8 cal ka BP)以陆相环境为主,具体表现在细菌支链甘油二烷基甘油四醚(缩写为brGDGTs,平均浓度值约143 ng/g沉积物干重,GDGT浓度单位缩写为ng/g dsw)的浓度明显高于古菌类异戊二烯甘油二烷基甘油四醚(缩写为iso-GDGTs,平均浓度值约36 ng/g dsw),陆源输入指标值(BIT)接近陆相端元(0.78),同时GDGT-0/crenarchaeol(R_(0/5))的比值也在高值区间剧烈波动(0.52-3.81).阶段I还出现了短暂的气候变化事件,分别跟新仙女木事件(YD,12.9-12.2 cal ka BP)和北半球冰融水事件(MWP-1B,11.5-11.1 cal ka BP)相对应.各项环境指标在8-7.9 cal ka BP均发生了显著的变化,以BIT值的快速下降(0.4)和海洋古菌标志物crenarchaeol的优势丰度为特征,进入海相沉积的阶段Ⅱ.此后,各项参数保持相对平稳,暗示该阶段处于稳定的高海平面的现代海洋沉积环境.BIT指标在本次工作中得到极好的应用,可以准确区分陆相和海相环境.鉴于阶段I陆相环境的BIT高值,由TEX_(86)(TetraEther Index of tetraethers consisting of 86 carbons)衍生的表层海水温度指标TEX_(86)-SST在阶段Ⅰ未能真实地反映表层海水温度信息,该指标在阶段Ⅱ((21.6±0.9)℃,n=49)则反应了年平均表层海水温度.基于MBT'/CBT(Methylation of Branched Tetraethers)/Cyclization of Branched Tetraethers)的平均大气温度(MAT)在整个记录中呈现出缓慢下降的趋势((14.3±0.6)℃,n=68),跟长江流域中下游的年平均大气温度一致,证实了MBT'/CBT-MAT在该海域的适用性.     

海南尖峰岭不同海拔土壤中微生物脂肪酸和脂肪醇分布特征及对古海拔、古温度重建的启示

海南尖峰岭不同海拔造成的年平均温度差异为检验和建立基于微生物类脂物的环境替代指标提供了良好条件.尖峰岭土壤中含有种类丰富的微生物脂肪酸和脂肪醇化合物,包括异构/反异构脂肪酸(i/aC12:0~i/aC19:0),10-甲基十六酸、异构和反异构脂肪醇(i/aC13~iC26)、10-甲基十六醇和不饱和脂肪醇,指示了尖峰岭土壤中强烈的微生物活动.土壤中异构和反异构脂肪醇,不饱和脂肪醇主要以结合态,即蜡脂形式存在,只有经过皂化才能释放出支链脂肪醇.反异构十五酸/异构十五酸与海拔成正相关关系,表明温度降低能够引起反异构十五酸相对比例的增加.与脂肪酸不同的是,反异构十五醇/异构十五醇,反异构十五醇/正构十五醇随海拔升高却逐渐降低,表现出随温度降低减小的趋势.同样,单不饱和十八醇/十八醇比值随海拔升高而逐渐减小,与微生物脂肪酸不饱和度随温度降低而增加的规律相反.此外,植物叶蜡长链正构脂肪醇(C22~C30)的平均碳链长度ACL,正构脂肪醇(C14~C31)的碳优势指数CPI与海拔(或年平均温度)呈显著相关关系,证明了其应用于古气候重建的潜力.因此,微生物脂肪酸和脂肪醇、高等植物叶蜡都能够灵敏的响应环境温度的变化,可以为重建古温度和古海拔提供新的途径.     

三种碳源对乌梁素海好氧不产氧光合细菌群落结构的影响

好氧不产氧光合细菌(AAPB)营光合异养,在水体碳循环中起着重要作用.但是,碳源对AAPB群落结构的影响尚不明确.本文基于16S rDNA和光合反应中心合成中的关键基因——pufM基因,运用变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术,比较分析了在微生物分离培养中常用的3种碳源(葡萄糖、丙酮酸钠、酵母提取物)对乌梁素海水体总细菌及AAPB群落结构的影响.结果表明,不同碳源诱导7~21 d后,水体总细菌群落丰富度及多样性指数均有不同程度的提升,AAPB群落则呈现先升后降的趋势.3种碳源中,丙酮酸钠添加后对总细菌及AAPB菌群的丰富度和多样性的提升效果最好.测序及系统发育结果表明,乌梁素海水体经诱导后新检测到了一些原环境中未发现的菌属,一些具有特殊碳代谢能力的菌属丰度得到了提升.本研究为充分认识和理解AAPB的生态学作用和意义,及其富集、分离和培养提供了基础依据.