湖泊表層沉積物生物硅的空間分布范文

本站小編為你精心準備了湖泊表層沉積物生物硅的空間分布參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

《生態學雜志》2015年第十二期

摘要

選取我國東北、西南、西北及中北部地區的10個典型湖泊，調查了表層沉積物生物硅含量變化情況，并通過區域對比分析了生物硅含量變化的原因，尋找我國湖泊生物硅變化的空間規律。結果表明，西北及中北部地區湖泊生物硅含量平均值整體低于東北和西南地區湖泊，可能是由于西北及中北部地區較低的溫度和較少的降水量導致硅藻生長受限，從而造成生物硅含量偏低。東北湖泊與西南湖泊生物硅含量相對較高，但其形成原因不同。東北2個湖泊均靠近人類聚居區，屬富營養型湖泊，雖然東北地區年均溫較低，但充足的營養鹽為硅藻生長提供了必要因素。而西南地區湖泊大多為中貧營養型湖泊，其生物硅含量整體較高可能主要歸因于較高的溫度和較多的降水。

關鍵詞

湖泊;表層沉積物;生物硅;空間分布

湖泊是聯系地球表面各圈層的紐帶，也是陸地水圈的重要組成之一。湖泊具有調節區域氣候、記錄環境變化、維持區域生態系統平衡等功能。湖泊沉積物能記錄不同地質歷史時期湖區氣候、植被及人類活動，因此在全球氣候變化方面具有重要意義。生物硅(BSi)指來源于硅藻、放射蟲等硅質生物的無定形硅。沉積物中的生物硅記錄了生產力的變化，是古氣候學研究中的一種重要替代性指標。

Carter等(1994)在研究貝加爾湖巖芯樣品中的生物硅的基礎上估算了過去硅藻的生產力，為解釋古氣候提供了良好依據;Colman等(1995)通過深入研究貝加爾湖沉積物的生物硅，認為生物硅是高緯度大陸湖泊理想的古氣候替代指標;Xiao等(1997)研究了日本琵琶湖沉積物生物硅通量的變化，證明生物硅可作為溫帶中緯度湖泊的理想氣候替代指標。還有研究表明，湖泊沉積物生物硅含量(BSi%)是反映氣候環境變化和生態響應的重要指標之一，可以用來反演湖泊環境變化歷史和湖泊水體營養水平變化歷史。例如，北美五大湖生物硅記錄(Schelskeetal．，1983，1986)表明，在受磷限制的湖泊中營養物質的小幅增加能夠引起硅藻生產力增加并導致10～20年時間尺度上溫躍層中溶解硅的下降。Wes-sels等(1999)基于沉積物硅藻和生物硅重建了德國Constance湖20世紀以來的營養水平變化歷史。生物硅指標在國內湖泊營養水平變化歷史研究中也得到了廣泛應用。例如，Li等(2008)通過測定太湖北部沉積物生物硅通量和總磷含量，反演了太湖近50年來的營養水平變化歷史;吳峰煒等(2009)、胡勝華等(2008，2011a，2011b，2011c)分別測定了滇池、紅楓湖、杭州西湖、武漢月湖、東湖和嚴東湖的沉積物生物硅含量，并反演了各湖泊營養水平演化的動態過程。呂昌偉等(2010)通過分析岱海沉積物BSi%的空間分布和垂向分布特征，探索了硅藻類浮游植物初級生產力的硅限制理論。李世廣等(2011)通過分析九寨溝箭竹海沉積物生物硅含量，探討了自然和人類因素對湖泊水體營養水平的影響。我國湖泊眾多，湖泊環境極為復雜，不同區域的湖泊環境變化具有顯著差異，而我國湖泊生物硅的空間分布尚不明確。研究我國生物硅空間分布特征有利于全面把握我國生物硅分布現狀，進而了解湖泊營養演化過程，并結合湖泊碳循環研究理解我國湖泊碳儲量。因此，有必要開展不同湖泊生物硅的空間分布特征研究。

