生物硅在东南极湖泊古初级生产力研究中的应用

第23卷第1期
极地研究
V o l .23,N o .12011年3月
C H I N E S EJ O U R N A L O FP O L A RR E S E A R C H
M a r c h2011
[收稿日期] 2010年8月收到来稿,2010年9月收到修改稿㊂
[基金项目] 国家自然科学基金项目(40876096㊁40606003和40730107)㊁中国极地科学战略研究基金(20070202)㊁中国科学院优秀博士论文作者专项资金资助和国家海洋局极地科学重点实验室开放研究基金(K P 2007002
)资助㊂[作者简介] 姜珊,女,博士研究生㊂主要从事极地古生态环境研究㊂[联系作者] 刘晓东,E -m a i l :y
c x @u s t c .e
d u .c n
㊂研究论文
生物硅在东南极湖泊古初级生产力研究中的应用
姜珊 刘晓东 徐利强 孙立广
(中国科学技术大学极地环境研究室,合肥230026
)提要 本文对南极中山站区的莫愁湖和大明湖沉积物中生物硅㊁有机质等环境指标进行了分析,并在对比研究的基础上,探讨了生物硅在重建东南极湖泊沉积生态环境记录研究中的应用㊂研究结果表明,大量保存较好的硅藻出现在东南极淡水湖泊沉积物中,生物硅含量在深度剖面上表现出显著波动,与有机质等生物地球化学指标具有一致的垂向变化趋势,表明它们具有共同的生态环境意义㊂当沉积物中生物硅㊁有机质等环境指标出现低值时,指示该时期湖藻生产量减少㊁湖泊初级生产力降低,反之则代表湖泊生产力相对较高的时期㊂上述研究结果证明,在湖泊生态系统相对简单,湖区周围主要为裸露基岩的东南极湖泊沉积物中,生物硅含量的变化能有效指示湖泊古初级生产力的大小,是研究东南极湖泊沉积生态环境记录的理想替代性指标㊂关键词 东南极 莫愁湖 大明湖 沉积物 生物硅 初级生产力
0 引言
湖泊沉积是认识古环境㊁古气候变迁的良好载体,它完整地记录了各历史时期区域气候㊁植被以及人类活动的演化过程,可获得百年㊁甚至十年尺度的古气候环境变化事件,目前被广泛地应用于过去全
球变化研究[
1,2
]㊂在南极大陆沿岸带分布着许多湖泊,其形成与冰川作用历史㊁冰缘地貌的发育过程有直接联系㊂由于湖泊生态系统的脆弱性,各种环境因子的改变都能引起湖泊生态系统的高灵敏度响应,从而发生包括自然地理㊁物理化学因子以及水生生物在内的多方面显著变化,最终这些变化的历史
记录将保存在湖泊沉积层中[
3,4]
㊂用于恢复湖泊古生产力的地质地球化学指标有
很多,如色素㊁营养元素㊁氨基酸㊁同位素等[5,6]
,近
几年来,对于湖泊沉积物中生物硅的研究逐渐成为热点㊂生物硅,相对于晶体二氧化硅来说,是一种无定形硅,绝大部分来自于水体硅藻壳的沉积,还有极少量来源于植物硅酸体㊁海绵骨针㊁放射虫和金藻门
胞囊等[7
]㊂硅元素在地壳中的丰度仅次于氧,与氧㊁
氮㊁碳等其他元素相比,其生物地球化学循环较缓
慢,且沉积速度较快,所以生物质的硅便能以沉积物
的形式保存下来[
8]
㊂硅藻是海洋生态系统中主要的生产者,在古海洋学研究中,生物硅沉积记录被大量地用以指示古生产力的波动㊂生物硅堆积速率的变化主要反映了硅质生物(主要是浮游硅质生物)的生产力变化,而生产力的变化又与营养物质和水体表层温度密切相关,因而湖泊沉积物中生物硅的含量
也可以反映一定时期气候环境变化[
9]
㊂对高纬度的贝加尔湖[10,11]㊁中纬度的日本琵琶湖[12]
㊁低纬度的我国雷州半岛湖光岩玛珥湖[13]
以及北极湖泊沉积物中生物硅[14]的研究结果表明,高通量的生物硅与
温暖湿润的气候条件相对应,而低通量揭示了冷而干燥的气候条件,气候变化引起硅藻生产力发生变化,生物硅是重建湖泊沉积物气候环境记录的理想替代性指标㊂尽管也有学者研究表明,由于历史时期生物硅的溶解和硅藻沉积速率的不同可能会给应
