水体富营养化及物种入侵对星云湖食物网的影响

以云南浅水富营养化湖泊星云湖为研究区域,于2019~2020年对星云湖水质样品、初级生产者浮游植物(浮游碳源)、沉水植物(底栖碳源)、流域有机质(陆源)以及消费者浮游动物、底栖动物、鱼类等生物样品进行系统采集,甄别了星云湖初级生产者和消费者的碳、氮稳定同位素组成特征,并使用MixSIAR模型对消费者食物来源进行量化,对比分析以初级生产者(模式A)、以碳源贡献权重(模式B)和以初级消费者(模式C)3种不同氮稳定同位素基准计算的消费者营养级结果,进而构建适用于浅水富营养化湖泊的食物网结构,探讨富营养化以及外来入侵物种可能对星云湖食物网产生的影响.结果表明,MixSIAR模型结果显示浮游碳源、底栖碳源、陆源对消费者的贡献分别为77.3%、12.2%、10.5%,且沿岸带、敞水区不同生境鱼类的碳同位素信号不存在显著性差异,与浮游碳源的相近,指示浮游碳源是富营养湖泊消费者最主要的食物来源,其能量传输以浮游路径为主.对于不同食性的鱼类,杂食性鱼类的基础食物源(CR)跨度大,而肉食性鱼类营养长度(NR)更高,两者的核心生态位分离,且杂食性鱼类的核心生态位面积(3.79)高于肉食性鱼类(2.46),表明杂食性鱼类具有更高的适应性.模式B计算的营养级结果与消费者的食性较一致,可应用于星云湖消费者营养级计算.模式B结果显示,星云湖食物链长度为3.73,顶级掠食者为抚仙鲇,入侵物种太湖新银鱼营养级(3.37)次之,且与星云白鱼(3.01)在食物和生存空间上存在竞争.研究认为,富营养化导致的物源和能流的改变以及外来物种的入侵是造成星云湖土著鱼类资源衰退、食物网结构中生物多样性减少及生态系统功能弱化的主要原因.

昆明城市土壤有机碳氮含量及其稳定同位素耦合关系研究

随着城镇化的快速推进,城市土壤已成为陆地生态系统重要组成部分,不同土地利用类型土壤有机碳氮含量、稳定同位素组成分布特征及其耦合关系是了解城市土壤碳氮循环过程的重要途径.选取昆明市区受人类活动影响程度不同的公园绿地、居住绿地、道路绿地、耕地4类土壤作为研究对象,开展0—20 cm土壤有机质碳氮元素及其同位素组成的空间分异特征与影响因素研究.结果表明,昆明城市土壤有机质含量低,有机碳(SOC)和总氮(TN)含量中值分别为6.14 g·kg^(−1)和0.55 g·kg^(−1),较全国城市土壤平均水平低27.22%(C)和28.57%(N).土壤有机碳同位素(δ^(13)C)平均值为-25.22‰±1.56‰,氮同位素(δ^(15)N)则分布范围较广,为1.22‰—10.12‰,平均值为6.55‰±1.58‰,显著高于其他自然土壤δ^(15)N值. 4类土地利用类型中,耕地土壤SOC、TN含量显著偏高,δ^(13)C和δ^(15)N值显著偏正.垂向分布上,公园绿地、居住绿地、道路绿地SOC、TN含量随土层深度的增加而降低,δ^(13)C和δ^(15)N值则呈现富集趋势,表明重同位素^(13)C、^(15)N在土壤腐殖质中富集.耕地土壤因人为耕作,理化性质分层特征不明显.昆明市较低的土壤有机质含量与城市化进程导致的土地利用类型改变、绿化年限影响的成土时间较短以及昆明市气候、土质、植被类型等多因素有关.昆明城市土壤δ^(13)C值主要受昆明C_(3)、C_(4)植被覆盖度等自然环境因素影响,而δ^(15)N值由于受城市中水灌溉影响,显著偏正于自然土壤,指示人类活动已显著改变城市土壤氮循环过程,使土壤中更富集重同位素^(15)N.不同土地利用类型土壤垂向分布特征揭示有机质的分解、转化过程会对碳、氮同位素产生分馏作用,且氮同位素分馏高于碳同位素的分馏.

