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2024 , Vol. 44 >Issue 7: 1123 - 1132

DOI: https://doi.org/10.13249/j.cnki.sgs.20220955

高原生存环境与人地关系演化

青藏高原阿里地区不同物种粪便中甾醇分布特征及指示意义

  • 李秀美 , 1 ,
  • 刘苏涛 1 ,
  • 侯居峙 2 ,
  • 袁侃 2 ,
  • 侯孝欢 2 ,
  • 冀克家 2
展开
  • 1.信阳师范大学地理科学学院/河南省水土环境污染协同防治重点实验室，河南 信阳 464000
  • 2.中国科学院青藏高原研究所，北京 100101

李秀美（1988—），女，山东济南人，副教授，博士，主要从事气候变化及人类活动重建研究。E-mail:

收稿日期: 2023-07-04

  修回日期: 2023-11-16

  网络出版日期: 2024-08-12

基金资助

国家自然科学基金项目(41901105)

河南省自然科学基金项目(242300421371)

河南省高等学校青年骨干教师培养计划项目(2023GGJS096)

河南省本科高校研究性教学改革研究与实践项目(2022SYJXLX062)

信阳师范学院“南湖学者奖励计划”青年项目资助

版权

版权所有，未经授权，不得转载、摘编本刊文章，不得使用本刊的版式设计。
收起

Distribution characteristics and indicative significance of fecal sterols in different species in Nagri Prefecture of Qinghai-Xizang Plateau

  • Li Xiumei , 1 ,
  • Liu Sutao 1 ,
  • Hou Juzhi 2 ,
  • Yuan Kan 2 ,
  • Hou Xiaohuan 2 ,
  • Ji Kejia 2
Expand
  • 1. Henan Key Laboratory for Synergistic Prevention of Water and Soil Environmental Pollution, School of Geographic Sciences, Xinyang Normal University, Xinyang 464000, Henan, China
  • 2. Institute of Tibetan Plateau Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China

Received date: 2023-07-04

  Revised date: 2023-11-16

  Online published: 2024-08-12

Supported by

National Natural Science Foundation of China(41901105)

Natural Science Foundation of Henan(242300421371)

Training Plan of Young Backbone Teachers in Henan Colleges and Universities(2023GGJS096)

Research and Practice Project of Teaching Reform in Universities of Henan Province(2022SYJXLX062)

Nanhu Scholars Program for Young Scholars of Xinyang Normal University

Copyright

Copyright reserved © 2024.
Fold

摘要

本文以青藏高原阿里地区夏达错流域为研究区，采集湖泊周边人类以及驴、狐狸、兔子、马、狼、鸟、羊、牛9个物种的粪便样品，利用气相色谱−质谱联用仪对粪便样品中的9 种甾醇化合物进行检测，并分析其分布特征及指示意义。结果表明：粪甾烷醇和异构粪甾烷醇是人类粪便中的主要甾醇，约占人类粪便总甾醇质量浓度（粪便中9种甾醇质量浓度之和）的60%，但这2种化合物在其他物种粪便总甾醇质量浓度中占比仅为0.66%~10.04%，且粪甾烷醇和异构粪甾烷醇在人类粪便中的质量浓度之和是其在其他8个物种粪便中质量浓度总和的两倍有余，因而这两种化合物可用作夏达错地区人类活动的代用指标；胆固醇在狐狸和狼等食肉动物粪便总甾醇中的占比均超过了50%，而在其它物种中的占比均小于7%，可用于示踪食肉动物；β-谷甾醇在鸟类粪便总甾醇中占比超过85%，远高于其在其他物种粪便总甾醇中占比，可用于识别植食性鸟类；β-谷甾醇、豆甾醇、24-乙基粪甾烷醇和谷甾烷醇是植食性哺乳动物粪便中的优势甾醇，可用于识别植食性哺乳动物；甾醇化合物的特定比值能够有效地识别出夏达错周边地区的人类粪便样本。该研究为重建青藏高原西部夏达错地区过去人与环境关系研究奠定了科学基础。

关键词： 动物粪便; 甾醇; 人类活动; 夏达错; 青藏高原

本文引用格式

李秀美 , 刘苏涛 , 侯居峙 , 袁侃 , 侯孝欢 , 冀克家 . 青藏高原阿里地区不同物种粪便中甾醇分布特征及指示意义[J]. 地理科学, 2024 , 44(7) : 1123 -1132 . DOI: 10.13249/j.cnki.sgs.20220955

