青海湖地区全新世风尘堆积的GDGTs化合物及其环境指示意义

青海湖晚第四纪的古环境演化和湖面变化是学术界长期关注的热点问题,争议也较多。我们对青海湖地区种羊场（ZYC）剖面（120 cm厚）全新世风尘堆积的GDGTs（甘油二烷基甘油四醚）化合物相关指标的古环境意义进行了初步研究,以期从一个新的角度对上述问题进行探讨。研究结果表明：1）ZYC剖面的TEX₈₆（由86个碳原子组成的四醚指标）与磁化率正相关,而R_i/b比值（类异戊二烯GDGTs与支链GDGTs丰度的比值）与磁化率负相关。2）ZYC剖面的TEX₈₆指标与湖泊岩芯胖真星介（Eucypris inflata）壳体δ¹⁸O指示的7月古水温及长链烯酮（U₃₇^K）指示的夏季古水温变化具有相似的变化特征,显示TEX₈₆指标较可靠地指示了青海湖地区的大气温度变化。然而,ZYC剖面的MBT（甲基化指数）和CBT（环化指数）指标在重建古气温方面具有一定的局限性,可能与青海湖地区全新世出现的干旱环境有关。3）ZYC剖面的R_i/b比值与湖泊岩芯E.inflata壳体Sr/Ca比值指示的青海湖湖水的古盐度具有较一致的变化特征,表明R_i/b比值较有效地指示了青海湖地区环境的干湿状况。4）TEX₈₆和R_i/b指标揭示青海湖区在9.5~7.5 ka B.P.为冷干时期;7.5~5.5 ka B.P.为独特的温干阶段,温度在6.2 ka B.P.左右达到最高值;5.5~1.7 ka B.P.为温湿时期;1.7~0 ka B.P.为冷干时期。5）风尘堆积的GDGTs记录表明：7.5~5.5 ka B.P.由于环境干旱,青海湖不太可能出现高湖面;5.5~1.7 ka B.P.由于环境湿润,青海湖很可能出现全新世高湖面;1.7 ka B.P.以来,青海湖地区的气候快速变干。

     

近50年以来的东洞庭湖沉积物中氮磷硅元素变化与区域环境演变

氮磷硅是水生生物生长所需的生源要素,但过量营养物质输入会导致水体富营养化。长江中下游地区湖泊富营养化已成为区域最严重的生态环境问题之一,已有的研究大多聚焦于氮磷输入对富营养化的影响,而对硅元素的关注较少。文章基于东洞庭湖湖心和湖滨两处浅孔岩芯年代学、总氮（TN）、总磷（TP）、总有机碳（TOC）和生物硅（BSi）分析,并结合流域历史资料数据,揭示东洞庭湖近50年以来的氮、磷、硅元素变化过程,为深入认识人类活动影响下湖泊演化机制提供新线索。研究结果表明,20世纪80年代以来TN、TP和TOC含量均明显增长,主要是由于人为输入氮磷的增加和湖泊内源生产力的提高;生物硅含量呈波动变化。同时,BSi：TN和BSi：TP大幅下降,反映了湖泊中氮磷硅元素非平衡增长过程,硅缺乏现象凸显。BSi：TOC降低反映初级生产力中非硅质藻类（蓝绿藻等）相对增加。氮磷输入增加和大坝对硅的拦截效应会加重水体硅缺乏,进而加剧非硅质藻类增殖风险。

     

种植实验揭示施肥效应对粟稳定同位素比值的影响

通过植物遗存稳定同位素分析考察古代的农田灌溉、施肥等农业生产技术,是植物考古中的研究新热点。现代种植实验可为这一研究方向提供重要的依据和参考。本研究开展了针对粟的现代施肥种植实验,并对粟进行了稳定同位素分析,形成了4点主要认识：1)未施肥状态下生长的粟δ¹⁵N均值为3.6 ‰ ±0.6 ‰ (n=6),施加有机粪肥的粟δ¹⁵N均值为4.4 ‰ ±0.8 ‰ (n=18),施加化肥后粟δ¹⁵N均值为1.0 ‰ ±1.0 ‰ (n=8),表明有机粪肥能够提升粟δ¹⁵N值,而化肥则导致粟δ¹⁵N值降低。因此,粟δ¹⁵N值相对于自然基值的增值可反映粟类作物是否施有机粪肥,这为研究古代尤其史前时期的施肥行为提供判断依据。2)粟的种子、叶片、秸秆、稃壳的δ¹³ C值分别为-12.7 ‰ ±0.3 ‰、-13.2 ‰ ±0.3 ‰、-12.6 ‰ ±0.3 ‰、-13.5 ‰ ±0.4 ‰,差值较小(< 1 ‰),不同部位间同位素分馏值似可忽略不计,据此推断,人和家畜的δ¹³ C不会因食用粟类作物的不同部位而产生明显差异。3)同一植株谷穗的不同部位种子的δ¹³ C差值和δ¹⁵N差值分别为0.2 ‰ ±0.1 ‰ (n=7)和0.6 ‰ ±0.5 ‰ (n=7),差异不显著。4)植物种子经过炭化后,其δ¹³ C值和δ¹⁵N值的变化幅度分别为0.3 ‰ ±0.2 ‰ (n=12)和0.4 ‰ ±0.2 ‰ (n=12),炭化未造成种子δ¹³ C值和δ¹⁵N值发生显著变化,这说明在进行稳定同位素分析时,无需对炭化植物遗存样品进行校正。

     

中亚阿尔泰山南坡表土和泥炭沉积物GDGTs综合研究

相对于我国季风区,西北内陆地区表土和泥炭沉积物的甘油二烷基甘油四醚化合物（GDGTs）现代过程研究结果报道较少。对中亚干旱区阿尔泰山南坡海拔梯度表土、高山泥炭地哈拉沙子和那仁夏周边坡地表土以及哈拉沙子表层泥炭沉积物进行了GDGTs分析,结果表明：1）其海拔梯度表土当中细菌来源支链结构GDGTs（brGDGTs）的分子分布特征主要响应于湿度的变化;2）同样主要由于湿度变化的影响,奇古菌的影响和贡献在相对低海拔地区更为明显,产甲烷古菌的影响和贡献在相对高海拔地区上升,导致古菌来源的类异戊二烯结构GDGTs（isoGDGTs）的TEX₈₆参数随海拔上升具有显著的降低趋势;3）哈拉沙子和那仁夏泥炭地泥炭沉积物当中的brGDGTs和isoGDGTs都并非主要来自周边坡地土壤的异源输入,而主要都是泥炭地原地自生来源。这些研究结果,一方面为在该区域利用GDGTs开展古环境、古气候重建提供基础性参考;另一方面,也对其他区域相应研究结果形成有益补充。