1研究地區與研究方法

1.1研究區概況本文研究了我國東北、西南、西北及中北部湖泊共計10個，其中西北及中北部地區湖泊有青海湖、岱海、朝那湫(六盤山天池)，西南湖泊有騰沖青海、撫仙湖、洱海、四川馬湖、瀘沽湖，東北部湖泊有松花湖和鏡泊湖。各湖泊基本參數見表1。

1.1.1西北湖泊概況青海湖位于青藏高原東北部，是我國最大的內陸咸水湖。青海湖的主要補給水源是入湖河流，其次主要來源于湖底的泉水和大氣降水。青海湖入湖河流有40余條，都屬內陸封閉水系，湖區徑流呈明顯的不對稱分布(中國科學院蘭州分院，1994)。岱海位于我國內蒙古自治區東南部烏蘭察布盟涼城縣境內，地處中溫帶干旱-半干旱過渡區大陸性季風氣候，冬季受蒙古-西伯利亞高壓控制，盛行西北風，氣候寒冷且干燥，夏季主要受大陸低壓控制，來源于低緯大洋的暖濕氣流帶來大量降水，氣候溫涼濕潤(孫千里，2005)。朝那湫(六盤山天池)，地處黃土高原西部六盤山接近山頂處，在甘肅莊浪縣境內。朝那湫為淡水湖，湖水主要依靠降水補給。流域目前植被狀況主要以灌叢和草甸為主(周愛鋒等，2010)。

1.1.2西南湖泊概況洱海地處云貴高原的西北部，橫斷山脈的東部邊緣，湖盆形成于更新世早期，屬高原斷陷湖泊。湖盆大致呈南北展布，西側為蒼山山地，蒼山十九峰海拔均超過3500m，與湖盆平行展布;東側為滇中高原，地形起伏和緩。入湖河流北有彌苴河、羅時江、永安江，南有波羅江，東有海潮河、玉龍河，西部為蒼山十八溪，西洱河是唯一的出水口(周靜等，2003)。撫仙湖是一個斷層溶蝕湖泊，也是我國第二大深水湖。撫仙湖屬于珠江流域南盤江水系，湖區四面環山，沿湖有尖山河、東大河、西大河和梁王河等20多條大小溪流匯入湖中，湖東岸的海口河為唯一的出水口，西南方向有條長1．0km，落差1．0m的隔河與星云湖相連，屬半封閉高原湖泊。湖水主要補給除雨季時由湖四周河流溝溪匯水匯集外，少部分由地下水補充(王小雷等，2011)。馬湖屬四川省涼山彝族自治州雷波縣所轄，在我國已知的深水湖中位居第三，僅次于長白山天池和云南撫仙湖。馬湖屬金沙江水系，湖水靠湖面降水和東、西兩岸溝溪匯水和區間坡面漫流補給，主要的流域來水通過湖泊南端海腦壩的東大河、西大河和額子溝三條河流注入。湖水外泄主要為地下滲漏，因此屬于微流通的半封閉型湖泊。1978年人工控制閘建成后，利用湖水灌溉和發電，湖水流入金沙江(季江等，1994)。瀘沽湖是一深水斷陷湖，位于云南省西北部與四川省交界處。入湖主要河流為三家村河、山跨河等，地表水、地下水補給極少，湖水補給主要方式是地表徑漫流和湖面降水。湖水補給系數僅3．4，湖水寄宿時間長達18．5年，是一個半封閉湖泊(王蘇民等，1998)。騰沖青海湖位于云南省保山市騰沖縣境內，是600kaBP的火山噴發時火山口斷陷而成的火山口湖，也是典型的高山湖泊。湖水呈微酸性，pH平均值5．8，礦化度16．24mg•L－1，也是世界上已探明的僅有的三個酸性湖泊之一。騰沖青海湖區屬于亞熱帶高原濕潤季風氣候，全年主要受西南季風影響。由于受到南北向的高黎貢山和高原地勢的抬升致雨作用，年降水量較多(王云飛等，2002)。

