中国不同气候区湖泊中细菌四醚化合物异构体与环境因子关系的差异及其驱动机制

The bacterial branched tetraethers (brGDGTs) is the most potential tool for terrestrial palaeoenvironment reconstructions. Recent years, studies on surface soils found that separation of the novel 5- and 6-methly isomers can effectively enhance the accuracy of brGDGTs-based proxies. However, researches focused on brGDGT isomers from lake system are relatively rare, and there are still many problems for the applications of brGDGTs-based proxies. On the basis of our previous study in Chinese lakes, we found distinct differences of these isomers between lakes from cold and warm regions. Therefore we select four representative lakes to make a seasonal monitoring. Based on the monitoring within each lake, we will ascertain the distribution and seasonal variability of 5- and 6-methly isomers in water column and surface sediments. By comparing among lakes, we will explore the reason for the two trends of MBT’ in Chinese lake sediments, and probe the influence of soil input on brGDGTs-based indices. In this way, we aim to decipher the behavior and its mechanism of 5- and 6-methly brGDGTs in lake system, optimize the brGDGTs-based proxies, and thus provide better explanations for Chinese lacustrine palaeoclimate reconstructions.

细菌支链四醚化合物（brGDGTs）是陆相系统中最具潜力的古环境重建工具之一。近年来基于表层土壤的研究指出，新发现的5-、6-甲基异构体的分离可有效提高基于brGDGTs的环境代用指标的精度。但目前湖泊中关于异构体的研究还比较缺乏，相关指标的应用也存在不少问题。我们前期在中国湖泊brGDGTs的调查中发现，寒冷区和温暖区湖泊中异构体对温度的响应存在明显差异，为此，本项目选取具有代表性的四个湖泊进行季节性监测。通过单个湖泊内的监测，查明湖泊从水柱到表层沉积物中5-、6-甲基异构体的分布特点及其随季节变化的特征；通过冷区和暖区湖泊之间的对比，探究温度指标MBT’在中国湖泊中呈两段式分布的机理，及陆源输入程度对brGDGTs相关指标的影响。在此基础上剖析5-、6-甲基brGDGTs在湖泊系统中的表现及其原理，从而优化细菌brGDGTs的相关指标，为中国湖相沉积古气候重建提供解释依据。

湖泊系统之间千差万别，其地理背景、理化条件、物质来源和发育历史可能均有不同，这使许多古环境代用指标的机理十分复杂，重建的古气候信号也难以解译。为解决这一难题，本项目从时间和空间两种尺度入手，针对我国不同气候区的湖泊中微生物四醚膜脂（GDGTs）对环境因子的差异性响应及其驱动机制进行了系统地研究：首先，本项目关注了一类前人较少关注的醚类化合物（H-GDGTs），建立了该系列新化合物不同组分与温度的定量关系，提出了一些新的古温度代用指标，为开展湖相记录的古气候研究提供了新方法；其次，长期监测并对比了较封闭和较开放的湖泊系统中微生物四醚膜脂的时空分布特点，发现了较封闭湖泊中醚类对季节环境变量的快速响应，不同异构体对不同环境因子存在差异性响应，并指出古菌与细菌GDGTs可能主要在沉积物中产生，另外，本项目指出在较开放的湖泊中GDGTs受陆源输入影响较大，但陆源输入对古菌与细菌GDGTs的影响机理不同，同时提出了一种识别洪水/暴雨事件的方法；最后，本项目发现了我国不同气候区湖泊中微生物四醚膜脂对湖泊深度的差异性响应并解释了其不同的驱动机制，提出了一个新的、较为广适的湖泊古水位代用指标，为在发育背景复杂的湖相沉积记录中重建古水位提供了解决方法。总之，本项目取得的成果具有重要的学术价值和应用价值，为不同类型湖泊中未知复杂的微生物脂类变化过程提供了细节刻画，并解释了其驱动机制，为古温度重建、古水位重建和洪水/暴雨事件的识别提供了新方法，为湖相沉积载体中的古气候重建和预测未来气候变化提供了现代过程依据。