河西猪野泽沉积物有机地化指标之间的关系及古环境意义
河西猪野泽沉积物有机地化指标之间的关系及古环境意义

河西猪野泽沉积物有机地化指标之间的关系及古环境意义李育;王乃昂;李卓仑;程弘毅
【期刊名称】《冰川冻土》
【年(卷),期】2011(33)2
【摘要】探讨了河西走廊石羊河终端湖泊——猪野泽晚冰期以来沉积物总有机碳(TOC)、碳氮比(C/N)、有机碳同位素(δ13 C)三种有机地球化学指标之间的关系及古环境意义.结果表明:猪野泽QTH01剖面沉积物TOC指标主要代表湖泊及流域的植被初级生产力;C/N值受到周围区域表土C/N值和沉积物成岩过程的双重影响,总体较低,并不能直接反映植物类型的变化.TOC和C/N相关性较高,相关系数达到0.87;δ13 C与其他两种指标之间均显示出一定的负相关性.TOC和C/N值较高和δ13 C值较低的时期,流域植被初级生产力较高,气候较湿润;反之,流域植被初级生产力较低,气候较干燥.湖泊沉积物中沉积相的改变,往往伴随了沉积环境的剧烈变化,猪野泽沉积物沉积相变化明显,探讨的三种有机地化指标随着沉积相改变变化明显,说明猪野泽沉积物有机地球化学指标的变化也受到沉积相改变的控制.
【总页数】8页(P334-341)
【作者】李育;王乃昂;李卓仑;程弘毅
【作者单位】兰州大学资源环境学院兰州大学干旱区水循环与水资源研究中心【正文语种】中文
【中图分类】P534.63
【相关文献】
1.透视河西走廊"猪野泽"看石羊河水系之变迁
2.透视河西走廊"猪野泽" 看石羊河水系之变迁
3.干旱区湖泊沉积物代用指标意义--猪野泽表层沉积物样品为例
4.蒸发和环流因素对湖泊演化的影响——河西走廊猪野泽不同位置全新世沉积物古环境意义探讨
5.甘肃石羊河流域猪野泽湖泊沉积物粒度敏感组分与花粉组合关系
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甘肃石羊河流域猪野泽湖泊沉积物粒度敏感组分与花粉组合关系

与大于 8 . 1 9 3 m两个粒度 范围的组 分存 在负相关关系. 桦木( e l) 栎 ( ec, 、 B t a 、 Qur ̄) 荨麻属 ( rc ) u Uta 的花 粉百分 比与大于 i 8 .1 9 3 m三种粒度敏感 组分存 在明显正相关关系. 沉积物花粉组合与粒度敏感组分 之间相关 关系 , 主要 受控于流域 水分 条件及相应 的湖泊水 位 , 同时也受到流域风沙活动的影 响. 沉积 物中与 细颗粒组 分正相关 关 系的花粉 指标 , 主要受到较 好 的流域水动力 条件 和高湖 面的影 响 ; 而与粗颗粒正相关的花粉指标 , 与低 湖面及 风沙作用有 关. 则 当流域 水分较好 , 终
甘 肃 石 羊 河流 域 猪 野 泽 湖 泊 沉 积 物 粒 度敏 感 组 分 与 花 粉 组合 关 系
李 育 , 乃 昂 , 卓仑 王 李
( 兰州大学 资源环境学院 , 干旱区水循环与水资源研究 中心 , 兰州 70 0 ) 30 0
摘
要 : 石 羊 河 终 端 湖 猪 野 泽 全 新 世 探 井 剖 面 , 连 续 不 同 间距 3 8组 和 7 在 对 6 4组 样 品 , 行 粒度 测 量 与 花 粉 分 析 . 果 表 进 结
LIY u.W AN G ia g & LIZh l Na ’ n uoun
( olg a t n n i n na ce c s e tr o doo i C cea d Wae s u c s nAr e i L n h u U C l eo E r a dE vr me tl i e ,C ne f r e f h o S n Hy r l c y l n t Reo re i R g o g r i d n, a z o - nv ri , a z o 3 0 0, . . hn ) ies y L n h u7 0 0 P R C ia t
古环境研究中湖相沉积物有机地球化学的应用

2016年12月古环境研究中湖相沉积物有机地球化学的应用朱亦丹1亢品2(1湖北省武汉市长江大学资源与环境学院,湖北武汉430100)(2华北油田勘探开发研究院,河北任丘062552)摘要:湖相沉积形成于湖泊,是具有湖泊环境下的原生沉积特征的沉积物,主要受到气候、雨量、蒸发量、温度等作用影响,另外进入湖盆的碎屑物数量和类型也随着河流流量的季节而变化。
湖相沉积物的有机质在组成上大致可分为干酪根和可溶有机物两类,而在来源上可分为外源有机质和内源有机质两类。
湖相沉积物有机质所包含的古环境信息包括第四纪湖相沉积物有机质信息集成岩后湖相沉积物有机质信息两种。
关键词:湖相沉积物有机质;古环境;地球化学古环境研究的常用技术手段包括孢粉组合特征研究、地层沉积演化研究、有孔虫出现特点研究、钙质超微化石及无机物特征研究等多种。
有机化合物的种类繁多,其分子结构极为精细,包含了大量的古气候、古生态信息,因此有机化合物种类研究在地球古环境研究中具有重要意义。
本次通过研究湖相沉积物的有机质组成、来源以及生物标志化合物等在研究地球古环境中的应用,为相关的研究提供参考基础。
1湖相沉积物有机质概述1.1湖相沉积物有机质组成通常会将分散于湖相沉积物中的有机质分为两类,即干酪根和可溶有机质。
干酪可分为无定形、藻质、草质、木质以及煤质五种。
无定形及藻质主要是源自浮游生物;草质主要源自花粉、孢子及角质层等;木质主要源自生长于陆地环境的高等植物;煤质则主要来源于天然炭化植物等。
而可溶有机质则主要根据分子、原子以及同位素等组成判断其来源、保存条件及演化历史。
1.2湖相沉积物有机质来源1.2.1外源有机质主要是陆生的植物。
根据光合作用固定碳的方式既初级产物中碳原子的数量可被划分为CAM、、三种。
植物的光合作用初级产物为三磷酸甘油酯,C4植物的光合作用初级产物为四碳二羟酸;CAM植物的光合初级产物则介于前两者之间[1]。
