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第四纪研究 2013年第01期杂志 文档列表

第四纪研究杂志微生物与全球环境变化专辑

示踪全球环境变化的微生物代用指标1-18

摘要：文章详细总结了示踪全球环境变化的一系列微生物替代指标。重建古温度的定量指标包括藻类长链烯酮的Uk37、古菌甘油二烷基甘油四醚化合物（GDGTs）的TEX86指标、细菌GDGTs的甲基化指数（MBT）与环化指数（CBT）的组合。古温度的定性指标有脂类单体的氢同位素组成、不饱和脂肪酸的相对含量、有孑L虫和硅藻的组合及其生物体的同位素组成和微量元素比值。重建古水文的指标包括有壳变形虫组合、细菌GDGTs的环化指数CBT、细菌和古菌GDGTs的陆源输入指数BIT、古菌和细菌GDGTs的相对丰度Ri/b、直链脂肪族化合物的碳优势指数CPI、好氧与厌氧微生物的丰度。古大气CO2分压的估算可采用藻类长链烯酮的碳同位索组成、有孔虫的硼同位素组成。认为这些微生物指标在古环境重建中潜力巨大，并对一些重要微生物指标的应用原理和限定条件进行了分析。有些指标因受多种环境因子和成岩作用的影响，在应用中需特别的注意，不能无限夸大其应用领域。

慕士塔格冰芯中近百年来细菌数量与气候环境变化的关系19-25

摘要：应用流式细胞技术分析了取自青藏高原西部慕士塔格冰川73m冰芯上部56．27m中细菌的数量变化，在1907～2000年的93年中，细菌年平均数在0．66×103ml（1982年）至6．91×103个／ml（1912年）之间变化，平均2．59×103个／ml。细菌数量的变化可分为10个不同的阶段，其中6个高峰期和4个低峰期，分别与氧同位素所反映的高温和低温期有较好的对应。冰芯中细菌数量除温度影响外，还受人类活动和陆源粉尘的影响。慕士塔格冰芯中细菌的数量远低于位于高原中部的各拉丹冬冰芯中细菌的数量，且慕士塔格冰芯中细菌数量受陆源粉尘的影响也小于各拉丹冬冰芯，可能是因为慕士塔格冰芯所处荒漠带植物稀少和土壤中细菌数量少所致，慕士塔格和各拉丹冬冰芯中细菌数量的不同反映了冰芯细菌对所处的不同生态环境的响应。

长江中游泥炭湿地有壳变形虫空间分布及其对水化学因子的响应26-33

摘要：长江中游高山泥炭湿地在区域生态安全和生物多样性保护方面具有举足重要的地位，有壳变形虫是一类在泥炭湿地表面大量生活的原生动物，它们对环境变化敏感，是环境变化的有效指示器。泥炭湿地的现代生态学调查已经表明，有壳变形虫群落对泥炭的表面湿度和水文条件具有灵敏的响应，但是与其他环境条件如水化学因子的关系尚不明确。本文主要调查了长江中游高山泥炭湿地有壳变形虫群落特征及其对水化学因子的响应，发现Cr和Mn对有壳变形虫的群落组成具有较为明显的影响。有壳变形虫的群落组成在不同湿地间有一定差异，这种空间上的差异分布可能反映了湿地的不同类型、发育阶段和人类活动等信息。有壳变形虫可为湿地的科学管理、动态监测和可持续发展等方面提供有效的指示信息。

蓝细菌和浮游古菌在南海第四纪氮循环中的作用初探34-38

摘要：南海晚第四纪沉积物中的氮同位素在冰期-间冰期气候旋回中只有微弱的变化，与东太平洋的反硝化记录截然不同，可能反应了局地的氮生物地球化学过程。文章对位于南海南部钻取的一根柱状样MD05-2897的海洋氧同位素阶段（MIS）3～5期的有机氮同位素、反映蓝细菌贡献的2一甲基藿烷指数和反映氨氧化古菌Thaumarchaea的泉古菌醇进行了分析。结果显示，有机氮同位素在MIS5期有明显降低，对应于这一降低，2-甲基藿烷指数和泉古菌醇都显示了升高的特点，暗示蓝细菌固氮作用和古菌氨氧化作用可能是导致OIS5期的氮同位素降低的重要过程。

