基于沉积物生物标志物分子碳同位素组成重建莱州湾西部海域富营养化历史

The eutrophication of water has affected the regional climate regulation, fishery resources and tourism in Laizhou Bay, and has become the main environmental problem. The western Laizhou Bay is the study object in the project, according to the principle of “combination of ancient and modern”, firstly, in situ cultivation experiments will be carried out, to set up different nutrient (N, P) concentration of water to cultivate phytoplankton, to determinate the content and combination, and compound-specific carbon isotope composition of biomarkers in phytoplankton, to build the correlation of compound-specific carbon isotope composition of biomarkers in phytoplankton and eutrophication level in the water. On this basis, to extract biomarkers of sediment column in Laizhou Bay, and determine content, combination and compound-specific carbon isotopic composition of biomarkers in phytoplankton, and combine with indexes of total organic matter in the sediments, to base on the correlation curve from in situ training experiment, to reconstruct eutrophication history in western Laizhou Bay, to reveal the main cause resulting in eutrophication in Laizhou Bay. The research results have important guiding significance for the protection policy of Laizhou Bay, the goal of governance and the formulation of governance measures.

水体富营养化影响了莱州湾的区域性气候调节、渔业资源和旅游等功能，已成为莱州湾的主要环境问题。本项目以莱州湾西部海域为研究对象，按照古今结合的原则，首先进行原位培养实验，设置不同营养盐(N,P)浓度的水体培养浮游植物，测定浮游植物生物标志物含量、组合及分子碳同位素组成，建立浮游植物生物标志物分子碳同位素组成与水体富营养水平的相关性曲线。此基础上，提取莱州湾沉积物柱状样中生物标志物，并测定浮游植物源生物标志物含量、组合和分子碳同位素组成，结合沉积物有机质总参数等指标，基于原位培养实验所得相关性曲线，重建莱州湾西部海域富营养化历史，揭示莱州湾富营养化的主要原因，研究成果对莱州湾保护政策、治理目标和治理措施的制定都有重要的指导意义。

本项目四年的执行过程中，既进行了莱州湾现代水体的原位营养盐添加培养实验，又对莱州湾西部海域沉积物进行了生物标志物为主的有机生物地球化学分析。研究结果表明，原位培养实验中，水体藻类生物标志物的丰度、组成和碳同位素值随TP浓度的增加发生了显著变化。莱州湾西部海域从1980左右开始，水体富营养化逐渐加重，藻类源的C19正构烷烃分子碳同位素开始变重，水体细菌源正构烷烃分子碳同位素组成随水体富营养化程度变化不明显，长链正构烷烃表现出较稳定的陆源有机质分子碳同位素组成特点，细菌、陆源高等植物源脂肪烃分子碳同位素组成未明显受水体富营养化影响。黄河入海口海域沉积物柱状样的总有机质参数随深度呈四段式变化，柱剖面下部，TOC含量、C/N呈减小趋势，δ13Corg组成呈变重趋势；柱剖面中下部，TOC、C/N呈逐渐增大的趋势，δ13C组成逐渐变轻；柱剖面中上部，TOC含量呈减小趋势、C/N略呈增大的趋势，但δ13Corg组成呈变重趋势；柱剖面上部，TOC和C/N都呈增大的趋势，δ13Corg组成都呈变轻趋势。1929－2015 年，黄河入海口海域有机质污染程度较轻，黄河流域生态环境变化对黄河入海口海域生态环境影响明显，沉积物中正构烷烃呈高成熟度的无奇偶优势分布，人类活动源石油烃是黄河入海口海域有机质污染的主要来源。小岛河入海口海域沉积物的TOC、TN含量较低，其C/N对整个细菌群落结构具有极显著的影响，表层至100cm深度的沉积物中，不同年代沉积物优势细菌群落在门水平上基本相同，分别为变形菌门、绿弯菌门、厚壁菌门、拟杆菌门、放线菌门及酸杆菌门；各沉积物光合细菌在门水平上占有的比例相对较高；在属水平上，表层沉积物与底层沉积物的细菌种群组成已经显著不同。沉积物沉积时间对微生物种群结构、多样性及丰度影响不大，表层沉积物中的微生物进化关系相对比较接近，但随沉积时间延长，细菌种群间的进化关系逐渐复杂化。