1.3.3　有机地球化学

生物标志化合物（又称分子化石）指地质体中源于死亡生物残体的有机分子，它们在有机质演化过程中具有一定的稳定性，虽受成岩、成土等地质作用的影响，但基本保存了原始生物生化组分的碳骨架，记载了原始生物母质的相关信息，具有一定的生物环境指示意义。湖泊沉积的生物标志物作为古生物与古环境指标，是生物和环境信息的集合，包括古温度、古生物、古生产力及古环境。湖相沉积流域明确、沉积连续，尤其是汇水区域小的闭塞湖泊，对气候事件响应敏感，是区域性古气候、古环境研究的理想材料，不同区域的生物标志物能够进行很好的对比研究。应用生物标志物判识生物的输入源、沉积环境演化以及沉积记录中的历史事件等已在国内外广泛开展。

甘油二烷基甘油四醚

甘油二烷基甘油四醚（Glycerol Dialkyl Glycero Tetraethers, 简称GDGTs）是一类由微生物脂膜合成的四醚化合物。GDGTs化合物的基本构型是两条相同或不同的碳链与甘油分子以醚键形式键合。根据生物来源、碳链结构以及甘油骨架立体构型差异，可分为2类，一类是由古菌合成的类异戊二烯GDGTs（isoprenoid GDGTs, 简称iGDGTs），另一类则是来源于细菌的支链GDGTs（branched GDGTs, 简称brGDGTs）。通过对海洋、陆地、湖泊和河流等环境中的iGDGTs和brGDGTs进行研究，研究人员发现它们的结构形式、环境丰度和时空分布包含了丰富的环境信息，由此提出了一系列的环境指标（Pearson and Ingalls, 2013; Schouten, Hopmans and Damsté，2013）。例如iGDGTs的平均五元环数与古菌的生长温度有明显的相关性（Schouten, Hopmans and Damsté，2013; Schouten et al.，2002）。Schouten等（2002）研究了全球44个大洋表层沉积物的iGDGTs, 发现其五元环数目与年平均表层海水温度（SST）有良好的线性关系，由此建立了表征SST的指标TEX86等。Powers等（2004）首次将TEX86指标应用到湖泊环境研究中，结果表明，TEX86指标在该研究中适用，它与湖水表层温度之间的函数关系与海洋环境一致。在国内，Wu等（2013）重建了青藏高原北部库赛湖3490年以来年均气温变化，Günther等（2014）重建了纳木错湖区年均气温和湖水表层温度变化，Wang等（2015a）利用TEX86重建了青海湖7月湖水表层温度变化。这些研究由于缺乏所在研究区的“TEX86-T”转换方程，以及由于湖水温度的影响因素较多，古温度重建还有待进一步的工作。王明达等（2016）由此在青藏高原27个湖泊开展了表层沉积物及部分湖泊流域表土样品GDGTs 的分析，探讨了湖泊表层沉积物中GDGTs 分布特征的影响因素，并建立了与气候要素的定量关系。

长链不饱和酮

应用于恢复古温度研究最成功的生物标志物的其中的一个例子就是长链不饱和酮指标，最早由Brassel等（1981）根据C37∶2和C37∶3长链不饱和酮建立，用来估算地质历史时期海水表面温度。湖泊沉积物中也逐步开展了长链烯酮的研究。Cranwnell, Robinson和Eglinton（1985）发现英国的3个淡水湖中存在长链烯酮，Zink等人（2001）研究了德国、澳大利亚和北美的27个淡水湖泊的现代沉积物，以及德国、美国和俄罗斯的4个湖泊中的古代沉积物，发现大多数的淡水湖泊中存在长链烯酮。

在国内，Li等（1996）发现青海湖（淡水-咸水湖）中存在长链烯酮。盛国英（1998）报道了碱性碳酸盐型咸水湖和盐湖沉积物中分布有长链烯酮，其组成和分布与海洋沉积物中的具有相似性，推测原始生物可能是金藻源。尽管长链不饱和脂肪酮在湖泊也有检出，但相对于海洋来说，分布很局限，且母质来源尚未清楚确定，利用该类化合物重建湖泊古温度的工作仍然比较稀少。Li等（1996）提出经过校正的计算结果也适用于青海湖湖泊水体古温度的重建，同时指出，除温度外，长链不饱和酮的不饱和类型还可能受到生物来源、盐度等诸多不确定因素变化的影响。孙青等（2004）在我国内蒙古、新疆和青海的9个硫酸盐型盐湖表层沉积物中检测出长链烯酮，并发现咸水湖和淡水湖中长链不饱和烯酮与湖区年平均温度相关性最好，可能会成为利用湖泊沉积物重建古温度的重要替代指标。Cheng等（2013）利用长链烯酮重建了全新世以来柴达木盆地可鲁克湖温度变化。Wang等（2015b）对青海湖湖芯烯酮化合物分布特征进行了调查，提出了新的烯酮指标。Hou等（2016）基于多方法结合烯酮手段建立的转换方程重建了全新世以来青海湖温度变化。