滇西北地区高山湖泊沃迪错近两百年来环境变化及枝角类群落响应

区域增温和大气氮沉降作用已成为高山湖泊面临的重要环境胁迫,已有高山湖泊生物群落响应的长期模式研究主要集中于藻类而缺乏更高营养级生物(如浮游动物)的系统调查。本研究选择滇西北地区深水型的高山湖泊沃迪错开展沉积物调查,通过多指标分析(总氮、总磷、叶绿素a、氮稳定同位素等)并结合区域气候重建记录,识别近两百年来该湖泊及流域环境的变化历史,进一步利用枝角类群落指标(物种组成、生物量等)定量评价了湖泊生物群落的响应模式与驱动因子。结果表明,湖泊营养水平(如总氮浓度)和初级生产力(叶绿素a浓度等)在过去近两百年总体呈上升趋势。相关分析显示,大气氮沉降和流域外源输入是影响总氮上升的主要因素,同时区域增温和营养盐富集促进了湖泊初级生产力的不断上升。自1960s以来区域升温明显,湖泊营养水平和叶绿素a浓度呈现加速上升的趋势。钻孔中枝角类群落以浮游属种(Daphnia longispina等)为优势种,在1900AD以前D.longispina相对丰度较为稳定(40.83%±8.02%),之后出现下降趋势且在1948—1965年间明显下降,之后再次明显上升并成为主要优势种。排序分析显示,气温、叶绿素a和总氮是影响枝角类群落演替的主要因子,且在1960s前温度和营养水平对枝角类群落结构的独立影响显著,之后水体营养水平(总氮)和初级生产力的上升则成为影响枝角类群落结构变化的主要因素。本研究揭示了区域增温、大气沉降与流域地表过程对高山湖泊浮游动物群落的长期影响及其与藻类耦合作用增强的近现代模式,有助于识别全球变化背景下高山湖泊生态环境演化的关键过程并预测其未来变化的主要方向。

人类活动影响下异龙湖浮游植物碳氮稳定同位素变化特征

于2020年9月~2022年6月在异龙湖开展了20个点位、8个季节的水体水质、浮游植物碳氮同位素信号等内容的系统调查与对比分析.结果表明,浮游植物δ^(13)C信号分布范围为-28.98‰~-22.32‰,呈现了丰水年份(-26.89‰±1.34‰)低于枯水年份(-25.30‰±0.97‰)、9月高于其他月份等变化模式,同时出现了西部湖区高于中部、东部湖区的空间分布特征.浮游植物δ^(15)N信号分布范围为-0.28‰~10.25‰,且丰水年份(6.28‰±1.07‰)高于枯水年份(2.78‰±1.55‰),施肥季节(6、12月)低于其他季节,以及在雨季(9月)和旱季初期(12月)西部湖区高于中部、东部湖区的空间分布特征.统计分析表明,随着异龙湖水量的上升,具有较低δ^(13)C信号的流域无机碳输入增加、水体富营养化程度降低,可能改变了浮游植物利用的无机碳源及其生长速率,从而造成了浮游植物δ^(13)C信号的显著下降,反映了调水补水措施等人类活动影响下浮游植物δ^(13)C信号的快速响应.同时,浮游植物较低的δ^(15)N分布特征及其与水体NH4+-N浓度密切相关,反映了异龙湖氮素来源于以氨肥为主的农业面源污染影响,并通过浮游植物吸收等过程影响了湖泊生态系统的氮循环模式.而有机肥替代化肥措施实施后异龙湖浮游植物δ^(15)N呈现出随水量显著升高的特征,反映了生态环境修复措施显著改变了异龙湖的氮素来源.MixSIAR模型结果表明,异龙湖氮源中农业面源污染从枯水年份的88.4%下降至丰水年份的79.0%,其中化肥贡献率从41.2%下降至14.0%,有机肥占比从47.2%上升到65.0%,而点源污染贡献率则从11.6%升高至21.0%.由此可见,调水补水工程、有机肥替代化肥等人类治理活动降低了异龙湖水体的营养盐浓度,并通过增加δ^(13)C偏低的流域碳源和δ^(15)N偏高的有机肥氮源导致浮游植物δ^(13)C信号的降低和δ^(15)N信号的升高,反映了湖泊治理和环境修复措施对湖泊初级生产者碳氮稳定同位素及其循环过程产生显著影响.