实验模拟氧化条件对微生物四醚脂的环境替代指标的影响39-47

摘要：以古菌和细菌细胞膜脂甘油四烷基甘油四醚（GDGTs）为基础建立的古温度指标四醚指数（TEX85）与甲基化／环化指标（MBT／CBT），以及陆源输入指标（BIT）与干旱和盐碱化指标Ri/b，在海洋、湖泊、黄土-古土壤等沉积物的古环境重建中得到了广泛的应用。然而，利用这些微生物分子指标来重建古环境时，氧化等降解因素对GDGTs化合物，尤其是对细菌支链GDGTs的影响目前还不是很清楚。本研究通过过氧化氢模拟不同氧化程度对土壤中GDGTs化合物产生的影响，进而分析古菌和细菌GDGTs不同结构化合物抗氧化能力的差异，了解化学氧化降解对GDGTs各指标的影响。结果表明，古菌类异戊二烯GDGTs抗氧化能力低于细菌支链GDGTs，同时含环的古菌和细菌GDGTs抗化学氧化能力均要低于无环GDGTs。古菌GDGTs古温度指标TEX86在氧化过程中逐渐降低，在氧化条件下沉积的古菌GDGTs的TEX86指标用于古温度的重建存在低估的可能。在以无环细菌支链GDGTs为主的环境中，细菌MBT／CBT指标随氧化程度加深其重建温度基本不受影响。古菌与细菌GDGTs抗降解能力的差异导致陆源输入指标BIT指数随着氧化程度增加而升高，在地质体中应用此指标恢复古陆源输入存在高估的可能性。干旱化和盐碱化指标Ri/b随着氧化程度加深表现出逐渐降低的趋势，从而在应用上也可能存在低估。需要指出的是，实验室用的过氧化氢比自然条件下氧气的氧化作用强得多，本文的结论反映了一种比较极端的状况。

瓜伊马斯深海热液口古菌分布及多样性研究48-57

摘要：深海热液口由于剧烈的温度（可达到400℃以上）、pH和化学梯度，成为地球生命起源和演化研究的焦点，海底热液口生命系统为人类提供了一个探索深部生命及生命起源和进化的窗口。本文主要开展了瓜伊马斯深海热液口高温环境下沉积物和烟囱样品中古菌多样性的研究。采用实时荧光定量PCR首先对样品中古菌进行了定量，发现沉积物和烟囱两个样品都含有高丰度的古菌，沉积物和烟囱中古菌分别达到1．47×109拷贝数／g和5．29×108拷贝数／g（湿重）。通过核糖体小亚基16SrRNA基因的PCR扩增，文库构建和系统发育分析，发现沉积物和烟囱样品中的古菌类群多数是嗜热和超嗜热微生物，但两个样品中的古菌群落组成差异很大：沉积物以泉古菌门为主，优势菌群为MiscellaneousCrenarchaeotaGroup（MCG）和HotWaterCrenarchaeotaGroupI（HWCGI）；烟囱样品则主要是广古菌门类群，其中以Thermococcales，MarineBenthicGroupD（MBGD）／DeepHydrothermalVentEuryarchaeota1（DHVE1）为主。在沉积物样品中发现了一个新的MCG类群，命名为MCG-H，可能是MCG的高温独特类群。研究揭示，在瓜伊马斯深海热液口烟囱和沉积物中都包含有丰富的古菌类群包括未被发现的新类群，对瓜伊马斯深海热液口古菌分布和多样性的研究将为进一步深入的古菌生理功能和演化的研究提供基础。

重庆凉风垭天然气富集区上覆菜园土壤甲烷氧化细菌群落分析58-67

摘要：对重庆市凉风垭地区一具有天然气泄漏的菜园土壤进行采样，利用16SrDNA克隆文库研究了该菜园表层及底层土壤样品中甲烷氧化细菌的群落结构，以期了解甲烷泄漏地区甲烷氧化菌的丰度、结构和组成状况，为深入探讨甲烷在该地区的循环及甲烷泄漏对环境的影响奠定基础。DNA序列分析结果显示，该天然气富集区上覆菜园地土壤中I型甲烷氧化细菌以甲基细菌属（Methylobacter）占绝对优势，在底层样品与表层样品中所占比例存在较大差异，且底层样品中I型甲烷氧化菌的多样性指数（1．99）比表层样品中的多样性指数（1．3）高。Ⅱ型甲烷氧化细菌仅在底层样品CDl中检测到，以甲基孢囊菌属（Methylocystis）占优势，其多样性指数为2．07，种类较I型种类要多，这可能暗示Ⅱ型甲烷氧化细菌更能适应在土壤底层低氧、高浓度CH4条件下生存。同时，系统发育树分析显示，大部分菜园底层土壤样品中的I型甲烷氧化细菌序列无法同已知的甲烷氧化细菌种属聚在一起，暗示该天然气富集区上覆菜园土壤中甲烷氧化细菌具有特殊性。由于I型和Ⅱ型甲烷氧化菌对CH4的亲和力以及对CH4氧化能力的差异，天然气富集区甲烷氧化菌的群落结构研究对深入了解陆地生态系统CH4代谢具有重要意义。

