一种鉴别植被和气候变化的定量方法——植物岩中的稳定碳同位素比率

大平原北部的蛋白石植物岩(Opal Phytoliths)中封存碳的~(13)C/~(12)C比值可作为重建古气候的依据。宿主植物的碳同位素组成与植物岩中有机质的碳同位素组成之间存在着明显的相关关系。沿气候梯度土壤表层分布的植物岩的~(13)C/~(12)C此值反映了当前植被中C_3和C_4植物的比例。土壤中植物岩的δ~(13)C值随土壤深度的变化而变化,而这种变化是由多种作用引起的:尘土对土壤表面的埋藏作用、生物扰动和可能由于雨水的渗透而引起的淋滤作用。此外,尘土和植物根系对植物岩的贡献是否有同位素效应还不清楚。土壤中植物岩的δ~(13)C值随~(14)C年龄的减小而增加,表明全新世期间,本区C_4植物的比例增大。视年龄为全新世中期的植物岩主要以C_4植物独占优势,这一事实与干旱的中全新世古气候解释相吻合。     

利用Rb/Sr值、有机碳氮同位素及14C重建贵州喀斯特地区古环境变化

本文利用碳酸盐岩风化剖面土壤中Rb/Sr值、有机碳氮的稳定同位素值(δ~(13)C_(org)和δ~(15)N_(org))并结合~(14)C定年结果,讨论了贵州黔西南喀斯特地区晚更新世以来的植被和气候变化情况。结果表明:(1)晚更新世以来,研究区气候在千年尺度上经历了多个冷热、干湿循环过程,植被以C4植物为主;(2)研究区在14 750 a BP时期可能发生过较为极端的气候事件;(3)Rb/Sr值和δ~(13)C_(org)值可以用来指示古环境变化情况,高Rb/Sr值和高δ~(13)C_(org)值指示湿热气候,低Rb/Sr值和低δ~(13)C_(org)值指示干冷气候。     

贵州喀斯特山区植物叶片碳同位素组成研究

通过测定贵州喀斯特山区灌丛12种主要植物叶片的δ13C值,研究了该区植物叶片碳同位素组成特征,以及种间、生境差异和时空变化特征。研究结果表明:该区植物叶片的碳同位素组成的变化范围为-26.98‰--29.15‰,平均值为-28.14‰。研究区δ13C值的分布相对均匀,除高于我国热带雨林区植物外,低于其它地区。研究结果还表明,种间碳同位素组成存在较大的差异。生境的变化对蕨的碳同位素组成影响较大,而对渐尖毛蕨、盐肤木、火棘、马桑影响较小。盐肤木、渐尖毛蕨、云南鼠刺、火棘叶片的δ13C值从生长初期到末期有降低的趋势,但降低的幅度存在差异。植物的δ13C值随小尺度海拔的变化规律与随大尺度海拔变化的规律一致,都是随着海拔的增加δ13C值增大,但不同植物种间变化的幅度是不一样的。     

贵州喀斯特地区典型土壤碳酸盐垂直分布特征及其同位素组成研究

以贵州为中心的西南喀斯特地区的石漠化是我国实施西部大开发战略中所面临的根本性地域环境问题之一,喀斯特地区石漠化是一种与脆弱生态背景和人类活动相关联的土地退化过程,而土壤退化是土地退化的核心部分。本研究采集了贵州喀斯特地区的砂岩黄壤剖面和石灰土剖面的土壤样品,测定了剖面样品的土壤有机碳含量、土壤碳酸盐含量和土壤碳酸盐δ~(13)C。结果表明,砂岩黄壤和石灰土碳酸盐含量在剖面上的分布存在差异,黑色石灰土碳酸盐含量在剖面上的总体变化均表现出从上到下逐渐减小的趋势,土壤碳酸盐含量主要集中在表层土壤,而黄色石灰土和砂岩黄壤碳酸盐含量在剖面上的变化不大。而且在砂岩黄壤和石灰土中,土壤碳酸盐δ~(13)C值在剖面深度上的变化情况不同,表明了土壤有机碳向无机碳转化的程度,不同的成土过程及程度和成土环境的差异可能是砂岩黄壤和石灰土中土壤碳酸盐δ~(13)C值组成差异的主要原因。本研究提高了对区域碳库特征的认识,为喀斯特生态系统土壤有机质的生物地球化学循环研究提供了理论支撑。     

