摇蚊亚化石记录及其在中国湖泊沉积与全球变化研究中的应用

摇蚊亚化石为摇蚊幼虫的几丁质头壳, 可以完好地保存在湖泊沉积物中, 在古环境重建研究中具有自身的特点和优势, 被越来越多的国内外学者重视。近年来, 利用摇蚊亚化石头壳相继在长江中下游地区、青藏高原区、新疆-内蒙半干旱区开展了摇蚊-环境因子关系研究, 并以之为基础重建了区域古环境变化。长江中下游地区典型湖泊的营养盐演化定量重建结果表明, 该地区营养本底相对较高, 50~60μg/L总磷为该地区湖泊营养背景值, 且80~110μg/L总磷为湖泊草-藻型生态转变的营养阈值; 西北干旱区水文气候重建研究工作则证实该区域存在干旱的中世纪暖期和湿润的小冰期气候。 我国不同湖区摇蚊幼虫-环境因子数据库的研究, 丰富了湖泊摇蚊幼虫生态学知识, 提升了摇蚊亚化石在古环境、古气候信息解译中的应用能力。相比于国际同类研究, 国内已建立的转换函数在推导能力上与欧美地区相当, 但摇蚊亚化石分类体系与属种的生态属性研究尚需加强; 此外, 利用摇蚊亚化石在我国不同区域开展温度定量重建也有待推进。本文综述了我国在基于摇蚊亚化石的古环境重建和古生态学研究方面取得的现有成果, 指出研究过程中存在的不足, 进一步强调了摇蚊亚化石作为有效生物代用指标在我国湖泊沉积与环境演变研究中的重要作用和广阔前景。     

流域生物、化学风化对小冰期气候变化的响应

岱海近500年沉积物的孢粉，介形类和地球化学记录表现了流域生物，化学风化对全球性小冰期气候波动明显而快速的响应，孢粉量的下降，化学风化强度的减弱（高Rb/Sr比值）以及意外湖花介（Limnocythere inopinata)的繁盛反映了小冰期最盛期岱海地区以干旱为特征的气候环境及其造成的高矿化度湖水，其中，介形类丰度及种类对环境变化的反应最迅速，植被生长的调节则要缓慢一些，内陆湖泊流域植被的衰弱与干旱环境下化学风化强度的减弱以及风尘作用的加强是相辅相成的。     

近200 a来云南阳宗海摇蚊群落多样性及稳定性变化

云南省拥有丰富的生物多样性,其生态系统稳定性对于发挥生态系统服务功能十分重要,但近几十年以来的人类活动以及气候变化带来的干扰削弱了该区域的生态系统功能.本文以阳宗海为研究对象,探讨了1820s—2006年间人类活动背景下摇蚊群落多样性和稳定性的变化过程,并进一步探讨阳宗海摇蚊群落多样性与稳定性之间的关系.利用沉积物中的营养指标(总有机碳(TOC)含量、总氮(TN)含量和TOC/TN摩尔比)及摇蚊分别重建了湖泊营养变化及摇蚊群落物种丰富度、均匀度、相似度和稳定性(ar1),利用PCA第1轴代表摇蚊群落以检测突变点.研究发现摇蚊群落组成与湖泊营养变化有较好的一致性,二者在1990年左右发生突变,物种丰富度、均匀度和相似度指数分别在1950s、1990s初以及1970s初升高,说明摇蚊群落组成逐渐多样化,种属分布更加均匀.通过检测发现摇蚊群落稳定性在1960s初开始降低,比湖泊系统突变提前30 a左右.摇蚊群落的物种丰富度、均匀度以及稳定性指标伴随着湖泊外源营养物质输入比例增加而升高,群落多样性与稳定性之间的相关性分析表明群落稳定性随物种丰富度的升高而降低.     

小冰期弱化学风化的湖泊沉积记录

封闭湖泊沉积物的低Sr含量、低磁化率和高Rb/Sr比记录了单一湖泊流域在以冷干为特征的小冰期气候环境下经历的弱化学风化过程. 由于Rb, Sr在表生环境下不同的地球化学行为, 内陆湖泊沉积物中Rb/Sr比值是沉积记录中具有明确气候意义的有效指标. 与热带气候和现代温湿环境下化学风化受降水控制不同, 湖泊沉积岩芯的磁化率、Sr含量与冰芯δ18O一致的变化趋势揭示了小冰期最盛期极弱的化学风化过程是受气温控制的. 而随着气温的升高, 化学风化强度逐渐受降水的制约.     

