滇南小流域沉積有機(jī)質(zhì)源解析及其影響機(jī)制.pdf

1、滇池流域地處云貴高原中部，面積達(dá)2920 km2，在全新世中期，滇池流域多以常綠闊葉林、落葉闊葉林和針葉林（C3植被）自然生長(zhǎng)。自1970s以來，滇池流域內(nèi)農(nóng)業(yè)集約化程度大幅度提高，城鎮(zhèn)人口迅速膨脹（云南省統(tǒng)計(jì)局，1985～2012年），原生森林覆蓋面積已大大降低，滇池流域目前由次生林地(C3)和禾科植物(C4)的混合植被組成。近年來，有關(guān)滇池嚴(yán)峻的生態(tài)系統(tǒng)已展開了大量的研究工作，但土地利用/覆被變化對(duì)有機(jī)質(zhì)遷移的影響研究仍在摸索中，而

2、對(duì)流域內(nèi)頻發(fā)的極端氣候和惡化的水環(huán)境的影響的研究也尚待完善。為了探索短時(shí)間尺度環(huán)境對(duì)自然和人為耦合活動(dòng)的響應(yīng)過程及變化規(guī)律，合理利用水土資源，小流域研究逐漸被關(guān)注。結(jié)合分子標(biāo)志物這種高分辨率的研究手段，不但可以有效減少自然植被退化過程中相關(guān)因素的干擾，而且有利于了解不同土地利用方式對(duì)小流域的生態(tài)環(huán)境尤其是水環(huán)境的影響。
　　本研究選擇滇池南部典型的農(nóng)業(yè)小流域，結(jié)合退耕還林工程以來滇池流域國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的統(tǒng)計(jì)資料，利用放射性核素210

3、Pb示蹤技術(shù)，根據(jù)CRS模式求算沉積物的沉積速率。從沉積物樣品剖面中獲得的正構(gòu)烷烴和脂肪酸碳分子組合特征及單體碳同位素組成，探討有機(jī)質(zhì)不同時(shí)期的變化趨勢(shì)及來源，區(qū)分C3/C4植物，記錄樣區(qū)內(nèi)植物類型和生態(tài)類型的變化，分析生態(tài)系統(tǒng)演變機(jī)制。以實(shí)際觀測(cè)值為依據(jù)，結(jié)合前兩部分研究?jī)?nèi)容，構(gòu)建有機(jī)質(zhì)定量模型，客觀評(píng)估人為干預(yù)為主的土地利用/覆被變化對(duì)該地區(qū)生態(tài)環(huán)境演變趨勢(shì)的影響，為建設(shè)良性生態(tài)環(huán)境提供科學(xué)決策依據(jù)。
　　本研究可以得出以下主

4、要結(jié)論:
　　(1)滇南小流域沉積環(huán)境特征
　　滇南小流域沉積物中以粘土質(zhì)粉砂為主，是現(xiàn)代泥質(zhì)沉積區(qū)，以細(xì)顆粒物為主，受外源輸入影響較大。沉積物中210Pbex比活度隨深度呈一定指數(shù)模式衰減，記錄了滇南小流域1860年以來的沉積歷史。平均沉積速率為0.63 cm/a，整體呈上升趨勢(shì)，但上升速度經(jīng)歷了一個(gè)由快到慢的過程。粒度的分布特征表明，2000年以前流域內(nèi)氣候較為濕潤(rùn)，而近年來降水量處于持續(xù)降低的趨勢(shì)。此外，不同時(shí)期沉積速

5、率的變化，反映出滇南小流域建庫(kù)前后人為活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境演變的影響。
　　(2)生物標(biāo)志物對(duì)有機(jī)質(zhì)來源的解析
　　沉積物樣品中檢測(cè)出來的正構(gòu)烷烴碳數(shù)分布范圍為C16～C33，總體呈現(xiàn)三種類型:A、以高碳數(shù)（nC29/nC31）正構(gòu)烷烴為主的單峰群分布特征，受沿岸物質(zhì)輸入的影響顯著。B、以低碳數(shù)nC17和高碳數(shù)（nC29/nC31）正構(gòu)烷烴為主的單峰群分布特征，以低等菌藻類和陸生高等植物的共同輸入為主。C、以低碳數(shù)nC16和高碳數(shù)

