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我院就沉积物DNA地表过程的研究取得新进展

【来源: | 发布日期:2024-03-25 】

沉积物DNA因可提供地理环境中带有时间刻度的生物动态信息,被广泛应用于气候变化、生态功能及环境考古等方面的研究。地处“地球第三极”青藏高原东北部的青海湖布哈河流域因气候寒冷干燥、DNA来源丰富、土地利用方式多样,是研究表土DNA的理想地理位置。但由于对该指标在流域范围内的地表过程及影响因素仍缺乏全面了解,限制了沉积物DNA分析的准确性与合理性。

近期,我院王夏青副教授及其指导的周科翰硕士、吕飞亚博士、联合青海师范大学刘峰贵教授、周强教授、南通大学万的军教授,选择青海湖布哈河流域为研究区,以快尔玛乡和吉尔孟乡划分干流上、中、下游,通过提取干流及支流江河、吉尔孟河表土DNA浓度并测定粒度、元素、烧失量和TOC等土壤理化指标,结合气候、植被覆盖、土地利用等环境要素,耦合分析该流域表土DNA浓度空间分布的非生物影响因素。结果表明:(1)布哈河流域表土DNA平均浓度为0.91μg/g,其中,中游表土物质来源均一,环境相对温和湿润,有机物来源多,成壤和风化淋溶作用强,吉尔孟河在独特的地形下气候更加温暖湿润,成壤和风化淋溶作用更强,下游在温和湿润的环境下有机质含量高,泥沙堆积可能带来中游有机质,对应地,干流中游及支流吉尔孟河区域的DNA浓度最高,而靠近湖区的布哈河下游段则含量较低;(2)富含有机质、矿物质的黏粒通过分子间引力、化学间力等将DNA吸附在晶格中,风化淋溶带来的输移作用携带DNA移动与沉积,故该流域表土DNA浓度与其自身的黏粒和有机质含量呈正相关,而与砂含量和风化淋溶强度呈负相关;(3)高植被覆盖和频繁的放牧活动既提供了表土DNA的生物来源,其所处环境也有利表土DNA的保存,有助于DNA在土壤中的富集,而超过一定阈值的暖湿环境下较强的风化淋溶、河流搬运、农耕活动则会降低土壤DNA浓度,一方面输移作用携带DNA流失,另一方面,人为的翻耕、松土使DNA大分子暴露于阳光和氧气,造成降解。上述结果为理解布哈河流域沉积物DNA的埋藏过程及影响因素提供了科学依据,也为未来重建青海湖西侧沉积物DNA组成及区域生态环境、人地关系演变奠定了基础。

上述研究成果获得国家自然科学基金(42167062,42207511)、第二次青藏高原综合科学考察研究(2019QZKK0603)、青海省自然科学基金(2022-ZJ-920)、湖南文理学院博士科研启动基金(21BSQD33)、地理学应用特色学科资金(湘教通[2022] 351号)等项目的共同支持,相关成果发表在中文重要核心期刊《地理学报》上,硕士生周科翰为第一作者,王夏青副教授为通讯作者。

周科翰,王夏青*,刘峰贵,等.青海湖布哈河流域表土DNA浓度的空间分布及影响因素[J].地理学报, 2023, 78 (11): 2781-2796.

图布哈河流域表土DNA浓度(a)、有机质含量(b)、植被覆盖程度(c)、土地利用方式(d)、平均气温(e)和平均降水(f)的空间分布