1850年以来呼伦湖沉积物无机碳埋藏时空变化

湖泊沉积物碳埋藏及其驱动机制是陆地生态系统碳循环及全球变化研究的热点问题之一,但以往湖泊碳循环的研究大多局限于有机碳,较少考虑无机碳的地位和作用.我国干旱-半干旱地区湖泊众多、无机碳储量丰富,在区域碳循环过程中的作用日益突出,因此探讨这些地区湖泊沉积物无机碳埋藏变化对深入理解区域碳循环具有重要意义.本研究通过对内蒙古高原呼伦湖15个沉积岩芯样品无机碳含量(TIC)的测定,结合沉积岩芯210Pb、137Cs年代标尺,分析了1850年以来呼伦湖无机碳埋藏速率时空变化,并揭示了影响呼伦湖无机碳埋藏的主要因素.结果表明,1980s之前,呼伦湖无机碳含量总体维持在相对稳定的低值,1980s之后开始快速增加,且近百年来呼伦湖平均无机碳含量在不同湖区差异不显著.1850年以来呼伦湖无机碳埋藏速率变化范围约为7.10～74.29 g/(m2·a),平均值约为36.15 g/(m2·a),且大体上可分为3个阶段,即1900s以前相对稳定的低值阶段、1900s-1950s期间的快速增加阶段以及1950s以来的波动增加阶段,各阶段无机碳埋藏速率平均值分别约为10.40、26.29和41.00 g/(m2·a).空间上,呼伦湖无机碳埋藏速率整体表现为中部高、南北两端低的分布格局,这可能与湖心水动力条件相对稳定,有利于碳酸盐沉积有关.此外,呼伦湖无机碳埋藏速率与湖区温度变化呈显著正相关,而与周边人类活动影响关系不明显,表明在未来全球变暖背景下,呼伦湖无机碳埋藏速率将进一步增加,湖泊在区域碳循环中的作用将更加显著.     

近百年来湖泊有机碳与无机碳埋藏响应流域开发的协同变化——以石林喀斯特地区为例

有机碳和无机碳的流域输出是湖泊碳埋藏的重要驱动因子,而喀斯特地区无机碳循环具有反应迅速且对人类活动影响敏感的特点.在流域开发持续增强的背景下,喀斯特地区湖泊有机碳和无机碳的来源、含量与埋藏通量可能会出现同步变化的协同模式.本文以云南省石林喀斯特地区流域土地利用类型不同的两个中型湖泊(长湖、月湖)开展对比分析,通过对沉积物钻孔的土壤侵蚀强度(磁化率)、流域外源输入(C:N比值)、水动力(粒度)、营养盐(总氮、总磷)、藻类生产力(叶绿素色素)等代用指标的分析,结合监测数据和历史资料重建了两个湖泊环境变化的近百年历史,并定量识别了有机碳和无机碳埋藏响应流域开发的变化特征与协同模式.沉积物磁化率和C:N比值结果揭示了流域地表侵蚀和外源输入的阶段性特征,同时总氮和总磷含量记录了长湖和月湖营养水平上升的长期模式.在流域森林覆被较高(33.43%)的长湖中,全岩和有机质C:N比值分别与磁化率信号呈显著正相关(r=0.95和0.89,P<0.001),且与无机碳和有机碳含量呈显著负相关(r=-0.94,P<0.001和r=-0.52,P=0.01),反映了森林植被退化时流域碳输出的减少对沉...     

蓝藻水华衰亡对沉积物碳库有机碳组分的影响

湖泊沉积物碳库作为湖泊生态系统的重要组成部分,对湖泊碳循环起重要作用,而蓝藻水华衰亡过程对湖泊碳库稳定性影响研究较少本研究采集太湖蓝藻、湖水、沉积物样品,建立蓝藻水沉积物室内模拟实验系统,分析蓝藻水华衰亡过程中沉积物碳库易氧化有机碳(EOC)、惰性有机碳(ROC)、微生物量碳(MBC)、轻组有机碳(LFOC)和重组有机碳(HFOC)的变化规律,探究蓝藻水华衰亡过程对湖泊碳库稳定性的影响结果表明,蓝藻水华衰亡前期(1～9天),ROC缓慢下降,EOC和LFOC快速下降,MBC有所增加;衰亡中期(10～45天),沉积物TOC和ROC含量升高;衰亡末期(46～63天),HFOC和ROC等稳定有机碳进入一个从缓慢分解逐渐趋于稳定的阶段周期性的蓝藻水华暴发、衰亡和湖泊稳定性有机碳的日渐累积,最终会对沉积物碳库有机碳组分及其稳定造成显著影响.     