现代酸性矿山废水环境中的真核微生物：生物多样性、生理学、生物地球化学特征及其对古环境和早期生命演化的指示68-78

摘要：现代酸性矿山废水（AMD）环境被认为是地球早期环境的理想对应物。AMD的水环境具有金属含量高、pH低的特点，这与太古代一早元古代时期海洋的某些环境条件十分类似。然而，尽管AMD的环境条件恶劣，但仍然栖息着非常丰富的原核和真核微生物，在这其中那些嗜酸的、营光合作用的真核微生物类群（特别是Euglenamutabilis）更是引起众多科学家极大的研究兴趣。本文全面概述了在AMD环境中发现的真核微生物Euglenids种群的生物化学、生理学和生物地球化学特征，以及这些特征对于理解生命演化和早期地球环境条件等方面的指示性作用。Euglenids的细胞具备区域化功能，因而具备需氧和厌氧的蜡酯和甾醇的双生物合成途径，同时它们还可以形成生物膜，所有这些均使得Euglenids能够在早期地球极端恶劣的环境条件下生存并持续演化。在AMD酸性环境中发育的富铁叠层石、嗜酸微生物的脂类化合物及其碳同位素比值以及它们独特的生理和生化特征可用于阐述真核生物的演化、地球早期大气中氧气的产生、条带状富铁建造的形成以及地球早期的环境演化等。

湖北神农架大九湖泥炭地泥炭藓共生细菌群落分析79-87

摘要：对采自湖北神农架大九湖泥炭地泥炭藓（Sphagnum palustre）样品进行了不同预处理，之后提取微生物基因组DNA，构建克隆文库进而对泥炭藓共生菌的群落结构进行分析。菌落培养实验和荧光定量PCR结果显示，双氧水能杀死泥炭藓表面附生的微生物及破坏部分DNA，为研究泥炭藓内共生细菌提供一定的途径。群落组成分析结果表明双氧水处理后，所获得的细菌克隆文库的群落特征发生了改变，主要表现在细菌种类的减少及各菌门所占比率的变化上：NTX-0中酸杆菌门（Acidobacteria）和变形杆菌门（Proteaobacteria）百分比含量分别位居第一和第二，而经过双氧水进行表面除菌后NTX-0-degerming中变形菌门（Proteobacteria）占了绝对优势；而在NTX-2-degerming中，蓝细菌门（Cyanobacteria）占绝对主导地位，细菌的群落多样性明显降低，细菌种类减少。系统发育分析表明与泥炭藓内共生的细菌一方面能适应大九湖泥炭湿地酸性、贫营养的环境，另一方面能为泥炭藓提供碳源、氮源，从而参与泥炭湿地的元素循环。尤其值得注意的是在内共生菌中发现了Ⅱ型甲烷氧化菌，证实了甲烷氧化菌与泥炭藓的内共生关系，暗示着这类细菌通过自身的代谢进而影响全球碳循环的潜在意义。此外，首次报道了利用细菌的通用引物扩增出了大量泥炭藓叶绿体的序列，这可能为叶绿体内共生学说提供佐证。

西安未央湖趋磁细菌多样性与磁学研究88-96

摘要：对西安郊区未央湖趋磁细菌的生物多样性和磁学性质进行了系统研究。光学和透射电子显微镜分析发现，未央湖趋磁细菌主要为杆菌，它们的磁小体多为子弹头形状并呈链状排列；磁学分析表明这些磁小体颗粒以单畴磁铁矿为主；并发现一类同时含有磁铁矿和胶黄铁矿磁小体的趋磁杆菌。基于16SrRNA基因的系统发育分析发现，未央湖趋磁细菌主要分布在变形菌门的δ-变形菌纲（75％）和α-变形菌纲（25％）。本研究结果还有助于为利用趋磁细菌群落指示环境变化提供依据。