近百年来异龙湖有机碳和无机碳埋藏响应水体富营养化的协同变化特征

湖泊碳埋藏模式及其动态变化对陆地碳汇通量与全球碳收支估算具有重要影响,然而现有湖泊碳埋藏评估主要基于有机碳的埋藏模式,缺乏对无机碳埋藏以及有机碳-无机碳协同变化过程的系统评估.本文通过对云南岩溶区异龙湖开展沉积物岩芯样品的多指标分析和湖盆3个点位的记录对比,结合210Pb、137Cs年代学序列,识别了1900年以来异龙湖有机碳和无机碳埋藏通量的变化历史和空间特征,并甄别了二者协同变化的主要特征及其转化路径.结果表明,近百年来流域开发导致的营养盐长期输入(如沉积物氮和磷的持续富集)显著提高了异龙湖的内源初级生产力,表现为1900~2020年间沉积物藻类色素含量持续增加,蓝藻叶黄素浓度由~7.02μg/g显著增加到~38.99μg/g.同期有机碳和无机碳的埋藏通量均出现持续的上升趋势,且两者的同步变化特征显著(r=0.98~0.99,P<0.001).回归分析表明,藻类生物量是碳埋藏通量上升的主要驱动因子(R^(2)=0.33~0.91,P<0.001),指示了藻类光合作用以及“生物碳泵”效应对碳埋藏过程的驱动作用.在流域地表物质输入强度总体下降(如磁化率信号和沉积物C:N比值的减小)的背景下,藻类生物量和内源有机碳的持续上升导致了有机质矿化过程中自生碳酸盐的转化作用明显增加(如无机碳δ13C信号的持续下降),进而促进了有机碳与无机碳埋藏通量的协同增长.上述结果表明,水体富营养化过程促进形成了有机碳和无机碳埋藏通量同步增加的长期模式,加强了异龙湖有机碳和无机碳埋藏过程的耦合作用.因此在人类活动与气候变化持续的背景下,对岩溶地区湖泊碳埋藏模式的科学评估需要关注无机碳埋藏过程及其对陆地碳汇通量的动态影响.

青藏高原东南缘高山湖泊藻类响应气候变化和大气沉降的长期特征

高山湖泊远离人类活动直接影响,通常具有面积小、寡营养、食物网单一等特点,对气候变化和营养输入具有较高的敏感性。我国青藏高原东南缘地区氮沉降通量较高、增温幅度显著,已有研究显示该地区可能受湖泊类型、流域特征等影响存在差异性的湖泊响应模式。本研究选择该区域位于树线以下、具有不同水深的3个小型湖泊(盖公错纳、沃迪错、碧沽天池)开展沉积物调查和对比研究,通过钻孔样品测年、理化特征和藻类(硅藻群落、藻类色素)等多指标分析,结合区域气候定量重建和氮沉降等数据收集,评价了过去300年来藻类演替模式的异同特征及湖泊水深的调节作用。结果显示,3个湖泊中硅藻的优势物种与群落组成差异明显。深水型湖泊盖公错纳(最大水深39.4 m)的硅藻群落以浮游种为主(占比达82%),优势种为眼斑小环藻(Pantocsekiolla ocellata)、科曼小环藻(Pantocsekiella comensis);深水型湖泊沃迪错(最大水深20.7 m)的硅藻群落中浮游种和底栖种约各占50%,优势种为眼斑小环藻(Pantocsekiella ocellata)、连结脆杆藻(Saurosira construens);浅水湖泊碧沽天池(最大水深1.7 m)的硅藻群落以底栖种为主(约99%),优势种为极细微曲壳藻(Achnanthidium minutissimum)、小头桥弯藻(Encyonopsis microcephala)。近300年来,2个深水型湖泊(盖公错纳和沃迪错)中硅藻群落变化没有显著的阶段性特征,但初级生产力呈持续上升的趋势;而浅水湖泊(碧沽天池)的硅藻群落出现了明显转变,自1968年开始极细微曲壳藻相对丰度上升且成为优势种,而其沉积物色素浓度呈总体下降趋势。进一步分析发现,驱动3个湖泊硅藻群落变化的环境因子存在差异,盖公错纳主要受到水文波动影响、沃迪错和碧沽天池主要与总氮(TN)有关;与深水湖泊相比,TN对浅水湖泊硅藻群落的驱动作用有所增强。湖泊初级生产力的驱动因子上,盖公错纳中水文和气温变化的影响明显,沃迪错主要受到TN和气温控制,而碧沽天池中水文波动和TN的影响显著。由此可见,位于树线下的高山湖泊藻类演替特征与水深等湖泊类型显著相关,出现了区域增温、大气沉降等相同背景下藻类响应模式的湖泊差异。

