文：海上生晴月

编辑：海上生晴月

Tephra层在湖泊沉积物中很常见，尽管它们经常被用作时间顺序控制，但很少有说明Tephra沉积对湖泊生态系统的影响。

我们首次系统地评估了不同类型的火山灰层对同一湖泊系统的生态影响如何变化。

基于硅藻的火山灰生态学方法，可以来推断过去30万年来五个火山灰沉积物对中国东北地区一个经过充分研究的火山湖四海龙湾湖的影响。

今天小晴就给大家讲一下，以硅藻的火山灰生态学方法，对东北四海龙湾湖产生了什么影响。

硅藻群落的变化

由于火山灰层的厚度不同，且沉积于不同气候条件的时期，利用硅藻群落的变化和绿藻-囊肿浓度在Tephra前后样品中可推断湖泊条件的变化，并强调湖泊背景条件在介导Tephra影响方面的重要性。

虽然两个微火山灰层没有引起可观察到的变化，但三个较厚的火山灰层引起了湖泊条件的明显变化，从而引起了硅藻群落的变化。

而且沉积在富营养化和温暖的湖泊条件下的两个厚火山灰引起了硅藻的更大反应，因此我们认为，沉积物水磷负荷和水柱磷的减少，是因为厚厚的火山灰层在湖底形成了不透水层。

这得到了总硅藻浓度的降低和高磷需求分类群的下降的支持，而且从湖底涌入的地下水是湖泊营养物质的主要来源。

相比之下，沉积在更寡营养和更冷的湖泊条件下的厚火山灰引起的变化不那么明显，而是对水柱中火山灰颗粒溶解后二氧化硅的轻微增加做出了反应。

这是从总硅藻浓度和机会性分类群的轻微增加推断出来的。对个厚层状、石榴层上方的后火山灰沉积物进行的硅藻分析表明，水生生态系统并未完全恢复，也就是说这些厚层层沉积物具有长期影响，并转向新的湖泊生态系统平衡。

Tephra沉积物

大多数古生物学研究都与长期扰动有关，很少有人试图处理火山爆发等瞬时环境干扰。古石器学为研究过去的喷发提供了一种有用的工具，这些喷发可以记录在湖泊沉积物中作为火山灰层。

Tephra沉积物常见于世界各地的湖泊沉积物中，并经常用作沉积物岩心中的标记层，当它们可以确定年代时，它们便是Tephrochronoology的基础，但它们对湖泊本身的生态和功能的影响经常被忽视。

然而，我们可以使用湖泊沉积物中的长期记录来识别和重建火山喷发的影响，这对于了解一个地区的喷发历史和评估湖泊系统对突然扰动的反应、恢复、平衡、敏感性和适应性很有价值。

Tephra是由火山喷发吹入空中的未固结的火山碎屑物质。一旦进入空气中，火山灰可以分散并沉积在火山源附近或远端的不同环境中。

水体中的Tephra沉积可以改变水生系统的化学和物理性质，通过营养，栖息地和生活条件的变化影响水生生物。在火山活跃地区，火山灰沉积可能是湖泊生态系统变化的主要驱动因素。

从物理上讲，tephra可以直接覆盖和窒息栖息地和生物。湖泊中的Tephra颗粒可以增加水的浊度，从而减少光的穿透，从而进行本土光合作用。

在湖底，可能会形成水-沉积物界面屏障，因为 tephra 在与水反应时往往会粘结并形成不透水层。这扰乱了沉积物和水之间的养分交换，特别是减少了养分从底部沉积物扩散到水柱中的可能性。