色素

光合色素（藻类色素、其他植物色素、细菌色素）能表征特定生物来源，在埋藏到沉积物甚至发生某些变化后仍保留其源信息，是一类重要的化学生物标志物。Swain（1985）的工作使得利用分光光度计可以分析沉积物中几种色素：叶绿素及其衍生物（CD）、总胡萝卜素（TC）、蓝藻叶黄素（Myx）、颤藻黄素（Osc），以及CD/TC比值、Osc/Myx的比值和未分解的叶绿素即保存指数（NC）。随着新技术、新方法的不断应用，特别是自1995年以来，利用新开发出来的高效液相色谱（HPLC）方法使沉积色素的研究程度更为深刻。目前国内利用HPLC分析手段分析湖泊沉积色素的研究也逐步开始，Hu等（2014）利用HPLC方法分析了青藏高原东缘2个湖泊的沉积色素，通过与其他环境代用指标的对比，认为近百年来该湖泊富营养化主要是由于空气中氮沉降造成的，并且该湖泊中的沉积色素很好地记录了北半球氮沉降引起的湖泊生态系统的变化。Chen等（2016）利用HPLC方法通过对洞庭湖沉积物中浮游植物色素组成的分析，研究了洞庭湖水生生态系统对气候变化以及三峡大坝修建的响应。

参考文献

邴海健，吴艳宏，刘恩峰，等.长江中下游不同湖泊沉积物中重金属污染物的累积及其潜在生态风险评价[J].湖泊科学，2010，22（5）：675-683.

曹隽隽，周勇，吴宜进，等.江汉平原土地利用演变对区域径流量影响[J].长江流域资源与环境，2013，22（5）：610-617.

曹宁，张玉斌，陈新平.中国农田土壤磷平衡现状及驱动因子分析[J].中国农学通报，2009，25（13）：220-225.

巩伟明，张朝晖.湖光岩玛珥湖全新世时期沉积物碳氮同位素组成的环境指示意义[J].高校地质学报，2014（4）：582-589.

桂峰，于革，赖格英.洪湖流域自然农耕条件下营养盐沉积输移演化模拟研究[J].沉积学报，2006，24（3）：333-338.

韩吟文.地球化学[M].北京：地质出版社，2003.

洪业汤，姜洪波，陶发祥，等.近5 ka温度的金川泥炭δ18O记录[J].中国科学：地球科学，1997，27（6）：525.

胡军华，张春兰，胡慧建.长江中游湖泊鱼类物种多样性结构及动态[J].水生态学杂志，2008，1（5）：47-51.

姜加虎，王苏民.长江流域水资源、灾害及水环境状况初步分析[J].第四纪研究，2004，24（5）：512-517.

李景保，代勇，欧朝敏，等.长江三峡水库蓄水运用对洞庭湖水沙特性的影响[J].水土保持学报，2011，25（3），215-219.

林琳，吴敬禄.太湖梅梁湾富营养化过程的同位素地球化学证据[J].中国科学：地球科学，2005，（z2）：58-65.

刘恩峰，薛滨，羊向东，等.基于210Pb与137Cs分布的近代沉积物定年方法——以巢湖、太白湖为例[J].海洋地质与第四纪地质，2009（6）：89-94.

刘卫东.江汉平原土地类型与综合自然区划[J].地理学报，1994（1）：73-83.

刘贤赵，张勇，宿庆，等.陆生植物氮同位素组成与气候环境变化研究进展[J].地球科学进展，2014，29（2）：216-226.

毛志刚，谷孝鸿，曾庆飞，等.太湖鱼类群落结构及多样性[J].生态学杂志，2011，30（12）：2836-2842.

欧杰，王延华，杨浩，等.正构烷烃及单体碳同位素记录的石臼湖生态环境演变研究[J].环境科学，2013，34（2）：484-493.

秦伯强.长江中下游浅水湖泊富营养化发生机制与控制途径初探[J].湖泊科学，2002，14（3）：193-202.