用生物硅的环境研究带来一定的局限性[11
],但综合
文献资料来看,生物硅在湖泊古生态环境研究(如初
级生产力变化)中仍是一个十分重要的指标[9]㊂国内外学者在对南极湖泊演化所记录的古环境事件的研究中,利用了大量的替代性环境指标,多环境指标的综合判识并结合年龄测定在恢复古气候㊁古降水㊁古盐度及冰川进退历史等方面显示出较强的优势[15]㊂但到目前为止,生物硅在高纬度南极湖泊沉积物中的应用仍然非常有限㊂本文拟通过对南极中山站区两个湖泊沉积柱中生物硅(B S i)的分析,并结合有机碳等生物地球化学指标进行对比,探讨生物硅在重建东南极湖泊沉积生态环境记录研究中的应用㊂
1 研究区域环境概况
本文分析的两根沉积柱分别采自东南极中山站区附近的莫愁湖和大明湖㊂中山站位于东南极普里兹湾拉斯曼丘陵米洛(M i r r o r)半岛北端㊂中山站所在的拉斯曼丘陵地处南极圈以南区域(图1),是南极大陆沿海少数夏季无冰区之一㊂拉斯曼丘陵区面积近200k m2,陆地面积约40k m2,由4个大半岛(斯托尼斯半岛㊁布洛克尼斯半岛㊁米洛半岛和小半岛)及130余个海岛组成,介于69°12'S 69°28'S 及76°E 76°30'E之间㊂中山站区属典型的风寒㊁干旱的极地大陆性气候,气温低,冬天严寒㊁干燥㊁风大,夏季较短,地面基岩裸露,物理风化严重,植被稀少,环境恶劣㊂
莫愁湖和大明湖位于东南极拉斯曼丘陵米洛半岛,在中山站和俄罗斯进步二站附近(图1)㊂根据李栓科等[4]现场测试的数据资料,莫愁湖海拔高度
约为8m,最大水深约为4m,湖泊面积为0.005 k m2,补给区面积约为0.127k m2㊂莫愁湖和大明湖湖水来源主要由两部分组成,一是冰盖冰川融水,另一是季节性积雪融水,湖水的补给时间主要在不足两个月的夏季㊂莫愁湖中的化学成分和湖中生物种类与生物量均高于该地区其他湖泊,水体中含较高浓度磷酸根离子及总氮,水中溶解氧处于饱和状态,为弱酸-弱碱性的良好氧化水体㊂水体的化学成分阴离子以C l-为主,阳离子以N a+为主[16]㊂大明湖最大水深约4m,海拔约30m㊂湖水盐度大约为4.1%,每年有9 10个月被湖冰覆盖㊂H o d g s o n 等[17]对大明湖地理地貌特征研究表明,冰封期间因为上部水体进一步变冷和冰融水的稀释作用,大明湖水会出现弱的热量㊁盐度和营养分层现象;在冬天,被冰覆盖的底层水因为生物消耗大量氧而出现弱还原条件㊂
图1 研究区域及莫愁湖和大明湖位置
F i g.1.S t u d y a r e a s h o w i n g t h e s i t e s o fM o c h o ua n d
D a m i n g l a k e s
2 研究材料与方法
莫愁湖和大明湖沉积柱M C㊁D M分别长85c m 和63c m㊂采样点如图1所示㊂为避免人类活动对沉积环境的可能扰动,莫愁湖采样点选择远离抽水点的区域进行采样㊂M C沉积柱在74 85c m段内沉积物主要由黑色的有机泥组成,并散发出强烈的恶臭气味,很可能对应于海湾泻湖相(或海相)沉积环境;70c m以上的沉积层中主要由较为新鲜的藻类残体组成,有机质未发生明显分解,为淡水湖泊沉积环境下的产物;70 74c m沉积层表现出上㊁下两
2极地研究第23卷
大明湖