6、（nC27/nC29/nC31）正構(gòu)烷烴為主的雙峰群分布特征，受人為活動(dòng)影響較大，可能存在石油污染的干擾。脂肪酸結(jié)果表明滇南小流域沉積物的主要來源是低等菌藻類和水生植物的共同貢獻(xiàn)，但不排除陸生高等植物碎屑的輸入。沉積物中生物標(biāo)志物特征值OEP與CPI指示滇南小流域有機(jī)質(zhì)主要呈現(xiàn)陸源高等植物和內(nèi)源浮游生物共同影響的特征，以陸源輸入占優(yōu)。ACL25-33、Paq和CPI25-33的相關(guān)性較好，指示了21世紀(jì)初至今的氣候逐漸由濕潤(rùn)向干旱過渡。

7、自1957年建庫(kù)至20世紀(jì)70年代，溫度降低，Pa值相對(duì)增大，反映了水庫(kù)建成初期水生植物發(fā)育良好，對(duì)有機(jī)質(zhì)貢獻(xiàn)量較大。20世紀(jì)70年代至2000年為增溫趨勢(shì)，ACL25-33值整體保持高值線，挺水植物和陸生高等植物的貢獻(xiàn)量相對(duì)減少。以上結(jié)果綜合顯示，滇南小流域有機(jī)質(zhì)來源以內(nèi)源和陸源混合輸入為主，且陸源高等植物占主要優(yōu)勢(shì)。
　　(3)穩(wěn)定性碳同位素值估算C3/C4植被變化
　　沉積物總有機(jī)碳同位素δ13Corg主要在-26‰～

8、-22‰范圍內(nèi)波動(dòng)，表明滇南小流域沉積物中的有機(jī)質(zhì)來源復(fù)雜，主要受內(nèi)源（沉水植物、漂浮植物和藻類）和外源（C3植物）有機(jī)質(zhì)輸入的共同作用。C/N和δ13C兩者相關(guān)性較弱，說明沉積物中的δ13C幾乎沒有受到成巖作用影響。滇南小流域沉積物中正構(gòu)烷烴nC23～nC33單體同位素δ13C的變化范圍分別為-25.5‰～-33.3‰，-23.5‰～-32.7‰，-25.5‰～-33.3‰，-28.5‰～-35.8‰，-27.4‰～-33.9‰和-2

9、5.1‰～30.1‰。不同碳數(shù)δ13Cn-alkanes值的變化幅度不同時(shí)期差別較大，根據(jù)二元模式及碳同位素值計(jì)算陸生高等植物種C3、C4植物的貢獻(xiàn)量，得到結(jié)論:在過去的一個(gè)世紀(jì)里，C3植物在滇南小流域的生態(tài)格局中所占比例超過了50％。20世紀(jì)60年代以前，滇南小流域生態(tài)環(huán)境還處于自然演化的過程，C3植物（木本）相對(duì)貢獻(xiàn)量在此時(shí)出現(xiàn)了最大值97.2％。21世紀(jì)初，由于人類活動(dòng)影響導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)原始生境的變化，C3植物相對(duì)豐度降低，持續(xù)偏干的

10、環(huán)境有助于C4植物的發(fā)育，由此形成了C3、C4植物共存的植被格局。利用原始參數(shù)構(gòu)建C3植物貢獻(xiàn)率的回歸方程，并通過主成分因子的得分系數(shù)，科學(xué)地推算出有機(jī)質(zhì)對(duì)沉積物貢獻(xiàn)率影響較大的年份。建庫(kù)后的十年（1954～1967年），C3植物生物量減少，與上世紀(jì)60～70年代大量的興修水利，一系列的筑堤、封堵、改造河道等工程造成喬木數(shù)量大量減少有關(guān)。21世紀(jì)初至今（2000～2011年），C3植物顯著減少，流域內(nèi)氣候環(huán)境逐漸干旱。
　　(4)

11、土地利用/覆被變化對(duì)有機(jī)質(zhì)的定量評(píng)估
　　1992～2011年，滇池流域的主要土地利用類型是林地（占60％以上）。而由于退耕還林工程的實(shí)施，導(dǎo)致耕地面積從第二位下降到第三位。在城鎮(zhèn)化進(jìn)程中，城鎮(zhèn)用地已經(jīng)成為該流域增長(zhǎng)速度最快的土地利用類型。根據(jù)滇池流域土地利用/覆被變化的情況，選用不同植被類型初級(jí)生產(chǎn)力模型及經(jīng)濟(jì)模型，估算自然植被與農(nóng)耕地的有機(jī)質(zhì)價(jià)值及貢獻(xiàn)率。得出結(jié)論:自然植被有機(jī)質(zhì)價(jià)值貢獻(xiàn)率從退耕還林政策實(shí)施前的76％增加到96