《ES&T:定量冰川融水和人类活动对湖泊沉积物中污染物累积的贡献》

  • 来源专题:长江流域资源与环境知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: lifs
  • 发布时间:2020-07-30
  • 随着全球气候变暖,许多冰川正在融化,导致污染物会被释放。处于偏远地区的高山湖泊,大气污染物(人为源)和冰川释放的污染物终将汇入湖泊沉积物中。迄今为止,如何定量不同输入过程对冰川补给湖泊沉积物中污染物积累的贡献,尚未有公开报道。为填补这一空白,中国科学院青藏高原地球科学卓越中心、中国科学院青藏高原研究所高寒环境质量与安全团队选取青藏高原南部枪勇错(半封闭冰前湖)作为研究对象,钻取了一根长 28 厘米的湖芯,可追溯到 1836 年 。 基于气候反演、污染物浓度 - 通量的沉积历史和正矩阵分解模型的定性 - 定量分析, 该研究首次估算了冰川融水和人类活动对 西藏 冰前湖泊沉积物中污染物累 积 的贡献 。 沉积物的地球化学指标( TOC 、 IC 、 Rb/Sr 和沉积速率)和本地气象数据(图 1 )均表明,枪勇错在过去两个世纪里呈持续变暖的趋势,导致冰川融化加剧、侵蚀加强,枪勇错沉积速率增加。 污染物的浓度 - 通量剖面可能与人为排放历史广泛相关。有毒元素的浓度 - 通量在 1880-1920 年间出现两个峰值(图 2 ),此期间西藏曾发生两次抗英战争( 1888 年和 1904 年); 1950s 的峰值(图 2 ),可能与第二次世界大战( 1939-1945 年)引起全球金属元素排放量增加有关;在 1980s 以前,有毒元素的趋势基本与欧洲和前苏联排放模式一致,但之后与中国和南亚的排放模式更吻合。汞浓度 - 通量的时间趋势以 1940 年为界(图 2 ),在 20 世纪 40 年代后显著增加,与亚洲的汞排放历史同步(特别是中国和印度) ; 黑碳浓度的历史趋势虽不明显,但通量的历史趋势是上升(图 2 ),这可能由于中国和印度排放量不断增加而造成。 基于以上结果,应用正交矩阵因子分析模型估算出不同输入过程的贡献(图 3 ),结果表明:人类活动的贡献从 1850s 的低于 10% 增加至 1980s 的 40% 以上;冰川融水释放污染物的信号明显,其贡献在 1950s 达到最大值( 61% );近二十年来,西藏湖泊沉积物中 90% 的污染物累积是人类活动和冰川融水共同作用的结果。按照这个趋势,未来,冰川消融和人为排放的共同作用将显著增加亚洲高山湖泊污染物的累积。 本研究获得中国科学院 A 类战略性先导科技专项 “ 泛第三极环境变化与绿色丝绸之路建设 ” 和国家自然科学基金项目的资助。上述研究成果发表于 环境领域顶级学术期刊 Environmental Science & Technology 。我所硕士研究生祝婷婷为第一作者,王小萍研究员为通讯作者,论文链接 https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.0c01849 ( Z hu T. T.; Wang, X. P. ; Lin H.; Ren J.; Wang C. F.; Gong, P. , Accumulation of pollutants in proglacial lake sediments: Impacts of glacial meltwater and anthropogenic activities , Environmental Science & Technology, doi: 10.1021/acs.est.0c01849 )。