个沉积单元岩性特征逐渐过渡的特征,有可能反映了从海相向淡水湖泊相过渡的沉积环境[18]㊂上述沉积相变化和该地区全新世海平面变化历史的研究结果是一致的[19~21]㊂本文主要对M C沉积柱70 c m以上的淡水湖泊相沉积物进行了分析㊂根据M C沉积柱年代序列结果[18],相邻的1c m样品所代表的年龄间隔大约为40年㊂由于中山站建站时间只有20多年,所以站区人类活动污染并不会对表层以下沉积物的化学成分产生严重影响㊂D M沉积柱岩性特征与H o d g s o n等[17]的描述基本一致,表层13c m主要由较为松散的藻类物质组成,13 17c m 段主要组成物质也为藻类,但较为压实,且含有一定的砂砾,17 63c m段沉积物主要由砂砾组成,含极少量的湖藻㊂和低海拔的莫愁湖沉积环境不同,大明湖自末次冰期以来从未被海水淹没㊂
目前,国内外学者提出的生物硅测定方法主要有以下几类[22,23]:X-射线衍射法㊁直接红外光谱法㊁大体积沉积物化学元素正规分布法㊁微化石计数法㊁化学提取法(碱液提取法)㊁全岩化学元素计算法㊁差异湿法等㊂在上述方法中,湿化学提取法(碱液提取法)以其相对简便经济㊁实验周期短和可操作性强等特点而被广泛采用[24]㊂本文测定生物硅的方法分提取和测定两个步骤进行㊂参照相关的生物硅提取方案[25-27],结合所分析样品的基本性质,在研究中采用湿化学碱液提取法提取沉积物中的生物硅进行测定,详细方法如下:称取干燥的粉末样品0.1g于l0 m L的聚丙烯离心管中,加入10%的H2O2,静置30 m i n后,加入1m o1/L的H C1,振荡约30m i n,再加5m L去离子水,在转速为4000r/m i n下离心约8 m i n后,用滴管吸去上层清液,放在60℃烘箱中过夜烘干(样品中的水分刚好烘干,但还有一点湿润为宜);准确吸取8m LN a2C O3于离心管中,振荡后放在85℃的恒温水浴中提取㊂以1h为界振荡溶液, 5h后取出离心管,并立即离心8m i n,快速移取4 m L上层清液于聚丙烯管中测定㊂在50m L比色管中加入5m L H C l(1∶1),再移取2m L上述清液缓慢加入比色管中,调p H=8,待气泡冒尽后,稀释并定容,然后直接在I C P-O E S上测出S i O2的含量,即为生物硅(B S i)值,相对误差控制在2%以内㊂
利用V a r i oE LШ型元素分析仪测定沉积样品中的总碳(T C)㊁总氮(T N)㊁总硫(T S)和氢元素(H)含量,相对误差小于1%㊂总有机碳(T O C)采用高温外热重铬酸钾氧化-容量法,
以内㊂硅藻的S E M
大学理化实验中心完成,将破碎混匀后的样品固定在样品台上,经过蒸金处理,采用F E I S i r i o n200肖特基场发射扫描电子显微镜进行观察,能谱工作电压为20.0k V㊂
3 结果与讨论
3.1 硅藻保存分析
一般来说,生物硅大部分来源于硅藻,还有少量来自于海绵骨针以及含硅的矿物[28]㊂从M C沉积柱不同深度样品电镜扫描分析来看,在低放大倍数下观察(低于5000倍),可见样品中有大量藻类残体组成,如图2中所示M C-43和M C-69样品㊂在放大到10000倍以上时,样品中硅藻结构清晰可见,在不同深度样品中,如M C-5㊁M C-25和M C-59,所有硅藻个体保存较好㊂事实上,在有关南极湖泊沉积古环境的大量文献中,国内外学者对湖泊中保存的硅藻种类进行了大量研究,并利用硅藻种属变化来探讨气候变化的历史记录㊂如H o d g s o n等[17]对大明湖的研究表明,该湖沉积物中含有丰富的硅藻,其种类及丰度在不同深度均发生明显变化㊂莫愁湖和大明湖沉积物中保存较好的硅藻大量出现,为生物硅含量的测定提供了可能㊂
3.2 莫愁湖沉积物生物硅含量变化
