湖泊沉积物中的年纹理与近代环境变化研究进展

在湖泊沉积物中发现的不亚于冰川纹泥、树木年轮等及其它自然档案的沉积年纹理,对第四纪尤其是近代环境变化的研究有独特贡献。本文主要介绍这一新的研究领域的进展情况,包括年纹理形成机制,取样、分样技术和装置以及过去气候和环境质量变化的研究。     

小柴旦湖表层沉积物粒度分布特征

柴达木盆地分布着的大量浅水盐湖,是重建过去全球变化的重要载体。盐湖沉积物粒度的测定及其解释对湖水动力学、地貌学和沉积学的研究具有十分重要的意义;粒度作为湖泊沉积物中最直接的物理指标,在不同的湖泊中存在着多解性,因此,系统地研究不同湖泊表层沉积物的粒度空间分布特征十分必要。本文以柴达木盆地的小柴旦湖为研究对象,对湖泊中23个表层沉积物样品进行粒度分析,并结合2个风成砂样品和1个湖泊钻孔样品(XCD3),系统研究其表层沉积物粒度特征,探讨可能影响粒度分布的外力因素。结果表明:(1)在两条采样路线上,样品粒度随水位深度增加逐渐变细,其平均粒径的变化范围自50.2μm至5.3μm,说明小柴旦湖这类小型浅水盐湖的沉积特征符合湖泊中湖滨至湖心沉积物颗粒逐渐变细这一规律;(2)凡是湖泊水深超过200 cm的样品,粒度频率分布曲线具有较高的一致性,表明在小柴旦湖中较细颗粒主要赋存于深水区,指示深水区沉积环境相对稳定;(3)湖滨浅水区沉积物颗粒特征复杂,粒度频率分布曲线呈多峰态,可能受洪积扇、植被和风浪的影响。选取柴旦气象站1956—2013年气象数据中极大风速计算风浪对水体的影响,最大影响深度为0.4 m,说明湖滨深度小于0.4 m的区域受风浪影响。结合湖泊表层沉积物及周围风成砂粒度特征,对小柴旦3(XCD3)钻孔沉积物粒度特征进行分析,发现:钻孔中68—70 cm和77—80 cm层位粒度特征指示水位快速下降,湖泊干涸并沉积风成砂;其余层位均表现为相对稳定的湖相地层,湖泊水位与现代相近。     

不同营养湖泊沉积物中210Pbex和营养盐垂向分布特征及相关性分析

对比分析了两个不同营养湖泊抚仙湖和滇池湖中心部位沉积物柱芯放射性核素210Pbex和营养盐(TOC、TN和TP)的垂向分布特征,探讨了两个湖泊不同湖区沉积物柱芯中210Pbex与营养盐(TOC、TN和TP)之间的相关关系.结果表明,两个湖泊沉积物柱芯中210Pbex和营养盐各个指标的垂向分布存在差异,总体上滇池沉积物柱芯中210Pbex的波动变化幅度略高于抚仙湖.滇池表层沉积物中210Pbex较为紊乱的分布特征与人类活动影响下的沉积物中Pb的物理化学迁移有关.沉积物中营养盐各个指标的变化则与特定历史时期不同强度的自然演化和人类活动双重因素影响密切相关.放射性核素210Pbex和营养盐各个指标之间的相关关系与两个湖泊或同一湖泊不同湖区的营养水平高低有关,其变化关系为富营养化湖泊滇池>贫营养湖泊抚仙湖,抚仙湖北岸>南岸.就单个营养盐指标与210Pbex之间的相关关系而言,TOC最强,TP次之,TN最弱.     