相关报告
  • 《武汉植物园在湖泊沉积物耐药基因组的研究中取得新进展》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2020-12-31
    • 在水环境中,抗生素抗性基因(ARG)的日益流行引起了人们极大的关注,因为它们可能对公共健康构成威胁。一旦细菌获得耐药基因,用于治疗的抗生素可能就没有了相应效果。此外,耐药基因可以通过水平基因转移(HGT)从一种细菌转移到另一种细菌。但目前水环境耐药基因组的环境风险及控制ARG群落的驱动力机制还需要进一步研究。   北京师范大学陈海洋教授与中国科学院水生植物与流域生态重点实验室、武汉植物园环境基因组学学科组杨玉义研究员等开展合作,研发了一个框架,该框架结合了高通量测序(HTS)分析,基于零模型和机器学习分类工具的方法,以理解环境沉积物中抗生素耐药基因组的环境风险和控制沉积物ARG群落的生态过程。研究以中国太湖和白洋淀为例。基于HTS的宏基因组学分析揭示了两个湖泊中存在丰富而多样的耐药基因组,包括一些新兴的ARG,例如粘菌素和碳青霉烯类抗生素类型。β-多样性差异指数的比较表明,ARG多样性表现出明显的距离衰减模式。使用基于零模型的结果表明,在驱动的ARGs群落的生态过程中,随机过程比确定性过程贡献更大。该发现揭示了水生环境中抗生素耐药组的传播风险和驱动因素,这可能有助于制定有效的管理策略来控制ARGs的污染。   研究成果以Environmental risk characterization and ecological process determination of bacterial antibiotic resistome in lake sediments为题,发表于国际学术期刊Environment International。
  • 《碳化学研究团队在南极沉积物铁相态及对有机碳保存贡献研究中获得新认知》

    • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者:liguiju
    • 发布时间:2023-04-18
    • 近日,自然资源部第二海洋研究所海洋生态系统动力学重点实验室(MED)碳化学研究团队在海洋学期刊《Frontiers in Marine Science》上发表了题为《Low content of highly reactive iron in sediments from Prydz Bay and the adjacent Southern Ocean: controlling factors and implications for sedimentary organic carbon preservation》的研究论文。该研究利用我国南极科学考察航次采集的东南极普里兹湾及邻近大洋表层沉积物样品,顺序提取了铁(Fe)的不同相态,测定了总有机碳(TOC)、总铁(FeT)、粒度和比表面积,表征了Fe、特别是活性铁(FeHR)相态的分布特征,讨论了其控制因素,并从全球角度初步探讨了TOC和FeHR之间的关系。我所2020级硕士研究生黄文浩为论文第一作者,赵军副研究员为通讯作者。 海洋沉积物中Fe的化学相态研究对了解极地Fe和C的海洋生物地球化学循环至关重要。因具有多种矿物学、晶体学、形态学和化学成分,Fe表现出显著的氧化还原和吸附活性。探究Fe相态是Fe海洋生物地球化学的基础。该研究结果表明,普里兹湾沉积物中FeHR/FeT比值显著低于全球河流颗粒物和现代海洋沉积物,亦低于其他极地沉积物。指示FeHR主要源于南极低风化的母岩,较低的冰川融化速率亦限制了FeHR输入。研究海域无定形活性铁(Feox1)/FeT与高风化程度物源的其他陆架边缘海沉积物相当,结晶态活性铁(Feox2)/FeT显著较低。表明低温对冰山来源Feox1老化有潜在的抑制效应,从而,风化对FeHR/FeT的调控主要体现在Feox2/FeT上。 TOC和FeHR各相态间均不存在显著相关性,主要归因于研究区域复杂多样的沉积环境。综合全球数据集,归纳出TOC/FeHR比值的四种模式:(a)高TOC/FeHR比值(>2.5),是高海洋初级生产力和弱化学风化物源输入的结果;(b)低TOC/FeHR比值(<0.6),高FeHR输入和TOC强烈再矿化所致;(c)中等TOC/FeHR比值(0.6~2.5),包括了多数典型河流颗粒物和边缘海陆架沉积物,指示FeHR和OC来源相同或/和具有稳定的相互作用;(d)低TOC和FeHR含量,是低海洋初级生产力和弱化学风化物源主控的结果。上述发现为认知海洋沉积物中FeHR和TOC的关系提供了新的见解:TOC/FeHR比值可能粗略地反映了不同沉积环境中FeHR对TOC保存贡献的差异。 该研究得到了国家自然科学基金(41976228、42276255、41976227、42176227)、中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金(JG1805)、南大洋专项“南极海洋对气候变化的影响与响应”(IRASCC 01-01-02A和02-02)和国家留学基金委项目(201704180017)联合资助。 论文引用: Huang W, Guo X, Zhao J, Li D, Hu J, Zhang H, Zhang C, Han Z, Sun W, Sun Y and Pan J (2023) Low content of highly reactive iron in sediments from Prydz Bay and the adjacent Southern Ocean:Controlling factors and implications for sedimentary organic carbon preservation. Front. Mar. Sci. 10:1142061. 1