碳的同位素在C3植物中的分馏模式可以用以下公式表达:C≈C-a-(b-a)=-此式中的C是植物在光合作用下产物的碳同位素值,而则是大气二氧化碳的同位素值,a是大气中二氧化碳及其同位素下二氧化碳的扩散速率差值(约4%),b是植物碳同位素的分馏值(约30%),是细胞间二氧化碳浓度,则是大气中二氧化碳浓度,A是二氧化碳吸收率,g是植物叶片表层及气孔的二氧化碳导通系统。
湖泊沉积物中有机质碳同位素特征及其古气候

湖泊沉积物中有机质碳同位素特征及其古气候吴敬禄;王苏民【期刊名称】《海洋地质与第四纪地质》【年(卷),期】1996(16)2【摘要】本文对湖泊沉积物中有机质碳同位素的形成条件及其与环境气候的关系进行了初步讨论。
湖泊沉积物中有机质碳同位素主要由湖泊沉积物中有机质来源决定,因此也涉及有机质合成所需碳的来源。
此外,还受湖水化学性质(pH值、硬度等)、湖泊初级生产力、大气二氧化碳浓度、流域水文特征、区域自然环境、沉积环境以及沉积物埋藏后的保存状况等因素影响。
有机质碳同位素与气候条件存在着一联系。
 ̄(13)C值高,一般对应于气候的暖期; ̄(13)C值低则对应冷期。
但两者关系实际远非如此简单,一些地区的湖泊沉积物有机质 ̄(13)C对气候波动并不敏感,有时甚至具有反向的变化,本文就这些问题作了详细论述。
另外,通过对鄱阳湖、呼伦湖等湖泊沉积物中有机质碳同位素特征分析,认为 ̄(13)C值对区分湖泊沉积中间夹的非湖相(河流、风沙沉积等)沉积环境也具有明显的指导意义。
【总页数】7页(P103-109)【关键词】湖泊;沉积物;有机质;碳同位素;沉积环境;古气候【作者】吴敬禄;王苏民【作者单位】中国科学院南京地理与湖泊研究所【正文语种】中文【中图分类】P512.3【相关文献】1.湖泊沉积物中有机碳同位素特征及其古气候环境意义 [J], 王秋良;谢远云;梅惠2.湖泊沉积物有机碳同位素的古气候指示意义 [J], 吴霜3.鄱阳湖沉积物近8ka来有机质碳同位素记录及其古气候变化特征 [J], 马振兴;黄俊华;魏源;李均辉;胡超涌4.中国西北干旱区湖泊沉积物中有机质碳同位素组成的环境意义--以民勤盆地三角城古湖泊为例 [J], 张成君;陈发虎;尚华明;曹洁5.梁子湖沉积物有机质碳同位素特征及其古气候指示意义 [J], 金芳;黄俊华;汤新燕;阮小燕;祁士华因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
沉积物地球化学特征与环境变迁

沉积物地球化学特征与环境变迁沉积物是地球表面上积累的各种颗粒物质,它们是地球化学过程的重要组成部分。
沉积物地球化学特征与环境变迁之间存在着密切的关系。
本文将从不同角度探讨沉积物地球化学特征对环境变迁的影响。
首先,沉积物的地球化学特征可以提供环境演变的关键信息。
例如,通过分析沉积物中的有机质含量和组成,可以了解古环境的氧化还原条件,从而推断古气候和水体类型的变化。
有机质中的稳定同位素比值也可以用来研究古生态系统的变化。
此外,沉积物中的矿物元素含量和组成可以反映出古地壳物质的来源和变化。
通过对沉积物进行粒度分析,可以推断古水动力条件和搬运过程的变化。
因此,沉积物地球化学特征是研究环境变迁的重要依据。
其次,沉积物地球化学特征能够反映出污染物的输运和积累情况。
随着人类经济活动的不断发展,大量的污染物被排放到环境中,其中一部分会沉积到地表沉积物中。
通过分析沉积物中的重金属、有机物和放射性核素等污染物的含量和分布,可以了解污染物的来源和扩散途径。
例如,通过比较不同地区沉积物中重金属的含量,可以判断污染物的远距离输送情况。
沉积物地球化学特征对环境污染的评估和监测具有重要意义。
此外,沉积物地球化学特征还可以帮助研究地质灾害事件的发生和演化。
在地壳运动和气候变化等自然因素的作用下,地质灾害如地震、滑坡和泥石流等经常发生。
沉积物地球化学特征可以提供地质灾害的前兆和演化过程的线索。
例如,通过对沉积物中颗粒物的形状和组成进行分析,可以判断地质灾害发生时的沉积过程和地震破坏程度。
此外,地震前兆中的地下液化现象也会在沉积物中留下明显的痕迹。
因此,沉积物地球化学特征对地质灾害的研究和预测有着重要的意义。
最后,沉积物地球化学特征还可以用于古环境重建和气候变化研究。
沉积物中的微化石和孢粉等古生物化石可以提供古环境的信息,如古植被类型、古水体的盐度和温度等。
同时,通过分析沉积物中的气候标志物和同位素比值,可以重建古气候变化的历史。
土壤有机质的生态和环境意义

土壤有机质的生态和环境意义土壤有机质,听起来是不是有点晦涩?但其实它在我们的生活中扮演着超级重要的角色,简直就是大自然的“秘密武器”!想象一下,土壤就像是一个巨大的“食物库”,里面储存着植物生长所需的各种养分。
而这些养分的大部分来源,就是土壤里的有机质。
哎,提到有机质,很多人脑海中可能会浮现出那些黑乎乎的、像泥巴一样的东西。
其实它可不简单,这些看似不起眼的土壤成分,实际上是无数植物、动物和微生物的遗骸经过长时间分解形成的,听起来是不是很神奇?土壤有机质对生态环境的贡献,那可是举足轻重。
它不仅为植物提供养分,还是小动物和微生物的家。
就像我们人类需要一个舒适的居住环境,土壤中的微生物也需要有机质来生存和繁衍。
它们在土壤里忙得不可开交,分解有机物,释放养分,真是“劳模”!而这些微生物又会影响土壤的结构,帮助形成健康的土壤团粒结构。
这样一来,土壤就能更好地保水、透气,植物才能在其中扎根生长。
换句话说,土壤有机质就像是植物的“营养师”,把最合适的养分送到它们嘴边。
再说了,土壤有机质在环境保护方面的作用也是不容小觑。
它能够有效地吸收和储存二氧化碳,帮助减缓全球变暖的脚步。
你想想,如果土壤里的有机质足够丰富,就像一个大海绵,把那些温室气体牢牢地“锁”住,减少它们进入大气的机会。
就像有个老话说的,“一分耕耘,一分收获”,土壤的管理和保护直接影响到我们的气候变化。
土壤有机质越多,环境就越健康,空气也越清新。
嘿,谁不想呼吸到新鲜的空气呢?有机质的另一个好处就是它能改善土壤的肥力。