1.1.3東北湖泊概況鏡泊湖位于黑龍江寧安縣境內，是大約1萬年前火山噴發堵塞牡丹江中游河道而成的河道形堰塞湖，也是我國最大的火山堰塞湖。調查結果表明，鏡泊湖的浮游藻類春季以硅藻-隱藻為主，夏秋季以隱藻-藍藻的生物量大，春季的生物量大于秋季(陳立群等，1994)。松花湖位于吉林市東南，是在第二松花江小豐滿處建水壩而形成的大型人工湖泊，也是我國東北地區最大的人工湖泊。松花湖最大補給水源為松花江干流，入湖支流40余條，主要有輝發河、蛟河等(郝立波等，2009)。

1.2樣品采集與實驗方法分別在各湖泊采集表層沉積物樣品，巖芯編號見表1。各湖泊巖芯研究長度在27～35cm，按照1cm間距分割后冷凍干燥后磨細至200目備用。本文選用單點提取法并通過條件實驗進行了適當改進，確定了湖泊沉積物中生物硅測定方法，具體步驟如下:稱取120mg樣品放入離心管中，加5mL、10%的H2O2，振蕩30min;然后再加5mL、1．0mol•L－1的鹽酸溶液，超聲振蕩約30min，振蕩后加20mL去離子水，6000r•min－1離心約5min，倒掉上清液，放在50℃烘箱中烘12h;準確吸取40．0mL、0．5mol•L－1的Na2CO3于管中，超聲振蕩后放在85℃振蕩式水浴鍋中恒溫加熱，7h后取出，并迅速在6000r•min－1下離心約5min;取離心后的上清液5mL于100mL容量瓶中，加入過量1mol•L－1鹽酸溶液，用蒸餾水稀釋至50mL，搖勻。加入50g•L－1鉬酸銨溶液5mL，搖勻，放置15～20min后加入2g•L－1抗壞血酸10mL，搖勻放至冷卻后用蒸餾水稀釋至刻度，搖勻，放置1．5～2．0h;利用島津UV-2550分光光度計進行測量。用1cm比色皿，于波長680nm處，以試劑空白(指添加試劑的蒸餾水)做參比，測定吸光度(劉斌等，2010)。

2結果與分析

各湖泊生物硅含量變化情況見表2。由表2可知，生物硅平均值由高到低依次為:鏡泊湖、馬湖、瀘沽湖、松花湖、洱海、騰沖青海、岱海、朝那湫、青海湖和撫仙湖。

2.1生物硅含量的最大值和最小值及其原因10個湖泊中，高緯度東北地區的鏡泊湖生物硅含量最高，而低緯度云南地區的撫仙湖生物硅含量最低。二者均是深水湖，鏡泊湖最深65m，撫仙湖則深達155m，一般深水湖泊富營養化程度緩慢，但鏡泊湖生物硅含量較高。根據陳立群等(1994)、金志民等(2009)、潘保原等(2012)對鏡泊湖的藻類生長、水質及富營養化程度研究，表明鏡泊湖屬于硅藻-隱藻型富營養型湖泊，平均值分別為137．395萬個•L－1(占47%)和127．315萬個•L－1(占43．6%)。富營養化湖泊浮游生物多，尤其是硅藻的生物量對生物硅含量有直接影響。根據李蔭璽等(2003)對撫仙湖1980、1990、2000年的水質富營養化狀態評價結果表明，撫仙湖目前尚處于貧營養狀態。貧營養湖泊由于藻類生長所需的營養鹽較少，因而藻類相對較少，湖泊生物量低，加之撫仙湖深達155m，過深的湖水對硅藻沉積有一定影響，因此沉積物中生物硅含量較低。