Abstract

This study took the Xiada Co Basin in Nagri Prefecture on Qinghai-Xizang Plateau as the research area, and the fecal samples of human, donkeys, foxes, rabbits, horses, wolves, birds, sheep and cattle around the lake were collected. Subsequently, the 9 sterol compounds in the fecal samples were detected by gas chromatography-mass spectrometry to analyze its distribution characteristics and indicative significance. The results showed that coprostanol and epicoprostanol were the major sterols in human faeces, accounting for more than 60% of the total sterol concentration (the sum of the 9 sterols in faeces) in human faeces, but these 2 compounds only accounted for 0.66%~10.04% of the total sterol concentration in faeces of the other species, and the concentration of (coprostanol + epicoprostanol) in human feces was more than twice as high as as the sum of the concentrations of these 2 compounds in the faeces of the other 8 species. Therefore, coprostanol and epicoprostanol could be used as tracers for human activities in Xiada Co Basin. Cholesterol accounted for more than 50% of the total sterols in the feces of carnivores such as foxes and wolves, but less than 7% in other species, implying that this sterol could be used to trace carnivores. Sitosterol accounted for more than 85% of total sterols in bird feces, much higher than its share of total fecal sterols in other species, suggesting that it could be used to identify plant-feeding birds. Sitosterol, stigmasterol, 24-ethylcoprostanol and sitostanol were the dominant sterols in plant-feeding mammal feces. Thus, these sterols could be used to identify plant-feeding mammals. In addition, the fecal sterol compound ratio was also effective in identifying human feces in the Xiada Co Basin. Furthermore, the relative contents of C27 and C29 sterols could reflect the dietary composition of the animals, and the human fecal sterol data indicated that the people's dietary pattern was meat predominantly. Changes in the population size of humans and other animals will lead to changes in the amount of fecal sterols in lake sediments, which are transported to the lake and deposited. Therefore, by analyzing the steroidal biomarkers in lake sediment cores, we can obtain records of past changes in human population size and dietary habits. Combined with climate and environmental indicators in the same core, we can further explore the relationship between past human activities and climate change. This study has constructed a scientific basis for reconstructing the relationship between past human activity and paleoenvironment in the Xiada Co Basin on the western Qinghai-Xizang Plateau.

Key words： animal feces; sterols; human activity; Xiada Co; the Qinghai-Xizang Plateau

青藏高原平均海拔超过4500 m，是地球上海拔最高的地理单元，具有独特的地形和气候条件[1]。高寒缺氧环境是人类长期在青藏高原生存、生活的重大挑战，然而目前有800多万人在青藏高原永久定居，并且相关研究表明早在新石器时代晚期人类就已经定居高原[2]。由于人类活动本身在很大程度上就是人类对气候变化的适应过程，人类如何适应青藏高原这样的极端环境成为国际科学界关注的重大科学问题[3]。从长时间尺度，研究过去人类活动与环境变化的关系，可深入理解人地关系演变的规律，为妥善处理未来人地关系提供历史借鉴[4-5]。过去几十年来，国内外研究者通过冰芯、树轮、泥炭等气候载体对青藏高原古气候环境重建做了大量研究工作，取得了重要进展[6-7]。相比较而言，青藏高原高分辨率的古人类活动记录极为稀缺[4]。围绕青藏高原史前人类活动遗址，基于湖泊沉积物等气候载体，选择人类活动指示意义明确的代用指标，重建高分辨率的古人类活动记录，对深入理解第三极地区人地关系演化的轨迹和规律具有重要意义。
近年来，随着有机地球化学分析技术的进步，生物标志化合物为重建古人类活动提供了重要手段。粪甾醇（fecal stanols）为人类和高等动物肠道内微生物还原Δ5-甾醇而产生的一系列甾族化合物。由于不同物种因摄食习惯、消化系统和消化功能不同，其粪便中的粪甾醇种类和赋存也不同[8-9]。比如人类粪便中粪甾烷醇及其异构体的含量最高，约占其总甾醇的 40%~70%[8]；牛羊等反刍动物粪便中24-乙基粪甾烷醇及其异构体含量较高[9]。因此，应用各种粪甾醇化合物的绝对质量浓度或比值可以有效区分人类或动物的粪便，并量化每个来源的相对输入，进而可以重建人类在某一地区的聚集情况，追溯人类的长期迁移历史[10]。此外，粪便生物标志物也是识别古人类饮食中植物和动物组织相对比例的宝贵工具，对其进行化学计量分析可为古饮食研究提供信息[11]。然而，目前青藏高原地区有关该指标的研究相对较少。青藏高原高寒缺氧、环境恶劣，动物摄食习惯和消化功能与其他低海拔地区可能有所区别，高原动物粪便的甾醇种类分布和赋存也可能与其他地区不同。青藏高原不同物种粪便中甾醇的赋存特征和指示意义有待深入研究。
本研究围绕青藏高原西部阿里地区夏达错人类活动遗址，对湖泊周边人及其他动物粪便样品中甾醇化合物进行测试分析，研究该区域甾醇化合物赋存特征和指示意义，以期为利用甾醇指标重建青藏高原西部地区过去人类活动历史提供研究基础。