乌梁素海悬浮颗粒物和沉积物有机碳同位素特征及来源

悬浮颗粒物和沉积物是湖泊有机污染物的主要承载物质,其稳定同位素研究对有效识别有机质污染导致的湖泊富营养化具有重要意义.本研究选取乌梁素海为研究区,于2019年4月（融冰期）、7月（夏灌期）和10月（秋灌期）对湖区及入湖渠道的表层沉积物和悬浮颗粒物中有机碳的δ¹³C、C/N比及总有机碳（TOC、POC）和总氮（TON、PON）含量进行测定分析,联合采用δ¹³C、C/N及同位素多元混合模型研究湖泊有机碳来源及其贡献率.结果表明,乌梁素海悬浮颗粒物有机碳δ¹³C_POC的变化范围为-23.29‰~-29.75‰,呈现10月>4月>7月、入湖渠道>湖区的趋势,悬浮颗粒物POC/PON比变化范围为4.10~21.35,呈现出4月<7月<10月的时间变化,悬浮颗粒有机质主要来源于浮游植物（51.59%）、入湖渠道泥沙（34.60%）和大型水生植物（13.76%）.沉积物有机碳δ¹³C_TOC变化范围为-27.58‰~-22.68‰,呈现4月<10月<7月的变化,沉积物TOC/TON比变化范围为3.06~23.77,时空变化明显,沉积物有机质则主要源于入湖渠道挟带的泥沙,贡献达72.79%以上,而浮游植物与大型水生植物的贡献率相差较小,分别为11.85%和15.36%.本研究可以初步判定受入湖渠道影响的富营养化湖泊中悬浮颗粒物和沉积物有机碳来源,为改善湖泊有机污染和研究有机碳来源提供更多理解.     

洱海悬浮颗粒物和表层沉积物有机碳氮同位素来源特征及水质指示意义

为探究湖泊水体悬浮颗粒物和沉积物有机碳、氮来源及水质指示意义,分析了2013-2014年洱海悬浮颗粒物和表层沉积物有机碳同位素(δ13C)、氮同位素(δ15N)和C/N比值时空变化特征及与水质的关系.结果 表明:①洱海悬浮颗粒物δ13C、C/N、δ15N在旱、雨季差异显著(P＜0.05),旱季变化范围分别为-31.75...     

湖泊沉积物不同粒级组分有机碳同位素差异及其对实验结果的影响

湖泊沉积物有机质碳同位素因常被用于识别沉积物中有机质来源或流域植被信息而逐渐成为一个常规代用指标,但当沉积物中有机质含量变化显著、赋存状态不同时,采用统一分析方法(全样或某一粒级组分)测试的结果在不同含量或赋存状态时是否会产生偏差,目前没有详细的研究进行评价.利用嘎顺诺尔湖泊沉积物,采用全样品、细颗粒组分(过120目筛和360目筛),分别进行有机质含量和同位素分析,评价选择不同粒级样品因有机质赋存状态不同对有机碳同位素分析结果的影响.结果显示,不同组分的烧失量或元素分析仪方法测得的有机质含量变化趋势相同,但不同组分的有机碳同位素结果出现差异:全样的有机碳同位素值存在较大波动,随着过筛孔径变小,δ¹³C_org值波动减小,且过360目筛的细颗粒组分的碳同位素值较全样或过120目筛后组分的δ¹³C_org值偏负.这一差异与有机质组分赋存的颗粒范围有关.对比认为过360目筛的细颗粒组分更有利于充分反应,且可获得较为准确的同位素值.因此,在进行不同湖泊沉积物δ¹³C_org值对比时,应注意研究使用样品的前处理方式,相同处理方式下的结果更具有可比性.该研究结果对于湖泊沉积物有机质碳同位素分析具有参考意义.     

新疆博斯腾湖水体颗粒和溶解有机碳的季节变化及其来源初探

在博斯腾湖选取了13个点位,于2012年5、8、10月测定表层和底层水体中的颗粒有机碳、溶解有机碳、颗粒有机氮和叶绿素a含量.结果显示颗粒和溶解有机碳在表层水体中的浓度与底层相近.博斯腾湖水体中颗粒有机碳的季节变化十分明显,其平均浓度从春季(0.64 mg/L)到夏季(0.71 mg/L)变化不大,但在秋季变化十分显著(浓度达1.58 mg/L).其中西北湖区和湖心区颗粒有机碳的季节变化最明显,东部湖区颗粒有机碳的季节变化相对较小.博斯腾湖水体的颗粒有机碳在春、秋两季主要来自外源输入,在夏季受水体中浮游生物的影响较大.博斯腾湖水体中溶解有机碳也具有一定的季节变化,夏季浓度(平均为9.3 mg/L)略低于春、秋两季(平均为10.3 mg/L).溶解有机碳在河口区的季节变化最强,其夏季浓度明显偏低,主要是由于开都河河水的稀释作用.总体上,博斯腾湖水体中溶解有机碳浓度的变化主要受外部因素的影响.     