2.2不同區域湖泊生物硅含量變化原因位于我國北部及西北部的3個湖泊(岱海、朝那湫和青海湖)生物硅含量平均值整體偏低，而我國東北部和西南的幾個湖泊整體偏高(撫仙湖除外)。東北部的松花湖和鏡泊湖雖然處于較高緯度，整體氣溫偏低(年均氣溫分別為3～5℃和3．5℃)，客觀上氣候條件不利于藻類生長，但由于2個湖泊均靠近人類聚居區，受到人類活動影響較大，均呈現嚴重富營養化，其中松花湖的污染類型為TN、TP型，而鏡泊湖為TN型污染(吳鋒等，2012)。充足的營養物質導致湖中藻類大量繁殖，因此沉積物中生物硅的累積量也相對較多。西南部湖泊除撫仙湖外，4個湖泊的生物硅含量整體較高。4個湖泊由東北向西南依次為馬湖、瀘沽湖、洱海、騰沖青海，沉積物中生物硅也按此順序依次由高變低。雖然4個湖泊的生物硅含量較高，但是造成其偏高的原因卻跟東北部湖泊不盡相同。我國西南主要是云貴川高原，雖然整體海拔偏高，但由于處于低緯地區，年均溫均在12℃以上。加之受到西南季風的影響，降水較多。溫度和降水均適宜的條件下硅藻的生長自然相對繁盛。馬湖、瀘沽湖和騰沖青海相對遠離人類活動區，受人類影響較小，因此人類活動不是生物硅含量較高的主要原因。青海湖、岱海和朝那湫的生物硅平均值分別為1．55%、1．75%、1．64%，整體偏低于其他湖泊。青海湖、岱海和朝那湫均處于較高緯度，3個湖泊的年均氣溫分別為0．9～2．7、2～5、3．4℃，年均降水量也整體偏低，分別為300～400、350～450和615mm，較小的降水量導致入湖的營養鹽相對較少，也成為影響硅藻生長的限制因子之一。3個湖泊相較于東北部的松花湖和鏡泊湖，相對遠離人類聚居區，受到人類影響較小，因此湖水多為貧中營養狀態。因此，這3個湖泊的硅藻生物量不高，沉積物中生物硅的含量也相對較低。除本文研究的10個湖泊外，還對比了他人的研究，結果表明，他人湖泊研究結果也大致符合本文觀點。西南部湖泊生物硅含量整體較高;靠近岱海的烏梁素海生物硅含量較低，而位于大興安嶺的月亮湖是一小型火山口瑪珥湖，選取其研究巖芯表層數據進行對比，發現月亮湖生物硅含量較高。位于我國東南部的湖光巖瑪珥湖生物硅含量相對較低，可能是由于不同研究工作所取巖芯長度不同，且生物硅提取方法不同造成的。此外，硅是硅藻生長重要的元素之一。有研究表明，在硅缺乏環境中，某些硅藻會停止生長。鏡泊湖、馬湖生物硅含量較高，可能是由于這2個湖泊流域火山巖較多，火山巖中的火山玻璃屬無定形硅，對生物硅可能有一定貢獻。

2.3騰沖青海酸性湖泊生物硅含量變化原因在10個湖泊中，最特殊的是騰沖青海。騰沖青海是我國唯一的天然酸性湖泊。多種因素共同作用使其逐漸成為酸性湖泊，例如流域面積較小，鹽基飽和度較低、酸性地下水持續補給以及火山湖成因等(王云飛等，2002)。研究表明，騰沖青海湖泊生物種群少且生物量低，其基本特點之一就是生物貧化和耐酸種擴張(王云飛等，2002)。盡管騰沖青海生物量低，但生物硅在酸性環境下相對易保存，這可能是騰沖青海生物硅含量相對較高的原因之一。

3結論

本研究的10個湖泊中，西北及中北部地區湖泊生物硅含量平均值整體低于東北和西南地區湖泊，可能是由于西北及中北部地區較低的溫度和較少的降水量導致硅藻生長受限，從而造成生物硅含量偏低。東北湖泊與西南湖泊生物硅含量相對較高。東北2個湖泊均屬富營養型湖泊，充足的營養鹽為硅藻生長提供了必要因素。而西南地區湖泊大多為中貧營養型湖泊，其生物硅含量整體較高可能主要歸因于較高的溫度和較多的降水。