浴仙湖沉积物记录的云南极端干旱事件与生态响应评价

为评价湖库生态环境对极端气候的响应特征,以经历水位明显降低的云南浴仙湖为研究对象,通过沉积物多指标分析并结合多变量统计方法,识别了2009—2013年极端干旱事件驱动湖泊生态环境变化的模式。其中沉积物粒度显示近百年来湖泊水文条件总体稳定,但在2011年左右粗颗粒物质和中值粒径增大,同期沉积物元素、同位素记录表明水体营养水平没有明显变化。硅藻群落近百年来以湖泊底栖物种占绝对优势,约2011年开始优势种属Fragilaria被Nitzschia、Navicula等河流水体中常见的物种所替代,且硅藻多样性指标总体增加,而指示水位变化的PCA主轴一解释了硅藻群落结构的主要变化(约55.8%)。总之,极端干旱事件的发生与持续明显改变了湖泊生物群落结构与多样性特征,已成为影响该气候敏感区水资源安全与生态环境功能的重要挑战之一。

广西北海涠洲岛第四纪晚期火山碎屑流中橄榄岩包体碎块的发现及其地质意义

广西北海涠洲岛是我国面积最大的第四纪火山岩海岛,岛内出露的最新一次火山喷发产物为碧玄质岩石,它覆盖于晚更新世湖光岩组(Q3h)层状凝灰岩地层之上。在该火山岩中发现有橄榄岩包体,罕见的是,包体是以火山角砾的形式见于碧玄质火山碎屑流之中,故应是被炸碎的包体碎块,而非原始态包体。这是迄今为止较为特殊的一种橄榄岩包体产状类型,其原始态包体的岩石类型可能为方辉橄榄岩和纯橄岩。岩石结构及探针数据均表明该橄榄岩包体来自岩石圈地幔。包体的温压估算结果为960～1040℃和1.3GPa,对应的稳定深度约40km。此外,由于包体来源深度远小于其寄主碧玄质火山岩浆的来源深度(大于99km),表明涠洲岛地区第四纪火山碎屑流中的橄榄岩包体是地幔柱来源的碧玄质岩浆在上升经过岩石圈地幔约40km深度时捕获的偶然包体,并在就位前经历过炸碎。

滇东湖泊水生植物和浮游生物碳、氮稳定同位素与元素组成特征

稳定同位素示踪方法是研究生态系统组成与功能的重要手段,有助于认识湖泊食物网的基本组成与生物地球化学循环的主要过程.本研究选择了云南省东部地区营养水平不同的10个湖泊,开展了高等水生植物(沉水植物、漂浮植物)、浮游植物与浮游动物的空间调查,分析了不同生物在碳、氮稳定同位素信号与元素组成上的分布模式.在碳稳定同位素信号的分布上,漂浮植物在4种生物类型中最为偏负且变化幅度最小,为-28.99‰±0.86‰;浮游动物碳稳定同位素(-20.85‰±2.70‰)的分布特征与浮游植物(-21.88‰±2.97‰)显著相似;而沉水植物的碳稳定同位素显著偏正且变化范围较大,平均值为-12.04‰±4.57‰.结果表明,碳源及其传输途径的差异是导致湖泊生物体内碳同位素信号不同的主要驱动过程.在氮稳定同位素信号上,同为初级生产者的沉水植物(5.43‰±5.84‰)、漂浮植物(5.58‰±7.38‰)与浮游植物(7.26‰±3.83‰)较为相似,而浮游动物氮同位素信号(11.02‰±3.18‰)显著高于浮游植物且平均富集约3.46‰,反映了湖泊生物随着营养级的增加出现较为明显的同位素分馏效应.在空间分布上,湖泊生物碳同位素信号受到水温、水深等因素的明显影响,氮同位素信号则随湖泊营养水平的增加而逐渐偏正.与长江中下游等地区相比,云南湖泊生物的碳、氮元素含量总体偏高;同时,代表内源有机质组分的水生植物和浮游生物C/N质量比值都小于20.因此,本研究揭示的生物碳、氮同位素信号与元素组成特征可为评价高原湖泊食物网组成与生物地球化学循环提供重要的科学依据.