第四纪研究杂志全球气候变化论文

中国年降水量的时空变化特征及其与东亚夏季风的关系97-107

摘要：利用中国1951～2010年652站年降水资料和7种东亚夏季风和1种冬季风指数，通过多项数学统计诊断分析，来研究中国年降水量的时空变化特征及其与东亚夏季风指数的关系。结果表明，这60年间全国总平均年降水量未呈现显著的时间变化趋势，但区域间的差异大。聚类分析可提供较客观的降水分区，据554站无缺测降水资料的聚类结果，将全国分成14个主要降水区，各区之间降水变化的差异显著。由7种夏季风指数与14个区的平均年降水量（1951～2010年）的相关系数可见，其中4种夏季风指数与14个区的年降水量之间没有显著相关，有3种指数只与14区中的2～3个区有显著负相关，它们并不能指示其他区域的或整个中国东部的降水变化。中国东部地区的夏季降水分布与东亚夏季风强度变化关系十分复杂，不能仅由降水的多少来认定夏季风的强弱，更不能用任意单个地点的降水记录来表示整个中国东部的干湿状况和夏季风的强度变化。

关于青藏高原2485年温度的季节和空间代表性问题108-114

摘要：利用树轮宽度重建的青藏高原东北部2485年年均温度曲线一经发表就引起了学界很大关注。本文就该温度曲线的空间代表性问题进行了再次分析，该研究的样本来自青海乌兰和都兰地区，有一定的空间覆盖度。尽管宽度年表用于年均温度重建，但是我们也指出，它与冬半年（上年9月～当年3月）平均温度也显著高相关（r=0．686，p〈0．0001）。重建温度曲线不仅与青藏高原东北部地区，而且与我国中北部地区的气象台站同期平均温度记录显著相关。本文进一步通过重建曲线与不同时空尺度CRUTS3．1网格点资料的相关分析，证明2485年年均温度曲线具有一定的全球空间代表性。

青海治多公元1374年以来树轮记录的青藏高原地面加热场强度变化115-125

摘要：根据青海省南部玉树藏族自治州治多县629a树木年轮年表序列，依据相关等方法，分析了该年表与树木生长时气温、降水、地面加热场强度的关系。结果表明：该年表对高原年地面加热场强度反映敏感，由其重建了该区域地面加热场强度的历史序列，并应用交叉检验方法对校准方程进行了检验，证明重建方程稳定，所重建的年地面加热场强度变化比较可靠，具有一定的区域代表性。通过对重建序列的进一步分析得出，重建序列在一定程度上反映了青藏高原年地面加热场强度年际的历史变化。1374年以来在年代际尺度上，持续时间较长的年地面加热场强度特强时段有4个，即1396～1416年、1684～1699年、1816～1826年和1875～1889年；持续时间较长的年地面加热场强度特弱时段有4个，即1374～1384年、1417～1436年、1802～1812年和1897～1909年。在629a中共出现22个极端强年和8个极端弱年，15世纪出现7个极端强年和5个极端弱年。15～17世纪是年地面加热场强度的多变时期，18～20世纪是年地面加热场强度的相对稳定时段。

中国北方地区（33°～41°N，108°～115°E）过去500年夏季降水量的周期成分分析126-135

摘要：利用连续小波分析和经验模态分解方法，对我国北方地区（33°～41°N，108°～115°E）1470～2002年每年夏季降水量指数的时间序列进行了周期成分分析，探索全球气候变暖下的该地区降水量的多尺度变化特征。小波分析表明，降水量指数的可能周期有2．57a，4．83a，10．65a，23．25a，48．56a，68．30a和105．90a的周期，在95％置信水平有统计意义的周期是2．57a和23．25a的周期。这些周期和自然因素导致的周期相联系，不仅包含了气候系统内部（平流层准2a振荡和厄尔尼诺／南方涛动）的非线性作用，还包含了气候系统外（主要是太阳活动）受强迫的周期变化，且二者在原始降水量中所在比重相当，共同反映了原始降水量的绝大部分变化。降水量不只是在百年尺度上受太阳活动的驱动，在数十年尺度上也受到太阳活动的影响。我国北方地区的夏季降水量指数和夏季温度指数同相位反相关，全球增温并没有明显地改变二者之间的反相关关系。近百年来全球变暖期间，夏季降水量出现明显的新特征：短周期成分（小于30a的周期）的振幅比以往要显著大，而长周期成分的振幅比以往要显著小，同时呈现降水量逐年减少的长期变化趋势。