想象一下,种庄稼的人就像是厨师,土壤则是他们的厨房。
要做好一顿美味的饭菜,厨房的原料可不能少。
有机质就像是调料,让这顿“饭”更加可口。
它不仅提供了丰富的营养,还能够提高土壤的保水能力和抗旱能力。
这意味着,在干旱的季节,农作物能更好地存活。
农民们辛辛苦苦耕作,最后能有一个好收成,这可真是皆大欢喜的事情。
咱们也不能忽视土壤有机质在保持生物多样性方面的贡献。
利用生物标志物分析研究海洋沉积物中的古环境演变
利用生物标志物分析研究海洋沉积物中的古环境演变标题:利用生物标志物分析研究海洋沉积物中的古环境演变摘要:海洋沉积物是地球历史变迁的记录,其中包含了丰富的古环境演变信息。
利用生物标志物分析海洋沉积物可以揭示古气候、古生态以及古海洋环境演变过程。
本文通过对生物标志物的定义、分类、分析方法以及在海洋沉积物中应用的案例进行了综述,说明其在古环境演变研究中的巨大潜力。
关键词:生物标志物、海洋沉积物、古环境演变、分析方法、案例研究1. 引言海洋沉积物作为地球上最大的储存库之一,记录了地球历史上包括古气候、古生态以及地球环境演变等一系列信息。
在过去几十年中,随着科技的发展,人们发现了海洋沉积物中携带的各种有机化合物,这些有机化合物可以作为古环境变化的指示物,被称为生物标志物。
通过对生物标志物的分析,可以揭示出古气候、古海洋环境以及古生态演变过程,这对于理解地球历史变迁以及预测未来环境变化具有重要意义。
2. 生物标志物的定义与分类生物标志物是指存在于沉积物中的具有相对稳定的化学结构,并且能够反映生物、生态系统或环境特征的化合物。
根据其来源和性质的不同,生物标志物可以分为多种类型,包括甾族化合物、脂肪酸、次生代谢产物等。
3. 生物标志物在古环境演变中的应用3.1 古气候重建利用生物标志物可以重建古气候环境,包括古气温、降水量以及季节气候变化等。
其中,甾族化合物在古气候研究中占据重要地位,不同种类的甾醇比值可以反映古海洋温度、降水量等变化。
3.2 古生态分析生物标志物在古生态研究中也发挥着重要的作用。
通过对脂肪酸的研究,可以揭示出古海洋生态系统的结构和演化过程,并且可以提供古海洋生物地理学的信息。
3.3 古海洋环境演变研究生物标志物对于揭示古海洋环境演变过程同样起到了重要的作用。
例如,通过对海洋中有机质来源的分析,可以判断古海洋生产力的变化,进而了解古海洋环境的演变。
4. 生物标志物的分析方法4.1 色谱分析色谱分析是生物标志物分析中常用的方法,其中包括气相色谱质谱(GC-MS)、高效液相色谱(HPLC)等。
河西走廊酒东盆地1.7Ma以来的沉积物粘土矿物特征及其古环境意义
河西走廊酒东盆地1.7Ma以来的沉积物粘土矿物特征及其古环境意义新生代以来青藏高原强烈隆升导致了亚欧地区甚至全球环境的重大变化,被认为是全球环境变化的驱动机与放大器。
因此青藏高原隆升及其环境效应一直以来都是地球科学界十分关注的重要科学问题之一。
青藏高原内部与周缘盆地中的沉积物大多是造山带山体中的母岩经过风化、剥蚀与搬运作用后的产物。
在上述过程中,环境的变化势必会对沉积物特征带来改变并且保留在盆地沉积地层中,因此盆地沉积记录可以很好地重建区域古环境演化历史。
酒东盆地位于青藏高原东北缘,作为河西走廊地区主要的新生代陆相压陷沉积盆地,第四纪以来连续堆积了厚层的河湖相沉积物,这些沉积物很好的记录了第四纪环境演化信息。
本研究以酒东盆地大凹井钻孔沉积物粘土矿物为研究载体,旨在揭示河西走廊酒东盆地大凹井钻孔岩芯粘土矿物的变化特征及其古环境意义。
研究发现:1.酒东盆地大凹井钻孔沉积物粘土矿物类型主要包括伊利石、绿泥石、蒙脱石与高岭石,扫描电镜结果表明钻孔中粘土矿物为碎屑成因,因此其特征代表了源区的环境信息。
2.大凹井钻孔沉积物粘土矿物总体以伊利石为主,绿泥石、蒙脱石与高岭石含量较少,总体上指示了沉积物的源区以干旱的环境为主。
3.从钻孔粘土矿物整体变化趋势来看,伊利石含量与蒙脱石含量的变化趋势大致相反,表明钻孔粘土矿物特征主要代表着干湿变化;进一步依据各粘土矿物含量、伊利石结晶度与化学指数、以及(蒙脱石+高岭石)/(伊利石+绿泥石)比值变化特征,可以将大凹井钻孔的沉积环境大致划分为四个阶段:阶段A(1.7~1.3Ma),干旱时期:该阶段以伊利石为主,蒙脱石平均含量整体较低;伊利石结晶度与化学指数较低,且变化趋势不显著;(蒙脱石+高岭石)/(伊利石+绿泥石)比值呈现出明显的减小趋势;绿泥石与高岭石含量较低,且无明显变化趋势。
以上特征表明在该阶段,沉积物源区表现为降雨量较少的干旱环境。
阶段B(1.3~1.0 Ma),湿润时期:该阶段伊利石的平均含量降低,蒙脱石的平均含量增高;伊利石结晶度与化学指数的平均值均高于前一阶段;(蒙脱石+高岭石)/(伊利石+绿泥石)比值增大;绿泥石与高岭石含量较小,且无明显变化。
太湖西部入湖口沉积物中有机物分布及其潜在指示意义
太湖西部入湖口沉积物中有机物分布及其潜在指示意义曾祥英;刘静;何丽雄;刘志阳;于志强;盛国英;傅家谟【摘要】太湖作为重要的工农业用水水源以及周边居民饮用水源,其水质安全受到高度关注.在太湖西部入湖口采集7个沉积物样品,研究了合成麝香、多环芳烃(PAHs)、有机磷酸酯阻燃剂/增塑剂(OPs)和有机氯农药(OCPs)含量水平和分布规律.研究结果表明,沉积物中多种污染物分布广泛,含量水平差异较大.其中,Σ15PAHs 含量371 ng·g-1~2.53 ×103 ng·g-1,主要来源于生物质燃烧和化石燃料高温裂解;沉积物中检出4种多环麝香,主要组分为佳乐麝香(HHCB)(0.0792 ng·g-1~1.17 ng·g-1)和吐纳麝香(AHTN)(0.123 ng·g-1~1.29 ng·g-1),它们指示了太湖水体已遭受一定程度生活污水输入影响;沉积物中Σ6OPs含量范围为1.63 ng·g-1~21.9 ng·g-1,主要污染组分为磷酸三(2-氯丙基)酯(TCPP)和磷酸三(2-氯乙基)酯(TCEP),并呈现明显的点源排放特征;沉积物中六六六系列(HCHs)(0.310 ng·g-1~1.11 ng·g-1)和滴滴涕系列(DDTs)(0.551 ng·g-1~6.40 ng·g-1)主要来源于历史残留.