1 研究区概况、研究材料和研究方法

1.1 研究区概况

夏达错（79°22′E，33°24′N，海拔4 358 m，图1）位于西藏阿里地区日土县城以西约50 km处，长 5.9 km，面积约8 km2[12]。湖泊主要由地下水和降水补给，也有少量的冰川融水补给[13]。夏达错地区具有明显的藏北高原寒冷干旱−半干旱气候特征。从地理位置看，夏达错是号称“世界屋脊上的屋脊”阿里高原的西大门，处在重要的十字路口。湖泊东北岸是西藏西部最早的考古遗址，考古学家在此发现了大量石器制品[14]。现今湖泊所在的日土县为半农半牧区，饲养牲畜主要为羊（Bovidae）、牛（Bos grunniens）。1997—2020年，每年羊的年末存栏头数最低约30万头，最多时超过40万头。同时期大牲畜年末存栏头数不超过2万头，大牲畜中牛的数量最多[15]。大量的畜牧动物为当地提供了充足的肉类产品，与农业共同支撑日土县人类的生存发展。
图1 夏达错流域位置

Fig. 1 The location of Xiada Co Basin

1.2 研究材料

课题组于2020年8—9月在夏达错湖泊周边采集了人类以及驴（Equus asinus）、狐狸（Vulpes ferrilata）、兔子（Lepus）、马（Equus caballus）、狼（Canis lupus）、鸟（Anser indicus）、羊、牛9个物种的现代粪便样品，并装入 Nasco®whirl pak 无菌采样袋冷冻保存。粪便样品的物主主要通过形态学以及粪便的颜色和内含物等性质差异进行识别。一是根据粪便样品量的大小，比如羊、驴粪便性状相似，均为近球形，但驴粪样品量和粪便个体均大于羊粪；二是根据粪便样品的颜色判别，比如羊粪一般较兔粪颜色更深；三是根据粪便样品的形状进行判别，比如人类粪便一般为近圆柱形；四是根据粪便样品中的含有物进行识别，比如狼粪中含有狼毛。采集样品的详细信息见表1。
表1 夏达错流域采集的样品信息

Table 1 Sample information collected from Xiada Co Basin

样品编号名称经度纬度海拔/m
XD-1驴粪80°24′58″E33°08′27″N4310.0
XD-2狐狸粪便79°20′33″E33°23′48″N4329.0
XD-3兔粪79°20′33″E33°23′48″N4317.4
XD-4马粪79°53′04″E33°19′29″N4317.4
XD-5狼粪79°56′04″E33°21′19″N4983.0
XD-6鸟粪79°57′31″E33°33′28″N4246.0
XD-7羊粪79°54′20″E33°21′34″N4788.8
XD-8人类粪便79°54′20″E33°21′34″N4788.8
XD-9牛粪79°23′54″E33°23′49″N4335.0