重庆地区石笋δ13C记录的全新世气候环境变化

本文利用重庆市青木关镇狮子洞石笋QM09铀系测年数据和氧碳稳定同位素数据,重建了研究区9.4~0 ka BP的古气候环境演化历史。依据狮子洞石笋δ~(13)C记录变化趋势,将其划分为2个阶段:(1)9.4~3.0 ka BP期间,狮子洞石笋δ~(13)C记录除了在4.2 ka BP附近发生一次短暂的偏重事件外,整体变化比较平缓,石笋δ~(13)C值比较偏轻;同时石笋δ~(18)O值在该期也较为偏轻,暗示了此时段季风强盛,气候温暖湿润,地表植被变化稳定。此时人类活动比较弱,对自然环境的影响小,植被变化主要受自然气候环境的影响;(2)3.0~0 ka BP期间,石笋δ~(13)C记录不再呈现如第一阶段般平稳变动的趋势,在3.0 ka BP时开始波动下降,在经历1.7 ka BP大幅下降后,δ~(13)C便频繁波动大幅升降。石笋δ~(18)O记录显示该时段季风减弱,气候变干,植被退化,土壤水中溶解的CO_2含量减少。加之该期人类活动剧烈,地表自然植被遭到破坏,当地无机环境更多的参与到地下水循环体系中来,使得石笋δ~(13)C逐渐加重。     

南京地区大气PM2.5潜在污染源硫碳同位素组成特征

基于南京地区大气PM_(2.5)潜在污染源,采用EA-IRMS技术分别测定了样品中硫碳同位素组成,并分析不同污染源之间的关联性.结果表明,南京地区煤炭烟灰δ~(34)S值范围为1.8‰~3.7‰,δ~(13)C值范围为-25.50‰~-23.57‰;机动车尾气δ~(34)S值范围为4.6‰~9.7‰,δ~(13)C值范围为-26.32‰~-23.57‰;生物质烟灰δ~(34)S值范围为5.2‰~9.9‰,δ~(13)C值范围为-19.30‰~-30.42‰;扬尘δ~(13)C值为-13.45‰.南京地区煤炭烟灰颗粒物的硫同位素较轻,扬尘的碳同位素较重.对比国内外不同污染源δ~(34)S与δ~(13)C值,南京地区大气PM_(2.5)中的潜在污染源的δ~(34)S与δ~(13)C具有明显的区域性.因此,潜在污染源的δ~(34)S、δ~(13)C值可为南京地区大气PM_(2.5)的源解析提供同位素组成源谱支持.     

喀斯特地区土壤有机质的稳定碳同位素地球化学特征

以喀斯特地区二种主要的土壤类型石灰土和黄壤为例,对三种植被类型下土壤及土壤不同粒径组分中有机质的稳定碳同位素组成(δ13C值)进行了分析,结果显示:石灰土剖面中土壤有机碳含量均大于1.0%,最大值为表层土的7.1%,而三个黄壤剖面中土壤有机碳含量在0.3%～4.6%之间;石灰土剖面中土壤有机质δ13C值的变化范围仅为-24.1‰～-23.0‰,土壤不同粒径组分中有机质的δ13C值变幅也较小;而黄壤剖面中土壤有机质δ13C值的变化范围较大,在-24.5‰～-21.1‰之间,土壤不同粒径组分中有机质的δ13C值变幅也较大。对比研究表明,不同土壤类型中有机质的深度分布特征具有显著差异,土壤有机质的稳定碳同位素地球化学具有明显的区域性特征。     