位于太滆流域的几个入湖口沉积物中多种污染物含量多高于浙江省辖区3个入湖口沉积物.【期刊名称】《生态毒理学报》【年(卷),期】2016(011)002【总页数】8页(P465-472)【关键词】太湖;沉积物;合成麝香;PAHs;有机磷酸酯;有机氯农药【作者】曾祥英;刘静;何丽雄;刘志阳;于志强;盛国英;傅家谟【作者单位】中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室广东省环境资源利用与保护重点实验室,广州510640;中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室广东省环境资源利用与保护重点实验室,广州510640;中国科学院大学,北京100049;广州禾信分析仪器有限公司,广州510530;广东省环境科学研究院大气环境研究所,广州510045;中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室广东省环境资源利用与保护重点实验室,广州510640;中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室广东省环境资源利用与保护重点实验室,广州510640;中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室广东省环境资源利用与保护重点实验室,广州510640【正文语种】中文【中图分类】X171.5Received 14 October 2015 accepted 16 November 2015太湖是我国第三大淡水湖泊,位于长江三角洲下游平原。
沉积物中有机质含量对生态环境的影响研究
沉积物中有机质含量对生态环境的影响研究沉积物是水体或土壤中沉降下来的固体颗粒,其中所含的有机质含量直接影响着生态环境的稳定和功能。
在自然界中,沉积物中的有机质来自于多种来源,包括植物、动物遗体、微生物活动和人类活动等。
这些有机质在沉积物中的积累和分解过程对水生生物、土壤生态系统以及全球碳循环有着重要的影响。
首先,沉积物中的有机质含量对水生生物的生存和繁殖起着决定性的作用。
水体中的有机质来源主要是来自河流带来的腐殖质以及降解植物和动物的遗体等有机物。
这些有机质在水体中降解成较小的有机分子,提供了水生生物所需的能量和营养素。
有机质含量越高,水体中的微生物和浮游生物群落也越丰富多样。
这将直接影响到水生生物的栖息地和食物链的建立。
高有机质含量的沉积物还能提供保护和滋养水生植物的生长条件,维持湿地生态系统的稳定性。
其次,沉积物中的有机质含量对土壤生态系统的功能和生产力也有着重要的影响。
土壤中的有机质来自于植物残体的分解和微生物的代谢活动。
有机质含量高的土壤具有更好的保水性和通气性,能够提供植物生长所需的养分和微生物的生活环境。
有机质含量越高,土壤的肥力和结构也越好,能够促进作物的生长和增加农田的产量。
此外,有机质含量高的土壤还能够减少土壤侵蚀和污染物的迁移,保护土壤和水源的质量。
最后,沉积物中有机质的积累和分解过程对全球碳循环有着直接的影响。
沉积物中的有机质主要是由陆地植被和海洋生物的固碳作用形成的。
有机质含量高的沉积物在长期的埋藏和压实过程中,形成了煤矿和页岩等能源矿藏,是石油和天然气等化石燃料的来源。
然而,当这些沉积物被开采和燃烧时释放出的二氧化碳将加剧气候变化。
此外,沉积物中有机质的分解也会产生甲烷等温室气体,进一步加速气候变化。
总结起来,沉积物中有机质含量对生态环境的影响是复杂而多样的。
它不仅直接影响着水生生物和土壤生态系统的结构和功能,还对全球碳循环和气候变化产生重要的影响。
因此,在保护生态环境和减缓气候变化方面,需要对沉积物中有机质含量的变化和分布进行深入的研究。
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文章编号:1000-0240(2011)02-0334-08河西猪野泽沉积物有机地化指标之间的关系及古环境意义 收稿日期:2010-09-20;修订日期:2010-11-29 基金项目:国家自然科学基金项目(41001116);兰州大学中央高校基本科研业务费专项资金项目(LZUJBKY-2010-99)资助 作者简介:李育(1981-),男,甘肃兰州人,讲师,2009年在兰州大学获博士学位,主要从事干旱区湖泊演化研究. E-mail:liyu@lzu.edu.cn李育, 王乃昂, 李卓仑, 程弘毅(兰州大学资源环境学院,兰州大学干旱区水循环与水资源研究中心,甘肃兰州 730000)摘 要:探讨了河西走廊石羊河终端湖泊———猪野泽晚冰期以来沉积物总有机碳(TOC)、碳氮比(C/N)、有机碳同位素(δ13C)三种有机地球化学指标之间的关系及古环境意义.结果表明:猪野泽QTH01剖面沉积物TOC指标主要代表湖泊及流域的植被初级生产力;C/N值受到周围区域表土C/N值和沉积物成岩过程的双重影响,总体较低,并不能直接反映植物类型的变化.TOC和C/N相关性较高,相关系数达到0.87;δ13 C与其他两种指标之间均显示出一定的负相关性.TOC和C/N值较高和δ13 C值较低的时期,流域植被初级生产力较高,气候较湿润;反之,流域植被初级生产力较低,气候较干燥.湖泊沉积物中沉积相的改变,往往伴随了沉积环境的剧烈变化,猪野泽沉积物沉积相变化明显,探讨的三种有机地化指标随着沉积相改变变化明显,说明猪野泽沉积物有机地球化学指标的变化也受到沉积相改变的控制.