长江中游全新世微生物对古温度和古水文条件的响应

从地球生物学的关键点- - 地球微生物学角度出发，以湖北西部高分辨率的清江石笋和神农架大九湖泥炭沉积为联合载体，采取现代微生物的实验培养模拟、沉积载体微生物现代地表过程的检测和沉积载体地质剖面工作三结合的系统方法，利用地质体保存的微生物结合态和游离态的类脂物分子（包括好氧细菌的藿烷、藿醇、藿酮、藿酸，以及革兰氏阴性菌的3-羟基脂肪酸等）及其单体碳和氢同位素，并结合有壳变形虫等其他微生物研究手段，查明全新世微生物对区域和全球温度以及区域水文条件的指示意义。建立全新世温度和水文信号的微生物独立指标体系，实现多载体、多指标的综合对比，克服以往研究中温度和水文信号难以分离的局面。形成在微生物和气候环境因子方面的创新性成果，并由此探讨温度、水文信号与长江中游地区的洪涝灾害、古文化变迁等的相互关系。

全球变化研究的一大难点是难以建立古温度和古水文信号的独立指标体系，从而难以把古温度和古水文信号分离。本项目聚焦于长江中游，以湖北西部高分辨率的清江石笋和神农架大九湖泥炭沉积为联合载体，利用微生物类脂物分子，建立古温度和古水文的独立指标体系，探讨长江中游全新世温度和水文条件变化特征。. 项目创新性地提出了两个反映古水文条件的微生物新指标。利用分子生物学方法证实了大九湖泥炭的藿类化合物主要（94%以上）来自好氧细菌，这些化合物的堆积速率与泥炭水位有关，从而提出该化合物可以反映古水文的变化。广泛调查了中国境内土壤微生物的脂类分子GDGTs（甘油二烷基甘油四醚）组成特征，发现细菌bGDGTs与古菌iGDGTs相对含量变化（Ri/b指数）主要受土壤pH和降水量的控制，可用于识别土地盐碱化和干旱事件。. 在此基础上，本项目还创新性地提出了三个定量重建古温度的独立的微生物新指标。发现异构和反异构脂肪醇与正构脂肪醇之间的比值（BNA15）与大气或土壤的温度之间呈很好的相关关系，可以作为一种全新的陆地古温度指示计。现代过程研究的基础上，项目还提出了两个重建干旱和半干旱地区的古温度参数，分别是校正了的细菌bGDGTs的MBT/CBT参数和细菌bGDGTs化合物相对比例所构建的参数。项目提出的古温度校正公式大大提高了bGDGTs在干旱区温度重建的准确性。.将以上的古温度和古水文的独立指标用于大九湖泥炭地，建立了长江中游地区13kaBP以来的古温度和古水文变化。一个重要发现是，在温度发生转换时期，例如从冷的末次冰期向暖的全新世转变，或者由暖的早中全新世向冷的晚全新世转变时期，古水文均表现了两个重要变化特征：一是干旱程度加剧，二是水文信号变动异常剧烈，极端水文事件增多。. 本项目分别提出了两个示踪古水文条件的微生物新指标，三个定量重建古温度的微生物指标。本项目已经解决了两个关键科学问题——重建古温度和古水文条件的微生物独立指标体系，研究成果具有明显的创新性。发表与本项目有关的SCI论文27篇，包括2篇第一作者《Geology》论文（Xie et al., 2012；2013），2篇《Geochimica et Cosmochimica Acta》论文（Huang et al., 2013；Yang et al., 2014）。