洱海蓝藻爆发的时空特征及影响因子

湖泊生态环境对区域气候变化和流域人类活动十分敏感。随着流域的持续开发,洱海作为云贵高原第二大淡水湖泊面临着严重的生态与环境问题,主要包括水质恶化和生态功能的衰退,其中蓝藻水华问题尤为突出。针对湖泊现代监测数据存在时间序列较短、连续监测记录缺乏、监测位点不完全一致等问题,应用沉积物记录开展色素等多指标分析和环境变化重建研究,并对洱海湖区南、中、北3个湖盆的沉积物记录进行对比分析,从而探讨洱海富营养化与蓝藻爆发的历史与变化特征,并识别藻类响应模式的空间异同。沉积物色素记录结果表明,洱海蓝藻生物量变化具有明显的时空差异性,呈现由南至北,先后增加、最后呈现蓝藻水华全湖性持续爆发的模式。进一步的简约模型方差分解结果表明气候变暖和营养盐富集是洱海蓝藻生物量变化的主要驱动因子,此外相对较浅的南部湖盆还受到水位波动、水动力减弱、水生植物演化的综合影响。因此,在气候变暖的背景下,控制水体营养盐输入、合理调控湖泊水位、提高水体透明度并恢复水生植物是控制洱海蓝藻水华爆发和进行生态恢复的重要措施。

云南4个湖泊浮游生物碳、氮稳定同位素的季节变化及其影响因子

浮游生物是湖泊食物网的重要组成,其碳、氮稳定同位素能够反映元素地球化学循环和食物来源的波动,是了解水域生态系统结构变化的重要手段之一.本文选取云南4个不同类型湖泊,开展浮游生物碳、氮稳定同位素组成(δ^(13)C、δ^(15)N)的季节变化与湖泊对比研究.大型深水湖泊(抚仙湖和阳宗海)中,浮游植物δ^(13)C值在夏、秋季(-20.34‰±1.98‰)显著高于冬、春季(-28.00‰±2.51‰),反映夏秋季藻类生长速率较高、HCO3-无机碳源利用增多等的影响.而小型浅水湖泊(长桥海和大屯海)中浮游植物δ^(13)C值在夏季最高(-21.24‰±0.88‰),可能与雨季流域输入增强、陆源有机质占比增加有关.4个湖泊浮游生物δ^(15)N值具有一致的变化特征,春季显著高于其他季节.分析表明,云南地区雨季以面源污染为主向旱季以点源污染为主的转变,导致氮素营养盐季节性来源差异,并通过生物吸收作用影响了浮游生物δ^(15)N值的季节变化.在浮游动物与浮游植物的稳定同位素差值(即富集度)方面,营养水平高的小型浅水湖泊中δ^(13)C富集度为1.61‰±0.90‰、δ^(15)N富集度为2.71‰±1.22‰,显著小于营养水平低的大型深水湖泊(分别为2.60‰±0.98‰和4.19‰±1.25‰),表明随着湖泊营养水平的增加,浮游动物更多地以浮游植物为食,导致有机碳在不同营养级之间的传输过程中具有更强的耦合作用,且相邻营养级之间具有更低的δ^(15)N富集度特征.

滇池浮游植物碳氮同位素时空分布特征及其影响因子分析

通过对旱季、旱雨季过渡期和雨季3个不同时期滇池浮游植物δ^(13)C、δ^(15)N的研究发现,滇池浮游植物δ^(13)C、δ^(15)N存在显著的时空分布特征.从旱季、过渡期到雨季,浮游植物δ^(13)C值分别为-20.44‰±0.72‰、-17.32‰±1.09‰和-15.92‰±1.74‰,呈逐渐升高趋势;而浮游植物δ^(15)N值的季节变化模式则相反,雨季(13.55‰±0.85‰)显著低于旱季(15.33‰±0.31‰)和过渡期(15.02‰±1.12‰).空间分布上,浮游植物δ^(13)C值呈现南高北低的变化特征,极差为13.17‰,δ^(15)N值则中部湖区高,南北部湖区低,极差为11.37‰.统计分析表明,浮游植物δ^(13)C值与水温、降水量、电导率和pH值等多因素相关,反映了生物生长速率和无机碳源的影响显著;浮游植物δ^(15)N值季节变化受降水量、总氮(TN)、总磷(TP)的影响,其空间变化与滇池流域内土地利用的空间分布格局一致.上述结果显示,城市生活污水仍然是滇池重要的污染来源,而农业化肥等面源污染对δ^(15)N值的时空变化起到显著的调控作用.因此,滇池流域土地利用与营养盐来源的空间差异以及西南季风区降水的季节变化是影响湖泊生态系统碳氮循环与同位素生物示踪信号的重要因子.