1.3 研究方法

采用超声波萃取法和柱色谱分离法对样品中生物标志物进行提取与分离。粪便样品经冷冻干燥后，称取约0.1 g装入特弗龙管中，加入二氯甲烷（DCM）和甲醇（Methanol）的混合试剂（体积比为9∶1），拧紧瓶盖，振荡特弗龙管15 s，35℃条件下超声15 min，将管子放入离心机中（3000 Hz，5 min），最后将获得的上层清液倒入新的60 mL玻璃样品瓶中，上述步骤重复进行3次，得到总体积约60 mL的提取液。将3次抽提后的总提取液利用高纯氮气吹至约1 mL，过1/2体积氨基硅胶柱（LC-NH2）分离得到酸性和中性组分，分别装入新的4 mL样品瓶中。先用二氯甲烷：异丙醇（DCM∶IPA）=2∶1的混合试剂分离中性组分，后用乙酸乙酯∶正己烷（Ether Acetic∶Hexane）=96∶4的混合试剂分离出酸性组分。将已干的中性组分过2/3体积硅胶柱，分别用正己烷、二氯甲烷、乙酸乙酯∶正己烷（体积比为1∶3）和甲醇洗提分离出碳氢化合物、烯酮+芳香烃化合物、醇类化合物和极性组分，分别装入新的4 mL样品瓶中。用高纯氮气将醇类化合物所在溶液吹干，使用二氯甲烷分3次将样品转移至新的2 mL样品瓶中。将转移的2 mL样品瓶用高纯氮气吹干，加入50 µL衍生化试剂（99%BSTFA+1%TMCS）和40 µL吡啶，盖上瓶盖，放入70℃条件烘箱中反应1 h。取出样品瓶，用高纯氮气吹干，加入50 µL内标溶液和950 µL正己烷定容。
甾醇化合物的测定在中国科学院青藏高原研究所环境变化与地表过程实验室进行，测试仪器为安捷伦公司生产的 7890A-5975C气相色谱−质谱联用仪（GC-MS）。色谱条件：色谱柱为Agilent DB-5ms UI型毛细管柱（30 m，0.25 mm，0.25 µm）；进样口温度为280℃，进样量为1 µL。升温程序：初始温度70℃，保持2 min，然后以20℃/min速率升到210℃，再以3℃/min的速率升到300℃，最后保持8 min。测样所用的载气为氦气，流速为1 mL/min。质谱电离为70 eV，离子源温度为220℃。先通过全扫描模式确定目标甾醇化合物的保留时间和特征离子，随后通过选择离子扫描模式对样品进行测试。甾醇化合物的鉴定根据标准样品的色谱相对保留时间、质谱图解和标准图谱对比确定，甾醇化合物的含量通过内标标准法（内标化合物为胆甾烷）来确定。检测出的9种甾醇化合物可分为C27甾醇（粪甾烷醇、异构粪甾烷醇、胆固醇和胆甾烷醇）和C29甾醇（24-乙基粪甾烷醇、24-乙基异构粪甾烷醇、豆甾醇、β-谷甾醇和谷甾烷醇）两类[16-19]（表2）。
表2 检测样品中甾醇化合物的基本信息

Table 2 Sterol compounds detected in samples

序号英文名分子式学名参考文献
1coprostanolC27H48O粪甾烷醇[16]
2epicoprostanolC27H48O异构粪甾烷醇[16]
3cholesterolC27H46O胆固醇[16]
4cholestanolC27H48O胆甾烷醇[16]
524-ethylcoprostanolC29H52O24-乙基粪甾烷醇[17]
624-ethylepicoprostanolC29H52O 24-乙基异构粪甾烷醇[18]
7stigmasterolC29H48O豆甾醇[16]
8β-sitosterolC29H50Oβ-谷甾醇[16]
9sitostanolC29H52O谷甾烷醇[19]

2 研究结果

2.1 夏达错周边不同物种粪便中甾醇化合物的含量和分布特征

本研究采集的人及其他8种动物粪便的总甾醇质量浓度变化很大（图2），其中羊粪的总甾醇质量浓度最高，为21029 μg/g；人类粪便中总甾醇质量浓度次之，为8747 μg/g；鸟粪中总甾醇质量浓度最低，为427 μg/g。9种动物粪便的总甾醇质量浓度平均值为5601 μg/g。
图2 夏达错流域不同物种粪便的总甾醇质量浓度

Fig. 2 Total concentration of sterols in different species feces of Xiada Co Basin