关键词:猪野泽;沉积物;有机地化指标;古环境中图分类号:P534.63文献标识码:A0 引言 湖泊沉积物中的有机地球化学指标总有机碳(TOC)、碳氮比(C/N)和有机碳同位素(δ13 C)可以反映湖泊及流域的初始生产力和植被类型,也反映了有机质随沉积物沉积后的保存状况,保存着湖泊及流域生物生态环境和古气候、古环境变化的丰富信息,这使得越来越多的研究者利用这些指标的变化来揭示古生物量与古环境演变的关系[1-2].湖泊有机质分为内源和外源两种,外源有机质主要包括陆生植物和湖滨沼泽、湖岸地带的水生植物,为湖盆流域经河流搬运入湖的有机成分,如果周边植被茂盛,地表侵蚀程度强,湖泊沉积物中的有机质含量就会增加.内生有机质则指湖泊本身生长的水生生物,包括浮游植物、挺水植物和沉水植物.有机质的含量可以用总有机碳(TOC)来反映[3-4].有机质的C/N比被认为是有效判别有机质来源的指标[5-6],陆生高等植物C/N比为14~23,低等植物藻类植物C/N通常<10.湖泊沉积物有机δ13C变化与沉积物中有机质来源密不可分[7],同时也受控于有机质的绝对含量[7-8].陆源植物根据不同的生理习性可分为C3、C4和CAM三种类型,C3植物δ13 C值在-21‰~-33‰之间;C4植物δ13 C值在-9‰~-21‰之间;CAM植物的δ13 C值约在-10‰~-30‰之间;湖泊水生植物的δ13 C值也各不相同,沉水植物在-12‰~-20‰之间;漂浮植物δ13 C值可偏负至-35.5‰[9].沉积物总有机碳(TOC)、碳氮比(C/N)和有机碳同位素(δ13C)三种指标在反映湖泊及流域植被及生产力状况方面各有特点,将三种指标结合起来对比研究,可以更加准确地探讨每种指标的古环境意义,并为古气候重建奠定基础. 猪野泽位于亚洲季风边缘区,是石羊河流域的终端湖泊(图1),了解其晚冰期以来气候变化规律,可以探讨亚洲季风边缘区气候变化机制.同时,石第33卷 第2期2 0 1 1年4月冰 川 冻 土JOURNAL OF GLACIOLOGY AND GEOCRYOLOGYVol.33 No.2Apr.2 0 1 1羊河流域现代生态环境恶化严重,研究该区域千年尺度及人类活动影响较小时期的环境变化过程,对于评估现代人类对该区域环境的影响具有现实意义.该区域湖泊沉积学的研究中,使用湖泊沉积记录重建古环境及古气候方面已经发表了大量的学术论文[10-16].根据已有的研究成果,猪野泽晚冰期以来环境变化研究存在较大分歧,Chen等[11]根据猪野泽西部三角城全新世沉积剖面的岩性、孢粉和地球化学等指标提出了猪野泽地区7 000~5 000cal a BP期间2 000a尺度的干旱事件;Li等[14-15]通过猪野泽中部地区QTH01和QTH02全新世剖面的岩性、孢粉等指标研究,得出猪野泽中全新世期间存在百年尺度(7.7~7.4cal ka BP)的干旱事件,而距今7 000~5 000日历年期间湖泊水位较高,植被较好;Zhao等[16]研究了猪野泽中部QTL-03全新世剖面的孢粉组合,同样也提出了中全新世距今7 200~5 200cal a BP期间,猪野泽周围植被覆盖度高,环境比较适宜.不同的学者关于猪野泽中全新世环境和干旱事件的时间得出了不同甚至完全相反的结论.在使用沉积物理化指标重建古环境中,对指标的理解是重建的基础,研究每一种沉积物指标的准确含义及古环境意义是解决该区域湖泊沉积学方面分歧的基础工作之一.该区域已有的图1 猪野泽位置示意图图中黑色三角形代表本文研究剖面位置Fig.1 Map showing the location of Zhuye Lake.The black triangle shows the location ofthe study section研究中对于各种有机地球化学指标的含义探讨较少,本文选择猪野泽QTH01剖面的总有机碳(TOC)、碳氮比(C/N)和有机碳同位素(δ13C)三种指标进行对比研究,并根据各种指标之间的相互关系来进一步研究他们的古环境意义.1 研究区、研究材料及实验方法 石羊河流域位于甘肃省河西走廊东部,祁连山北麓,地理坐标大体介于100°57′~104°57′E,37°02′~39°17′N,流域全长300余公里,总面积4.16×104km2(图1).按我国自然地理区划,石羊河流域处于我国西北内陆干旱区与东部季风区的交汇过渡地带,该流域现代气候受到亚洲季风与西风带气流的共同影响[17-18].流域自南向北大致划分为3个气候区,南部祁连山高寒半干旱湿润区:海拔2 000~5 000m,年降水量300~600mm,年蒸发量700~1 200mm;中部平原温良干旱区:海拔1 500~2 000m,年降水量150~300mm,年蒸发量1 300~2 000mm;北部温暖干旱区:海拔1 300~1 500m,年降水量小于150mm,年蒸发量2 000~2 600mm[19].猪野泽是石羊河流域的终端湖泊,历史时期湖泊水位较高[20-21],现在已经完全干涸.Pachur等[22]、Zhang等[23-24]和本研究小组[25]分别研究了猪野泽地区晚更新世湖泊地貌演化结果,并测定了猪野泽东北岸古湖泊岸堤的年代.综合这些研究结果,早、中全新世猪野泽湖泊水位较高,晚全新世湖泊水位较低. 本研究中所涉及的两个剖面QTH01和QTH02,地理坐标39°03′N 103°40′E,海拔1 309m(图1).剖面深度分别为692cm(QTH01)和736cm(QTH02),剖面的岩性描述及年代见文献[14](图2).两个剖面均为自下至上连续系统采样,本文分析的有机地球化学指标总有机碳(TOC)、碳氮比(C/N)、有机碳同位素(δ13C)采集自QTH01剖面.QTH01号剖面上共采集样品292个,用于有机地球化学指标分析,在湖相沉积层位为2cm间隔采样,砂层或黄土层位为5cm间隔采样. QTH01剖面中有机质的碳、氮和氢含量采用元素分析仪分析.实验步骤如下,将样品自然风干,称取0.2~0.3g,放入试管中,加入10%的盐酸10mL,用来除去无机碳酸盐.加入盐酸后将样品放置24h,等待样品反应完全,使用离心机来清洗反应后的样品,直至中性为止.