呼伦湖东露天矿剖面有机碳的总量及其稳定碳同位素和古环境演化

湖泊沉积物中有机碳的总量（TOC）取决于湖泊的初始生产力及有机质沉积后的保存能力,而有机碳的稳定同位素（δ~(13)C）值则反映了不同来源有机质的组成以及流域古植被状况。本文通过对内蒙呼伦湖东露天煤矿剖面TOC及δ~(13)C值的垂直分布的研究,结合剖面的沉积特征及孢粉、硅藻分析结果,讨论了呼伦湖地区末次冰期以来古气候古环境演化过程。结果表明有机碳的总量及其稳定碳同位素可作为分析古气候环境的一种有效的代用指标。     

咸水湖盆沉积物原始有机碳定量恢复的新方法——以青海湖布哈河口区沉积物为例

烃源岩中原始有机碳(TOC)总量的恢复是烃源岩评价的重点和难点,以青海湖西北部的布哈河口区沉积物为研究对象,探讨一种全新的利用沉积物中硼元素含量对原始TOC含量进行恢复的方法.布哈河口区沉积物主要为泥、粉砂、细砂及其过渡类型,黏土矿物含量总体较低,沉积物中干酪根类型主要为Ⅱ1和Ⅱ2型,有机质大部分来自陆源生物,少量来自水生生物.布哈河口区沉积物中TOC含量介于0.02%~4.29%之间,其中半深湖及前三角洲环境TOC含量总体较高.有机质对部分微量元素有明显的富集作用,沉积物中TOC含量与硼、钪、钴、镍、锌、镓、铷、铯、铅及铀等微量元素存在明显相关性.有机质对微量元素的富集能力和强度受沉积物和水体接触时间控制,因此微量元素与TOC含量的相关性在不同沉积环境存在明显差异:在河流、三角洲平原、前三角洲、浅湖及半深湖沉积区较高,而在滨湖区较低.硼元素对TOC含量变化的反映最灵敏,即便是在间歇暴露的滨湖沉积中硼含量与TOC含量呈明显的正相关性,因此硼可以作为反映烃源岩原始TOC含量的有效指标.根据布哈河口区沉积物中硼含量与TOC含量之间极好的线性相关性,建立了利用烃源岩中的硼含量对原始TOC含量进行定量计算的公式,该公式主要适用于陆相微咸水、半咸水及咸水环境泥质岩类原始TOC总量的恢复.     

中全新世以来呼伦湖沉积物碳埋藏及其影响因素分析

通过对内蒙古高原呼伦湖沉积物样品总有机碳含量(TOC)及其稳定同位素(δ13Corg)、总氮含量(TN)和TOC/TN(C/N)值的测定,结合沉积岩芯AMS14C年代标尺,分析了中全新世以来呼伦湖沉积物有机碳埋藏速率随时间变化的趋势及有机质的来源,并探讨了影响呼伦湖有机碳埋藏的主要因素.结果表明,中全新世以来呼伦湖有机碳埋藏速率平均值约为2.06 g/(m~2·a),碳储量约为35.25 Tg C,且总体上呈现增加趋势.呼伦湖沉积物中有机质主要来源于外源输入,但近1000 a以来内源输入逐渐增加并占据优势.呼伦湖有机碳埋藏速率与温度和降水均呈负相关,表明在长时间尺度上,升温及降水量的增加可能对呼伦湖的碳埋藏起到一定的抑制作用.     

过去5000 a以来抚仙湖沉积物有机质碳同位素的古环境指示意义

通过测定抚仙湖沉积物全有机样品的稳定碳同位素组成(δ~(13)C_(org))、总氮、总有机碳含量指标并计算碳氮比值,对过去5000 a以来抚仙湖沉积物有机质来源、δ~(13)C_(org)的影响因素及其所指示的古环境意义进行分析.结果表明:在过去的5000 cal a BP里,抚仙湖沉积物有机质主要来源发生明显变化,沉积物有机质输入由内源水生生物和陆生C_3植物共同输入(5000-2300 cal a BP阶段)转变为以内源沉水植物、浮游植物和藻类等输入为主(2000 cal a BP至今阶段);有机质来源发生变化是造成抚仙湖沉积物δ~(13)C_(org)值变化的主要原因;2000 cal a BP以来,陆源有机质输入的锐减与人类活动的影响密切相关;在2300-2000 cal a BP阶段,抚仙湖沉积物δ~(13)C_(org)值的快速变化可能指示了抚仙湖流域的古环境在这一时期经历了快速变化的气候事件.     