不同物种粪便中甾醇化合物的质量浓度分布特征及其占各自总甾醇质量浓度的百分比如图3和图4所示。其中人类粪便中的优势甾醇是粪甾烷醇和异构粪甾烷醇，质量浓度分别为3234.5 µg/g和2114.5 µg/g（图3），分别占其总甾醇质量浓度的36.98%和24.18%（图4）。狐狸和狼粪便中的优势甾醇为胆固醇，质量浓度分别为2579.6 µg/g和3381.4 µg/g，在2种动物总甾醇质量浓度中占比分别为55.53%和79.51%。β-谷甾醇在鸟粪总甾醇质量浓度中占比超过85%，质量浓度为367.4 µg/g，是鸟粪中的绝对优势甾醇。兔粪便中主要含β-谷甾醇和24-乙基粪甾烷醇，质量浓度分别为538.2 μg/g和286.6 µg/g，分别占其总甾醇质量浓度的51.82%和27.59%。驴、马、羊、牛粪便中含量最高的甾醇均为豆甾醇，质量浓度分别为875.6 µg/g、1135.3 µg/g、8519.8 µg/g和1691.8 µg/g，在4种动物总甾醇质量浓度的占比分别为42.72%、37.46%、40.51%和32.63%。
图3 夏达错流域不同物种粪便中各甾醇化合物质量浓度

A.粪甾烷醇；B.异构粪甾烷醇；C.胆固醇；D.胆甾烷醇；E.谷甾烷醇；F.β-谷甾醇；G.豆甾醇；

H.24-乙基粪甾烷醇；I.24-乙基异构粪甾烷醇

Fig. 3 Concentration of various sterol compounds in different species feces of Xiada Co Basin

图4 夏达错流域不同物种粪便中各甾醇化合物占总甾醇质量浓度的百分比

Fig. 4 Proportion of various sterol compounds in total sterols of different species feces in Xiada Co Basin

2.2 夏达错周边不同物种粪便中C27和C29甾醇的分布特征及指示意义

不同物种粪便中甾醇化合物的种类和赋存特征可反映其摄食习惯。饮食模式作为人类进化过程中的一个重要内因，备受考古学家与古人类学家的关注[20]。粪便中甾醇化合物可反映古人类饮食中植物和动物组织的相对比例，近年来在古人类学研究中得到较多的应用[11]。
相关研究表明草食动物粪便中主要含 C29甾醇，肉食动物粪便中主要含 C27甾醇[19,21-22]。本研究中，C27甾醇在人、狼和狐狸粪便的总甾醇中占比分别为71.09%、89.45%和66.20%，而C29甾醇在鸟、兔、驴、马、羊和牛粪便的总甾醇中均占约90%。说明狼和狐狸等肉食动物粪便中C27甾醇含量明显高于C29甾醇，而兔、驴、马、羊和牛等植食动物粪便中C29甾醇含量明显高于C27甾醇（图5），进一步证实了动物粪便中C27和C29甾醇的相对含量可用于指示动物的饮食构成。本研究采集的人类粪便中C27甾醇约占总甾醇含量的71%，表明产生该粪便的人饮食习惯更多偏向于肉食。
图5 夏达错流域不同物种粪便中C27和C29甾醇占比

Fig. 5 Proportion of C27 and C29 sterols in different specie feces of Xiada Co Basin