硅藻

硅藻是无处不在的单细胞藻类，几乎存在于每个水生生态系统中。作为主要的水生初级生产者之一，硅藻对环境的变化很敏感。

这使它们在硅质视锥体产生的沉积物中通常具有出色的保存性，成为重建过去水生条件和跟踪生态系统对扰动反应的可靠生物指标。

因此，硅藻是跟踪火山灰沉积对湖泊系统影响的理想代理。而且，火山灰沉积可以以物理和化学的方式，诱导硅藻种群和湖泊系统的变化。

黄藻是另一种广泛分布的藻类，产生硅质静息囊肿，这些囊肿也很好地保存在沉积物中，虽然没有硅藻那么广泛使用，但也可以用作湖泊状况的指标，并且可以补充硅藻分析。

而关于硅藻和湖泊对火山灰沉积的反应以及湖泊系统恢复到扰动前状态所需的影响持续时间和时间，缺乏共识。

硅藻对东北湖泊生态系统的影响

生态系统能够在5-20年内恢复到前状态的影响持续时间非常短，而恢复期要长得多。

因此，火山灰对湖泊的影响可能是因地而异的。因为硅藻群落与火山灰沉积之间没有相关性或显着变化。

而造成这种情况的原因可能是这些火山灰沉积的数量不足以引起生态反应，或者因为湖泊背景条件已经经历了其他非火山波动。

我们以硅藻和绿藻为指标，考察了过去30万年来000种不同的火山灰对中国东北湖泊（泗海龙湾湖）的影响。

通过比较来自同一湖泊的多个火山灰层，可以确保地点的一致性，因为尽管气候变化已经发生，但湖泊集水区的地质和形态始终保持不变。

所以我们的目标是：

(1)确定硅藻组合在火山灰沉积前后是否存在显着变化。

(2)检查不同厚度和不同气候条件下湖泊对火山灰的反应和恢复的差异。

中国东北是新生代火山活动广泛的地区，由于太平洋板块的深俯冲，该地区形成了几个板块内火山带。其中最强烈的是长白山火山带，位于该火山带中部的是长白山和龙岗火山场。

下面的这张图片是位于吉林省南部的火山场，其特征是覆盖上太古代基底的碱玄武岩。它包含164个火山锥和8个马尔湖。马尔湖是中低营养的，偏远的，水主要来自地下水、径流和降水。它们也相对地被丰富的碳酸氢根离子缓冲。

四海龙湾是LVF的8个火山口湖之一。它有一个U形盆地，位于金龙顶子火山东南20公里处。

其水面面积为0.5公里，最大水深为50米和0.7公里的小非钙质集水区，该边缘高出湖面120 m。

湖水水位是由降水和地下水控制，没有地表流入或流出。四海龙湾每年春季和秋季翻覆两次，夏季时会有明显的热分层。

而在冬季时，湖面上会形成厚厚的冰盖。现代区域气候表现出强烈的亚洲季风控制的季节性，表现为寒冷干燥的冬季和温暖潮湿的夏季。

四海龙湾的湖泊沉积物层压，生物扰动很少的原因是存在由独特的马尔形态，从而引起湖底缺氧。

流入四海龙湾的主要营养物质（Si和P）是通过地下水，从地下水中的营养物浓度测量和垂直湖泊养分剖面可以看出。 Si和P是目前影响湖泊初级和光合生产力的主要限制因素。

四海龙湾的营养条件高度依赖气候。当温暖和潮湿的条件普遍存在时，地下水流入便增加，为湖泊提供更多的营养。

而地下水中溶解的营养物质主要来自湖泊集水区内的当地有机和硅质碎屑物质（特别是来自碱玄武岩浮石凝灰岩的风化作用）。

当较冷的条件普遍存在时，从LVF之外沉积的远处风积碎屑物质构成了湖泊养分输入的大部分。

许多的本土沉积物部分由生物二氧化硅（bSiO）组成，来自硅藻生产。沉积物收集数据表明，在目前条件下，硅藻通常是在夏季降水量最大之后的秋季达到峰值，由于地下水扩散和湖泊倾覆增加了表层养分。

多种火山灰对中国东北四海龙湾的影响

通过沉积物序列中观察到的硅藻和黄藻囊肿的变化，我们认识了近30万年来多种火山灰对中国东北四海龙湾的影响。

但并非所有的tephras都引起了硅藻群落的显着变化。比如两个微火山灰层（BT和AT）就没有引起显着变化，可能是因为没有足够的火山灰物质沉积来诱导湖泊系统的改变。

当然，硅藻反应的明显缺乏也可能是由于采样分辨率粗。这两个火山灰层的影响可能非常短暂，因此硅藻检测到的湖泊系统的任何变化都被平滑了。

与之相反的是，其他三个较厚的火山灰（T1，T2和T4）显示出明显的变化。来自T1和T2的硅藻数据显示总浓度显着下降，表明P浓度下降，可能是由于存在阻止P负载的湖底Tephra屏障。

另一方面，T4显示硅藻浓度略有增加，表明Si浓度升高。在不同的背景气候下，硅藻和湖泊的反应明显。

T1和T2沉积在相对温暖和富营养化的条件下，而T4沉积在LGM期间，当时寒冷的气候条件盛行，湖泊是低营养的，强调了背景条件在控制湖泊对Tephra沉积的响应中的重要性。

结论

关于黄藻类囊肿和鳞片虽然由于方法学和分类学的限制而没有进行全面研究，但在很大程度上与硅藻提出的信号相同。

这表明它们在补充古重建中的其他代理方面的潜在应用。就像硅藻一样，绿藻广泛存在于许多湖泊的不同群落中。未来的研究应侧重于开发对黄藻类囊肿和鳞片进行分类的方法，以充分利用这种代理。

在火山灰扰动的湖泊系统恢复方面，1个火山灰层均未表现出显著的火山灰诱导硅藻群落变化，完全恢复到背景状态。Tephra沉积可能导致湖泊个体发育的长期改变，使湖泊系统转向新的平衡。