洱海近50a来沉水植被演替及其主要驱动要素

依据文献报道的洱海水质、水文(水位)和沉水植被(物种组成、生物量及分布面积)数据,分析了近50年来洱海的水质变化、水位波动情况以及沉水植被的演替过程,探讨了驱动洱海沉水植被演替的主要环境因子.分析表明,洱海沉水植被群落经历了原生、过渡、顶级和衰退等主要阶段;自1980s以来,流域入湖营养盐增加、水质持续下降、藻类生物量逐年升高、沉水植被群落结构简单化和抑藻功能退化等因素是驱动洱海沉水植被演替与分布的原动力,水位大幅波动加速了洱海水生态系统由清水态向浊水态转变,并导致沉水植物大量衰退和某些特有物种消失.因此,在洱海水生态系统的治理以及沉水植被的恢复过程中,应优先考虑降低外源营养盐输入和优化水位调控.     

Lake sediment records on climate change and human activities since the Holocene in Erhai catchment,Yunnan Province,China

Climate of Yunnan Plateau is mainly controlledby the system of southwest Asian monsoon, and alsoaffected by westerlies and local climate of the Qing-hai-Tibet Plateau. Since the Cenozoic, a large numberof structural lake basins have formed with the uplift ofthe Qinghai-Tibet Plateau[1]. As the information aboutthe climate and environment change was faithfullydocumented in lake sediments, which have the char-acteristics of continuity, high resolution, abundant in-formation, lake sediments p…     

Dynamics and sources of dissolved organic carbon during phytoplankton bloom in hypereutrophic Lake Taihu (China)

To establish the influence of phytoplankton blooms on the dynamics and sources of dissolved organic carbon (DOC) in Lake Taihu, the concentrations and stable carbon isotope values (δ¹³C) of DOC and particulate organic carbon (POC) were analyzed, along with environmental factors, including water temperature, chlorophyll a (Chl a) concentration, phytoplankton community and total bacterial abundance, from March to August 2013 at five sites in Lake Taihu. Significant differences were observed in the DOC concentrations and δ¹³C_DOC values at the sampling sites. On average, the proportion of DOC in the total organic carbon (TOC) pool ranged from 30% ± 10% to 81% ± 7%. POC was positively associated with both Chl a concentration and cyanobacteria biomass, suggesting that cyanobacteria blooms contribute to the POC pool in Lake Taihu. Depleted ¹³C in DOC relative to POC was observed in August, indicating that DOC was partially derived from POC in August. However, Chl a explained only 40% of the variation in DOC in the entirety of Lake Taihu, and at two sites far from the estuary, the contribution of allochthonous carbon was less than 50% in August. These results suggested a greater influence of allochthonous sources on the DOC pool. Moreover, the biodegradability of DOC was further determined by the total dissolved carbohydrates to DOC ratio (TCHO/DOC), specific UV absorbance (SUVA₂₅₄), and the concentrations of bioavailable DOC (BDOC). On average, 17% of the variation in DOC was attributable to the BDOC pool, and the BDOC concentration correlated positively with Chl a, cyanobacteria biomass, and total bacterial abundance, suggesting that cyanobacteria–derived DOC is biodegradable and is preferentially utilized by bacteria.     

Spatio-temporal patterns of hydrological processes and their responses to human activities in the Poyang Lake basin,China