高原湖泊沉积物碳酸盐稳定同位素及孔隙水碳酸盐体系地球化学研究(摘要)

<正> 湖泊沉积物的碳酸盐,主要来源于流域侵蚀和湖水中的季节性沉淀,能迅速反映流域风化作用的强弱、水体化学性质及生物活动性强弱的变化,是区域性和全球性环境变化研究的理想介质;早期成岩过程可能对碳酸盐体系有较强的改造作用,并且会影响到相关元素的性质,而现代沉积物早期成岩作用的研究是沉积学的主要内容,能使我们能更好地认识古老沉积物的碳酸盐体系的性质,使它能更好地服务于当前全球环境变化的研究。     

三岔湖沉积物揭示的湖泊营养化进程与人类活动的关系

在210Pb和137Cs定年基础上,研究了三岔湖沉积物理化性质的垂直和水平变化格局,揭示了三岔湖沉积物的特性、沉积速率、碳氮磷变化格局与人类活动和湖泊富营养化进程的关系.三岔湖不同时期沉积物的TOC、TN、TP与三岔湖水质呈现同样的变化格局.建库初期三岔湖水质为贫营养状态,随着人类活动的加剧,水质不断恶化.沉积物的沉积速率和碳氮磷含量的变化与人类活动密切相关,工、农、渔业、旅游业等人类活动导致三岔湖湖泊营养化进程加快.控制人类活动的强度是改善湖泊水质的关键.网箱养殖是三岔湖沉积物中磷的最重要来源,停养后沉积物中磷含量的下降将是一个相当漫长的过程.     

前言

<正>随着全球环境问题的日益加剧,人居陆地环境变化已成为国际生物多样性研究计划(DIVERSTAS)、人类对陆地生态系统的影响(HITE)、人类活动和自然相互作用对湖泊生态系统的影响(LIMPACS)、土地利用和气候变化对流域系统的影响(LUCIFS)等国际重大计划的核心研究内容。为实现全球可持续发展,2012年3月国际科学理事会(ICSU)启动的Future Earth计划(www.icsu.org/future-earth/),进一步强调了人与自然相互作用的复杂过程,以及如何有效地应对全球环境变化引起的风险和机遇。湖泊沉积物研究将在Future Earth计划的五大核心内容之预报(forecasting)、观测(observing)和管制(confining)中起到重要作用     

银川市典型湖泊沉积物细菌群落结构及其对重金属的响应关系

湖泊湿地是极其重要而又特殊的生态系统,在区域水资源调蓄、环境保护和生物多样性维持等方面具有重要意义.沉积物细菌是湖泊生态系统重要的组成部分,是湖泊生物地球化学循环的主要驱动力.为探明银川市典型湖泊沉积物细菌的群落结构及其影响因素,选取银川市3个典型湖泊（阅海湖、鸣翠湖和犀牛湖）为研究对象,于2021年1月、4月、7月和10月采集表层沉积物,应用16S rDNA高通量测序技术研究沉积物细菌群落组成,并探究其与重金属之间的响应关系.结果表明,银川市3个典型湖泊沉积物重金属生态危害系数远小于40,生态危害指数远小于150,危害程度均为生态轻微危害.3个湖泊的细菌群落多样性无显著差异,但各湖泊不同季节多样性有显著变化,群落组成也存在显著差异.阅海湖、鸣翠湖和犀牛湖的优势种菌门（相对丰度排名前3）均为：变形菌门（Proteobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）和绿弯菌门（Chloroflexi）,优势下级阶元为γ-变形菌纲（Gammaproteobacteria）、α-变形菌纲（Alphaproteobacteria）和δ-变形菌纲（Deltaproteobacteria）.银川市典型湖泊门水平分类上出现的主要差异物种为变形菌门（Proteobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、广古菌门（Euryarchaeota）、厚壁菌门（Firmicutes）、放线菌门（Actinobacteria）和酸杆菌门（Acidobacteria）.阅海湖沉积物细菌群落结构与Cu、Fe、Mn、Zn、As和Pb显著相关,鸣翠湖沉积物细菌群落结构与Fe、Pb和Cr显著相关,犀牛湖沉积物细菌群落结构与重金属相关关系不显著.沉积物重金属的种类和含量对银川市阅海湖和鸣翠湖沉积物细菌群落结构有显著影响,是引起湖泊沉积物细菌群落结构变化的重要环境因子.     