3 讨论

3.1 “甾醇指纹”识别来源

不同物种因摄食习惯、消化系统和消化功能不同，粪便中会形成不同的“甾醇指纹”[8]。依据“甾醇指纹”，可探明生物粪便的属性和来源[17]。
粪甾烷醇和异构粪甾烷醇在青藏高原西部人类粪便总甾醇中占比分别为36.98%和24.18%，二者之和约占人类粪便总甾醇质量浓度的60%，远高于在其他物种粪便总甾醇中的比重（图4），与前人的研究结果一致[23]。并且人类粪便中的粪甾烷醇和异构粪甾烷醇质量浓度之和为5349.0 μg/g（图3），而这两种甾醇在其它8个物种粪便中的质量浓度总和为2553.4 μg/g，后者不到前者的1/2，因此粪甾烷醇和异构粪甾烷醇可有效识别阿里地区的人类粪便样本。与Prost等[23]和徐恒振等[19]的研究结果相比，本研究人类粪便中粪甾烷醇占总甾醇的比重偏低，而异构粪甾烷醇占总甾醇的比重偏高，可能是因为上述研究采集的是新鲜的人类粪便样本，而本研究采集的人类粪便样品在自然环境中经受了更加长久的微生物作用，导致更多的粪甾烷醇转化为异构粪甾烷醇[9,23]。
胆固醇在狐狸和狼粪便中的占比分别为55.53%和79.51%，而在其他7个动物粪便中的比重均小于7%（图4）。徐恒振等[19]提出肉食动物粪便中胆固醇含量最高，Kemp等[24]检测出食肉动物粪便中胆固醇在其总甾醇中的占比均大于70%。因此，胆固醇可用于识别食肉动物。胆固醇主要是动物新陈代谢的产物，通常来自动物来源的食物中，如肝脏、肉类、牛奶和蛋黄[21]，而植物的胆固醇含量通常比动物低几百到几千倍[22]，所以食肉动物粪便中胆固醇含量应较高。
β-谷甾醇在鸟粪总甾醇中占比大于85%，是其绝对优势甾醇，而在其他物种粪便总甾醇中占比相对较小（7.56%~51.82%）（图4）。研究表明，β-谷甾醇、胆固醇、豆甾醇和其同分异构体异岩藻甾醇（isofucosterol）是鸟类粪便中存在的主要甾醇，但受饮食习惯影响，鸟类粪便中的甾醇含量变化很大[8,25]。如澳大利亚新南威尔士州的喜鹊、海鸥和大连地区的鸡、孔雀，其粪便中优势甾醇为胆固醇[8,19]，而澳大利亚塔斯马尼亚霍巴特的海鸥粪便样品中的优势甾醇则为β-谷甾醇[8]。β-谷甾醇是植食性动物粪便中的优势甾醇[8]。夏达错周边鸟粪总甾醇中谷甾醇占比很高，可能指示科考人员采集的鸟粪来源于植食性鸟类。
豆甾醇、β-谷甾醇、24-乙基粪甾烷醇和谷甾烷醇在兔、驴、马、羊、牛等植食性动物粪便中含量较高，这4种甾醇之和在上述植食性动物粪便总甾醇质量浓度中占比均超过80% （图4），与大多数区域研究结果一致[8,23-24]。因此这4种植物甾醇可以用于识别植食性动物粪便[23]。但夏达错周边植食性动物粪便中含量最高的甾醇为豆甾醇（兔除外，其粪便中最主要的甾醇为谷甾醇，可能是兔与后4种植食动物饮食结构和消化系统不同所致），而中国大连地区[19]、澳大利亚东南部[8]、英国西南部地区和爱尔兰岛[26]以及德国西部莱茵河下游盆地[23]植食性物种粪便中24-乙基甾烷粪醇含量最高，东非植食性物种粪便中谷甾烷醇含量最高[24]。上述差异可能与植食性动物的生存环境有关。本研究中样品采集于青藏高原阿里地区，该区域高寒缺氧，气候环境恶劣，在此生境下，植物的习性与其他低海拔地区的植物有所不同，进而可能导致该区植食性动物摄入的植物甾醇含量与其他区域存在显著差异。

3.2 甾醇比值识别来源

在湖泊沉积物等环境中，粪甾醇的含量通常不高，一般以粪甾醇和其他甾醇的比值作为识别粪便来源的评价指标。如粪甾烷醇/（粪甾烷醇+胆甾烷醇）[27]、粪甾烷醇/胆固醇[28-29]、粪甾烷醇/（胆固醇+胆甾烷醇）[30]、（粪甾烷醇+异构粪甾烷醇）/（粪甾烷醇+异构粪甾烷醇+胆甾烷醇）[9]和粪甾烷醇/总甾醇[31-32]等比值可用来鉴别样本是否来源于人类粪便；24-乙基粪甾烷醇/总甾醇比值[31]可用于鉴别样本是否来源于食草动物；胆甾烷醇/（胆甾烷醇+粪甾烷醇+异构粪甾烷醇）比值[33]指示是否存在鸟类粪便（表3）。
表3 文献中的部分甾醇比值判别阈值