盛国英.合同察汗淖（碱）湖沉积物中的长链不饱和酮及其古气候意义[J].科学通报，1998，43（10）：1090-1093.

孙青，储国强，李圣强，等.硫酸盐型盐湖中的长链烯酮及古环境意义[J].科学通报，2004，49（17）：1789-1792.

孙顺才，黄漪平.太湖[M].北京：海洋出版社，1993.

孙顺才，朱季文，陈家其.气候变化、海面变化与太湖平原湖泊水资源（摘要）[J].地球科学进展，1987（6）：9-10.

谭红兵，于升松.我国湖泊沉积环境演变研究中元素地球化学的应用现状及发展方向[J].盐湖研究，1999，7（3）：58-65.

王国安.稳定碳同位素在第四纪古环境研究中的应用[J].第四纪研究，2003，23（5）：471-484.

王丽，汪勇，王建力.氧同位素在高分辨率古气候研究中的应用探讨[J].地质学刊，2005，29（1）：37-42.

王明达，梁洁，侯居峙，等.青藏高原湖泊表层沉积物GDGTs分布特征及其影响因素[J].中国科学：地球科学，2016（2）.

王苏民，窦鸿身.中国湖泊志[M].北京：科学出版社，1998.

吴艳宏，蒋雪中，刘恩峰，等.太湖流域东氿、西氿近百年汞的富集特征[J].中国科学：地球科学，2008（4）：471-476.

肖化云，刘丛强.贵州红枫湖现代沉积物氮同位素组成反映的废水输入状况[J].科学通报，2006，51（9）：1091-1096.

严翼.长江中下游三大湖群近半个世纪演化对比分析[J].世界科技研究与发展，2011，33（6）983-986.

杨桂山，马荣华，张路，等.中国湖泊现状及面临的重大问题与保护策略[J].湖泊科学，2010，22（6）：799-810.

杨锡臣，窦鸿身，汪宪栕，等.长江中下游地区湖泊的水文特点与资源利用问题[J].资源科学，1982，（1）：47-54.

羊向东，沈吉，Jones R T, et al.云南洱海盆地早期人类活动的花粉证据[J].科学通报，2005，50（3）：238-245.

姚书春，薛滨.长江下游青弋江水阳江流域湖泊环境演变[M].南京：南京大学出版社，2016.

叶泽纲，黄祖发，秦远清，等.洞庭湖平原水网区地表产水量计算[J].水资源研究，2006，27（4）：44-46.

余俊清，安芷生，王小燕，等.湖泊沉积有机碳同位素与环境变化的研究进展[J].湖泊科学，2001，13（1）：72-78.

中国小学教学百科全书总编辑委员会地理卷编辑委员会.中国小学教学百科全书地理卷[M].沈阳：沈阳出版社，1993.

中华人民共和国水利部.中国湖泊名称代码：SL261-98[S].北京：中国水利电力出版社，1998.

朱正杰，陈敬安，曾艳.草海地区过去500年来古温度重建：来自沉积物纤维素结合碳酸盐氧同位素的证据[J].中国科学：地球科学，2014（2）：250-258.

朱正杰，任世聪，李航，等.湖泊沉积物纤维素氧同位素研究进展[J].矿物岩石地球化学通报，2011，30（2）：198-203.

Anderson L, Abbott M B, Finney B P, et al. Regional atmospheric circulation change in the North Pacific during the Holocene inferred from lacustrine carbonate oxygen isotopes, Yukon Territory, Canada[J]. Quaternary Research, 2005，64（1）：21-35.

Arthur, Michael A. Stable isotopes in sedimentary geology[M]. SEPM, 1983：721-722.

Ayres R U, Schlesinger W H, Socolow R H. Human impacts on the carbon and nitrogen cycles [M]∥Socolow RH, Andrews C, Berkhout R, et al. Industrial Ecology and Global Change. New York: Cambridge University Press, 1994.

Bränvall M L, Bindler R, Emteryd O, et al. Four thousand years of atmospheric lead pollution in northern Europe: a summary from Swedish lake sediments[J]. Journal of Paleolimnology, 2001，25（4）：421-435.

Brassell S C, Wardroper A M, Thomson I D, et al. Specific acyclic isoprenoids as biological markers of methanogenic bacteria in marine sediments[J]. Nature, 1981，290（5808）：693-696.

Chen X, Mcgowan S, Xu L, et al. Effects of hydrological regulation and anthropogenic pollutants on Dongting Lake in the Yangtze floodplain[J]. Ecohydrology, 2016，9（2）：315-325.