M C沉积柱中总氮(T N)㊁总碳(T C)㊁总硫(T S)㊁氢元素(H)㊁总有机碳(T O C)和生物硅(B S i)含量随深度和年代剖面的变化如图3所示㊂从图中可以看出,所有的地球化学指标在深度剖面上的波动曲线表现出高度的协同性,指示具有共同物质来源㊂相关性分析结果表明(表1),T N,T C,H和T O C相互之间表现出强烈的正相关,T O C和T C 含量非常接近,说明沉积物中碳酸盐等无机碳含量非常低,沉积物中C,N,H等元素主要来自有机质㊂沉积物中T S和T O C尽管在0.01水平上表现为统计的正相关关系,但相关系数相对较低,说明沉积物中的硫除受到有机质物源输入影响外,还可能受到沉积后氧化还原环境变化的影响㊂对拉斯曼丘陵表生地球化学的研究结果表明,该地区低温严寒㊁冰雪覆盖㊁干燥多风㊁冻结期长,限制并减弱了生物地球化学和化学风化作用过程,风化作用处于初始的机械物理风化阶段[4]㊂莫愁湖周围基岩极其微弱的化学风化和生物风化作用强度限制了成土作用的发生,使得湖泊中输入的陆源有机质在总有机质中所占比例非常小㊂根据分样记录,沉积物主体为较新鲜未经分解的黄绿色藻类物质[6]㊂B i r d等[29]认为在南极极端低温的气候条件下,湖泊沉积物中的微
3
第1期 姜珊等:生物硅在东南极湖泊古初级生产力研究中的应用
图2 莫愁湖沉积物中硅藻电镜扫描S E M 图片.
图中样品编号数字代表取样深度F i g .2.S E M p h o t o s o f t h e d i a t o m s s a m p l i n g f r o mt h eM o c h o u l a k e s e d i m e n t s .T h e s a m p l en u m b e r s i n t h ed i a g
r a ms t a n d f o r t h e s a m p l i n g d e p
t
h 图3 M C 沉积柱生物地球化学指标随深度及年代剖面的变化.图右侧年龄数据根据文献18重绘
F i g .3.C h a n g e p r o f i l e s o f b i o g e o c h e m i c a l p r o x i e s v e r s u s d e p t ha n d c h r o n o l o g y i n t h eM o c h o u l a k e s e d i m e n t s .T h e a g e d a t a o n t h e r i g h t r e d r a wf r o mr e f e r e n c e 18表1 莫愁湖泊沉积物中T N ,T C ,T S ,H ,T O C 与B S i 之
间相关性(n =69
)T a b l e 1.C o r r e l a t i o n sb e t w e e nT N ,T C ,T S ,H ,T O Ca n d B S i i n t h eM o c h o u l a k e s e d i m e n t s (n =69
)T N T C T S H T O C B S i
T N 1.000T C 0.9271.000T S 0.5810.4411.000H 0.9230.9770.4411.000T O C 0.9160.9820.4250.9571.000B S i 0.7420.7680.2820.7490.7761.000
B S i 和T S 在0.05水平上正相关,其余在0.01
水平上均表现出显著正相关
生物对有机质的降解作用有限㊂结合莫愁湖沉积柱的岩性剖面观察以及湖泊周围环境的野外现场考察
(湖泊周围环境均为裸露的基岩,基本无植被覆盖),M C 沉积剖面中有机质主要来源于湖泊内生物质,即死亡的藻类物质[15]
㊂M C 沉积柱中T N 和T O C
等的垂直剖面变化曲线非常一致,说明莫愁湖湖泊相沉积物中这些地球化学指标含量的高低与沉积时期湖藻的繁盛程度相对应,具有明确的生态环境意