将洗至中性的样品放入烘干箱中,将烘干箱的温度调至60℃,将5332期李育等:河西猪野泽沉积物有机地化指标之间的关系及古环境意义样品烘干后,取出在室温下放置2h,该步骤是为了使样品和空气达到吸湿平衡,然后称取样品重量.兰州大学化学与化工学院分析测试中心负责测量了样品的有机质碳、氮、氢含量,测量所使用的仪器是德国Elementar公司生产的Vario-Ⅲ型元素分析仪.由于仪器直接测出的是经过无机碳酸盐处理后的样品,需要对测量出的值进行计算,可以得到样品中实际总有机碳和总有机氮的含量.计算公式如下:M0=MG/G0(1)式中:M0为元素的实际百分含量(%);M为处理后样品的元素百分含量(%);G处理后样品的重量(g),G0为处理前样品的重量(g).有机碳稳定同位素测定,本研究采用通纯氧燃烧-冷冻分离法[26],在兰州大学资源环境学院稳定同位素实验室进行分析测量.分析仪器采用德国Finnigan MAT公司生产的Delta-Plus稳定同位素质谱分析仪.为便于图2 猪野泽QTH01和QTH02剖面岩性及年代示意图[14]Fig.2 Profiles of lithology and dates ofQTH01and QTH02sections相互对比和测量,物质的碳同位素组成由δ13C(‰)值表示.2 分析结果 根据测得的QTH01剖面有机地化指标数值,QTH01剖面上TOC的平均值为0.62%,范围在0.01%~2.60%之间;C/N的平均值为5.70,范围在0.41~17.62之间;δ13 C的平均值为-25.84‰,范围在-31.00‰~-22.00‰之间.对这三种指标进行相关性分析得出,TOC与C/N存在显著的正相关,相关系数为0.87,从这两种指标的散点图上可以清晰看出正相关关系,对两种指标进行线性拟合,拟合度R2值为0.75(图3);δ13 C与TOC和C/N均存在负相关,相关系数分别为-0.44和-0.37,从δ13C与TOC和δ13C与C/N的散点图也可以看出它们之间存在的负相关关系,对散点图进行线性拟合,拟合度R2值分别达到了0.19和0.13(图4,图5).三种指标之间的相关性,均通过α=0.001的置信度检验. 根据QTH01剖面的有机地化指标数值和沉积物岩性,可以将该剖面分为A、B、C、D、E阶段(图6):图3 TOC与C/N指标散点图及其拟合趋势线Fig.3 The plot of TOC and C/N and thelinear regression trend line图4 TOC与δ13 C指标散点图及其拟合趋势线Fig.4 The plot of TOC andδ13 C and thelinear regression trend line633 冰 川 冻 土 33卷 图5 δ13 C与C/N指标散点图及其线性拟合趋势线Fig.5 The plot ofδ13 C and C/N and thelinear regression trend line 阶段A(602~692cm):该段沉积物以砂层为主,TOC的平均值为0.07%,范围在0.04%~0.13%之间;C/N的平均值为0.65,范围在0.41~1.73之间;δ13 C的平均值为-26.76‰,范围在-28.10‰~-25.50‰之间. 阶段B(497~602cm,7 703~13 090cal aBP):该段沉积物为灰绿色湖相沉积物,TOC的平均值为0.22%,范围在0.01%~0.40%之间;C/N的平均值为3.47,范围在0.76~6.28之间;δ13 C的平均值为-24.92‰,范围在-27.10‰~-22.00‰之间. 阶段C(447~497cm,7 378~7 703cal a BP):该段沉积物以砂层为主,TOC的平均值为0.11%,范围在0.06%~0.22%之间;C/N的平均值为1.56,范围在1.01~-3.07之间;δ13 C的平均值为-23.78‰,范围在-2 5.5 0‰~-2 2.5 0‰之间. 阶段D(197~447cm,1 107~7 378cal a BP):该段沉积物为灰绿色湖相沉积物,TOC的平均值为1.20%,范围在0.28%~2.60%之间;C/N的平均值为10.07,范围在3.94~17.62之间;δ13 C的平均值为-26.67‰,范围在-31.00‰~-23.00‰之间. 阶段E(0~197cm,0~1107cal a BP):该段沉积物以黄色风成沉积物为主,TOC的平均值为0.29%,范围在0.08%~0.62%之间;C/N的平均值为3.17,范围在0.76~7.36之间;δ13 C的平均图6 猪野泽QTH01剖面有机地球化学指标TOC、C/N和δ13 C随深度变化深度轴左侧箭头所对的年代为QTH01剖面测年样品测得的年代,圆点所对的年代是根据岩性与粒度由QTH02剖面内插到QTH01剖面上的年代;根据有机地球化学指标和岩性,将该剖面划分为A、B、C、D、E阶段Fig.6 The TOC,C/N andδ13 C values of QTH01plotted against the depth.Beside the depth-axis,the datesof arrows denote the dating results of the samples from the QTH01,and the dates of circles denote the datingresults interpolated from QTH02to QTH01according to the lithology and grain-size.Based on the lithologyand organic geochemical proxies the section can be divided into A,B,C,D and E five phases7332期李育等:河西猪野泽沉积物有机地化指标之间的关系及古环境意义 值为-24.99‰,范围在-27.40‰~-24.20‰之间.3 猪野泽沉积物有机地化指标之间的关系及其古环境意义讨论 QTH01剖面样品TOC值总体较低,这与猪野泽所处的干旱区特征相符,说明猪野泽附近及石羊河流域初级生产力较低,其中TOC值较高的阶段,代表了初级生产力相对较高的时期.C/N值总体也较低,除D阶段以外,各个阶段C/N平均值均小于10.