长江中下游湖泊沉积物理化性质研究

对长江中下游洞庭湖、鄱阳湖、巢湖、太湖、月湖和玄武湖6个湖泊中的20个沉积物样品进行了理化性质分析,在此基础上探讨了沉积物各理化性质间的相关关系.研究结果表明长江中下游沉积物的总磷含量为307.43～1 454.39 mg/kg,阳离子交换量为0.086 1～0.252 8 mmol/g,有机质总量为0.25%～7.38%,有机质组分以胡敏素为主;沉积物的颗粒组成以粉砂粒级和粘粒级为主,占64%～98%,粉砂粒级占50%～70%;粘土矿物以伊利石/蒙脱石混层为主,其次是伊利石、绿泥石和高岭石;沉积物中主要的氧化物为SiO2,Al2O3和Fe2O3,变化较大的成分为SiO2,Al2O3和Fe2O3,MnO和CaO变化不大,TiO2基本没有变化.在长江中下游地区不同湖泊中沉积物的理化性质存在较大差异,且与湖泊污染程度密切相关.沉积物中细颗粒越多,有机质含量越高,阳离子交换量越大,铁铝氧化物含量越高的湖泊,其总磷含量也就越高.     

新疆柴窝堡地区沉积物元素地球化学特征及其环境意义

通过对新疆柴窝堡地区湖泊沉积物和流域表层沉积物中元素含量的分析,研究了柴窝堡湖沉积物中元素的地球化学特征及其环境意义,并利用重金属潜在生态危害指数法对沉积物重金属的生态效应进行了简要评价。相关分析及主成分分析表明,柴窝堡流域Al、K、Na、Be、Ba、Ti、Ca、Mg、Sr等元素含量的变化主要受流域化学风化作用强度的影响,而Fe、Mn、Zn、Cu、Cr、Ni、Pb、Co等重金属元素与黏土含量之间相关性显著,反映了自然与人类活动的影响过程。1950年前,人类活动影响弱,湖泊沉积物重金属元素主要受控于流域水动力条件;1950年后,流域人类活动的加强使得湖泊沉积物中重金属含量显著增加。利用聚类方法进行了湖泊沉积物与流域表层沉积物元素组成的比较分析,结果显示不同湖泊沉积物元素的组合特征反映了流域人类活动和自然作用的影响。最后,通过重金属潜在生态危害指数法对柴窝堡湖泊沉积物中Cu、Cr、Zn、Pb等4种重金属的潜在危害程度进行初步评价,其中以沉积物中Pb和Cu危害程度较高,但潜在生态危害程度尚属轻微。     

用于获取过去环境资料的技术和国际地圈-生物圈计划的重点

本文是1988年7月6—8日在瑞士伯尔尼大学召开的国际地圈-生物圈计划(IGBP)“过去环境资料获取技术”工作会议报告的第二、三部分,亦即国际地圈-生物圈计划“全球变化研究”项目第六号报告的第二、三部分。 第二部分——现有的技术——着重讨论了反映过去环境条件变化的树轮、湖泊沉积物、极地冰岩心、黄土、海洋沉积物等的应用。 第三部分——建议的计划重点——提出了七个重点课题:1)逐年、十年和百年时间尺度的变化;2)埃尔尼诺-南部涛动现象的古记录;3)过去人类对气候和环境的影响;4)全新世的全球变化;5)过去的15万年:冰期-间冰期旋回的全球变化;6)对大洋、陆地数据的需求;7)对模拟古资料的需求。在每一课题中对问题的提出、背景以及建议的IGBP活动等作了阐述。     