义,数值越大,指示当时莫愁湖中藻类生长较繁盛㊁生成量较高㊂
M C 沉积柱中生物硅含量变化范围是5%
8%,平均含量为6.9%(n =69
),较普里兹湾表层沉积物中生物硅含量低(4.89% 85.41%,
平均30.90%)[30
]㊂比较生物硅(B S i )与T O C ,T C ,T N
等环境指标的深度剖面变化曲线,发现它们之间有
非常好的对应关系,变化趋势基本一致㊂相关性分析结果表明(表1),B S i 和T O C ,T N ,H 具有非常高的正相关性,说明莫愁湖沉积物中B S i 含量主要受
4
极地研究
第23卷
控于湖泊中藻类物质生成量的高低,能有效指示湖
泊初级生产力的大小㊂扈传昱等[30]对普里兹湾表层沉积物中生物硅研究结果表明,生物硅的含量空
间变化趋势与营养盐㊁叶绿素a浓度㊁初级生产力的变化趋势密切相关,较好地反映了上层水体中初级
生产力的变化状况㊂综合图3中生物硅和有机质含量的深度剖面变化曲线,发现在64 57c m㊁46 32 c m和22 10c m三个深度段所有指标均出现低值期(图中阴影部分),揭示了莫愁湖在历史上经历过三次非常明显的低生产力时期㊂根据生物地球化学原理,植物的生成量与气候环境㊁光合作用和湖泊的营养程度具有密切的联系,一般情况下,气候条件越温暖湿润㊁光照作用越强,湖泊营养化程度增加,植物生成量越高,反之,植物的生成量降低[31]㊂气候的干冷将导致莫愁湖湖面遭受到较长时间的冰冻作用,水生植物接受太阳光辐射能的强度减弱,从而导致水生植物光合作用效率降低,湖藻生产量减少,使得湖泊沉积物中记录的有机质等含量出现低值,其中硅藻的繁殖受到限制,硅藻生产力降低,导致湖泊沉积物中生物硅含量减少㊂因此,莫愁湖生物硅含量出现三次低值期很可能反映了研究区气候相对恶劣的时期㊂
3.3 大明湖沉积物生物硅变化
D M沉积柱不同深度沉积物中总碳(T C)㊁总氮(T N)㊁总硫(T S)㊁氢元素(H)和生物硅(B S i)含量变化如图4㊂从图4中可以看出,与莫愁湖沉积物上述环境指标的变化曲线一样,D M沉积柱中T C㊁T N㊁T S和H具有非常一致的深度剖面变化趋势, 15c m以下含量非常低,从15c m处开始快速增加,相对较高的水平出现在表层10c m的沉积物中,这和D M沉积剖面岩性变化是一致的㊂沉积物中B S i 含量在深度剖面上表现出非常大的变化,15c m以下沉积物中含量小于2%,而在表层10c m其含量上升到12% 13%㊂对比B S i与T C,T N,T S和H 元素的垂向变化曲线(图4),发现它们的变化趋势非常一致㊂图5中B S i与元素T N,T C,T S和H表现出非常强烈的正相关关系,说明这些环境指标可以共同指示大明湖古湖泊环境的演化历史
㊂
图4 大明湖沉积柱D M中T N,T C,T S,H和B S i含量随深度变化.图右边烧失量L O I㊁总细菌叶绿素(T o t a l b a c t e r i o c h l o r o-p h y l l s)和总叶绿素(T o t a l c h l o r o p h y l l s)变化据H o d g s o n等[17]分析大明湖中心沉积柱数据重绘
F i g.4.C h a n g e s o fT N,T C,T S,Ha n db i o g e n i c s i l i c a c o n t e n t s v e r s u s d e p t h i n t h eD Ms e d i m e n t c o r e.T h eL O I,t o t a l b a c t e r i-