黔中喀斯特石漠化区不同土壤类型对常见植物叶片δ13C值的影响

通过测定黔中喀斯特区清镇市王家寨小流域内常见种叶片δ13C值,探讨土壤类型和石漠化等级对喀斯特植物水分利用效率的影响.结果表明,小流域内不同土壤类型植物叶片的δ13C值总体差异不显著(P>0.05),黄壤区植物叶片δ13C值分布区间较黑色石灰土区窄,变异系数较小,整体较黑色石灰土区偏负.小流域内黑色石灰土区植物群落δ13C均值随石漠化进行趋正,黄壤区随石漠化呈现出先趋正后趋负的变化格局.方差分析结果显示黄壤区各石漠化植物群落δ13C值间不存在显著差异(P>0.05),黑色石灰土区各石漠化植物群落δ13C值间均存在显著(P<0.05)或极显著差异(P<0.01).相关分析结果显示黄壤区植物叶片δ13C值的主要影响因子为土厚和坡度,黑色石灰土区为土壤含水量.研究区土壤对植被δ13C值的影响是通过调节土壤水分实现的.     

元古宙海水的稳定同位素组成发生过大的变化了吗?

古元古代罗克内斯特组(1.93～1.89Ga)的海相碳酸盐相对于较年轻且形成于类似沉积环境的新元古代海相碳酸盐大量亏损δ~(18)O(约8‰)。广海海相组分的同位素数据叠加了两种同位素趋势。第一种趋势包括早期潮坪沉积物的稳定化作用,以及富δ~(18)O蒸发孔隙流体可能发生的回流型白云岩化作用。对于在同位素成分上δ~(18)O值较低的第二种趋势,它是广海海相与大气降水(混合带)接触或在埋藏的较高温度条件下白云岩化作用期间形成的,由此导致了块状孔隙吸留胶结物的沉淀。 最富集同位素的鲕粒均为保存最好的标准海相组分,因而可能表明海水的δ~(18)O值在1.9Ga时约为-9.75‰±1.0‰(SMOW)。为了解释所推论的海水δ~(18)O值在1.9～1.0Ga期间存在8‰的正向漂移,海水的这一组成要求在高温下海水与玄武岩之间存在氧同位素交换平衡以及低温风化作用有过较大的变化。很可能亏损的δ~(18)O值表明在1.9Ga时表层海水具有大约30～35°C的较高温度。其重碳同位素δ~(13)C值为+1.75‰,比先前根据全岩数据所报道的新元古代海水更富集δ~(13)C。     

典型绿洲不同土壤类型有机碳含量及其稳定碳同位素分布特征

土壤有机碳及其稳定同位素组成反映了生态系统碳循环的关键信息,对研究全球变化下陆地生态系统碳动态及碳资源的可持续发展具有重要意义.本研究以阿拉尔绿洲4种土壤类型为研究对象,测定不同深度土壤有机碳(SOC)含量和δ~(13)C值,探讨不同土壤类型有机碳分布、δ~(13)C_(SOC)丰度差异及其与土壤环境因子的关系.结果表明:(1)土壤整体有机碳含量由高到低依次为灌漠土、棕漠土、盐土、风沙土,且在表层(0~20 cm层)具有较大值;δ~(13)C_(SOC)变化范围在-26‰~-23‰,表层(0~20 cm)由正趋负为盐土风沙土灌漠土棕漠土.(2)土壤有机碳含量受土壤类型、深度及其交互作用极显著影响,δ~(13)C_(SOC)受土壤类型、交互作用显著影响;进一步交互效应检验中土壤有机碳受因素水平影响极强,同位素相对较弱.(3)冗余分析发现土壤有机碳与土壤无机碳、全氮、土壤含水量、容重均存在显著或极显著正相关关系,与C/N具有显著负相关关系;δ13CSOC与电导率存在显著正相关关系,与土壤无机碳、土壤含水量均存在极显著负相关关系.土壤环境因子的重要性排序为土壤含水量土壤无机碳容重全氮C/N电导率pH.分析得出土壤有机碳及其同位素在不同土壤类型中呈现出不同变化规律,其土壤类型的效应强于土壤深度,受土壤含水量影响最甚.     

