正构烷烃及单体碳同位素记录的石臼湖生态环境演变研究

利用正构烷烃及其碳同位素的分布特征重建古气候环境是目前全球变化研究的热点问题.对采集于石臼湖的沉积物样品进行210Pb定年.采用正构烷烃及单体碳同位素的分布特征示踪沉积物中有机质的来源,探讨湖区近现代生态环境演变与人类活动的关系.结果表明,正构烷烃碳分子组合特征以C29为主峰碳,C25、C27和C31为次主峰,具有显著的奇偶优势,据此推断沉积物中有机质主要来源于大型水生植物及陆生高等植物.对C27、C29和C31长链正构烷烃进行单体碳同位素测定,利用二元模式估算出湖区植被类型以C3植物为主.正构烷烃及单体碳同位素的分布特征揭示了不同时期人类活动对湖区生态环境的影响:1862～1970年,总有机碳(TOC)、总氮(TN)及中低奇数碳正构烷烃(C17～C25)相对含量较低,长链正构烷烃单体碳同位素(δ13C25～31)值偏轻,说明人类活动对湖区环境影响较小,生态环境相对稳定;1970～1983年,TOC、TN及C17～C25相对含量显著增加,δ13C25～31值明显偏重,指示此时期内围湖造田、化肥农药滥用及废水排放等人类活动造成湖区陆生高等植物退化,水体中藻类暴发,湖泊富营养化程度显著提高,生态环境急剧恶化;1983～2010年,TOC、TN及C17～C25相对含量仍处于高值范畴,湖泊富营养化问题没有得到有效控制,湖区生态环境整体呈现相对退化趋势.     

湖泊沉积多指标记录的长寿湖近60年来营养化过程

长寿湖位于重庆市长寿区境内,是重庆市最大的湖泊旅游风景区和淡水鱼养殖基地之一。近年来,其营养化日趋严重。本文通过对有机质碳、氮含量、碳氮比值、有机质碳同位素等有机质指标的分析,结合~(137)Cs放射性核素定年,探讨了长寿湖近60年来有机质转化及营养演化过程。结果表明:长寿湖有机质主要来源于水生植物藻类,受陆源影响较小;湖泊环境演化分为两个截然不同的阶段:1980年以前,有机质碳、氮含量较低,C/N比值较小,有机质碳同位素值较大,暗示湖泊营养环境为贫营养化。1980年以后,有机质碳、氮含量较高,C/N比值较大,有机质碳同位素值偏负,说明湖泊已经处于营养化阶段,人为活动的增强及养殖业的发展是导致湖泊生产力增大的主要因素。长寿湖沉积物多指标忠实记录了湖泊环境的演化过程。     

沉湖130年来湖泊沉积物有机碳、氮稳定同位素变化及其环境指示意义

通过对2020年沉湖湖心采集的73cm长沉积柱(CH-01)中总有机碳(TOC)、总氮(TN)、有机碳同位素(δ¹³C_org)和氮同位素(δ¹⁵N)指标的分析,并结合年代测定(²¹⁰Pb、¹³⁷Cs比活度测试)结果,分析了130多年来沉湖沉积物有机质的来源,探讨受人类活动影响下湖泊的生态环境变化过程.结果表明:沉湖沉积物平均沉积速率为0.52cm/a,呈缓慢增大趋势.TOC、TN含量变化范围分别为0.89%～3.65%和0.04%～0.20%,δ¹³C、δ¹⁵N值变化范围分别为-29.34‰～-26.13‰和1.67‰～5.48‰,TOC、TN在38～26cm的快速上升对应于1970～1990年沉湖周边人口增长和湖泊改造工程频繁期.沉积物中有机质为混合来源,主要为土壤有机质、陆生C3植物和水生维管束植物.其中土壤有机质和陆生C3植物的贡献较大,1980年后由于人类活动导致湖泊水动力减弱,湿地内水生维管束植物对沉积物有机质的贡献率增大....     