o c h l o r o p h y l l s a n d t o t a l c h l o r o p h y l l s o n t h e r i g h tw e r e r e d r e wb a s e d o n t h e a n a l y t i c a l d a t a o fH o d g s o n e t a l.[17]o n a s e d i-m e n t c o r e t a k i n g f r o mt h e c e n t e r o fD a m i n g l a k e
H o d g s o n等[17]对取自大明湖中心㊁长115c m
的沉积柱进行了详尽的研究,利用有机碳含量,无机
C㊁O同位素㊁色素和硅藻种属组成变化等环境指
标,恢复了该湖自形成以来(距今约42000年前)气
候㊁盐度㊁湖水平面等变化的历史记录㊂图4给出了
H o d g s o n等[17]分析得到的大明湖沉积物烧失量
(L O I)㊁细菌叶绿素和总叶绿素含量深度剖面变化
曲线,其含量的高低主要与湖泊初级生产力的变化
有关㊂从图中自下而上的垂直剖面变化曲线可以看
出,代表有机质相对变化的烧失量和色素含量在
55 40c m段快速增加,在40c m以上的沉积物中
出现高值㊂本文分析的D M沉积柱中B S i㊁T N等指
标与上述变化形式非常一致㊂两根沉积柱中各种环
境指标都出现一段突然升高的过程,H o d g s o n等[17]
分析的烧失量和色素含量快速增加对应于55 40
c m沉积段,而D M沉积柱中各种指标在15 10c m
段快速升高㊂产生深度差异的原因可能与两根沉积
柱采集位置不同有关㊂H o d g s o n等[17]分析的沉积
柱接近于湖中心,而本文分析的D M沉积柱更靠近
湖岸,由于光照强度㊁温度和营养物质输入的不同,
两处湖藻的数量和生产力都会有很大差异,野外观
察发现湖中心藻类生长通常较湖岸更繁盛,导致湖
5第1期 姜珊等:生物硅在东南极湖泊古初级生产力研究中的应用
图5 大明湖泊沉积物中T N,T C,T S,H与B S i之间相关性
F i g.5.C o r r e l a t i o n sb e t w e e nT N,T C,T S,Ha n dB S i i n t h eD a m i n g l a k e s e d i m e n t s
中心藻类物质沉积相对较快,而岸边沉积物中陆源碎屑物沉积速率可能更快㊂另外,两根沉积柱的压实程度不同也可能会导致这个现象㊂尽管如此,两根沉积柱岩性仍表现出非常相似的变化特征,因此,我们有理由认为两根沉积柱中环境指标快速增加的深度段应该对应于同一生态环境事件㊂根据H o d g-s o n等[17]的结果,色素含量快速增加的50 40c m
段大约对应于17000 11000aB P,该时期季节性冰川融水向湖泊输入增多,湖泊接受的光强增加,导致湖泊生产力快速提高,使得D M沉积剖面15 10 c m段T N㊁T C㊁T S和H元素含量出现快速增加的趋势㊂同时,气候的适宜期促进了大明湖硅藻的生长,硅藻生产力的提高导致沉积物中B S i含量增加㊂D M表层10c m沉积物中B S i高含量与H o d g s o n 等[17]得到的表层40c m高色素浓度相一致,很可能对应于该地区出现的全新世冰退期㊂H o d g s o n 等[17]研究表明,该地区全新世早期经常处于季节性的无冰阶段,从距今7400年开始大明湖经历了更温暖的气候条件,湖泊生产力显著提高㊂D M沉积柱表层B S i以及T C,T N,T S的持续高值揭示了气候变暖引起湖泊初级生产力的提高,进一步证明生物硅是重建东南极湖泊古生产力变化的良好指标㊂3.4 生物硅在东南极湖泊古生产力研究中的优势