中上新世气候增暖的归因分析136-145

摘要：中上新世是古气候研究领域的重要时期，研究此时期气候能为理解地球气候系统和预估未来气候变化提供帮助。利用美国国家大气研究中心研发的通用气候系统模式的平板海洋模式组件CCSM4-SOM，模拟了相对于工业革命前期，大气CO2浓度、地形和地表类型改变对中上新世气候增暖的不同影响。结果表明，地形改变对全球年平均地表气温影响较小，但在地形降低较大区域其增温效果十分明显；大气CO2浓度增加导致全球年均地表气温显著增加，而且全球各纬度均有增温，由于海冰反馈作用，两半球高纬海域增温更为显著；地表类型改变在北半球高纬增温效应最为明显，部分地区增温幅度已超过大气CO2浓度增加所引起的增幅。总体来看，大气CO2浓度增加所引起的增温效应在全球年平均和全年纬向平均上表现显著，但在高纬局地区域，它的影响并没有地形和地表类型改变的影响大。

湖北三宝洞石笋生长速率及其古气候意义146-154

摘要：石笋生长速率通常被作为反映古气候或古环境变化的有效代用指标。本文以湖北三宝洞22万年以来17支石笋为材料，实测了190个220Th年龄，其生长曲线显示MIS1和MIS5阶段平均生长速率较大，超过70μm／a；MIS2，MIS3，MIS4和MIS6阶段生长速率较慢，均低于25斗m／a，甚至停止生长。间冰期平均生长速率比冰期增加了1～2倍以上，且具有“爆发式”快速生长的特点。以5000年为步长的同一洞穴17支石笋生长频率支持平均生长速率的研究结果，说明在轨道尺度上较大的石笋生长速率能够有效地指示暖湿的气候条件。研究结果表明，间冰期高海平面和强太阳辐射增强了研究区季风环流，提高了地表植被覆盖率，有利于洞穴岩溶水过饱和，从而导致间冰期多支石笋连续高速生长。

神农架泥炭记录的MIS3阶段环境变化及千年尺度气候波动155-166

摘要：地处典型东亚季风区的神农架大九湖盆地有华中地区面积最大、海拔最高的亚高山泥炭沼泽湿地。对盆地中心部位钻孑LDJH-2中821～430cm泥炭沉积进行花粉浓缩物AMS14C测年，经校正发现其沉积时段为59．8～26．1kaB．P．，与MIS3阶段相对应。研究显示，在MIS3阶段研究区气候环境适宜植被的生长和有机质的保存，基于a-纤维素δ13C重建的大气湿度显示平均为72％的湿度值总体略高于全新世晚期，且MIS3早期（60～49kaB．P．）和晚期（38．5～26．1kaB．P．）较高，大气湿度平均为75％和72％，中期（49．0～38．5kaB．P．）略低，平均69％，温度则由早期到晚期呈现逐渐降低趋势。高分辨率的泥炭记录显示千年尺度的气候变化呈现5个波动旋回，期间出现的4次冷干事件与H冷事件一一对应，并且存在多次暖（温）湿事件对应于D-O暖事件。此段沼泽沉积是大九湖对这一时期东亚夏季风强度明显增强的直接响应，与全球众多记录对比揭示出MIS3阶段神农架泥炭记录在岁差尺度东亚夏季风环流强度主要受太阳辐射控制，其功率谱分析显示存在的多个显著周期为千年尺度上东亚夏季风强度主要受太阳输出量控制的观点提供了有力支持。

探讨太湖历史极端洪水发生年份和水位高程167-178

摘要：较之气候水文平均态的缓慢变化，特大洪水引发的灾害对人类社会影响更加显著，而关注极端洪水、认识小概率事件需要更长时间序列。本文通过对太湖钻孔的沉积和磁学参数特征研究，对比太湖文物发掘的历史洪水资料，试图多指标定量重建太湖长序列极端洪水。太湖水则碑对1600～1954A．D．特大洪水记录了15次，通过与现代洪水仪器记录对比和论证，其最低4．03m水位相当于1921～2004A．D．观测太湖的年最高水位80％百分位。太湖钻孔中的沉积粒度和磁化率特征捕捉了水则碑洪水序列中的85％的洪水年，同时补充了水则碑洪水漏失的信号。3次能够被历史文献佐证的洪水沉积信号发生在1766A．D．、1875A．D．和1882A．D．，其洪水水位估计在4．0～4．1m，4．1～4．2m和4．13～4．23m。频谱分析显示了沉积洪水指标与水则碑洪水指标具有3个同步的重现期，分别约在90～102年、60～62年和42～44年。分析历史洪水与PDO一致性的统计关系，获得估计概率为0．17～0．20，肯定了太湖洪水年与PDO存在关联，反映出历史洪水的发生与现代过程相同，受到了太平洋季风环流和夏季降水控制。这些结论为延长洪水时间系列、分析小概率事件、认识极端洪水特征和重现期等提供了重要水文依据。