环境因子对湖泊沉积物碱性磷酸酶活性的影响

文章对云龙湖和骆马湖2种不同类型湖泊沉积物的碱性磷酸酶进行了测定,分析了水体理化特性、季节变化及水生植物对湖泊沉积物碱性磷酸酶活性的影响,结果表明:pH值、温度对沉积物碱性磷酸酶活性影响较大,呈显著正相关(r=0.220,P70.05;r=0.478,P70.01),而DO值的影响较小,相关不显著;随着季节的变化,云龙湖沉积物碱性磷酸酶活性变化较明显,其变化规律为夏季>秋季>冬季>春季,夏季最高,为330.27 mg/(kg·h),春季最低,为154.65 mg/(kg·h);随着季节的变化,水体pH、DO变化较小,分别为8.12～8.50、6.84～8.47 mg/L,温度变化较大,为3.3～26.5℃;水生植物对骆马湖沉积物碱性磷酸酶活性影响较大,有草区均大于无草区且有草区碱性磷酸酶活性随季节变化显著。因此,水体理化特性、季节变化及水生植物等环境因子对不同湖泊沉积物中碱性磷酸酶活性有重要影响。     

水华生消过程对巢湖沉积物微生物群落结构的影响

水华对湖泊水体和沉积物理化和生物学性质的影响已进行了较多研究,但鲜见水华生消过程对湖泊沉积物微生物群落结构的影响.本研究以巢湖为对象,通过PCR-DGGE方法分析了水华形成、持续和消亡阶段对沉积物微生物群落结构的影响.结果表明,巢湖水华形成期为5月15日~6月20日,持续期为6月20日~9月5日,之后进入水华消亡期.PCR-DGGE分析表明,非水华区沉积物微生物的种类、Shannon-Wiener指数、Simpson指数随时间变化较小,微生物相似度较高,温度可能是影响非水华区微生物群落结构波动的主要因子;在水华区,沉积物微生物的种类、Shannon-Wiener指数在水华形成期和消亡期较低,在水华持续期较高,而Simpson指数则呈相反趋势,微生物相似度相对较低,表明水华形成、持续和消亡过程对微生物群落结构、优势种有不同影响,温度和水华导致的水体性质变化可能是沉积物微生物变化的主要因子.本研究表明,水华生消过程对湖泊沉积物微生物有不同的影响,这对深入评价水华对湖泊水生生态系统的影响和利用微生物防治湖泊水华有重要意义.     

网湖沉积物正构烷烃分布特征及其记录的环境变化

通过对网湖沉积岩芯中正构烷烃含量和组成特征的分析,探讨了网湖近百年来的湖泊环境变化.结果表明,网湖沉积岩芯中正构烷烃的碳数范围在n-C14~n-C33之间,其中以高碳数组分为主,并具有明显的奇偶优势,反映了沉积物有机质以大型水生植物和陆生植物贡献为主,较低的2n-C31/(n-C27+n-C29)比值指示陆源输入中以木本植物输入为主.根据正构烷烃参数指示的沉积物有机质来源变化特征,近百年来网湖水体环境变化具有如下3个阶段:20世纪50年代以前,网湖与长江水体交换频繁,湖泊水体处于低营养环境状态,沉积物正构烷烃高/低分子量正构烷烃比值(H/L)和陆/水生类脂物比值(TAR)较高,沉积物有机质主要来源于陆生植物和大型水生植物,湖泊浮游藻类贡献少;20世纪50~80年代,H/L和TAR值明显下降,中、短链正构烷烃的比例略有升高,表明陆源植被对沉积物有机质的贡献降低,水生植物和浮游藻类贡献的有机质增加,但较低的2n-C17/(n-C23+n-C25)值表明浮游藻类有机质较低,此时湖泊水体较为稳定,湖泊受长江水位影响减小,湖泊营养水平有所升高;1980s以来,总体上湖泊受流域人类活动影响明显,湖泊水体营养水平升高,沉积物正构烷烃表现为H/L和TAR值升高后下降,正构烷烃总量和2n-C17/(n-C23+n-C25)比值显著升高,2000年后尤其明显,表明湖泊沉积物有机质输入增加,其中湖泊浮游藻类贡献明显增加.     