Cheng H F, Hu Y A, Lead（Pb）isotopic fingerprinting and its applications in lead pollution studies in China: A review[J]. Environmental Pollution, 2010，158（5）：1134-1146.

Cheng Z, Liu Z, Rohling E J, et al. Holocene temperature fluctuations in the northern Tibetan Plateau[J]. Quaternary Research, 2013，80（1）：55-65.

Cranwell P A, Robinson N, Eglinton G. Esterified lipids of the freshwater dinoflagellate Peridinium lomnickii[J]. Lipids, 1985，20（10）：645-651.

Dean W E. The carbon cycle and biogeochemical dynamics in lake sediments[J]. Journal of Paleolimnology, 1999，21：375-393.

Edwards T W D, McAndrews J H. Paleohydrology of a Canadian Shield lake inferred from 18O in sediment cellulose[J]. Canadian Journal of Earth Sciences, 1989，26（26）：1850-1859.

Elser J J, Andersen T, Baron J S, et al. Shifts in Lake N: P Stoichiometry and Nutrient Limitation Driven by Atmospheric Nitrogen Deposition[J]. Science, 2009，326（5954）：835-837.

Galloway J N, Cowling E B, Reactive nitrogen and the world: 200 years of change[J]. Ambio: A Journal of the Human Environment, 2002，31（2）：64-71.

Günther F, Thiele A, Gleixner G, et al. Distribution of bacterial and archaeal ether lipids in soils and surface sediments of Tibetan lakes: Implications for GDGT-based proxies in saline high mountain lakes[J]. Organic Geochemistry, 2014，67（1）：19-30.

Hecky R E, Kling H J. The Phytoplankton and Protozooplankton of the Euphotic Zone of Lake Tanganyika: Species Composition, Biomass, Chlorophyll Content, and Spatio-Temporal Distribution[J]. Limnology ＆ Oceanography, 1981，26（3）：548-564.

Hecky R E, Kling H J. Phytoplankton ecology of the great lakes in the Rift valleys of Central Africa[J]. Journal of Singing, 1987，68：197-228.

Hong S, Candelone J P, Patterson C C, et al. Greenland ice evidence of hemispheric lead pollution two millennia ago by Greek and Roman civilizations[J]. Science, 1994，265（5180）：1841-1843.

Hou J, Huang Y, Zhao J, et al. Large Holocene summer temperature oscillations and impact on the peopling of the northeastern Tibetan Plateau[J]. Geophysical Research Letters, 2016，43（3）. DOI: 10. 100212015GL067317.

Hu Z, Anderson N J, Yang X, et al. Catchment-mediated atmospheric nitrogen deposition drives ecological change in two alpine lakes in SE Tibet[J]. Global Change Biology, 2014，20（5）：1614-1628.

Lee C S, Qi S H, Zhang G, et al. Seven thousand years of records on the mining and utilization of metals from lake sediments in central China[J]. Environmental Science ＆ Technology, 2008，42（13）：4732-4738.

Leng M J, Marshall J D. Palaeoclimate interpretation of stable isotope data from lake sediment archives[J]. Quaternary Science Reviews, 2004，23（7）：811-831.

Li J, Philp R P, Pu F, et al. Long-chain alkenones in Qinghai Lake sediments[J]. Geochimica Et Cosmochimica Acta, 1996，60（2）：235-241.

Marcantonio F, Zimmerman A, Xu Y, et al. A Pb isotope record of mid-Atlantic US atmospheric Pb emissions in Chesapeake Bay sediments[J]. Marine Chemistry, 2002，77（2-3）：123-132.

Meyers P A. Applications of organic geochemistry to paleolimnological reconst-ructions: a summary of examples from the Laurentian Great Lakes[J]. Organic Geochemistry, 2003，34：261-289.

Ndzangou S O, Richer-Lafleche M et al. Sources and Evolution of Anthropogenic Lead in Dated Sediments from Lake Clair, Quebec, Canada[J]. Journal of environmental quality, 2005，34（3）：1016-1025.

Nriagu J O. A global assessment of natural sources of atmospheric trace metals[J]. Nature, 1989，338（6210）：47-49.

Nriagu J O. Paleoenvironmental research: Tales told in lead[J]. Science, 1998，281（5383）：1622-1623.

Ouellet M, Jones H G. Paleolimnological evidence for the long-range atmospheric transport of[J]. Canadian Journal of Earth Sciences, 1983，20（1）：23-36.