在东南极的许多地区,包括拉斯曼丘陵㊁西福尔丘陵以及M c M u r d o干峡谷的淡水湖泊中,都存在着大量保存完好的硅藻[32-35],硅藻是南极和亚南极湖泊微生物群落的一个重要组成部分[36]㊂许多硅藻种属只在极端寒冷南极地区存在[37],如拉斯曼丘陵地区湖泊中就存在着一些特有的硅藻种属[32]㊂在高纬特别是南极地区,在缺乏其他生态环境指标的情况下,硅藻就成为了一个特有的指标㊂不同硅藻种属的深度剖面分布是研究气候变化记录的重要替代性指标,被成功的应用于重建湖泊盐度㊁冰层厚度及海平面高度等古环境信息[32],但它们无法表征湖泊初级生产力总的变化特征㊂
我们以前对北极新奥尔松地区湖泊沉积物中能反映生产力变化的指标(如有机质㊁色素㊁B S i等)进行了分析[38],发现在有机质含量较低的沉积层中,生物硅与有机质㊁色素等含量具有良好的相关性,如在小冰期(L I A),气候恶劣导致湖泊初级生产力相对较低,各种生物地球化学指标含量明显下降;然而在进入20世纪之后,由于气候变暖引起了湖泊生产力大大提高,生物硅的含量却与色素等指标表现出相反的变化趋势,湖泊沉积色素㊁有机质含量在表层出现显著增加,而生物硅含量反而出现明显下降[38]㊂A x f o r d等[39]在北极其他湖泊表层沉积物中也发现了类似的生物硅变化特征,认为这可能与陆源有机质的大量输入引起的稀释效应有关㊂上述研究表明,在北极等苔藓生长繁茂㊁陆源有机质输入较多的地区,湖泊沉积物中生物硅含量可能受多种因素影响,所以B S i在深度剖面上的变化有时并不能完全反映湖泊初级生产力大小㊂但在遥远的东南极
6极地研究第23卷
大陆,湖泊周围多为裸露的基岩,植被稀少,陆源有机质输入非常有限,因此,在整个深度剖面上生物硅变化受到其他因素影响较小,是重建东南极湖泊初级生产力变化的良好替代性指标㊂
4 结论
通过对东南极莫愁湖㊁大明湖沉积物中生物硅含量分析,并在和其他生产力指标的综合对比研究的基础上,我们得到以下结论:
(1
)对比具有确切生态环境意义的有机质㊁总氮等生物地球化学指标,生物硅在深度剖面上表现出和这些环境指标基本一致的垂向变化形式,且具有显著正相关关系,说明生物硅和这些指标一样,主要受控于湖泊中藻类物质生成量的高低,数值越高指示当时湖泊中硅藻类生长较繁盛㊁生成量较高,生
物硅含量的高低能有效指示湖泊初级生产力的大小㊂(2
)在东南极淡水湖泊沉积物中,存在大量保存较好的硅藻,生物硅含量在深度剖面上表现出明显的波动,揭示了湖泊硅藻生产力在历史时期发生过显著的变化㊂其中莫愁湖在历史时期至少经历了3次低湖泊生产力时期,而大明湖在表层10c m 沉积物中生物硅含量显著增加,很可能与全新世冰盖后退㊁气候变暖引起湖泊初级生产力增加有关㊂(3)相比较于有大量陆源有机质输入的北极湖泊沉积物,影响东南极湖泊沉积物中生物硅含量变化的因素相对单一,生物硅是重建东南极极端寒冷环境条件下湖泊初级生产力变化的良好替代性指标㊂ 致谢 样品野外采集工作得到中国南极考察野外项目的资助,感谢黄涛博士采集D M 沉积柱和考察队友野外的大力支持,感谢极地环境研究室梁有庆高工在实验过程中给予的帮助㊂
参考文献
1 王苏民,窦鸿身.中国湖泊志.北京:科学出版社,1998.
2 申惠彦,李世杰,舒卫先.湖泊沉积物中色素的研究及其环境指示意义.海洋地质与第四纪地质,2007,27:3742.
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f t h eL a r s e m a n nH i l l s (E a s tA n t a r c t i c a ).7
第1期 姜珊等:生物硅在东南极湖泊古初级生产力研究中的应用。