近200年瀘沽湖藻類沉積記錄及其對氣候變化的響應.pdf

1、全球氣候變化是當前全世界面臨的重要環(huán)境問題之一。據(jù)IPCC(2007)報道，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℃，預計到本世紀末年均氣溫將升高2.5～4.6℃。氣候變化不僅影響氣溫影響光照和降雨量等，同時導致極端氣候增多。因此，全球氣候變化對生態(tài)系統(tǒng)的影響已成為生態(tài)學和環(huán)境科學領域的重要研究問題。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，然而目前我國在水生態(tài)系統(tǒng)對氣候變化響應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造湖泊，其水生態(tài)系統(tǒng)具有獨特性，并有較高的生物多樣性研究價值。云貴高原受季風影響顯著，近60年來云貴高原增溫趨勢明顯。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湖泊生態(tài)系統(tǒng)影響的理想對象。然而由于缺乏長期、連續(xù)、系統(tǒng)的水生態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，近百年來氣候變化

3、對云貴高原湖泊水生態(tài)系統(tǒng)的影響及其響應尚未得到闡釋。
　　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)對氣候變化響應的理想場所。本研究選擇瀘沽湖作為調(diào)查研究對象，通過古湖沼學方法分析瀘沽湖柱狀沉積物的地化指標:總有機碳(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測年方法建立的沉積深度—年代時間序列框架下，結合近60年來區(qū)域氣溫與降雨量氣象數(shù)據(jù)，利用相關性分析與多元統(tǒng)計分析等方法，研究瀘沽湖藻類演化（以硅藻群落為主）對近100年來區(qū)域氣候變化和人類活動的響應。主要研究結果如下:
　　1、根據(jù)2

5、10Pb測年CRS模式計算結果，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沉積結果可以看出兩沉積柱下部有一定的壓實作用。27.5～32.5 cm的沉積深度代表了近200～250年來的沉積結果。
　　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，屬粉砂質(zhì)黏土;沉積物顆粒度分選極好，粗細分布的對稱性良好，并偏向細粉砂。瀘沽湖沉積物粒度的“細—粗—細”變化模式是對不同時期降雨量變化和區(qū)域內(nèi)土地利用情況變化綜合影響結果的響應。
　　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，硅藻相對豐度≥2％的物種16個，相對豐度≥1％的物種28個;這28個硅藻物種相對豐度之和占各樣品硅藻總數(shù)的90

7、.69～98.04％。28個硅藻物種豐度數(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，對區(qū)域氣候變化響應敏感;進一步對28個硅藻優(yōu)勢物種豐度數(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)勢種主要有Cyclostephanos dubius、Cyclotellarhomboideo-elliptica、Cyclotella ocellata和Asterionella formosa;(2)非浮游類優(yōu)勢種以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)初級生產(chǎn)力的代用指標。從約1991年起，瀘沽湖沉積物中BSi、LOI550和TOC含量呈增加趨勢，這揭示了瀘沽湖及區(qū)域內(nèi)初級生產(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，這進一步指示了沉積物有機質(zhì)來源以湖泊內(nèi)源有機質(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(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之間存在顯著相關性(p＜0.05)。冗余序分析(RDA: Redundancy Analysis)進一步表明，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個顯著相關的環(huán)境變量(p＜0.05，n=36)，推測氣候變暖是近100年來驅(qū)動瀘沽湖硅藻群落變化的主要因子，結合瀘沽湖水質(zhì)變化趨勢顯示人為干擾也起了一定的疊加效應。
　　5、通過化石硅藻物種多樣性與硅藻物種個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，平均值為2.23;而Hill's N2指數(shù)在2.1～11.78之間波動，平均值為5.79;從1970，s初以來硅藻多樣性呈下降趨勢。此外，期間瀘沽湖硅藻物種個體有向中小型化演化的趨勢:中型個體硅藻物種(7～15μm)的總豐度在近200年來呈增加趨勢，特別是約1990年后，最高豐度達到70.88％，小型個體物種(≤μm)也有一定的增加趨勢;但大型個體物種(≥15μm)總豐度則呈顯著減少趨勢，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，可作為湖泊初級生產(chǎn)力的代用指標。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)域湖泊初級生產(chǎn)力的增強;結合C/N比值呈下降趨勢，表明湖泊沉積中來自湖泊內(nèi)源有機質(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(p＜0.01)，而與Osc、Myx、和BSi含量呈顯著正相關(p＜0.05);而四類色素、LOI550和BSi含量與年降

16、雨量均無直接相關性(p＞0.05)。說明近60年來氣溫升高是驅(qū)動沉積色素含量和初級生產(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，反映藍藻類生產(chǎn)力增長顯著，且其中顫藻類比重呈增大趨勢，表明近20年來麗江地區(qū)氣候變化不僅導致了湖泊初級生產(chǎn)力增加，且導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)對區(qū)域氣候變化響應敏感，近60年來瀘沽湖藻類生產(chǎn)力呈增長趨勢，且浮游植物群落中絲狀