喀斯特高原黄壤区退化植物群落常见植物叶片氮同位素组成

氮是植物需求量最大的矿质营养元素。由于氮循环诸过程中的化学转化、物理运输等都有可能使其发生同位素分馏,植物稳定氮同位素组成是土壤-植物-大气连续体综合作用的整体响应,能较好的反映流域内与植物生理生态过程相联系的一系列环境信息,具有示踪、整合和指示等多项功能。为探讨喀斯特环境下黄壤区植物稳定氮同位素组成变异的影响因素及其相关关系,以喀斯特高原贵州省清镇市王家寨峰丛洼地小流域为例,选取流域内黄壤区退化植物群落3种植被类型中的4种常见植物为研究对象,分别对其叶片C、N、P、K、Ca、Mg元素含量和稳定氮同位素进行了测定分析。结果表明:(1)研究区植物叶片δ~(15)N值的变化范围为-3. 25‰～0. 69‰,平均值为-1. 04‰,变异程度较高,离散程度较大,呈负偏态分布。(2)植物叶片δ~(15)N值在群落间和坡位间的差异均不显著(P0. 05);(3)植物叶片δ~(15)N值的种间变化趋势为小果蔷薇(-0. 03‰)火棘(-0. 24‰)过路黄(-1. 58‰)粉枝莓(-2. 29‰),差异显著(P0. 05)。(4)研究区植物叶片δ~(15)N值受群落类型和物种因素的交互影响显著(P=0. 016,R2=0. 870)。(5)研究区植物叶片δ~(15)N值受叶片K营养含量的影响较大,同时与C、N、P、K、Ca元素化学计量比之间的关系密切,叶片K、Ca营养含量间的调控是影响黄壤区植物叶片δ~(15)N值的主要因素。     

西伯利亚金伯利岩岩管的碳酸盐中碳和氧同位素组成

<正> 金伯利岩中的碳酸盐物质可分三种:盖层碳酸盐俘体、可能属于深源的碳酸盐胶结物以及岩浆成因的深成碳酸盐碎屑(这种因无样品未测)。盖层碳酸盐俘体常受改造,形成同心的带状结构,外带为浅色。分带俘体中,δ~(13)C从-0.3到-20.4‰,δ~(1 )O从+15.3到+27.9‰。无分带俘体的δ~(13)C从-2.7到-9.5‰,δ~(1 )O从+15.6到+19.9‰。大多数分带俘体外带贫~(13)C,而氧同位素变化不定,周围的金伯利岩物质,其同位素含量范围也很宽:δ~(1 )C从-2.1到-16.9‰,δ~ O从+14.0到+25.4‰。与正常沉积的海洋碳酸盐(δ~(1 )C近于0,δ~(1 )O从+25到30％)相比,俘体的轻同位素~(12)C和~(16)O的含量较     

干酪根的碳同位素组成及其意义

笔者对南阳、泌阳及倪丘集三个凹陷不同时代、不同沉积环境的62个干酪根样品进行了元素分析、透射和反光镜鉴定及碳同位素分析,结果表明:(1)干酪根的碳同位素组成与其化学类型之间不存在明显的依赖关系;(2)海相碳酸盐岩中的干酪根富含~(12)C(δ~(13)C<-28%),干酪根的δ~(13)C值不能有效地反映海、陆相有机质的相对输入;(3)随沉积-成岩过程中有机质氧化程度的加深,干酪根的碳同位素组成变重(δ~(13)值增大)。     

喀斯特高原区5种常见灌木叶片δ~(13)C值的季节变化及其对石漠化程度的响应

测定了贵州高原喀斯特石漠化小流域内5种灌木叶片δ13C值的季节变化,旨在探讨季节及石漠化等级对植物叶片δ13C值的影响。结果表明:不同季节间植物叶片δ13C值呈显著差异,生长初期(4月)叶片的δ13C值显著高于生长中后期(7月、9月及12月);5种灌木种种间差异显著,火棘的叶片δ13C值最负,荚蒾的叶片δ13C值最正,粉枝莓,鼠李和竹叶椒的叶片δ13C值居中;7月不同石漠化等级间植物叶片δ13C值存在显著差异,而在其余月份(即4月、9月及12月)不同石漠化等级间植物叶片δ13C值不存在显著差异,但基本呈现无、轻度石漠化植物叶片小于中度石漠化植物叶片δ13C值的格局;整个生长季中,叶片δ13C值与土壤含水量的相关关系研究表明大多数种在大多数时间随土壤水分的减少其δ13C值增高。     