不同组织碳、氮元素含量和同位素分馏特征研究——以抚仙湖草鱼、鱇浪白鱼为例

结合抚仙湖浮游植物、水生植物等样品,对野生植食性草鱼(Ctenopharyngodon idellus)31个组织和野生肉食性鱇浪白鱼(Anabarilius grahami)17个组织样品碳、氮元素含量和稳定同位素比值(δ^(13)C、δ^(15)N)进行了对比分析.结果显示,鱼类不同组织的碳稳定同位素分馏效应显著,草鱼不同组织δ^(13)C分布范围为-20.66‰~-11.62‰,极差为9.04‰,鱇浪白鱼为-27.55‰~-19.71‰,极差为7.84‰.而氮稳定同位素分馏较小,草鱼δ15N分布范围为9.09‰~10.97‰,极差为1.88‰,鱇浪白鱼为7.91‰~12.51‰,极差为4.60‰.同时,草鱼和鱇浪白鱼不同组织δ^(13)C值与对应C元素含量呈极显著的负相关关系,C含量每升高10%其δ^(13)C值分别减少1.83‰和1.35‰,反映了不同组织对C元素吸收及合成过程伴随着碳稳定同位素的明显分馏.不同组织在δ^(15)N值与N元素含量的相关关系上不显著.进一步开展草鱼不同组织与肠含物的同位素对比分析显示,草鱼背部肌肉组织与肠含物中苦草的碳、氮同位素分馏系数分别为0.40‰和2.66‰,表明背部肌肉组织的碳、氮同位素组成对识别鱼类食性和确定营养级水平的可靠性.研究结果显示,植食性草鱼和肉食性鱇浪白鱼具有较为稳定的食性特征,可以用黏液的δ^(13)C值和校正后的鳞片的δ^(15)N值替代背部肌肉作为食性分析和确定营养级的类比指标.该研究表明,鱼类组织碳、氮元素组成与同位素分馏特征可为识别云南高原湖泊的食物网结构和营养转移路径提供可靠的分析手段,其中黏液、鳞片等非致命组织的替代性取样与同位素分析对于濒危鱼类的研究与保护具有较好的应用意义.

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积物碳含量的影响.而在流域耕地覆被为主(60.98%)的月湖中,全岩和有机质C:N比值与磁化率信号呈显著负相关(r=-0.54,P<0.01和r=-0.67,P<0.001),且全岩C:N比值与无机碳含量(P=0.15)无显著关系,反映了耕作强度的增加可能促进了水体富营养化和内源输入的增强.在两个湖泊中,营养水平的上升和内源生产力的增加促进了有机碳含量的快速增加.进一步分析表明,近百年来长湖有机碳与无机碳含量变化的同步性明显(r=0.54,P<0.001)而在月湖中无显著关系(P=0.20,P>0.05).两个湖泊中沉积通量的变化均与全岩C:N比值呈显著正相关(r=0.48和0.45,P≤0.001),且有机碳与无机碳埋藏通量均呈现同步变化的显著特征(r=0.72和0.85,P<0.001).其中长湖的无机碳埋藏通量显著高于有机碳埋藏通量,而月湖的有机碳埋藏通量略高于无机碳埋藏通量,反映了岩溶地区流域外源输入和水体富营养化的差异性驱动影响.在流域开发增强的梯度下,森林退化会降低流域碳输出的负荷,而农业扩张和水体富营养化会促进藻类生长和内源有机碳的累积.因此,流域土地利用和水体营养水平对湖泊无机碳和有机碳埋藏变化的长期轨迹和协同模式产生了重要影响,对喀斯特地区的碳库评估需要考虑无机碳循环的重要性.