骆马湖表层沉积物有机质分布特征及来源解析

为解析骆马湖富营养化沉积物的影响因素,2018年9月采集了骆马湖表层沉积物32个点位样品,分析了沉积物的总有机碳（TOC）、总氮（TN）、有机碳同位素（δ¹³C）和氮同位素（δ¹⁵N）指标,研究了沉积物中有机质分布特征及来源.研究表明：表层沉积物TOC含量在0.55%~3.76%,平均值为1.62%;TN含量在0.04%~0.46%,平均值为0.19%;δ¹³C含量在-27.32‰~-8.36‰,平均值为-14.98‰;δ¹⁵N含量在-1.92‰~10.17‰,平均值为7.72‰,TN与TOC在空间分布呈正相关,有机碳、氮同位素受不同来源有机质影响空间分布有较大差异.对δ¹⁵N、δ¹³C与C/N进行定性分析和端元混合模型定量计算,得出骆马湖表层沉积物有机质来源主要有三个：一是人类活动带来的土壤有机质贡献率最大,特别是东岸休闲旅游区贡献较高;二是围网养殖造成的源污染,加大了湖泊富营养化程度;第三是湖泊来水携带较高浓度的污水有机质,对"典型过水性"骆马湖水质影响较大.为了降低骆马湖水体富营养化程度,改善水生态环境质量,急需对湖体有机质的来源加大控制.     

大屯海长桥海表层沉积物有机质分布特征及来源

为阐明蒙自盆地浅水湖泊表层沉积物有机质的空间分布特征及其来源机制,该文通过测定大屯海和长桥海两大浅水湖65个表层沉积物样品的有机碳氮稳定同位素含量并计算C/N值,结合流域内的人类活动特征,解析了受人类活动影响下有机质的来源。结果显示：大屯海和长桥海表层沉积物TOC含量分别为1.91%～8.78%,0.17%～4.70%,主要富集在湖心区,呈同心圆状分布特征;大屯海δ¹³C、δ¹⁵N含量和C/N值分别为-30.49‰～-21.46‰、4.11‰～9.07‰和8.12～12.55,长桥海为-30.42‰～-21.7‰、8.43‰～13.97‰和8.63～14.80,其空间分布特征存在显著差异;两大湖泊表层沉积物中有机质以陆源污水和浮游植物为主,部分属于陆源土壤有机质,说明研究区湖泊表层沉积物有机质的来源受控于外源和湖泊内源共同作用。大屯海有机质贡献率大小为f_sew(污水)>f_p(浮游植物)>f_soil(土壤),而长桥海f_soil>f_...     

崇明东滩光滩带夏季有机质空间分布特征、来源组成及食物网作用

本文选取长江口崇明东滩光滩带为研究对象,通过2019年夏季表层沉积物总有机碳（TOC）、总氮（TN）、生物硅（BSi）及碳稳定同位素（δ13C）等参数,分析了有机质的空间分布特征和主要来源组成,探讨了有机质分布的主要影响因素及其与大型底栖动物分布的关系。结果表明,崇明东滩光滩带表层沉积物有机质含量呈现北高南低的分布特点,包括海源有机质、陆源有机质和盐沼C₃植物,占比分别为（35.22±9.20）%、（34.45±4.87）%和（30.33±4.34）%。底栖硅藻对有机质的贡献在光滩带较植被带更高。沉积物粒径是影响光滩有机质含量空间分布的主要因素,盐沼C₃植物和陆源有机质的δ13C值接近,可能模糊了有机质来源的空间差异。大型底栖动物丰度、生物量的空间分布与有机质含量显著相关,表层沉积物有机质为光滩消费者提供了食物基础。本文的研究结果对了解光滩潮间带有机质的生物地球化学循环及食物网的功能具有重要意义。     

