内蒙古高原湖泊碳（氮、磷、硅）的地球化学特征

论文摘要

湖泊碳循环是陆地生态系统碳循环的重要组成部分。湖泊是地球表层系统各圈层相互作用的联结点，它以高分辨率沉积物敏感地记录着区域气候环境的变化历史。C、N、P、Si等生源要素在湖泊水-沉积物界面及其附近发生剧烈的生物地球化学循环，并控制C、N、P、Si等在上覆水体和沉积物间的物质平衡、形态转化和沉积剖面分布。湖泊水-沉积物界面的碳通量和碳过程及其变化直接影响沉积物的碳源汇功能。沉积物是全球碳的重要源与汇，在全球碳循环中扮演重要角色。碳形态及其变化对湖泊水-沉积物界面的碳通量及碳过程起关键控制作用，沉积物中碳形态是探讨碳循环的重要基础和前提。内蒙古高原湖泊湿地资源丰富，类型多样，在我国湖泊湿地的整体研究中占有重要位置。在内蒙古高原西部湖泊中，以乌梁素海和岱海的富营养化类型及湖水盐度的差异性最为明显，是探讨富营养化类型和水平对湖泊水-沉积物界面碳通量和碳过程及碳的源／汇功能等影响机制的典型区域。然而，有关该区湖泊湿地生态系统碳循环的研究迄今尚属空白。本文以碳形态研究为基础，以湖泊水-沉积物界面碳通量和碳过程的影响机制研究为主线，深入探讨了2个不同类型湖泊水-沉积物系统中碳形态分布的差异性，阐释了无机碳形态对2个湖泊生态系统碳循环的贡献，判识了2个湖泊沉积物的碳源／汇功能，取得了如下主要成果和进展。1．开展了内蒙古高原西部湖泊水-沉积物界面DIC交换通量的模拟实验研究，判识了浅水草型和深水藻型等2个不同类型湖泊沉积物的碳源汇功能。该项研究成果对评价内蒙古高原西部干旱半干旱地区湖泊沉积物的碳源汇功能和强度，厘定内蒙古高原西部湖泊碳的时空分布格局等具有重要意义。2．发现了恢复湖泊古环境古气候新的有效代用指标，拓展了古环境古气候恢复研究的方法和思路，利用陆源有机碳和形态无机碳成功恢复与重建了浅水草型和深水藻型等2个不同类型湖泊的古环境古气候。3．对比总结了浅水草型和深水藻型等2个不同类型湖泊沉积物中无机碳形态分布的关键控制因子。研究发现，湖泊富营养化类型、湖泊初级生产力、C-N-P-Si的耦合作用、氮的硝化与反硝化作用及水-沉积物界面的扰动等均是影响沉积物中无机碳形态分布及水-沉积物界面碳通量和过程的重要机制。4．给出了浅水草型和深水藻型等2个不同类型湖泊沉积物中无机碳的主导形态，探讨了无机碳形态对湖泊生态系统碳循环的贡献及其差异性机制，阐释了无机碳形态对水-沉积物界面碳通量和碳过程及沉积物碳源／汇功能的控制作用机理。5．利用BSi，结合湖泊水体营养状况及生产力水平，反演了浅水草型和深水藻型等2个不同类型湖泊的富营养化进程。6．以无机碳形态研究为基础，紧密围绕湖泊水-沉积物界面碳源／汇功能及其转化机制这条主线，首次系统开展了内蒙古高原西部湖泊水-沉积物系统的碳循环研究，填补了该区湖泊碳循环研究的空白。上述研究成果对厘定内蒙古高原湖泊碳源汇的时空分布格局，为干旱半干旱区湖泊沉积物碳源汇功能的研究提供借鉴，为与湿润区湖泊的对比研究积累基础资料，为湖泊湿地资源的合理开发与保护利用提供科学依据等均有重要意义。

论文目录

• 目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 注解说明
• 第一章 绪论
• 1.1 碳循环及其研究进展
• 1.2 选题依据及意义
• 第二章 研究区概况与研究方法
• 2.1 研究区概况
• 2.2 研究思路与方法
• 2.2.1 研究思路
• 2.2.2 研究方法
• 2.2.3 实验仪器
• 2.3 数据处理方法
• 第三章 湖泊上覆水中碳的形态分布及其制约机制
• 3.1 湖泊水化学类型
• 3.2 上覆水中碳的形态分布
• 3.2.1 上覆水中DIC、TIC、DOC、TOC的含量分布
• 3.2.2 上覆水中DIC、TIC、DOC、TOC的空间分布
• 3.3 上覆水中碳形态分布的制约机制
• 第四章 湖泊沉积物中无机碳的形态分布及影响因素
• 4.1 表层沉积物（0-10cm）中无机碳的形态分布
• 4.1.1 乌梁素海表层沉积物中无机碳的形态分布
• 4.1.2 岱海表层沉积物中无机碳的形态分布
• 4.1.3 表层沉积物中无机碳形态分布的差异性
• 4.1.4 表层沉积物中无机碳形态的影响因素分析
• 4.2 沉积柱芯中无机碳的形态分布
• 4.2.1 乌梁素海沉积柱芯中无机碳的形态分布
• 4.2.2 岱海沉积柱芯中无机碳的形态分布
• 4.2.3 沉积柱芯中无机碳形态分布的差异性
• 4.2.4 沉积柱芯中无机碳形态的影响因素分析
• 4.3 无机碳形态的影响因素分析
• 4.4 无机碳形态在碳循环中的作用
• 4.5 湖泊水-沉积物系统无机碳循环的概念模式
• 第五章 无机碳形态和BSi在古环境研究中的应用
• 5.1 无机碳形态在恢复与重建古环境古气候中的尝试与应用
• 5.1.1 无机碳形态在恢复与重建岱海古环境古气候中的尝试与应用
• 5.1.2 乌梁素海古环境古气候的恢复与重建
• 5.2 BSi在反演湖泊富营养化进程中的应用
• 5.2.1 上覆水中硅酸盐的空间分布
• 5.2.2 表层沉积物中BSi的空间分布
• 5.2.3 沉积柱芯中BSi的垂向分布
• 5.2.4 BSi在反演湖泊富营养化进程中的应用
• 第六章 湖泊水-沉积物界面DIC交换通量研究
• 6.1 方法与材料
• 6.1.1 水-沉积物界面交换通量研究方法的选择
• 6.1.2 样品采集与分析
• 6.1.3 水-沉积物界面DIC交换通量模拟实验
• 6.2 模拟实验平衡时间确定
• 6.3 水-沉积物界面DIC释放速率
• 6.4 水-沉积物界面DIC源汇通量
• 6.5 疏浚对水-沉积物界面DIC源汇通量的影响
• 第七章 陆源有机碳和磷的形态分布在古环境研究中的应用
• 7.1 二元模型及其参数确定
• 7.2 有机碳的地球化学记录及其环境意义
• 7.2.1 岱海沉积柱芯中陆源与内源有机碳的分布
• 7.2.2 陆源有机碳在恢复与重建岱海古环境中的应用
• 7.2.3 二元模型的适用性
• 7.3 沉积柱芯中磷的形态分布及其环境意义
• 第八章 结论与展望
• 8.1 结论
• 8.2 展望
• 参考文献
• 附图
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表论文
• 攻读博士学位期间参加的课题