Pearson A, Ingalls A E. Assessing the Use of Archaeal Lipids as Marine Environmental Proxies[J]. Annual Review of Earth ＆ Planetary Sciences, 2013，41（1）：359-384.

Powers L A, Werne J P, Johnson T C, et al. Crenarchaeotal membrane lipids in lake sediments: A new paleotemperature proxy for continental paleoclimate reconstruction[J]. Geology, 2004，32（7）：613-616.

Qin B Q, Gao G, Zhu G W, et al. Lake eutrophication and its ecosystem response[J]. Science Bulletin, 2013，58（9）：961-970.

Renberg I, Persson M W, Emteryd O. Pre-industrial atmospheric lead contamination detected in Swedish lake sediments[J]. Nature, 1994，368：323-326.

Schouten S, Hopmans E C, Damsté J S S. The organic geochemistry of glycerol dialkyl glycerol tetraether lipids: A review[J]. Organic Geochemistry, 2013，54（1）：19-61.

Schouten S, Hopmans E C, Schefuß E, et al. Distributional variations in marine crenarchaeotal membrane lipids: a new tool for reconstructing ancient sea water temperatures[J]. Earth ＆ Planetary Science Letters, 2002，204（1）：265-274.

Shotyk W, Weiss D, Appleby P G, et al. History of atmospheric lead deposition since 12，37014C yr BP from a peat bog, jura mountains, switzerland[J]. Science, 1998，281（5383）：1635-1640.

Swain E B. Measurement and interpretation of sedimentary pigments[J]. Freshwater Biology, 1985，15（1）：53-75.

Swain E B, Engstrom D R, Brigham M E, et al. Increasing rates of atmospheric mercury deposition in midcontinental north america[J]. Science, 1992，257（5071）：784-787.

Talbot M R, Johannessen T. A high resolution palaeoclimatic record for the last 27，500 years in tropical West Africa from the carbon and nitrogen isotopic composition of lacustrine organic matter[J]. Earth ＆ Planetary Science Letters, 1992，110（1-4）：23-37.

Thompson S, Eglinton G. The fractionation of a Recent sediment for organic geochemical analysis[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 1978，42：199-207.

Verta M, Tolonen K, Simola H. History of heavy metal pollution in Finland as recorded by lake sediments[J]. Science of the Total Environment, 1989，87（s87-88）：1-18.

Wang H, Dong H, Zhang C L, et al. Deglacial and Holocene Archaeal Lipid-Inferred Paleohydrology and Paleotemperature History of Lake Qinghai, Northeastern Qinghaiu-Tibetan Plateau[J]. Quaternary Research, 2015a, 83（1）：116-126.

Wang Z, Liu Z, Zhang F, et al. A new approach for reconstructing Holocene temperatures from a multi-species long chain alkenone record from Lake Qinghai on the northeastern Tibetan Plateau[J]. Organic Geochemistry, 2015b, 88：50-58.

Wu X, Dong H, Zhang C L, et al. Evaluation of glycerol dialkyl glycerol tetraether proxies for reconstruction of the paleo-environment on the Qinghai-Tibetan Plateau[J]. Organic Geochemistry, 2013，61（6）：45-56.

Yang H D, Linge K, Rose N. The Pb pollution fingerprint a t Lochnagar: The historical record and current status of Pb isotopes[J]. Environmental Pollution, 2007，145（3）：723-729.

Yang X D, Anderson N J, Dong X H, et al. Surface sediment diatom assemblages and epilimnetic total phosphorus in large, shallow lakes of the Yangtze floodplain: their relationships and implications for assessing long-term eutrophication[J]. Freshwetal Biology, 2008，53（7）：1273-1290.

Yao S, Xue B. Sediment Records of the Metal Pollution at Chihu Lake Near a Copper Mine at the Middle Yangtze River in China[J]. Journal of Limnology, 2015，75（1）.

Yao S, Xue B, Tao Y. Sedimentary lead pollution history: Lead isotope ratios and conservative elements at East Taihu Lake, Yangtze Delta, China[J]. Quaternary International, 2013，304（9）：5-12.

Zhang J, Chen F, Holmes J A, et al. Holocene monsoon climate documented by oxygen and carbon isotopes from lake sediments and peat bogs in China: a review and synthesis[J]. Quaternary Science Reviews, 2011，30（15）：1973-1987.

Zink K G, Leythaeuser D, Melkonian M, et al. Temperature dependency of long-chain alkenone distributions in recent to fossil limnic sediments and in lake waters[J]. Geochimica Et Cosmochimica Acta, 2001，65（2）：253-265.