贵州梵净山九龙池沉积物14C年代学研究及全新世碳累积速率变化

放射性碳同位素加速器质谱（ASM¹⁴C）测年法是湖泊沉积物定年的主要方法,并且是全新世年代学研究的热点。随着对全新世古气候与环境变化研究的深入,选取不同介质定年可能对年代模型的准确性造成误差,进而影响到气候指标的解译。本文选取贵州东北部梵净山九龙池沉积物中树枝、树叶、树皮、种子等植物残体和全样有机质作为测年介质,利用ASM¹⁴C进行定年。结果表明,相比全样有机质,使用植物残体定年可以在一定程度上避免碳库效应的影响。但相比于原位沉积且生长年限较短的叶片,树枝的定年结果偏老,不是一种理想的定年介质。另外,根据定年结果及总有机碳含量重建了全新世九龙池的碳累积速率,发现碳累积速率可以指示该地区亚洲夏季风强度的变化历史。     

呼伦湖表层沉积物有机质的释放效应分析

沉积物有机质是湖泊物质循环的重要组成部分之一,研究沉积物有机质的赋存和迁移转化特征对于湖泊生态保护具有重要意义.以位于我国寒旱区的蒙新湖区典型代表湖泊——呼伦湖为例,利用连续提取法、三维荧光激发发射矩阵光谱-平行因子法（EEMs-PARAFAC）和碳稳定同位素（δ13C）、碳氮比值（C/N）指标测定,并结合室内模拟试验,研究了呼伦湖表层沉积物有机质的赋存特征、释放效应及影响因素.结果表明:①呼伦湖表层沉积物有机质含量在26.67~38.09 g/kg之间,其主要组分为胡敏素（HM）,HM占沉积物有机质的相对比例为74.1%.沉积物有机质主要来自于陆源,陆源相对贡献率在80%左右.②沉积物室内静态释放模拟试验结果表明,沉积物有机质释放会导致上覆水中溶解性有机质（DOM）浓度和组分均发生改变,上覆水中溶解性有机碳（DOC）浓度由30.85 mg/L升至37.57 mg/L,类腐殖质组分所占比例升高.沉积物有机质释放还导致上覆水中氮磷浓度升高,其中溶解性总氮（DTN）和溶解性总磷（DTP）的浓度分别升高了0.89和0.16 mg/L.③近年来,呼伦湖流域温度升高,导致呼伦湖沉积物有机质的释放效应增强.研究显示,虽然呼伦湖沉积物有机质主要以难降解组分为主,但是其释放效应对水体碳、氮、磷浓度的影响仍然不容忽视.      

一种鉴别植被和气候变化的定量方法——植物岩中的稳定碳同位素比率

大平原北部的蛋白石植物岩(Opal Phytoliths)中封存碳的~(13)C/~(12)C比值可作为重建古气候的依据。宿主植物的碳同位素组成与植物岩中有机质的碳同位素组成之间存在着明显的相关关系。沿气候梯度土壤表层分布的植物岩的~(13)C/~(12)C此值反映了当前植被中C_3和C_4植物的比例。土壤中植物岩的δ~(13)C值随土壤深度的变化而变化,而这种变化是由多种作用引起的:尘土对土壤表面的埋藏作用、生物扰动和可能由于雨水的渗透而引起的淋滤作用。此外,尘土和植物根系对植物岩的贡献是否有同位素效应还不清楚。土壤中植物岩的δ~(13)C值随~(14)C年龄的减小而增加,表明全新世期间,本区C_4植物的比例增大。视年龄为全新世中期的植物岩主要以C_4植物独占优势,这一事实与干旱的中全新世古气候解释相吻合。     

