【研究进展】季风边缘区蜗牛稳定同位素的海拔效应及对气候的响应

发布者：表生地球发布时间：2020-05-11浏览次数：68

陆生蜗牛响应环境变化敏感，其壳体碳氧同位素组成（δ¹³C和δ¹⁸O）被认为可以用来反映蜗牛栖息地植被和气候状况。目前，利用化石壳体δ¹³C和δ¹⁸O重建当地古生态古气候变化的研究多集中在地中海或美洲的一些区域，且时间跨度主要为晚更新世以来。中国西北的黄土高原有着连续沉积且持续时间长的黄土古土壤序列，其中蕴含着大量种属丰富的蜗牛化石。然而它们对于东亚地区气候变化的重建研究却严重匮乏，主要原因则是对东亚季风区域蜗牛壳体δ¹³C和δ¹⁸O气候意义缺乏深刻理解。

图1：贺兰山地理位置及两个坡面采样点的分布（d：蜗牛种属）

贺兰山位于东亚季风边缘区域（图1），气候波动显著，随着海拔的上升植被和气候呈现明显梯度变化，是检验蜗牛在较为极端环境下响应气候环境变化的绝佳区域。基于此，南京大学地球科学与工程学院的盛雪芬研究团队采集了贺兰山东、西两坡不同海拔点（跨度为1733-2851 m a.s.l.）的蜗牛、植物和土壤等样品，系统分析了它们的稳定同位素组成。结果发现：

1）蜗牛壳体δ¹³C在两坡均随着海拔的上升而增大，且随着海拔的变化速率相似（图2a）。在海拔大于2000 m时，蜗牛壳体δ¹³C值呈现的正海拔效应可以归结为环境中综合植被δ¹³C值随海拔的变化；此外，不同海拔点蜗牛由于生活环境存在差异而导致的代谢速率变化进而引起吸收大气CO₂通量的变化也是造成海拔效应的原因。在海拔低于2000m时，壳体δ¹³C值出现明显的正漂，这可能是由于旱生灌木带的蜗牛摄入水压性较强的植物或环境中碳酸盐而致。

2）蜗牛壳体δ¹⁸O在西坡随着海拔上升而逐渐降低，在东坡则缺失这种海拔效应（图2b）。壳体δ¹⁸O值的变化受控于雨水的δ¹⁸O值和壳体碳酸盐-水体系的分馏过程，这两项因素均受到山脉环境下温度的制约。另外，蜗牛体液或者在被蜗牛摄入前的环境水的蒸发效应也会对壳体δ¹⁸O值产生重要影响。

3）通过与季风核心区蜗牛同位素结果的对比发现（图2c和e），季风边缘区壳体同位素在响应气候变化上更为敏感。在贺兰山地区，壳体δ¹³C响应温度和降雨量的变化速率分别为-0.87‰/℃和＋2.76‰/100 mm，而壳体δ¹⁸O响应温度和降雨量的变化速率分别为＋0.41‰/℃和-1.29‰/100 mm（图2c-f）。

图2： (a-b)壳体δ¹³C及δ¹⁸O与海拔的关系；(c-f)壳体δ¹³C及δ¹⁸O与气候因子之间的关系 (c和e中的深蓝色点数据来自东亚季风核心区的数据（Bao et al., 2018）)

本研究扩充了陆生蜗牛稳定同位素组成作为气候指标的应用范围，且强调了季风核心区和边缘区蜗牛在响应气候变化上的差异。研究成果近期发表在国际期刊Geochimica et Cosmochimica Acta上。论文第一作者为南京大学表生地球化学教育部重点实验室博士研究生鲍睿，通讯作者为南京大学盛雪芬副教授，南京大学陈骏教授、鹿化煜教授和季峻峰教授等对研究做出实质性贡献。研究得到国家重点研发计划和国家自然科学基金项目资助。