近200年瀘沽湖藻類沉積記錄及其對(duì)氣候變化的響應(yīng).pdf

1、全球氣候變化是當(dāng)前全世界面臨的重要環(huán)境問題之一。據(jù)IPCC(2007)報(bào)道，在1906～2005年的100年內(nèi)全球年均氣溫已升高約0.74℃。在全球變暖大背景下，我國在1951～2009年期間，內(nèi)陸地表年均氣溫上升了1.38℃，預(yù)計(jì)到本世紀(jì)末年均氣溫將升高2.5～4.6℃。氣候變化不僅影響氣溫影響光照和降雨量等，同時(shí)導(dǎo)致極端氣候增多。因此，全球氣候變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響已成為生態(tài)學(xué)和環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的重要研究問題。淡水生態(tài)系統(tǒng)是全球生態(tài)系統(tǒng)重

2、要組成部分，與人類生存密切相關(guān)，然而目前我國在水生態(tài)系統(tǒng)對(duì)氣候變化響應(yīng)研究方面仍非常缺乏。
　　云貴高原湖泊群為我國五大湖區(qū)之一，是該區(qū)域重要的水資源。云貴高原湖泊多為斷裂構(gòu)造湖泊，其水生態(tài)系統(tǒng)具有獨(dú)特性，并有較高的生物多樣性研究價(jià)值。云貴高原受季風(fēng)影響顯著，近60年來云貴高原增溫趨勢(shì)明顯。因此，該區(qū)域那些受人為干擾較少湖泊成為研究氣候變化對(duì)湖泊生態(tài)系統(tǒng)影響的理想對(duì)象。然而由于缺乏長期、連續(xù)、系統(tǒng)的水生態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，近百年來氣候變化

3、對(duì)云貴高原湖泊水生態(tài)系統(tǒng)的影響及其響應(yīng)尚未得到闡釋。
　　瀘沽湖作為目前云貴高原湖泊中人為干擾相對(duì)較小的半封閉深水貧營養(yǎng)湖泊，其湖泊沉積物連續(xù)完整，因此是研究水生態(tài)系統(tǒng)對(duì)氣候變化響應(yīng)的理想場(chǎng)所。本研究選擇瀘沽湖作為調(diào)查研究對(duì)象，通過古湖沼學(xué)方法分析瀘沽湖柱狀沉積物的地化指標(biāo):總有機(jī)碳(TOC: Total OrganicCarbon)、燒失率(LOI550: Loss on Ignition)、總氮(TN: Total Nitro

4、gen)、總磷(TP: TotalPhosphorus)、C/N（TOC/TN）和粒度;以及生物記錄:沉積色素、生物硅(BSi: Biogenic Silica)和化石硅藻。在以210Pb/137Cs測(cè)年方法建立的沉積深度—年代時(shí)間序列框架下，結(jié)合近60年來區(qū)域氣溫與降雨量氣象數(shù)據(jù)，利用相關(guān)性分析與多元統(tǒng)計(jì)分析等方法，研究瀘沽湖藻類演化（以硅藻群落為主）對(duì)近100年來區(qū)域氣候變化和人類活動(dòng)的響應(yīng)。主要研究結(jié)果如下:
　　1、根據(jù)2

5、10Pb測(cè)年CRS模式計(jì)算結(jié)果，瀘沽湖沉積柱的平均干物質(zhì)沉積速率為0.14～0.15g/cm2·yr，但不同深度層位其沉積速率并不一致，由柱頂至下部物質(zhì)沉積速率略升高后又逐漸降低。根據(jù)沉積柱LGH-6和LGH-7沉積結(jié)果可以看出兩沉積柱下部有一定的壓實(shí)作用。27.5～32.5 cm的沉積深度代表了近200～250年來的沉積結(jié)果。
　　2、沉積柱LGH-7沉積物平均粒度范圍在15.73～32.10μm，中值粒徑在12.85～17.8