这与普遍认为的陆生高等植物C/N比为14~23;低等植物藻类植物C/N通常小于10[5-6],并不相符,因为QTH01剖面顶部和底部分别为风成沉积物和砂层,这两种沉积相中并不适合藻类植物生存,而这两个层位的C/N值均小于5,所以不能根据植物类型来解释该剖面C/N比值.根据我国科学家对内蒙古干旱半干旱区770个土样的C/N比值研究[27],表明该区域C/N比值较低,一部分样品的C/N比值低于10,而且一些盐碱土及冲积土的C/N比值在5左右.猪野泽沉积物C/N值较低,可能与我国干旱半干旱地区表土C/N比较低有关,该区域较低的C/N值并不表示低等藻类植物繁盛.同时,根据Meyers等[2]的研究,有机质在沉积以后成岩的过程中,其中一些元素的比例会发生变化.以C/N为例,新鲜木块的C/N通常会高于沉积物中木块的C/N,这种改变主要反映了不同元素选择性腐蚀的过程.根据Sarazin等[28]对法国Aydat湖的研究也发现,湖泊表层40cm沉积物的C/N要高于下部沉积物的C/N.以上研究说明,沉积物C/N可能会受到沉积成岩作用的影响而降低.所以,猪野泽沉积物C/N值较低可能受到周围表土C/N较低和沉积物成岩过程的双重影响,总体较低,并不能直接反映植物类型的变化.在D阶段中,C/N的平均值为10.07,最大值可以达到17.62,可能由于该阶段猪野泽周围及石羊河流域陆生高等植物茂盛,终端湖沉积物中才出现了较高的C/N值,而其他阶段较低的C/N值与陆生植物密度较小有关.TOC与C/N存在显著的正相关关系,说明植物生产力较高时期的C/N值也较高,QTH01剖面中C/N值受到流域植物初级生产力的控制.QTH01沉积物中δ13 C的平均值为-25.84‰,范围在-31.00‰~-22.00‰之间,这与C3植物的δ13 C值(-21‰~-33‰)相符[9],说明猪野泽沉积物中有机碳主要来自于C3植物.这与中国西北干旱区现代植被特征相符.根据Zhang等[29]对中国西北新疆、柴达木盆地、甘肃、青海、巴丹吉林沙漠、腾格里沙漠以及青藏高原等地采集的610多个植物样品研究发现,样品中仅有8个C4植物,C4植物相对较少.Feng等[30]对34~52°N之间,从我国宝鸡附近的秦岭到接近蒙古和俄罗斯边境的众多表土样品进行了总有机质碳同位素分析,得到的结果表明:该区域表土总有机质碳同位素都较为偏负,表明该区域现代植被同样以C3植物为主;而且此项研究进一步证明,在沙漠或者荒漠草原等干旱环境下,表土的C3植物碳同位素更为偏正,说明δ13C值偏正指示了相对干旱的环境.王国安等[31]的研究也证明,C3植物的δ13 C值在黄土高原中部的半湿润气候区比黄土高原西部的半干旱-干旱气候区显著偏轻.本项研究中QTH01剖面的δ13 C与TOC和C/N均显示负相关,较高的TOC和C/N分别代表了较高的湖泊及流域初级生产力和陆生高等植物密度,正好对应了偏轻的δ13C值所显示的较湿润的气候,反之,TOC和C/N值较低的阶段对应了δ13 C值偏重所指示的气候相对干旱的时期.因为干旱-半干旱地区水分条件是植物生长的主要限制因子,气候湿润期通常对应了植物生长茂盛、生产力较高的时期.除以上因素,研究还发现,QTH01剖面三种有机地球化学指标的阶段性变化与剖面沉积物岩性的变化紧密相关,岩性不变的情况下,TOC、C/N和δ13 C三种指标变化也较小,说明该剖面有机地球化学指标也受到岩性的控制.张成君等[32]等也研究了猪野泽西部的三角城剖面末次冰消期以来的有机碳同位素组成,其研究结果显示末次冰消期期间δ13 C总体偏轻(-30‰~-25‰),早全新世期间δ13 C为-10‰,中全新世碳同位素组成总体偏重,在-20‰~-10‰之间,晚全新世碳同位素组成偏轻(-25‰左右),这与本研究所得出的全剖面δ13 C值在-31.00‰~-22.00‰之间有较大差异,说明湖泊不同位置沉积物δ13C值具有较大差异,本项研究中δ13C值变化在一个稳定的范围以内,指示该位置湖泊有机质的来源较稳定,能较好地记录过去植被变化的信息. 根据以上有机地化指标之间的关系及其古环境意义讨论,可以对QTH01剖面不同阶段的古环境状况进行推测:阶段A(602~692cm),TOC和C/N值较低,δ13 C的平均值为-26.76‰,该阶段沉积物以砂层为主,流域及湖泊周围生产力较低.阶833 冰 川 冻 土 33卷 段B(497~602cm,7 703~13 090cal a BP),TOC和C/N相对上一阶段有所增加,δ13 C的平均值为-24.92‰,该阶段形成了灰绿色湖相沉积物,流域及湖泊植被生产力有所上升.阶段C(447~497cm,7 378~7 703cal a BP),该段沉积物以砂层为主,TOC和C/N值再次下降,δ13 C偏正,平均值为-23.78‰,该阶段再次形成砂层沉积,流域初级生产力下降,气候较干燥.阶段D(197~447cm,1 107~7 378cal a BP),TOC和C/N均达到全新世最高值,δ13 C偏负,平均值为-26.67‰,该段以湖沼相和泥炭沉积物为主,流域初级生产力达到全新世最高值,气候也是全新世最湿润的一个阶段.阶段E(0~197cm,0~1107cal a BP),TOC和C/N降低,δ13 C值偏正,平均值为-24.99‰,该段沉积物以黄色风成沉积物为主,流域初级生产力较低,气候较干旱.4 结论 (1)猪野泽QTH01剖面沉积物TOC指标主要代表了湖泊及流域的植被初级生产力;C/N值受到周围区域表土C/N值和沉积物成岩过程的双重影响,总体较低,并不能直接反映植物类型的变化,主要受控于猪野泽周围及石羊河流域植被初级生产力和陆生高等植物的密度.