基于贝叶斯混合模型的亚马逊东南部高地湖泊有机质来源追踪及其环境指示意义

本研究针对亚马逊东南部Carajás和Araguaia高地湖泊有机质(OM)来源不明的问题，通过碳同位素(δ13 C)和C:N比值结合贝叶斯混合模型(MixSIAR)，揭示了C3植物、大型水生植物和土壤对湖泊沉积OM的差异化贡献，为热带湖泊生态系统环境演变与保护策略提供了量化依据。

　　

在亚马逊雨林神秘的铁壳高地湖泊群中，隐藏着解读热带生态系统演变的密码。Carajás和Araguaia地区的湖泊如同镶嵌在古风化壳上的蓝绿色宝石，其沉积物中的有机质(Organic Matter, OM)承载着数万年的环境记忆。然而，这些OM究竟来自周边森林的落叶、湖中摇曳的水草，还是随径流冲刷而来的土壤？这个看似简单的问题，却直接关系到如何评估人类活动对原始生态系统的冲击。更令人担忧的是，尽管Carajás地区湖泊处于保护区，284公里外的Araguaia湖泊却正被农牧业蚕食——这种地理相近但命运迥异的对比，使量化OM来源成为制定差异化保护策略的关键。

为此，由淡水河谷技术研究所资助的研究团队在《Applied Geochemistry》发表论文，创新性地将贝叶斯混合模型(MixSIAR)应用于热带湖泊OM溯源。研究人员采集了Carajás地区4个活跃湖泊(AM、LV2、LTI、LSL)和5个淤积湖泊(R5、ST02等)，以及Araguaia地区2个淤积湖泊(LA2、LA6)的沉积岩芯，通过δ¹³
C和C:N比值双指标分析，首次系统比较了两大区域湖泊OM来源的时空差异。

关键技术包括：1)使用Livingstone活塞取样器获取沉积岩芯，并通过Bacon年龄模型建立年代框架(最老沉积达22,900 cal yr BP)；2)采用元素分析仪-同位素比值质谱(EA-IRMS)测定δ¹³
C值(-30‰至-9‰范围)；3)运用MixSIAR模型量化C3植物、C4植物、大型水生植物、浮游植物、土壤和细菌六类OM源的贡献比例。

地质背景揭示的湖泊成因
研究区位于巴西亚马逊东部新太古代克拉通，Carajás以条带状铁建造(BIFs)著称，Araguaia则发育类似但更年轻的铁质壳层。这种独特地质背景造就了两地湖泊相似的铁质基底，却因后期演化差异形成活跃湖与淤积湖的分异。

沉积OM的指纹解析
δ¹³
C和C:N比值构成OM的"分子身份证"：C3植物显示典型负值(-30‰至-23‰)，而C4植物偏正(-17‰至-9‰)；大型水生植物与藻类δ¹³
C跨度较大(-42‰至-18‰)。C:N比值则像"营养秤"——陆地植物因木质素含量高呈现高比值(>20)，藻类因蛋白质丰富保持低比值(4-10)。

区域对比的惊人发现
MixSIAR模型显示：Carajás活跃湖中C3植物(森林)、大型水生植物和土壤OM占比高达60-80%，而淤积湖中这些来源减少15-25%。Araguaia淤积湖则出现反常现象：尽管周边农业扩张，C3植物贡献仍保持优势(约50%)，但浮游植物OM比Carajás同类湖泊高10-15%，暗示营养盐输入促进藻类勃发。更值得注意的是，LA6湖最近50年细菌源OM突增20%，可能与流域牲畜粪便输入有关。

沉积柱揭示的世纪变迁
LA2湖7,100年沉积记录如同"环境录像带"：中世纪暖期(约1,200 BP)出现C4植物峰值(达25%)，对应干旱事件；而工业革命后C3植物回升则反映降水增加。相比之下，受保护的Carajás湖泊OM组成波动幅度小于3%，证明保护区政策有效维持了生态稳定性。

这项研究构建了热带高地湖泊OM溯源的"黄金标准"，其方法论创新体现在三方面：1)首次将MixSIAR模型成功应用于铁壳湖泊系统；2)创建了δ¹³
C与C:N比值的区域端元数据库；3)揭示了湖泊演化阶段(活跃/淤积)比地理距离更能决定OM组成。实践意义上，Araguaia湖泊浮游植物OM增加可视为"生态预警信号"，提示需要控制农业面源污染；而Carajás保护区的稳定OM组成则为热带湖泊保护提供了基准参照。该成果为理解亚马逊生态连续性及其脆弱性提供了新的科学视角，也为全球同类热带湖泊研究建立了可比较的分析框架。