6、2μm范圍內(nèi)波動(dòng)，屬粉砂質(zhì)黏土;沉積物顆粒度分選極好，粗細(xì)分布的對(duì)稱性良好，并偏向細(xì)粉砂。瀘沽湖沉積物粒度的“細(xì)—粗—細(xì)”變化模式是對(duì)不同時(shí)期降雨量變化和區(qū)域內(nèi)土地利用情況變化綜合影響結(jié)果的響應(yīng)。
　　3、沉積柱LGH-7化石硅藻分析表明，硅藻在沉積物中保存完好。在所有樣品中共鑒定3綱11目16科24屬145種硅藻。其中，硅藻相對(duì)豐度≥2％的物種16個(gè)，相對(duì)豐度≥1％的物種28個(gè);這28個(gè)硅藻物種相對(duì)豐度之和占各樣品硅藻總數(shù)的90

7、.69～98.04％。28個(gè)硅藻物種豐度數(shù)據(jù)的DCCA第一排序軸樣品積分為1.54 SD(＞1 SD: Standard Deviation)表明，近250年來瀘沽湖硅藻群落物種發(fā)生了較大的物種轉(zhuǎn)變，對(duì)區(qū)域氣候變化響應(yīng)敏感;進(jìn)一步對(duì)28個(gè)硅藻優(yōu)勢(shì)物種豐度數(shù)據(jù)的約束聚類分析表明，期間硅藻種屬組合變化可劃分為3個(gè)主帶(約1760～1934 AD，1934～1991AD和1991～2010 AD)，分別代表了3次規(guī)模大小不等的物種組合變化，物

8、種組合變化表現(xiàn)為由浮游類硅藻優(yōu)勢(shì)物種向非浮游類轉(zhuǎn)變，之后再次向浮游類硅藻轉(zhuǎn)變過程。硅藻組合特征表現(xiàn)為:(1)浮游類硅藻為優(yōu)勢(shì)種主要有Cyclostephanos dubius、Cyclotellarhomboideo-elliptica、Cyclotella ocellata和Asterionella formosa;(2)非浮游類優(yōu)勢(shì)種以Fragilaria屬為主，如Fragilaria brevistriata、Fragilaria

9、 elliptica和Fragilaria construens f.venter等。在約1990's以前，云貴高原地方性物種硅藻C.rhomboideo-elliptica一直為優(yōu)勢(shì)種，但在約1995年后這一本地物種基本消失。
　　4、湖泊沉積物中BSi、LOI550和TOC含量常作為湖泊及流域內(nèi)初級(jí)生產(chǎn)力的代用指標(biāo)。從約1991年起，瀘沽湖沉積物中BSi、LOI550和TOC含量呈增加趨勢(shì)，這揭示了瀘沽湖及區(qū)域內(nèi)初級(jí)生產(chǎn)力的增

10、加。而1991～2010年間沉積物C/N比值逐漸減小并保持相對(duì)低值范圍(C/N比平均值為11.21)，接近藻類C/N比值4～10范圍，這進(jìn)一步指示了沉積物有機(jī)質(zhì)來源以湖泊內(nèi)源有機(jī)質(zhì)為主。根據(jù)化石硅藻物種數(shù)據(jù)與沉積物中的環(huán)境代用指標(biāo)(TOC、TN、TP、LOI550和粒度)和瀘沽湖區(qū)域氣候數(shù)據(jù)（年平均氣溫、四季氣溫和降雨量）相關(guān)性分析表明，1951～2010年60年間年均氣溫與TOC、硅藻沉積通量、硅藻濃度和浮游類與非浮游類比值(P/nP