泸沽湖沉积物α纤维素的提取及其稳定碳同位素研究初探

湖泊沉积是环境气候变化的敏感指示器 ,在沉积过程中有机大分子α纤维素不易发生降解 ,其碳链上的C、H、O原子也不会与外界发生交换 ,故沉积物α纤维素的碳同位素能真实地反映原始环境信息。湖泊沉积物中的α纤维素含量少 ,笔者经过反复条件试验 ,得出了从湖泊沉积物提取α纤维素的简便可行的方法。泸沽湖是云贵高原上一半封闭湖泊 ,湖区人为活动干扰较微弱 ,该湖对环境变化敏感。笔者提取了泸沽湖沉积物柱的α纤维素 ,并研究了其碳同位素 ,结果表明 ,α纤维素碳同位素灵敏、精确地反映了该湖一百年来的环境信息 :泸沽湖沉积物有机质以内生为主 ;气候变化趋势为冷—暖—冷—暖。     

中国湖泊细菌群落的生物地理分布格局及驱动机制——基于文献数据的统计分析

为阐明中国湖泊细菌群落的生物地理分布格局及驱动机制,基于已发表文献,收集了228个湖泊的浮游或沉积物细菌门水平分类数据和环境因子数据进行分析.结果表明:中国湖泊浮游细菌群落的优势类群为变形菌门(Proteobacteria,35.92%)、放线菌门(Actinobacteria,25.03%)和拟杆菌门(Bacteroidetes,10.77%),沉积物中的优势类群为变形菌门(Proteobacteria,40.37%)、绿弯菌门(Chloroflexi,8.74%)和拟杆菌门(Bacteroidetes,8.55%).中国湖泊浮游细菌距离衰减程度显著低于沉积物细菌;湖泊细菌群落结构在北方、南方、青藏高原的空间差异显著,北方水体及沉积物中细菌的距离衰减模式均不显著,南方水体中显著但沉积物中不显著,青藏高原水体及沉积物中均显著.浮游细菌优势类群中除Proteobacteria外,Actinobacteria (南方>北方>青藏高原)和Bacteroidetes (青藏高原>北方>南方)的丰度在三个地区均具有显著差异;沉积物细菌优势类群Proteobacteria (北方>南方>青藏高原)、Chloroflexi (南方>北方>青藏高原)、Bacteroidetes (青藏高原>北方>南方)的丰度在三个地区均具有显著差异.影响北方湖泊浮游细菌群落分布的主要环境因子是溶解性有机碳,南方是溶解氧,青藏高原是硝酸盐氮;影响北方湖泊沉积物细菌群落分布的主要环境因子是总氮和pH值,南方是总磷,青藏高原是pH值.空间扩散限制与环境筛选作用共同塑造了中国湖泊细菌的生物地理分布格局.扩散限制对浮游细菌的影响小于沉积物细菌,对青藏高原湖泊浮游及沉积物细菌影响最大,对北方湖泊浮游及沉积物细菌影响最小;环境筛选作用对青藏高原湖泊浮游及沉积物细菌影响最大,对南方湖泊浮游细菌及北方湖泊沉积物细菌影响较小.     

氮在富营养化湖泊沉积物-水界面的释放

湖泊沉积物-水界面中的氮在特定条件下通过形态变化、界面特性和释放等途径影响湖泊水体质量。文章阐述了氮在湖泊沉积物-水界面的释放特征,并对影响氮在沉积物-水界面释放的因素进行了简要概述,并提出了几点控制水体释氮的建议。     

湖泊环境地球化学研究的最新进展

从工业革命开始的200年以来,人类活动导致了地球表面化学元素分布的巨大变化。而这种变化又深刻地反映在湖泊、海洋水体、沉积物中,以及在其中生存的微生物和生物体中。为保护湖泊水体环境,并探索湖泊的复苏途径,深入研究湖泊中发生的各种物理、化学和生物变化特征。从而摸拟湖泊地球化学和生物地质作用的过程是十分重     

