滇南小流域沉積有機質源解析及其影響機制.pdf

1、滇池流域地處云貴高原中部，面積達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。自1970s以來，滇池流域內農業(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，有關滇池嚴峻的生態(tài)系統(tǒng)已展開了大量的研究工作，但土地利用/覆被變化對有機質遷移的影響研究仍在摸索中，而

2、對流域內頻發(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。為了探索短時間尺度環(huán)境對自然和人為耦合活動的響應過程及變化規(guī)律，合理利用水土資源，小流域研究逐漸被關注。結合分子標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因素的干擾，而且有利于了解不同土地利用方式對小流域的生態(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業(yè)小流域，結合退耕還林工程以來滇池流域國民經濟發(fā)展的統(tǒng)計資料，利用放射性核素210

3、Pb示蹤技術，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，探討有機質不同時期的變化趨勢及來源，區(qū)分C3/C4植物，記錄樣區(qū)內植物類型和生態(tài)類型的變化，分析生態(tài)系統(tǒng)演變機制。以實際觀測值為依據(jù)，結合前兩部分研究內容，構建有機質定量模型，客觀評估人為干預為主的土地利用/覆被變化對該地區(qū)生態(tài)環(huán)境演變趨勢的影響，為建設良性生態(tài)環(huán)境提供科學決策依據(jù)。
　　本研究可以得出以下主

4、要結論:
　　(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粉砂為主，是現(xiàn)代泥質沉積區(qū)，以細顆粒物為主，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，但上升速度經歷了一個由快到慢的過程。粒度的分布特征表明，2000年以前流域內氣候較為濕潤，而近年來降水量處于持續(xù)降低的趨勢。此外，不同時期沉積速

5、率的變化，反映出滇南小流域建庫前后人為活動對生態(tài)環(huán)境演變的影響。
　　(2)生物標志物對有機質來源的解析
　　沉積物樣品中檢測出來的正構烷烴碳數(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）正構烷烴為主的單峰群分布特征，受沿岸物質輸入的影響顯著。B、以低碳數(shù)nC17和高碳數(shù)（nC29/nC31）正構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）正構烷烴為主的雙峰群分布特征，受人為活動影響較大，可能存在石油污染的干擾。脂肪酸結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，但不排除陸生高等植物碎屑的輸入。沉積物中生物標志物特征值OEP與CPI指示滇南小流域有機質主要呈現(xiàn)陸源高等植物和內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的相關性較好，指示了21世紀初至今的氣候逐漸由濕潤向干旱過渡。

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

8、-22‰范圍內波動，表明滇南小流域沉積物中的有機質來源復雜，主要受內源（沉水植物、漂浮植物和藻類）和外源（C3植物）有機質輸入的共同作用。C/N和δ13C兩者相關性較弱，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期差別較大，根據(jù)二元模式及碳同位素值計算陸生高等植物種C3、C4植物的貢獻量，得到結論:在過去的一個世紀里，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）相對貢獻量在此時出現(xiàn)了最大值97.2％。21世紀初，由于人類活動影響導致區(qū)域內原始生境的變化，C3植物相對豐度降低，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)構建C3植物貢獻率的回歸方程，并通過主成分因子的得分系數(shù)，科學地推算出有機質對沉積物貢獻率影響較大的年份。建庫后的十年（1954～1967年），C3植物生物量減少，與上世紀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。21世紀初至今（2000～2011年），C3植物顯著減少，流域內氣候環(huán)境逐漸干旱。
　　(4)

11、土地利用/覆被變化對有機質的定量評估
　　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施，導致耕地面積從第二位下降到第三位。在城鎮(zhèn)化進程中，城鎮(zhèn)用地已經成為該流域增長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生產力模型及經濟模型，估算自然植被與農耕地的有機質價值及貢獻率。得出結論:自然植被有機質價值貢獻率從退耕還林政策實施前的76％增加到96