Table 3 Partial sterol ratios threshold from literature

名称甾醇比值识别值来源判别
R1粪甾烷醇/（粪甾烷醇+胆甾烷醇）R1>0.70人类
R2粪甾烷醇/胆固醇R2>1.00人类
R3粪甾烷醇/（胆固醇+胆甾烷醇）R3>0.06人类
R4（粪甾烷醇+异构粪甾烷醇）/（粪甾烷醇+异构粪甾烷醇+胆甾烷醇）R4>0.70人类
R5粪甾烷醇/总甾醇R5∈[0.05,0.06]人类
R624-乙基粪甾烷醇/总甾醇R6∈[0.05,0.06]食草动物
R7胆甾烷醇/（胆甾烷醇+粪甾烷醇+异构粪甾烷醇）R7≥0.50鸟类
本研究根据夏达错周边采集的人和其他8种动物粪便中的甾醇化合物质量浓度，采用相应的计算方法分别计算出各物种的甾醇比值（图6），探究这些比值在青藏高原阿里地区夏达错流域内的适用性。
图6 夏达错流域中不同物种甾醇比值

R1~R7含义见表3

Fig. 6 Ratio values of sterol in different species in Xiada Co Basin

粪甾烷醇/（粪甾烷醇+胆甾烷醇）可用于识别人类粪便污染[27]，该比值记为R1。相关研究指出，当该比值大于0.70时，表示采样点受到了人类粪便污染[27]。White等[34]将该比值应用于美国伊利诺斯州湖泊沉积物中，认为R1比值越大表示流域内人口数量越多。在夏达错周边，人类粪便R1比值显著高于其他动物粪便R1比值：人类粪便为0.90，其它动物粪便为0.10~0.70（图6）。说明R1比值在青藏高原阿里地区夏达错周边可有效识别人类粪便污染。此外，本研究中狐狸粪便的R1比值为0.70，略高于Grimalt等[27]定义的人类粪便识别值（0.70），表明该比值的识别值在不同区域具有一定差异。
Quemeneur等[28]提出粪甾烷醇/胆固醇可识别人类粪便污染，记为R2。相关研究表明该比值可作为识别人类粪便污染的有效指标，当比值大于1时，表示受到了人类粪便污染[29]。夏达错周边人类粪便R2比值最大，为5.61，但马和羊粪便的R2比值均大于1.00，其它动物粪便的R2比值介于0.05~0.93（图6）。类似的，徐恒振等[19]发现大连地区人类粪便的R2比值最大（大于4.18），但也存在其它动物粪便R2比值大于1.00的情况。因此，R2比值可有效识别人类粪便污染，但其识别值在不同区域有所不同。
Writer等[30]提出粪甾烷醇/（胆固醇+胆甾烷醇）用于识别人类粪便污染，记为R3，当该比值大于0.06时，表明受到了人类粪便的污染。姚晓瑞[16]选择该比值对新疆北部的湖泊进行研究，认为该比值有助于定性人类粪便污染。夏达错周边人类粪便R3比值显著大于其它动物粪便的R3比值，表明该比值可用于识别人类粪便污染。此外，虽然人类粪便R3比值最大，为3.73，狼和鸟粪便R3比值最小，均为0.04；但其它动物粪便的R3比值在0.13~0.87之间，均大于Writer等[30]定义的识别值0.06（表3，图6）。
在某些自然环境中，部分粪甾烷醇会被微生物转化为异构粪甾烷醇，Bull等[9]考虑到这一降解过程，将R1比值[27]修正为：（粪甾烷醇+异构粪甾烷醇）/（粪甾烷醇+异构粪甾烷醇+胆甾烷醇），记为R4，当R4>0.7时，表示受到了人类粪便污染。Kaiser等[35]认为该比值越大，表明人类粪便污染情况越严重。夏达错周边人类粪便R4比值最大，为1.0；其次是马和狐狸粪便，分别为0.8和0.7；其它动物粪便的R4比值0.1~0.7（图6）。因此，R4比值可用于识别夏达错周边的人类粪便污染。
较高的水温会导致胆固醇降解为胆甾烷醇，进而导致R1变小，为准确评估亚洲热带地区的人类粪便污染，Isobe等[32]提出粪甾烷醇/总甾醇作为识别人类粪便污染的备选指标，记为R5，当R5>0.05时，表示受到人类粪便污染。廖昱等[17]运用该比值对中国重庆市南山老龙洞地下河进行研究，发现2015年1、3、5月地下河的R5比值为0.11~0.25，表明该时期地下河受到了人类粪便的严重污染。夏达错周边人类粪便R5比值最大，为0.37，狐狸粪便R5比值其次，为0.08，其他动物粪便的R5比值均小于0.05，人类粪便R5比值显著高于其它动物粪便R5比值（图6）。因此，运用R5比值可有效区分夏达错周边人类和其它动物的粪便。
由于食草动物粪便中主要含24-乙基粪甾烷醇[23]，Derrien等[31]提出24-乙基粪甾烷醇/总甾醇指标，以识别食草动物粪便，记为R6。当R6比值为0.05~0.06时，表示来源于食草动物粪便。夏达错周边兔、驴、马、羊和牛粪便R6比值在0.12~0.28之间，人类粪便的R6比值为0.11，驴粪R6比值为0.12，其它动物的R6比值均小于0.03（图6）。R6比值无法准确识别夏达错周边的食草动物粪便。
此外，Devane等[33]提出胆甾烷醇/（胆甾烷醇+粪甾烷醇+异构粪甾烷醇）用于识别鸟类粪便污染，记为R7，当R7≥0.50时，表示存在鸟类粪便污染。夏达错周边鸟粪R7比值最大，为0.88；其它动物粪便的R7比值在0.05~0.67之间（图6）。通过R7比值能够突出鸟粪与其他动物粪便的差异。
综上所述，在青藏高原阿里地区夏达错流域内，R1~R5比值可用于识别人类粪便，R7比值可用于识别鸟粪，但R6比值不能用于识别食草动物粪便。本研究中粪甾醇比值对粪便来源的识别值与其它区域的研究结果有所差异，可能与研究区域独特的自然环境有关。研究区位于青藏高原西部的阿里地区，该区域高寒干旱的气候环境会影响动植物的生活习性，导致动物粪便中不同成分的甾醇质量浓度与其他区域之间存在差异。其次，高寒缺氧的气候环境也可能使得动物粪便遭受的微生物作用与其它研究区域不同，最终导致该区域甾醇比值数据与其它区域的研究结果有所差异。后续将通过增加各物种的重复样本量，对R1~R5比值以及R7比值的识别阈值进行一定的调整，提高这些比值在青藏高原阿里地区的识别效果。