Abstract

Poyang Lake is the largest freshwater lake in China, and plays a major role in flood mitigation, restoration and conservation of the ecological environment in the middle Yangtze River basin. Sediment load and streamflow variations in Poyang Lake basin are important for the scouring and deposition changes of this lake. However, these hydrological processes are heavily influenced by human activities, such as construction of water reservoirs, and land-use/land cover changes. By thorough analysis of long series of sediment and streamflow obtained from five major hydrological stations, we systematically investigated the spatial and temporal patterns of these hydrological processes and the hydrological responses to human activities using the Mann-Kendall trend test, the double cumulative mass curve and the linear regression method. The results show: (1) no significant change in streamflow followed by an increasing tendency after the 1990s that turns to be decreasing about 2000; and (2) a sharp increase of sediment load during the late 1960s and 1970s triggered by extensive deforestation (during the “Cultural Revolution” in China) followed by a tendency to decrease after the early 1980s. Construction of water reservoirs has greatly reduced the sediment load of the Poyang Lake basin, and this is particularly the case in the Ganjiang River, where the sediment load changes may be attributed to the trapping effects of the Wan'an Reservoir, the largest water reservoir within the Poyang Lake basin. There is no evidence to corroborate the influence of water reservoirs on the streamflow variations. It seems that the streamflow variations are subject mainly to precipitation changes, but this requires further analysis. The current study may be of scientific and practical benefit in the conservation and restoration of Poyang Lake, as a kind of wetland, and also in flood mitigation in the middle Yangtze River basin that is under the influence of human activities.

Citation Zhang, Q., Sun, P., Jiang, T. & Chen, X.-H. (2011) Spatio-temporal patterns of hydrological processes and their hydrological responses to human activities in the Poyang Lake basin, China. Hydrol. Sci. J. 56(2), 305–318.     

Spatio-temporal carbon isotope variation during the Ediacaran period in South China and its impact on bio-evolution

The Ediacaran period is characterized by the extremely negative carbon isotope anomalies and great biotic evolution in Earth history. At least four negative carbon isotope anomalies have been reported from this interval in South China so far. It is traditionally argued that the isotope variations can be used as a useful tool for global correlation of Ediacaran succession; however, more and more researches argued against this idea. We reviewed the previously published carbon isotope data in South China, and ...     

洱海生物群落的历史演变分析

根据１９５７－１９９７年期间对洱海水体进行的历次综合研究结果分析,由污染引起的氮,磷等营养元素含量升高促进藻类生长繁殖,４０年来其密度和生物量上升近１０倍;近５年的变化尤为明显,一度出现以螺旋鱼腥藻为主的“水华”。     

抚仙湖沉积物重金属时空变化与人为污染评价

分析了抚仙湖表层沉积物及沉积短岩芯中10种金属元素含量,结合沉积年代学,定量研究了Cr、Cu、Ni、Pb、Zn的污染特征及时空变化规律;参考沉积物质量基准与潜在生态风险指数法探讨了表层沉积物重金属的潜在生态风险.结果表明,表层沉积物中重金属含量具有一定的空间差异性,近岸地区重金属含量总体上高于湖心区;Pb、Zn含量自1980s中期以来逐渐增加,而Cr、Cu、Ni含量呈下降趋势.重金属富集系数与聚类分析结果表明,抚仙湖沉积物主要重金属污染元素为Pb、Zn,污染开始于1980s中期,并逐渐加重.表层沉积物中Pb、Zn富集系数分别为1.6~4.1和1.4~2.6,已达到弱—中等污染程度,北部湖区污染程度略高于南部湖区;除此之外,北部湖区近岸区域Cr污染程度也略高于其他湖区.除了大气沉降来源之外,抚仙湖沉积物重金属污染还可能与入湖河流输入有关.单因子生态风险指数表明,表层沉积物中Cr、Cu、Ni、Pb、Zn具有较低的潜在生态风险;而综合潜在生态风险指数表明,表层沉积物中重金属具有中等程度的潜在生态风险,这与根据沉积物质量基准所获得的评价结果一致.     

2013年洱海水华期间微囊藻毒素和浮游植物动态变化

2013年秋季,洱海再次出现大规模水华,周边几十万居民的饮用水安全引起当地政府的极大关注.为了解水华发生期间洱海水体微囊藻毒素的含量和浮游植物的种类及丰度,分别在2013年9月和10月两次在洱海采集水样,测定其中两种主要微囊藻毒素MC-LR和MC-RR含量,探讨微囊藻毒素含量对洱海周边水源地的安全影响.同时也对水华期间的浮游植物特别是蓝藻进行研究,从而分析微囊藻毒素与浮游植物种类和丰度的关系.结果表明,洱海水体中微囊藻毒素含量偏低,暂不会对人类健康产生威胁,但在洱海的水鸟体内仍然检测到微囊藻毒素的富集,显示洱海蓝藻水华对水生生物的潜在危害不容忽视.浮游植物的研究发现,洱海水华的优势种属为微囊藻(Microcystis)和暗丝藻(Psephonema aenigmaticus).9月份暗丝藻更占优势,10月份则是微囊藻更占优势.研究结果显示处于富营养化初期的洱海水体中湖湾微囊藻毒素的含量与浮游植物中产毒蓝藻的种类和丰度密切相关.