东北地区火山湖GroupⅠ类型的长链烯酮研究及其不饱和度温标的应用

Alkenone unsaturation indices are important proxies for quantitative paleotemperature reconstructions. However, individual lakes may harbor multiple alkenone-producing haptophyte species with different temperature responses, confounding quantitative reconstructions for continental paleotemperature. Importantly, recent genetic data indicate that alkenone-producing Group Ⅰ haptophytes occurring in freshwater lakes occupy a common phylogenetic clade with high genetic similarity, and their long-chain alkenones (LCAs) may elude species effects (Long et al., 2016). Our recent preliminary study found that there were Group Ⅰ-type LCAs in the volcanic lake (freshwater lake) of northeastern China, indicating that these lakes are highly valuable targets for quantitative paleotemperature reconstructions. In this project, we will systematically investigate the LCAs distributions and identify their producers from the volcanic lakes of northeastern China, to explore the main control factors for the occurrence and distribution of Group Ⅰ-type LCAs. Moreover, we will take advantage of the exceptionally high sedimentation rate of Wudalianchi to establish Group Ⅰ alkenone-temperature calibration to instrumentally recorded temperature, and will extend the record to beyond the instrumental data. Our research will not only improve the understanding of growing conditions for Group Ⅰhaptophytes and their alkenone proxies, but also provide the theoretical basis for quantitative paleotemperature reconstruction at long-time scale in this region.

长链烯酮不饱和度是定量重建古温度变化的重要替代指标，但湖泊中不同母源种属对温度的响应不一致，干扰了该指标对陆地古温度的定量重建。重要的是，目前DNA数据表明淡水湖中长链烯酮的母源GroupⅠ是基因高度相似的同一种系，尽可能避免了不同种属的影响（Longo et al., 2016）。我们最新在我国东北地区火山湖（淡水湖）的初步研究发现，该类湖泊中存在GroupⅠ类型的长链烯酮，为该地区古温度的定量重建提供了可能。为此，本研究拟将系统调查东北地区火山湖中的长链烯酮分布及其母源信息，探究GroupⅠ类型的长链烯酮的出现和分布的主要影响因素，同时利用“器测校正”方法在沉积速率高的五大连池二池建立GroupⅠ的烯酮-温度转化方程，定量重建该地区短时间尺度下的温度变化。这将不仅提高对GroupⅠ定鞭藻生长环境及其长链烯酮指标的认识，也为该地区长时间尺度的古温度定量重建提供理论基础。

长链烯酮不饱和度指标作为古温度重建的重要工具已被广泛地应用于海洋及湖泊沉积记录中。目前基于18S rDNA构建的系统发育树将长链烯酮的母源种系（等鞭金藻）分为Group I（包含“Greenland”分枝和“EV”分枝）、Group II和Group III三组，其中Group I主要在淡水湖中产生，Group II主要在盐湖和沿海环境中产生，Group III在开放的海洋中产生。淡水湖中Group I长链烯酮已被证明避免了不同种属的影响，可用来定量重建古温度变化。而在淡水和微咸水转变的环境中，长链烯酮同分异构体RIK37指数可用来重建湖泊盐度变化。.本项目系统调查研究了我国东北部三个主要火山区（五大连池、阿尔山-柴河和龙岗）的18个淡水火山湖中长链烯酮及其母源DNA，首先确定产生长链烯酮的Group I母源种系，结合湖水水化学参数，探究Group I长链烯酮在该区域淡水湖中出现的环境控制因素。其次选取东北五大连池淡水湖高分辨率的沉积岩芯，将Group I长链烯酮指标应用到该区域的古环境重建中，已初步得到以下结论：.（1）在调查的18个淡水火山湖中，11个湖泊包含Group I长链烯酮和母源DNA。DNA结果显示东北火山湖长链烯酮的优势母源种系最接近于Group I Greenland OTU5。Group I长链烯酮的统计分析结果显示，其最高含量出现在最佳pH范围（~7.3-8.8）的寡营养淡水湖中，提高的某些微量元素可能是导致淡水湖中长链烯酮缺失的主要原因。结合已发表的北半球淡水湖长链烯酮结果，首次发现Group I R3b指数最敏感于冬季温度的变化。特别在冬季温度大于-20 °C 的区域，该指标能够被用来推断湖泊最大冰厚度的变化。.（2）通过调查分析我国北部20个淡水湖和微咸水湖的长链烯酮，首次建立了湖泊中长链烯酮同分异构体RIK37指数与盐度的矫正方程。利用该矫正方程以及指示甲烷循环的里白烯碳同位素和iGDGT指数，重建了五大连池大约240年以来高分辨率的盐度和甲烷循环的变化。结合模拟的东北冻土南界线变化的结果，发现冻土消融导致湖泊水文和甲烷循环增强。该研究加强了湖泊作为一个重要的水文渠道释放冻土消融产生的温室气体。