玉米和小麦作为碳氮同位素工作标样的可行性实验分析

随着稳定同位素分析测试技术的提高,碳氮同位素在自然科学研究中的应用越来越广泛。本文对玉米和小麦籽粒的稳定碳氮同位素组成进行了实验分析,通过与两种稳定碳氮同位素国际标样的对比研究探讨两种工作标样的稳定性。研究结果表明:玉米和小麦籽粒的稳定碳氮同位素实验值呈现良好的稳定性,具有作为稳定碳氮同位素工作标样的潜力;同时,不同的进样量对样品的质谱峰强度有一定的影响。

喀斯特富营养湖泊水体碳浓度及储量变化特征——以异龙湖为例

为探究喀斯特富营养湖泊水体不同赋存形式碳浓度和碳储量动态变化模式及其影响因素,本研究于2021年9月—2022年6月对异龙湖开展4个季节、20个点位的水质和水体碳浓度时空分布特征研究。结果发现,异龙湖水体碳以溶解碳占主导,溶解无机碳(DIC)浓度在4种赋存形式碳中最高为(41.26±4.93)mg/L,溶解有机碳(DOC)次之为(16.23±2.23)mg/L,颗粒碳浓度相对较低,颗粒有机碳(POC)和颗粒无机碳(PIC)浓度分别为(10.05±1.81)mg/L和(0.82±0.56)mg/L。异龙湖全年水体碳储量平均值为5.30 Gg C,4种赋存形式碳储量占比分别为60.57%(DIC)、23.77%(DOC)、14.53%(POC)和1.13%(PIC)。分析表明,异龙湖DOC、POC浓度与营养盐负荷及藻类生物量有关,指示其主要来源于藻源性有机碳。DIC浓度与DOC、水温、氨氮、入湖河流分布等因素相关,表明DIC受矿化作用、水温及流域水体稀释作用的共同驱动。PIC浓度与叶绿素a浓度和酸碱度有关,指示其主要受藻类光合作用导致的酸碱平衡破坏影响。异龙湖不同赋存形式碳浓度间存在一定的耦合关系,反映了不同赋存形式水体碳存在迁移和转化,湖泊富营养化导致藻类生物量增加,造成有机碳浓度POC和DOC同步升高,同时有机质的矿化作用也引起无机碳与有机碳的协同变化。与其他湖泊相比,异龙湖具有更高的水体碳浓度水平,可能与异龙湖的富营养化、喀斯特地质背景以及特殊的地理位置等因素有关。在碳储量上,水量是影响湖泊水体碳储量的关键因素,而富营养化提高了水体碳浓度和碳累积速率,增强了湖泊的碳汇效应,在全球湖泊富营养化问题日趋严峻的背景下,湖泊水体碳储量在生态系统碳汇估算中的地位逐渐显露。

滇东北现代花粉/炭屑组合与植被和火灾关系

在滇东北采集了47个湖泊(水库)沉积物的表层样品,对这些样品作花粉/炭屑分析来探讨表层花粉谱与现代植被的关系及炭屑浓度与现代森林火灾的关系.花粉分析结果表明,木本植物花粉以松为主,其次为桤木属、桦木属、常绿栎和石栎属/栲属,草本植物花粉以禾本科、蓼科和十字花科为主,较好反映了湖泊等水体所在地的现代地带性植被和地方性植被.在研究区,木本花粉含量在大部分表层花粉谱中少于草本花粉含量,这与当地植被中森林盖度小有关;花粉谱中草本植物主要成分的不同,反映了采样水体周围种植的农作物的不同.整个研究区受人类活动影响较大,主成分分析表明影响研究区现代花粉组合的第一因子是人类活动强度,第二因子是温度.研究区内不同水体的炭屑浓度存在很大的差异,除了反映水体周围森林火灾的多寡和强度外,也与当地的彝族、白族、纳西族、基诺族及拉祜族等少数民族的"火把节"有一定的关系.