δ13 C值显示QTH01剖面沉积物有机质主要来源于C3植物,该区域C3植物δ13 C值偏正指示了相对干旱的环境,偏负指示相对湿润的环境. (2)猪野泽QTH01剖面沉积物TOC与C/N存在显著的正相关,相关系数为0.87,δ13 C与TOC和C/N均存在负相关,相关系数分别为-0.44和-0.37.TOC和C/N值较高和δ13 C值较低的时期,流域植被初级生产力较高,气候较湿润;反之,流域植被初级生产力较低,气候较干燥. (3)猪野泽沉积物沉积相变化明显,本文探讨的三种有机地化指标随着沉积相改变变化明显,说明猪野泽沉积物有机地球化学指标的变化受到沉积相改变的控制.参考文献(References):[1] Meyers P A.Organic geochemical proxies of paleoceanograph-ic,paleolimnologic,and paleocllmatic processe[J].OrganicGeochemistry,1997,27(5-6):213-250.[2] Meyers P A,Verg s E L.Lacustrine sedimentary organic mat-ter records of Late Quaternary paleoclimates[J].Journal ofPaleolimnology,1999,21:345-372.[3] Wang J Q,Liu J L.Amino acids and stable carbon isotope dis-tributions in Taihu Lake,China,over the last 15 000years,and their palaeoecological implications[J].Quaternary Re-search,2000,53:223-228.[4] Digerfeldt G,Olsson S,Sandgren P.Reconstruction of lake-level change in lake Xinias,central Greece,during the last 40000years[J].Palaeogeography,Palaeoclimatology,Palaeo-ecology,2000,158:65-82.[5] Krishnamurthy R.V,Bhattacharya S K.Palaeoclimatic chan-ges deduced from13C/12C and C/N ratios of Karewa lake sedi-ments,India[J].Nature,1986,323:150-152.[6] Wagner B,Melles M,Hahne J.Holocene climate history 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Late Glacialare examined.The results show that the TOC re-presents the primary productivity of the lake andwatershed;C/N cannot directly reflect the vegeta-tion types in this area,because the C/N values areinfluenced by the C/N values of surface sedimentsin the surrounding areas and the diagenesis proces-ses of Zhuye Lake sediments.Theδ13C valuesshow that the organic matter in the Zhuye Lakesediments is mainly from C3plants.The correla-tion coefficient between TOC and C/N is 0.87;δ13C shows a negative correlation with TOC and C/N.The higher TOC and C/N values and lowerδ13C values show the relatively high primary pro-ductivity and humid environment.The lower TOCand C/N values and higherδ13C values show therelatively low primary productivity and arid envi-ronment.The changes of sedimentary environ-ments always cause the changes of sedimentary fa-cies.The sedimentary facies change remarkably inthe Zhuye Lake sediments.Three organic geo-chemical proxies changing with the changes of sed-imentary facies are found.So the organic geochem-ical proxies are also controlled by the sedimentaryfacies in the Zhuye Lake sediments.Key words:Zhuye Lake;sediments;organic geochemical proxies;palaeoenvironment1432期李育等:河西猪野泽沉积物有机地化指标之间的关系及古环境意义 。