青海湖全新世硬水效应随时间变化性及其对沉积物~(14)C年龄的校正

通过研究青海湖全新世硬水效应变化与大气~(14)C浓度(X_(atm))之间的关系,确定了湖水溶解无机碳(DIC)与大气~(14)C浓度之比值(X_(DIC)/X_(atm))约为0.790.利用已知X_(atm)随时间变化曲线重建了青海湖全新世的硬水效应,并对沉积物年龄作了相应校正.结果表明,青海湖全新世沉积物(有机质)~(14)C年龄偏老主要缘于湖泊硬水效应,从全新世早期的1000a左右升高到核爆近前的2300a左右,核爆效应之后2005AD又降至1500a左右,其变化至少在很大程度上受控于X_(atm)的波动(对应于以上3个时期,根据X_(atm)所恢复的硬水效应分别为1100a、2150a、1313a).在此基础上,利用硬水效应校正表对青海湖全新世沉积物~(14)C年龄进行了分阶段校正,基于此校正年龄的红度曲线较好地响应了9000-8000cal aBP、6000-5000cal aBP、4200-3800cal aBP、3500-2500cal aBP、1200-1000cal aBP和600-150cal aBP等全球性冷事件.     

乌伦古湖介形组合及其壳体同位素记录的全新世气候环境变化

选择位于西风区的乌伦古湖为研究对象,利用AMS 14 C测年手段,建立了乌伦古湖沉积岩芯全新世以来的时间序列.对湖泊沉积物中的介形类组合特征及其壳体氧碳同位素的综合分析表明,全新世以来乌伦古湖地区气候环境演变经历了3个阶段:9985～5250cal.aB.P.为剖面最湿润阶段,气候经历了温干-冷湿-暖湿的转变,湖水水位和湖面相应地经历了由浅变深、由小变大的变化,出现了高湖面特征;5250～1255cal.aB.P.为剖面最干燥阶段,气候由早期暖干向中后期暖湿转变,湖泊水位先下降后回升;1255cal.aB.P.以来先低温后升温,气候干燥,降水较少,湖水位降低.乌伦古湖介形虫记录的气候环境演化不但与孢粉资料记录相吻合,而且与周边区域环境变化记录一致,很好地响应了区域环境和全球气候突变事件,在百年尺度上主要遵循西风带模式,表现为冷湿暖干组合特征.     

人类活动影响下的云南阳宗海近百年有机碳与黑炭湖泊沉积记录

利用我国云南省昆明市阳宗海湖心40 cm沉积岩芯,分析总氮(TN)、有机碳(TOC)、黑炭(BC)含量和黑炭同位素(δ~(13)CBC)等多环境指标,采用~(137)Cs和~(210)Pb定年方法建立沉积岩芯年代序列,探讨阳宗海近百年来TOC以及BC沉积变化特征及其对区域人类活动的响应.结果表明:(1)阳宗海沉积岩芯中TN、TOC和BC含量分别为0.76~5.07、4.95~42.65和0.69~11.16 mg/g;δ~(13)CBC值为-31.03‰~-25.45‰,均值为-27.18‰;(2)TN、TOC含量自下而上同步增长,TOC/TN摩尔比值在1994年左右增长到最大值后逐渐减小,反映了流域内人为活动导致的外源性TOC增加,阳宗海水体逐渐富营养化;(3)阳宗海沉积岩芯中BC含量及其同位素的时间序列变化,反映了当地能源结构的变化,工业源和居民消费源成为阳宗海BC的主要来源,BC与人口数量和能耗间呈显著相关.     