长江中下游湖泊沉积物碳球粒及其元素组成

碳球粒是工业高温燃烧化石燃料形成的黑色多孔碳质球形颗粒,是一种典型的大气污染标志物。湖泊沉积物中碳球粒浓度变化可表征区域大气污染历史,也可作为沉积物年代标记。基于扫描电子显微镜和能谱仪分析长江中下游地区9个湖泊(洞庭湖、洪湖、斧头湖、沙湖、严西湖、云中湖、三里七湖、鄱阳湖、巢湖)表层沉积物碳球粒,揭示长江中下游地区碳球粒形态、浓度和元素组成。结果表明:(1)碳球粒存在表面光滑型、表面粗糙不规则型和表面有回旋状或层状纹理型3种形态;(2)长江中下游湖泊表层沉积物碳球粒浓度在1 110~7 368粒/g;(3)碳球粒以碳(w=59.95%)和氧(w=12.31%)为主要成分,含量较高的元素依次为Si、Zn、Ca、Cu、P、Cl和Ti等。此外,武汉以西地区湖泊(如洞庭湖和洪湖)中碳球粒相对富集Al、Mg、Cu、Zn和Fe等金属元素,以东地区湖泊(如鄱阳湖和巢湖)中碳球粒重金属元素富集现象不明显。区域差异性可能与地区能源消耗结构不同相关。进一步研究需要拓展研究区范围,综合判识碳球粒物源,为大气污染防治研究提供基础资料。     

江苏西部湖泊沉积物营养盐赋存形态和释放潜力差异性分析

为了探索湖泊沉积物对上覆水中氮磷营养盐特别是磷(P)浓度的影响,研究了江苏西部10个湖泊沉积物P形态、吸附解吸作用和间隙水、上覆水之间扩散通量.对P形态的分级提取研究表明,各湖泊沉积物中P以无机磷为主,无机磷中生物可利用P占总磷(TP)比例较低.与苏北西部湖泊相比,苏南西部湖泊沉积物中Fe-P含量相对较高.江苏西部湖泊沉积物中氮主要以NH4+-N扩散为主,且大部分湖泊氨由上覆水向沉积物扩散,而洪泽湖、石臼湖和玄武湖NO3--N由沉积物向上覆水扩散.偏酸(pH<4)和偏碱(pH>10)条件下均有利于湖泊沉积物P的释放,除玄武湖外,其他湖泊在偏碱条件下P的释放量大于偏酸条件.沉积物对P吸附量随着温度的升高而增大,通过修正的Langmuir方程对湖泊沉积物磷吸附等温线进行拟合得到最大吸附量(Qm)、Langmuir吸附常数(k)与原有吸附态P(QNAP)参数,结果显示洪泽湖和玄武湖沉积物对P的最大吸附量较小,较易发生内源P释放.     

城区湖泊表层沉积物中邻苯二甲酸酯的组成与分布特征

2005年7月采集广州市白云区、天河区、越秀区、荔湾区和海珠区的15个湖泊表层沉积物样品,在严格的质量保证(QA)/质量控制(QC)条件下,研究了城区湖泊表层沉积物中16种邻苯二甲酸酯(Phthalate Esters,PAEs)的组成、含量及分布特征,并对其污染情况进行了评价.城区湖泊表层沉积物中∑16 PAEs含量为2.267～74.935 μg·g-1(以干重计),平均值为20.651 μg·g-1.TOC为1.126%～6.871%(质量分数).城区湖泊表层沉积物中DMP、DEP、DiBP、DnBP、DEEP和DEHP普遍存在,以DiBP、DEHP和DnBP为主要PAEs.通江湖泊、居民居住区、商业区和工业区湖泊PAEs污染严重.与国内外河流、湖泊、河口和近海表层沉积物PAEs污染水平比较,广州市城区湖泊表层沉积物中PAEs污染属中等水平.