岩溶泉口沉积物有机碳的来源及环境指示意义

灵水湖为岩溶大泉出口形成的水体,具有优良的水质和几乎恒定的水温,但近年来水生生态系统却发生退化,湖底水草几近绝迹。为了寻找退化原因,利用沉积物的有机碳及其同位素、总氮、烧失量、C/N比值环境代用指标,以及~(210)Pb测年来重建过去环境。结果显示,灵水湖沉积物具有稳定的沉积速率(1.769 cm/a),1957~2013年,δ~(13)C_(org)在-29.6‰~-20.3‰之间波动,与TOC有很好的负相关关系,C/N显示有机碳主要来源于内源的湖泊生物;1960至1990年期间,降雨量、气温和湖水最高水位与δ~(13)C_(org)均有一定的对应关系,是此阶段影响有机碳碳同位素的主要因素;而1990至2013年,尽管有机碳主要来源不变,但与降雨量、气温和湖水水位等无明显对应关系,说明影响此阶段有机碳碳同位素的还有人类活动等其它原因。总结该区水生环境演化模型,认为区域尺度的人类活动是导致局部尺度(泉口)环境变化的主要原因。     

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。     

寒旱区湖泊冰封期有机碳氮同位素研究

为了探究寒旱区湖泊悬浮物和沉积物中颗粒有机碳氮稳定同位素来源与环境相关性,于2019年1月对南海湖冰封期悬浮物和表层沉积物有机δ¹³C、δ¹⁵N及C/N值进行了测定.结果表明：南海湖冰封期悬浮有机质δ¹³C的变化范围为-31.94‰~-27.87‰,δ¹⁵N变化范围为15.16‰~18.66‰,C/N变化范围为3.90~5.13.沉积物δ¹³C值变化范围为-25.39‰~-18.83‰,δ¹⁵N值变化范围为7.04‰~13.66‰,C/N值变化范围为7.66~12.23.悬浮有机质δ¹³C和δ¹⁵N最高值分别出现在进水口区和湖心岛区,沉积物则都为湖心岛区表层沉积物.端元混合模型分析表明,冰封期悬浮有机质主要由内源水生藻类主导,水质保护区藻类贡献率达到82.33%,与该区域浮游植物丰度最高相符.表层沉积物有机质的主要来源为内源水生植物,在水质保护区贡献率高达89.7%.相关性分析表明,在冰封期内悬浮有机质与表层沉积物δ¹³C、δ¹⁵N并没有明显的相关性,在低温情况下悬浮物δ¹⁵N与温度（P<0.025）、硝态氮（P<0.019）呈显著负相关,与亚硝态氮呈显著正相关（P<0.034）.原因主要与外源贡献率和生物作用的同位素效应有关.悬浮物δ¹³C和COD呈极显著正相关（P<0.008）,与盐度呈显著正相关（P<0.046）,COD和悬浮物δ¹³C很可能具有同源性,在湖泊冰封期具有一定的环境指示意义.     

太湖典型湖区沉积物外源有机质贡献率研究

采用稳定同位素示踪法,分析了太湖竺山湾和南部湖区苕溪港区域表层沉积物碳和氮同位素分布特征,并利用“端元混合法”计算确定了陆源输入对湖泊沉积物有机质的贡献. 结果表明:① δ13C值在南部湖区要高于竺山湾,竺山湾表现为从河道(-27.72‰)到湾内(-23.00‰)逐渐增大的趋势,南部研究区域也表现出同样的趋势,说明外源有机质的贡献不断减少;② δ15N值在陆源有机质中较低,而在内源有机质中较高,没有明显的梯度变化规律;③ C/N比表现为从外源到内源不断减小的趋势;④ 利用“端元混合法”计算外源有机质贡献率发现,δ13C和C/N比的结果较为相似:竺山湾入湖口的外源有机质贡献率为46.51%～52.51%,竺山湾外源有机质贡献率为27.61%～30.85%;而δ15N计算得到的外源有机质贡献率差异较大,竺山湾入湖口处为56.91%～97.47%,竺山湾为74.83%. 讨论认为含氮物质的多来源特征及N同位素分馏作用的复杂性都增加了有机质源解析的不确定性.      