泸沽湖近代沉积环境时空变化特征及原因分析

通过对泸沽湖沉积岩芯粒度、磁化率(χ_(lf))、化学蚀变指数(CIA)等沉积指标的分析,结合~(210)Pb和~(137)Cs定年结果以及区域降水和人类活动等资料,研究了近150年来泸沽湖沉积环境的时空变化特征与主要影响因素.泸沽湖沉积物粒度组成以黏土与细粉砂为主(80%),细颗粒组分(如黏土)含量与χ_(lf)、CIA之间具有显著相关性.各岩芯沉积指标垂向变化规律相似,1920s之前,沉积指标较为稳定,为人类活动影响较弱的准自然沉积阶段;1920s以来,χ_(lf)、CIA值与黏土含量逐渐升高,反映了风化与成壤作用较强的细颗粒表土物质侵蚀开始加强,可能与流域农业发展及森林砍伐等人类活动影响有关;约1970年以来,χ_(lf)、CIA值与黏土含量进一步升高,指示了流域内表土侵蚀与上述人类活动影响的进一步增强,与文献记录的1970s—1980s两次大规模的森林砍伐吻合;约2002年以来,χ_(lf)、CIA值与黏土含量降低,反映了表土侵蚀减弱,与近年来流域植被逐渐恢复及降水减少有关.与器测资料对比研究表明,降水等气候因素对近代泸沽湖沉积环境演变的影响相对较弱.空间上,各沉积指标表现出一定的异质性.黏土含量在南部和北部湖区两侧靠近洪积扇及冲积平原的湖区沉积物中较高;近50年以来,各沉积岩芯所反映的平均沉积通量为0.020~0.043 g/(cm~2·a),南部湖区高于北部湖区,主要受入湖水系分布及流域南部地区高强度人类活动导致的土壤侵蚀的影响.     

1860年以来博斯腾湖碳沉积过程演变

选取博斯腾湖3个不同点位岩芯,在²¹⁰Pb和¹³⁷Cs年代序列基础上,利用沉积物中的各理化指标,分析了该湖碳沉积的时空变化特征,结合各指标的相关性、沉积速率、C/N、同位素特征等,探讨了该湖1860年以来碳沉积环境的变化过程,为干旱区湖泊碳埋藏研究提供了依据.结果表明：1860-1910年,沉积速率相对较小,受人类活动影响较小,磁化率、中值粒径、总无机碳（TIC）较为稳定,总有机碳（TOC）含量相对较低,此时该湖有较多陆源有机质的输入;1910-1950年,湖泊西部浅水域沉积速率明显高于东部深水区,西北湖区水域有大量外源物质的输入,而湖泊初级生产力较低,内源贡献相对较小;1950-1980年,全湖TOC、TIC含量均呈现升高的趋势,尤其是西北近黄水沟水域升高最快,湖泊内源贡献在增加,陆源组分的输入相对前一阶段要少;1980-2002年,沉积速率快速升高,尤其湖泊东部水域最为明显,TOC含量均呈现升高的趋势,湖泊西部水域初级生产力要高于东部深水区,湖面蒸发较强,气候比较温暖;2002年以来,全湖沉积速率相对较高,外源有机质贡献较小.过去150年博斯腾湖沉积物碳累积速率整体上呈现出升高的趋势,尤其是近50年来快速升高,东部湖区碳累积速率比西部湖区高.     

稳定同位素技术应用于水域食物网的方法学研究进展

稳定同位素技术是揭示食物网中物质的循环路径和探究消费者、生产者间的营养关系的重要方法.但是,不同的样品处理方法可能引起同位素比值的变动,使得食物网模型的建立和各研究结果间的相互比较存在一定的困难.样品的预处理主要分为四个环节,即保存、分离、酸化和干燥.在水域生态系统中,水体中的颗粒,溶解性有机物质、细菌、浮游动物、藻类、水生植物、鱼类及底栖动物等采集后,通过分离纯化,得到目的样品,-20℃冷冻保存.对于含有无机碳酸盐的生物样品,例如沉积物、含有钙质结构的无脊椎生物、部分浮游生物等需要酸化处理以排除无机碳对6"c测定的影响,1mol/L.HCl滴加可以达到很好的去除效果.对于生物样品δ15N的测定则不需要酸化处理.最后,样品经冷冻干燥或40—70℃低温烘干以备稳定同位素的测定.另外,用福尔马林、乙醇等保存在博物馆里的样品,对于长时间尺度上食物网的重建具有重要的生态学意义.本文系统总结了不同研究中样品处理过程的差异,分析其干扰机制,为进一步的方法学研究奠定了基础.