论文部分内容阅读
湖泊沉积物记录了自然环境变化和人类活动影响的双重信息,具有信息量大,分辨率高的特点,是全球变化研究中的重要部分；其中,湖泊沉积物中的生物标志化合物指标在指示区域环境、气候变化方面具有重要意义。
由于湖泊类型各异,地质环境复杂,对湖泊沉积物中生物标志化合物指标和气候环境变化的关系问题尚未形成一致的认识。湖泊沉积物中很大一部分生物标志化合物在解释气候环境变化上仍存在多解性、复杂性和混乱性。挖掘出更有效的更可靠的湖泊沉积物中生物标志化合物指标,对于我国湖泊近代气候环境变化研究有非常重要的意义。另一方面,近三十年来,我国湖泊富营养化问题日益严重,我国88.6％的大中型湖泊属于严重富营养化湖泊。湖泊沉积物中生物标志化合物指标在探讨百年尺度下湖泊富营养化过程及因为,以期为湖泊水质净化、维护湖泊生态平衡等方面提供科学依据方面可以发挥非常重要的作用。
本文分别选取我国三个具有代表性的湖泊(平原湖泊巢湖,高原湖泊滇池和干旱地区湖泊博斯腾湖),通过对湖泊柱状沉积物样品中总有机质(C、N)含量、分布和碳同位素等方面的研究,以及对沉积物样品中正构烷烃、结合态脂肪醇,游离态脂肪酸、结合态脂肪酸和甘油二烷基甘油四醚脂(GDGTs)的含量、组成、分布和单体碳同位素等进行了初步探讨。该项目的研究为认识和挖掘湖泊沉积物中生物标志化合物气候环境的指示意义具有重要价值；同时,有助于了解百年尺度内由于人类活动影响(特别是湖泊富营养化)导致的湖泊环境变化的指标。论文取得以下主要认识:
1、巢湖、滇池和博斯腾湖沉积物样品中,C/N在8～12之间,正构烷烃、结合态脂肪醇和结合态脂肪酸的组成分布和相关参数L/H和TARFA分析都表明,有机化合物以低碳数分布为主,显示低等生物为主的有机母质来源；此外,单体化合物C16和C18在沉积剖面中从下往上含量逐渐增加,表明低等生物源的贡献逐渐增加。C18:1w7/C18:1w9和(i-C15:0+a-C15:0)/nC15:0比值则进一步表明低等生物中来自藻类和细菌贡献。如滇池,在表层20cm以上,低碳数的结合态脂肪酸主要来自藻类的贡献有明显增加的趋势,但是(i-C15:0+a-C15:0)/nC15:0比值在整个柱状沉积物剖面保持稳定,表明来自细菌的贡献并没有出现明显的变化,主要是藻类贡献的增加,这一定程度上反映滇池富营养化程度不断加剧。
2、滇池柱状沉积物中结合态脂肪酸总含量为38.5～209.6μg/g,游离态脂肪酸总含量为12.0～318.1μg/g。游离态饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸在0～1cm的表层沉积物中含量是最大的,随后含量迅速降低并保持在很低水平,表明其在这段内快速降解。通过对滇池柱状沉积物中结合态脂肪酸和游离态脂肪酸的分布和组成对比研究显示:游离态脂肪酸明显受到降解过程的影响,而结合态脂肪酸能有效的抵抗生物和化学降解过程,其中的不饱和脂肪酸和正反异构脂肪酸,具有较强的稳定性,其表现出良好的变化趋势可作为主要的研究依据。
3、甘油二烷基甘油四醚脂(GDGTs)近年来以其独特的生物化学性质成为生物地球化学研究的热点之一,已在海洋沉积物中广泛应用。通过对滇池和巢湖湖泊环境中GDGTs的研究发现:GDGTⅣ在湖泊中的丰度较低,利用类异戊二烯类GDGTs的TEX86指标在湖泊沉积物中重建水体温度时应小心谨慎。而湖泊沉积物中支链GDGTs同样能很好的恢复反映土壤背景下的pH值和流域内大气温度。并且通过对沉积物中GDGTS的定量分析就可以定量重建流域大气温度,这是传统碳同位素做不到的。
4、人类活动对湖泊环境的影响通过湖泊沉积物中的生物标志物的组成变化得到明显的体现。如解放以来,巢湖周围进行大规模的开垦土地、围湖造田,增加了陆源有机质进入湖泊沉积物中,同时一定程度上也促进水体中的细菌和藻类产生。导致这一时期(12～7cm)有机化合物(结合态脂肪醇、结合态脂肪酸)含量出现峰值。博斯腾湖有机化合物沉积剖面显示6-8cm处,在短期内迅速下降。可能的因为是20世纪50-60年代,由于库尔勒地区工农业用水量不断增加,每年要求加大出湖水量,已引起湖水位下降,湖面缩小,进入湖区的陆源有机质迅速减少。
5、围绕湖泊富营养化指标的选择:沉积物中的TOC、TN和TP的浓度存在很大的不确定性,对湖泊富营养化信息的解读要十分慎重。结合态脂肪酸的C16:0δ13C值能很好的反映水体富营养化的发生过程,但是对于富营养化程度的持续恶化的表征有一定的局限性,因此在实际的研究中,需要多指标对比研究,而结合态脂肪酸在这方面能发挥出非常重要的作用。
6、通过对三个湖泊的生物标志物的对比结果,滇池的富营养化最严重,巢湖和博斯腾湖的富营养化相对较轻。滇池和巢湖作为严重的富营养化湖泊,在本研究中存在明显的差异,这可能和实际采样点的位置有关。