东营凹陷沙河街组沉积岩碳氧同位素组成的古环境记录

分析了东营凹陷沙河街组沉积碳酸盐的碳氧同位素组成,结果显示,东营凹陷沙河街组沉积碳酸盐δ13CPDB值介于-2.45‰～+6.44‰之间,平均值为+2.43‰;δ18OPDB值介于-13.98‰～-5.68‰之间,平均值为-9.47‰。δ13CPDB、δ18OPDB之间具有良好的正相关性,指示沙河街组沉积时期,东营凹陷为相对封闭的湖泊环境。在纵向上,沙三段沉积碳酸盐碳氧同位素发生了负漂移,具有最低的δ18OPDB和δ13CPDB,而沙二段沉积碳酸盐具有最高的δ18OPDB和δ13CPDB。东营凹陷古近系湖泊沉积碳酸盐碳氧同位素组成的变化是沉积环境综合作用的结果,指示了区域古气候条件由沙四期的干旱气候,向沙三期的湿润气候转变,至沙二期,气候又经历了短暂的干热阶段。东营凹陷沙河街期的沉积环境特征直接控制了各阶段发育的泥质岩类型及其沉积有机质特征。     

黄土高原不同植被覆盖下土壤有机碳的分布特征及其同位素组成研究

土壤有机碳（SOC）含量及其8^13C值随深度变化的趋势可以反映植物残体的输入及其在土壤中分解累积特征,有助于揭示SOC循环过程及规律。本研究以黄土高原不同植被类型覆盖条件下的黄土剖面为研究对象,通过测定土壤属性、SOC含量和植物优势种、枯枝落叶、土壤有机质的稳定同位素组成,对该区域SOC深度分布和有机质8”C值组成差...     

多方法研究呼伦湖表层沉积物有机质的赋存特征及来源

湖泊沉积物有机质是全球碳循环的重要组成部分之一.寒旱区湖泊由于地理位置和气候条件的特殊性,其沉积物有机质的赋存和迁移转化特征更容易受到气候变化的影响.以我国寒旱区典型代表湖泊——呼伦湖为例,采用连续提取法、C/N（碳氮比值）、δ13C（碳稳定同位素）、三维荧光光谱技术对呼伦湖表层沉积物有机质的含量和组分的时空分布特征、污染来源及稳定性进行了研究.结果表明:①2018年10月（秋季）、2019年3月（冬季）、2019年5月（春季）、2019年7月（夏季）,呼伦湖表层沉积物中w（TOC）的平均值分别为（25.05±9.73）（26.92±11.60）（24.68±10.19）（24.36±10.01）g/kg,呈冬季高、夏季低,由西北部向东南部递减的时空分布趋势.②w（WEOM）（WEOM为水提态有机质）、w（FA）（FA为富里酸）、w（HA）（HA为胡敏酸）和w（HM）（HM为胡敏素）的年均值分别为（0.63±0.33）（2.31±1.26）（3.42±1.49）（19.21±7.83）g/kg,w（WEOM）:w（FA）:w（HA）:w（HM）为1.0:3.7:5.5:30.7,其中HM为有机质的优势组分.③WEOM包括类富里酸组分C1,类腐殖酸组分C2和C3,以及类色氨酸组分C4共4个荧光组分,其中,类腐殖质组分（C1+C2+C3）贡献了总荧光强度的79.2%,为优势荧光组分.④沉积物有机质主要来自于陆源,陆源有机质的平均贡献率在80%左右.⑤沉积物PQ值（胡敏酸占腐殖酸的比例）和WEOM的HIX（腐殖化指数）年均值分别为0.55和6.39,表明现阶段呼伦湖表层沉积物有机质腐殖化程度较高且相对稳定.研究显示:呼伦湖表层沉积物有机质含量较高,表现出季节和空间分布差异性;有机质主要来自陆源,以类腐殖质为主,具有腐殖化程度高和相对稳定的特点.      