西安周边河流溶解无机碳浓度及同位素组成初探

通过分析西安周边4条主要河流(浐河、灞河、涝河、黑河)的溶解无机碳(DIC)浓度和碳同位素组成,初步探讨了西安周边主要河流溶解无机碳(DIC)的浓度变化及碳源.结果表明西安周边主要河流DIC浓度的变化范围为0.34～5.66mmol.L-1,平均为1.23 mmol.L-1,自源头到下游,DIC浓度呈现升高趋势.4条河流δ13CDIC值的变化范围在-13.3‰～-7.2‰之间,平均值约为-10.1‰,4条河流整体表现为δ13CDIC值在源头偏负(平均值约为-12.6‰),中下游农耕区δ13CDIC值偏正(平均值约为-9.4‰),靠近入渭河河口的城市区δ13CDIC表现为偏负值(平均值为-10.5‰).DIC浓度与河流DIC碳同位素组成的变化规律揭示了河流溶解无机碳来源的变化,土壤CO2的输入可能是源头水体DIC的主要来源;中下游农耕区河水δ13CDIC值偏正是由于农业区农作物存在C4植被(如:玉米),使得农业区土壤CO2和土壤碳酸盐具有偏正的碳同位素组成,进而导致河流水体具有偏正的δ13CDIC值;靠近河口处具有较低δ13C值,污水的大量输入可能导致河水δ13CDIC表现为偏负.结果表明西安周边河流溶解无机碳浓度和同位素组成变化大致指示了河流从源头到下游过程中DIC的可能来源,可为黄土高原小流域河流无机碳来源示踪研究提供参考.     

不同岩溶环境条件下岩溶地下水中δ~(13)C_(DIC)特征

岩溶地下水的δ13 CDIC值主要是受土壤碳库和碳酸盐岩碳库的δ13 C所制约。本研究选取两个气候条件完全不同的南方广西桂林、北方山西汾阳为对比研究对象,通过取样测试分析两个地区岩溶地下水的δ13 CDIC值,发现北方汾阳岩溶地下水的δ13 CDIC范围为-7.53‰～-12.25‰,平均为-9.84‰;南方桂林岩溶泉水的δ13 CDIC范围为-9.22‰～-15.99‰,平均为-13.06‰;北方岩溶水比南方偏重3.22‰。结合两个地区所处的气候环境条件分析,北方暖温带干旱半干旱大陆性季风区,C4植被发育,C3/C4比例低,土壤碳库的δ13 C重;南方亚热带湿润季风区C3植被发育,C3/C4比例高,土壤碳库的δ13 C轻。因此气候条件不同引起生态条件的差异而造成南北方地下水δ13 CDIC的不同。这为利用同位素方法研究地下水对气候条件变化的响应提供了理论依据。     

贵州七星洞石笋文石-方解石序列记录的气候变化

文石-方解石型石笋的矿物相变化可能与气候环境变化存在联系,但中国季风区有关此类石笋的古气候研究比较匮乏.本文对七星洞一个文石-方解石型石笋开展了岩石学鉴定和氧、碳同位素组成分析,发现其文石层的出现与δ18O值、δ13C值的显著偏正存在联系,通过对文石形成的可能机制和δ18O、δ13C值变化的一般规律进行综合分析,验证了该类石笋中文石层出现指示气候干旱的论点.将石笋校正后的方解石δ18O序列与董哥洞δ18O记录进行对比,发现七星洞石笋QXZ文石层指示的干旱事件与董哥洞记录中的弱季风事件存在一定的对应关系,因此,研究该类型石笋的矿物相变化对于全面认识研究区季风变化历史具有重要意义.     