11、 ratios:Planktonic/no-planktonic taxa ratios)間存在極顯著正相關(guān)性(p＜0.01)。區(qū)域年平均氣溫和冬季氣溫與TN、TP和BSi之間存在顯著相關(guān)性(p＜0.05)。冗余序分析(RDA: Redundancy Analysis)進(jìn)一步表明，TN、年平均氣溫(ATmean: Annual Temperature mean)、冬季氣溫(WITmean: WinterTemperature mean)

12、、春季氣溫(SPTmean: Spring Temperature mean)和TP是引起硅藻群落物種變化的5個(gè)顯著相關(guān)的環(huán)境變量(p＜0.05，n=36)，推測(cè)氣候變暖是近100年來驅(qū)動(dòng)瀘沽湖硅藻群落變化的主要因子，結(jié)合瀘沽湖水質(zhì)變化趨勢(shì)顯示人為干擾也起了一定的疊加效應(yīng)。
　　5、通過化石硅藻物種多樣性與硅藻物種個(gè)體大小尺寸變化分析表明，近250年來瀘沽湖硅藻多樣性指數(shù)一般或偏低，硅藻物種Shannon-wiener指數(shù)(H')

13、在1.59～2.89之間波動(dòng)，平均值為2.23;而Hill's N2指數(shù)在2.1～11.78之間波動(dòng)，平均值為5.79;從1970，s初以來硅藻多樣性呈下降趨勢(shì)。此外，期間瀘沽湖硅藻物種個(gè)體有向中小型化演化的趨勢(shì):中型個(gè)體硅藻物種(7～15μm)的總豐度在近200年來呈增加趨勢(shì)，特別是約1990年后，最高豐度達(dá)到70.88％，小型個(gè)體物種(≤μm)也有一定的增加趨勢(shì);但大型個(gè)體物種(≥15μm)總豐度則呈顯著減少趨勢(shì)，在1990AD以后

14、總豐度一直維持在低水平。
　　6、沉積柱LGH-6沉積色素分析表明，近200年來瀘沽湖沉積色素保存條件較好，可作為湖泊初級(jí)生產(chǎn)力的代用指標(biāo)。從1990's初開始，沉積物中葉綠素及其衍生物(CD: ChlorophyllDerivatives)、總胡蘿卜素(TC:Total Carotenoid)、顫藻黃素(Osc: Oscillaxanthin)和藍(lán)藻葉黃素(Myx: Myxanthophyll)的含量明顯增加，以及1997～20

15、10AD的LOI550和BSi含量均明顯增加，反映了近20年來瀘沽湖區(qū)域湖泊初級(jí)生產(chǎn)力的增強(qiáng);結(jié)合C/N比值呈下降趨勢(shì)，表明湖泊沉積中來自湖泊內(nèi)源有機(jī)質(zhì)比例增加。瀘沽湖沉積物中以上4類色素含量及其比值(CD/TC和Osc/Myx)對(duì)區(qū)域氣候變化較為敏感，近60年來年平均溫度與CD、TC和LOI550含量呈極顯著正相關(guān)(p＜0.01)，而與Osc、Myx、和BSi含量呈顯著正相關(guān)(p＜0.05);而四類色素、LOI550和BSi含量與年降

16、雨量均無直接相關(guān)性(p＞0.05)。說明近60年來氣溫升高是驅(qū)動(dòng)沉積色素含量和初級(jí)生產(chǎn)力升高的主要因素。此外，1990's初開始，沉積物中Osc和Myx色素含量及其比值較高，反映藍(lán)藻類生產(chǎn)力增長顯著，且其中顫藻類比重呈增大趨勢(shì)，表明近20年來麗江地區(qū)氣候變化不僅導(dǎo)致了湖泊初級(jí)生產(chǎn)力增加，且導(dǎo)致浮游植物群落組成的變化。
　　綜上所述，瀘沽湖水生生態(tài)系統(tǒng)對(duì)區(qū)域氣候變化響應(yīng)敏感，近60年來瀘沽湖藻類生產(chǎn)力呈增長趨勢(shì)，且浮游植物群落中絲狀