生物标志物碳同位素组成与富营养化关系研究

以云贵高原富营养化湖泊滇池湖心柱状沉积物(高63 cm)作为研究对象,在对滇池富营养化历史、有机质来源等前期研究基础上,以沉积物中脂肪烃、脂肪酸和脂肪醇等生物标志物分子碳同位素组成为主要研究对象,对比讨论了富营养化过程对主要生物标志物分子碳同位素组成的影响,探讨了水体重度富营养化状态后主要生物标志物分子碳同位素组成的变化规律。研究结果表明,滇池富营养化过程主要影响了藻类源、挺水和漂浮植物源脂肪烃、脂肪醇的分子碳同位素组成,由于富营养状态下水体微生物数量明显增加,结合态和游离态长链脂肪酸中厌氧菌源二次脂肪酸占比增加,导致长链脂肪分子碳同位素组成变化明显。     

辽东半岛东岸泥质区有机物分布特征及其环境指示意义

为研究人类活动及鸭绿江陆源输入对河口海岸及陆架泥质区沉积环境的影响,本文通过对2017年于辽东半岛泥质区东部采集的Q02柱与西部Q04柱进行210Pb定年、粒度、总有机碳、总有机氮、δ13C同位素等指标综合分析,利用Meyers研究模型结合C/N值及δ13C同位素含量分析不同物源有机质贡献率。结果表明:（1）两根柱样TOC与TN含量近百年来逐渐升高,C/N值在9~11之间为海陆混合来源。沉积物主要以粉砂及粘土为主,粉砂含量最高,粘土次之,砂含量较少。（2）有机碳来源占比均呈陆源降低海源升高的特点,分别反映了泥质区东部与西部不同主导因素对海域环境的影响。东部沉积环境主要受流域环境变化与海域共同作用,垦荒、自然灾害、日俄战争等事件造成了植被覆盖降低,水库建设减少了陆源有机碳输入;西部沉积环境主要受沿岸人类活动、水体富营养化的影响,"弛禁"政策导致植被覆盖被破坏,港口修建、水产养殖等活动造成水体营养物质增多,引起海洋环境恶化。     

中国典型湖泊沉积物中脂肪烃的分布特征及来源

以我国13个典型湖泊的表层沉积物为研究对象,对沉积物的w(TOC)和w(TN)的分布特征进行了报道.结果显示,西南、华南地区湖泊沉积物的w(TOC)和w(TN)要高于西北地区,华东地区湖泊沉积物最低.结合多个脂肪烃来源参数,初步探讨了13个典型湖泊表层沉积物中脂肪烃的分布特征及来源. 结果表明:湛江玛珥湖、四海龙湾、洱海、红枫湖和程海受脂肪烃污染严重,鄱阳湖和双塔水库受脂肪烃污染程度最轻;受水体高矿化度的影响,双塔水库沉积物中有机质的δ13C值明显偏正;湛江玛珥湖中来自自身固氮藻类的脂肪烃含量明显高,致使湛江玛珥湖沉积物的δ15N值明显低;由于四海龙湾特殊的地理环境,四海龙湾沉积物中来自陆源木本植物的w(C_27+C29)明显高.      

碳同位素与油气物源示踪

根据碳同位素在自然界的分布、碳同位素的深度效应及测向运移的同位素分馏作用、碳同位素与母质类型和成熟度的关系、热模拟实验中的联同位素变化、有机质中碳同位素的逆转现象、费-托合成反应中的碳同位素分馏、大量幔源岩石中联同位素富12C特征的发现等，指出了造成碳同仁素分馏作用的因素太多，因而把碳同位素作为油气物源的示踪剂存在诸多的不确定性，在应用时宜与氧同位素资料结合考虑并注意碳同位素的储库效应，才可望正确判别油气的物质来源。