洞穴滴水-CaCO_3体系氧碳同位素组成的气候意义研究现状和问题

近年来,通过对洞穴滴水-CaCO3体系各项指标的长期监测,以了解现代碳酸钙沉积的形成机制成为了石笋古气候研究的重点。尤其是对滴水-CaCO3体系氧同位素组成(δ18 O)的研究取得了显著的进展。人们在对滴水和CaCO3的δ18 O与古温度关系的研究中,不断地修改普遍使用的关系式,甚至提出了适合自身研究区石笋δ18 O与温度的关系式。无疑这将增加利用石笋氧同位素组成重建本地区古温度的可信度。在对碳同位素组成(δ13 C)的研究中,学者们更加细致地研究了各种影响滴水δ13 C值的因素(如先期碳酸盐沉积PCP、通风条件等),为更好地利用石笋δ13 C重建古气候环境提供了科学支撑。由于洞穴监测条件的限制,至今大多数洞穴都未能建立起完善的自上而下的监测体系,所以对一些δ18 O、δ13 C变化的解译仍然存在多解性和不确定性,有待未来的研究继续加强。     

云南抚仙湖主要入湖河流有机碳来源辨识

通过对云南抚仙湖流域土壤、植被和主要入湖河流有机碳含量和碳同位素组成的对比研究,探讨了抚仙湖主要入湖河流有机碳来源、空间分布特征及其影响因素。结果表明,抚仙湖入湖河流溶解有机碳(DOC)含量较高,变化范围为2.79~38.02mg/L,且呈西部(19.20mg/L)北部(13.82mg/L)东部(3.37mg/L)的分布特征;河流颗粒有机碳(POC)含量较低,变化范围为0.22~2.68mg/L,且北部(0.84mg/L)西部(0.56mg/L)东部(0.40mg/L)。抚仙湖主要入湖河流水体δ~(13)C_(DOC)值变化范围为-12.6‰~-25.5‰,且随DOC含量增大而略呈偏负趋势,表明抚仙湖入湖河流DOC除来源于流域土壤侵蚀外,农业面源污染和生活污水排放也是重要的贡献源。抚仙湖入湖河流水体δ~(13)C_(POC)值主要分布范围为-23.2‰~-27.0‰,与流域土壤及植物δ~(13)C一致,远离内源POC的δ~(13)C范围,指示河流POC主要来源于流域土壤侵蚀和植物碎屑输入。     

基于稳定碳同位素技术的干旱区绿洲土壤有机碳向无机碳的转移

应用稳定碳同位素技术测定土壤无机碳稳定碳同位素组成(soil inorganic carbonδ13C,SICδ13C),并对干旱区绿洲土壤无机碳进行区分,结合土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)与SIC含量关系进一步探讨SOC向SIC转移的碳量.结果表明,4种类型土壤SICδ13C值差异性极显著(P0.01),风沙土SICδ13C值最高且为正,均值为(0.32±0.04)‰,随土层深度增加而增加,说明风沙土原生性碳酸盐占绝对优势;灌漠土、棕漠土和盐碱土SIC的δ13C均值分别(-0.30±0.24)‰、(-1.96±0.66)‰和(-1.24±0.49)‰,随土层变化均呈先降低后逐渐增大的趋势,说明灌漠土原生性碳酸盐占优势,棕漠土和盐碱土发生性碳酸盐相对前者占优势.风沙土、灌漠土、棕漠土和盐碱土的发生性碳酸盐占SIC比例均值分别为1.33%、4.72%、15.01%、35.71%,均小于50%,说明干旱区绿洲土壤发生性碳酸盐比例总体水平较低.风沙土、灌漠土、棕漠土和盐碱土在土壤发生性碳酸盐形成或重结晶过程中固定土壤CO2的量分别为0.30、2.44、4.96、12.40 g·kg~(-1),其中固定来自大气CO2量平均为0.18、0.79、1.45、8.67 g·kg~(-1),来自SOC氧化分解转化为CO2的量分别为0.06、0.83、1.62、1.86g·kg~(-1),说明盐碱土、棕漠土SOC的贡献相对较高,灌漠土、风沙土较低;对土壤固定CO2量的来源比较发现,风沙土、盐碱土固定土壤CO2的量来自大气CO2量较高,SOC的贡献较低,而灌漠土、棕漠土固定来自SOC氧化分解CO2的量较高,大气贡献较低.研究区整体SOC向SIC的碳转移量介于0.03~2.38 g·kg~(-1)之间,平均每千克土壤固定1.09 g的CO2,说明干旱区绿洲土壤发生性碳酸盐所占比例较低,SOC的贡献较少.