异龙湖草型-藻型稳态转换的有机碳氮及其同位素源解析

湖泊稳态转换导致湖泊由清水态向浊水态转变,不仅削弱湖泊生态系统功能和服务,同时会对湖泊有机质来源组成及碳氮循环过程产生显著影响。本研究采集了异龙湖20根短钻岩芯,对沉积物有机质的碳氮稳定同位素及C/N值进行测定,根据指标变化模式并结合前人研究结果,识别了异龙湖稳态转变前后草型阶段和藻型阶段两个时期。结果显示,沉积物δ^(15)N值较低(2.50‰±1.42‰),与化肥氮同位素信号相近,表明长期的农业面源污染是导致异龙湖水体富营养化的主要原因。近百年来异龙湖从草型清水态向藻型浊水态的转变过程中,呈现碳同位素信号偏负、C/N值较低的藻源性有机质来源占比升高而水生维管束植物(δ^(13)C偏正,C/N值较高)来源降低的演变过程。进一步运用MixSIAR贝叶斯混合模型对异龙湖草型、藻型两个时期有机质来源的定量分析表明,浮游植物贡献率从草型湖泊阶段的26.69%±4.38%上升到藻型湖泊阶段的41.91%±5.03%;而沉水植物贡献率则由16.10%±6.26%下降到2.89%±1.09%。此外,较高的陆源有机质占比(草型:39.6%±3.5%,藻型:37.3%±3.4%),可能与较大的异龙湖流域与湖泊面积比(11.63)以及流域土地利用类型改变导致的地表侵蚀速率上升有关。草型和藻型阶段中挺水植物的相对贡献率没有显著差异(17.60%±1.87%和17.93%±1.62%),指示浅水湖泊湖滨带挺水植物分布广泛,受水体营养水平的影响较小;同时挺水植物纤维素含量高、降解速度慢,更容易在沉积物中保存,成为沉积物有机质的重要来源之一。湖泊生态系统稳态转换过程中有机质来源的定量研究有助于精准甄别不同有机质贡献情况,为制定湖泊管理策略与实施评估提供帮助,为生态修复提供理论支撑。

75ka以来黄土高原蜗牛生长季节长度的变化

第四纪冰期-间冰期气候变化在年际尺度上是通过季节变化或季节长度的调整来实现的,如何揭示冰期-间冰期期间季节长度的变化,是深入探索气候变化过程和机制的新课题.蜗牛生长季节的壳体同位素具有记录季节性气候特征的潜力.通过对黄土高原不同气候区18个地点现生蜗牛组合中喜冷干种Pupillaaeoli(杂色虹蛹螺)和喜暖湿种Punctumorphana(显口多点螺)蜗牛壳体碳酸盐碳、氧同位素分析,揭示出P.aeoli蜗牛壳体δ13C值相对于P.orphana壳体偏负1.3±1.0‰,δ18O值偏正3.3±1.1‰;而且从黄土高原东部山西娘子关到西部青海官亭,随着生长季节长度(日均温≥10℃)由202±6d缩短为162±7d,冷、暖2种蜗牛壳体的δ13C差值和δ18O差值都逐渐减小,其中δ13C差值从东部的2.8‰减小到西部的0.2±1.1‰,δ18O差值从4.7‰减小到2.9±1.3‰.且2种蜗牛壳体δ13C差值每相差1‰,蜗牛生长季节相差约15d左右;δ18O差值每相差1‰,蜗牛生长季节相差约19d左右.进一步对西峰剖面75ka以来蜗牛壳体同位素分析显示,全新世中期(8～3ka),蜗牛壳体δ13C和δ18O的差值最大,分别为2.6±0.7‰和2.1±1.4‰;间冰段MIS3次之,为2.5±0.4‰和1.6±0.8‰;末次盛冰期最小,为0.2‰和0.4‰.推测全新世中期蜗牛生长季节长度约为200±10d,间冰段MIS3为190±6d左右,冰期时蜗牛生长季节长度约160±3d左右.

大理西湖流域开发历史与硅藻群落变化的模式识别

有关云南湖泊的研究长期集中于高原九大湖泊和水体富营养化评价,缺少对中小型水体及多重环境压力胁迫的综合研究.本文以大理西湖为例,结合沉积物记录与现代监测资料,甄别了气候变化和人类活动干扰下硅藻群落结构的长期响应模式及其驱动强度.结果表明:20世纪50年代以前,大理西湖总体处于自然演化阶段;1950年代开始,围湖造田和流域改造的增强导致了水体营养水平增加、水动力条件改变,硅藻优势种由扁圆卵型藻替代为脆杆藻属;而1997年以来营养水平的快速增加和湖泊水动力的改变,促进了浮游藻类大量生长、底栖硅藻持续减少,同时水生植物快速退化、生态系统稳定性明显降低.因此,在长期流域开发的背景下,对云南中小型高山湖泊的有效保护需要评价流域开发类型、强度及全球变暖的长期影响.