四醚膜脂类脂物在九龙江流域-河口的分布与应用

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近二十年来,全球科学家对不同环境下的四醚膜脂类脂物(Glycerol Dialkyl Glycerol Tetraethers,GDGTs)的特征及其与环境因子之间的耦合关系展开了较为广泛的研究,研究结果初步展示了其在有机质物源探究与环境参数重建中的潜力。河流-河口系统作为连接陆地与海洋物质运输的重要纽带,是研究全球物质循环,尤其是全球碳循环的重要研究对象。因此,寻求示踪河流-河口系统有机碳循环的有效指标,是目前全球碳循环研究的重要课题。GDGTs在流域-河口的行为及其指示意义,也因此备受关注。已有关于GDGTs在河流-河口系统中应用的研究主要集中在大型河流-河口系统,如长江、黄河等,发现流域内GDGTs与河口 GDGTs的行为确实有很大的差异。但同时,由于大型河流-河口自身地质地貌、气候区域及支流水系的复杂性,在一定程度上制约了 GDGTs在反映有机质物源与环境参数指标的准确性。相对地,浙闽沿岸分布的山溪性河流,具有流域面积小,气候条件单一等特点,其河流-河口系统的复杂程度也相对较低,为研究GDGTs在有机质物源示踪与环境参数重建的应用提供理想的场所。因此,本研究主要聚焦于福建省南部亚热带小型河流-河口系统(九龙江流域-河口),分析GDGTs在河流-河口系统沉积物中的行为,及其对有机质物源和环境因子的指示意义。本研究的拟解决关键科学问题有:(1)能否/如何利用GDGTs指示流域-河口系统中的沉积物有机质物源?(2)能否/如何应用GDGTs重建流域-河口系统的环境参数?基于此,本研究采集了九龙江流域至河口区域的三组样品:流域土壤样品、河道表层沉积物样品、以及河口表层沉积物样品;并对该三组样品进行GDGTs分析、粒度分析和部分样品的有机碳同位素分析;此外,还通过实测和文献搜集等方式,获取流域和河口的环境参数,如土壤样品pH值、河口温盐深数据、多年平均大气温度数据等。并对以上数据进行各项数理统计分析。基于对以上结果的综合分析,本文得到以下主要结论:1、在沉积物有机质物源示踪上的应用:(1)在九龙江流域-河口系统,从流域土壤,到河道表层沉积物,到河口表层沉积物,iGDGTs的总量、cren的含量与iGDGTs/bGDGTs均增加,cren’/(cren+cren’)减少。该结果指示了从陆到海,陆源有机质减少,海源有机质输入增加的总体趋势。说明了 iGDGT及其相关参数能够很好地定性指示该系统沉积物有机质的海陆贡献。(2)BIT是指示土壤有机质与海源有机质在河口沉积物中贡献的重要指标。河口区,河口表层沉积物的BIT值从淡水端到海水端,呈现总体递减的趋势,指示了从陆到海,陆源(土壤)有机质逐渐减少的总体趋势;此外,河口最大浑浊带和中部区域出现BIT值异常高的站位,指示了这些区域可能受地形或水文影响,接受了额外的陆源有机质的输入,如靠近河口内的岛屿、最大浑浊带对陆源物质的过滤作用等。结合正构烷烃、粒度结果、以及基于蒙特卡洛模型的碳氮同位素端元分析结果,表明BIT在指示土壤有机质与海源有机质在河口沉积物中的贡献上,具有很好的准确性。(3)GDGT-0/cren有可能可以用于指示人类活动对有机质构成的影响。在西溪中下游河道表层沉积物中GDGT-0/cren(9.67±11.33)与bGDGTs总量(4.40±3.16μg/g)的异常高值,指示了由于人类活动引起河道水质变化导致微生物群落发生的变化。BIT在河道表层沉积物中显示出异常高值(0.87±0.10),也为人为活动影响水质提供证据。2、在反演环境因子上的应用:(4)利用TEX86H重建河道和河口的水表温度时发现,重建的河口水表温度值(16.06±2.78℃)远小于实测值(22.27±1.57℃);而重建的河道水表温度值(25.30±2.83℃)与实测值(23.83 ±0.67℃)相差无几。因此,本研究认为TEX86H在流域内相较于河口有更好的应用性.但由于陆源输入的影响,但还需更多开展更多研究,以探讨土壤对河道表层沉积物的输入对TEX86H应用的影响。(5)利用土壤、河道表层沉积物和河口表层沉积物三组样品中的CBT重建的pH值,均与流域土壤的实测pH接近,显示了 CBT在重建物源区土壤pH的良好应用性。(6)利用土壤、河道表层沉积物和河口表层沉积物三组样品中MBT的重建的平均大气温度(MAAT)值时,仅在土壤样品中重建值与物源区实测平均大气温度值较为接近。而在河道表层沉积物与河口表层沉积物中的重建MAAT值均低于物源区实测MAAT值。本研究认为是由于河道和河口复杂的bGDGTs物源以及保存条件等因素影响了该指标的应用。(7)本研究尝试分离5-与6-甲基的bGDGTs探究环境指标与环境参数之间的相关性发现,在九龙江流域的土壤中,分离后的重建环境指标与实测环境参数的相关性并未有明显提升,可能的原因之一是样品数不够。
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