4 结论与展望

通过对青藏高原阿里地区夏达错遗址附近不同物种粪便样品中的甾醇化合物进行测定，分析了其分布特征和指示意义。结果表明：①粪甾烷醇和异构粪甾烷醇在人类粪便总甾醇质量浓度中占比超过60%，但在其它物种中占比仅为0.66%~10.04%，且人类粪便中这2种甾醇化合物的质量浓度为5349.0 μg/g，而其他8个物种粪便中二者的质量浓度总和仅为2553.4 μg/g，后者不到前者的1/2，因而粪甾烷醇和异构粪甾烷醇可用作夏达错地区人类活动的有效代用指标；胆固醇在狐狸和狼等食肉动物粪便总甾醇中的占比均超过了50%，而在其它物种中的占比均小于7%，可用于示踪食肉动物；β-谷甾醇在鸟类粪便总甾醇中占比超过85%，远高于其在其他物种粪便总甾醇中占比，可用于识别植食性鸟类。② β-谷甾醇、豆甾醇、24-乙基粪甾烷醇和谷甾烷醇是植食性哺乳动物粪便中的优势甾醇，可用于识别植食性哺乳动物。③ 甾醇化合物比值可有效识别夏达错周边人类粪便。本研究中甾醇比值对粪便来源的识别值与其它区域的研究结果有所差异，可能与青藏高原独特的自然环境有关。④ 动物粪便中C27和C29甾醇的相对含量可用于指示动物的饮食构成，夏达错周边采集的人类粪便甾醇数据指示该人膳食模式以肉类为主。
人类和其他动物种群规模的变化将导致湖泊流域中粪甾醇数量的变化，并被运输到湖泊中沉积下来。因此，通过分析湖泊钻孔沉积物中甾类生物标志物，可获得过去人类种群规模变化以及饮食习惯变化记录；结合同一钻孔中的气候环境指标，可深入探究过去人类活动与气候变化的关系。本研究为探究青藏高原阿里地区夏达错遗址区过去人与环境的关系研究奠定了科学基础。

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