參考文獻

陳立群，王友聯，王全喜，等．1994．鏡泊湖的浮游藻類及水質評價．哈爾濱師范大學:自然科學學報，10(1):80－84．

郝立波，劉海洋，陸繼龍，等．2009．松花湖沉積物137Cs和210Pb分布及沉積速率．吉林大學學報:地球科學版，39(3):470－473．

胡勝華，賀鋒，孔令為，等．2011a．杭州西湖湖灣生物硅沉積測定與營養演化的過程．生態環境學報，20(12):1892－1897．

胡勝華，葉艷婷，郭偉杰，等．2011b．武漢東湖近代沉積物中總氮、總磷與生物硅沉積與營養演化的動態過程．生態環境學報，20(8－9):1278－1288．

胡勝華，葉艷婷，郭偉杰，等．2011c．武漢嚴東湖近代沉積物中總氮、總磷與生物硅沉積與營養演化的動態過程．生態環境學報，20(1):124－131．

胡勝華，周巧紅，成水平，等．2008．月湖近代生物硅沉積測定與營養演化的動態過程．生態環境，17(6):2141－2144．

季江，胡文英．1994．馬湖水資源的初步分析．湖泊科學，6(2):115－123．

金志民，楊春文，金建麗，等．2009．鏡泊湖水質及富營養化現狀調查．水資源保護，25(6):56－57．

雷云逸，汪福順，陸丹萍，等．2011．烏江流域水庫沉積物中生物硅的測定方法及其環境意義．礦物學報，31(1):30－35．

李世廣，胡欣欣，唐亞，等．2011．九寨溝箭竹海沉積物中BSi含量及其環境指示意義．山地學報，29(4):395－401．

李世廣，胡欣欣，唐亞，等．2011．九寨溝箭竹海沉積物中BSi含量極其環境指示意義．山地學報，29(4):395－401．

李蔭璽，劉紅，陸婭，等．2003．撫仙湖富營養化初探．湖泊科學，15(3):285－288．

劉斌，徐海，藍江湖，等．2010．青海湖沉積物生物硅的環境意義初步研究．第四紀研究，30(6):1169－1176．

呂昌偉，何江，梁英，等．2010．岱海硅藻類浮游植物初級生產力Si限制初探．環境科學，31(3):639－644．

呂昌偉．2008．內蒙古高原湖泊碳(氮、磷、硅)的地球化學特征(博士學位論文)．呼和浩特:內蒙古大學．

麻濤，何江，高際玫，等．2012．呼倫湖沉積物生物硅的分布特征．農業環境科學學報，31(4):832－837．

潘保原，馬云，劉佳琦．2012．鏡泊湖富營養化評價及預測研究．環境保護與循環經濟，(11):52－54．

孫千里．2005．岱海湖泊沉積記錄的末次冰消期以來的氣候環境演變(博士學位論文)．北京:中國科學院研究生院．

王利賢，劉強，游海濤．2012．晚冰期以來月亮湖生物硅含量變化的古氣候意義．地球與環境，40(3):328－335．

王蘇民，竇鴻身．1998．中國湖泊志．北京:科學出版社．

王小雷，楊浩，丁兆運，等．2011．云南撫仙湖現代沉積速率變化研究．地理學報，66(11):1551－1561．

王云飛，朱育新，潘紅璽，等．2002．云南騰沖青海———酸性湖泊的環境特征．湖泊科學，14(2):117－124．

吳鋒，戰金艷，鄧祥征，等．2012．中國湖泊富營養化影響因素研究———基于中國22個湖泊實證分析．生態環境學報，21(1):94－100．

吳峰煒，汪福順，吳明紅，等．2009．滇池、紅楓湖沉積物中總磷、分態磷及生物硅形態與分布特征．生態學雜志，28(1):88－94．

中國科學院蘭州分院．1994．青海湖近代環境的演化和預測．北京:科學出版社．

周靜，王蘇民，呂靜．2003．洱海地區一萬多年以來氣候環境演化的湖泊沉積記錄．湖泊科學，15(2):104－111．

周愛鋒，孫惠玲，陳發虎，等．2010．黃土高原六盤山天池記錄的中晚全新世高分辨率氣候變化及其意義．科學通報，55(22):2263－2266．

作者：劉斌 徐海 盛恩國 藍江湖 郁科科 孫輝 單位：遵義師范學院 中國科學院地球環境研究所黃土與第四紀地質國家重點實驗室 中國科學院大學