总有机碳同位素组成在古环境研究中的应

沉积物或动物化石中的总有机碳同位素组成记录了当时生态植被状况及气候环境信息,对有机碳同位素指标的研究可解译其蕴含的地质历史时期气候和构造事件及变化特征、定量重建古生态系统中植被结构、推断C4植物的起源、扩张等,应用甚为广泛。本文主要概述了总有机碳同位素在古环境研究中应用的基本原理,介绍了在各类载体中获取其数据的实验方法步骤,对其在古环境研究中的地位与作用以例证说明,展示其应用的大好前景。     

察尔汗盐湖沉积中磁化率、Rb/Sr值的异常相关性及其环境意义

沉积序列中磁化率与Rb/Sr值的相关性在常规情况下受控于其风化过程、沉积相性质和物源。然而,处于干旱区湖泊的湖相沉积物由于混入了大量风成物质,造成其物源具有明显的二元性,研究这种特殊沉积物的上述两种环境指标及其相关性对于准确理解区域气候和风化过程具有重要意义。分析察尔汗盐湖ISL1A钻孔序列中含风成组分样品的磁化率、Rb/Sr值相关性,并与柴达木盆地西部古湖相表土样品的磁化率、Rb/Sr值及区域环境指标进行对比,结果表明：(1)钻孔样品的磁化率与Rb/Sr值在不同气候阶段变化趋势总体呈正相关,不同于经典湖相沉积中两者呈负相关关系,但与黄土-古土壤序列中的相关性一致,表明干旱区湖相沉积中大量风成物质的加入显著影响磁化率与Rb/Sr值的相关性;反之,通过两个指标的相关性分析,亦可判别干旱区湖相沉积中的风成信号;(2)钻孔中的磁化率和Rb/Sr值代表了柴达木-东昆仑盆山系统中各地区整体的风化强度,可反演该地区的历史风化过程;(3)晚更新世以来在冰期-间冰期(冰阶-间冰阶)旋回尺度上柴达木-东昆仑盆山系统的风化程度与季风和西风的转换及其强弱密切相关。     

生物壳体Sr/Ca、Mg/Ca、87Sr/86Sr比值在恢复古气候、古环境中的应用——以小渡口剖面为例

生物壳体的Sr/Ca、Mg/Ca比值能反映其沉积水体的Sr/Ca、Mg/Ca比值 ,在一定条件下反映水体的盐度、温度 ,并分别与宿生水体的盐度、温度呈正比关系。生物壳体的87Sr/ 86Sr比值是恢复盆地古水文条件的一种重要手段。本文以著名的泥河湾盆地小渡口剖面的第 2 8层为实例 ,力图通过对有孔虫、介形虫、腹足类生物壳体Sr/Ca、Mg/Ca比值与87Sr/ 86Sr比值的对比研究 ,并结合前人所作的中更新世古地理特征研究 ,来恢复生物壳体沉积时泥河湾古湖水的温度、盐度 ,进而进行古气候、古环境的恢复。研究结果表明 :在 0 .97～ 0 .94Ma间 ,古泥河湾湖为一陆相湖泊 ,湖水的温度、盐度变化趋势相吻合 ,均呈低—高—低的演化特征 ,可能对应着盆地水体的扩展—退缩—扩展变化。其中 ,在 0 .96～ 0 .95Ma间 ,古泥河湾湖具有较高的温度、盐度特征。     

鄱阳湖表层沉积物有机碳、氮同位素特征及其来源分析

通过对鄱阳湖及其主要入湖河流(赣江、抚河、信江、修水及饶河)15个表层沉积物样品中有机碳(TOC)、氮(TN)、C/N值、δ13C及δ15N含量的测定,分析探讨了鄱阳湖及其主支流沉积物有机质和氮素来源.结果表明:鄱阳湖湖区表层沉积物中TOC的含量(干重)在0.63%~1.86%之间,平均值为(1.15±0.35)%(n=9),比其主支流TOC含量高; TN含量变化范围为0.06%~0.16%,平均值为(0.10±0.03)%(n=9),各入湖河流表层沉积物有机质TN含量处在0.03%~0.08%之间,平均值为(0.06±0.02)%(n=6).鄱阳湖湖区沉积物中有机质的碳、氮稳定同位素变化范围分别为-25.66‰~-12.56‰和3.51‰~6.27‰,平均值分别为(-22.48±4.10)‰和(4.71±0.95)‰(n=9).各入湖河流沉积物δ13C和δ15N值含量范围分别为-25.24‰~-19.55‰和0.94‰~4.64‰,平均值分别为(-23.27±2.42)‰和(3.19±1.30)‰(n=6).有机质来源分析表明:土壤有机质、水生维管束植物和浮游植物是鄱阳湖及其主要入湖河流沉积有机质主要的3种来源,其中土壤有机质的贡献最大;土壤有机质和人工合成肥料是其沉积物氮素主要来源,对于入湖河流来说,人工合成肥料贡献更大.     

南苕溪流域水体溶解性有机碳、氮时空变化及驱动机制

以太湖流域上游重要支流南苕溪流域河流水体为研究对象,于2019年7月—2021年5月持续监测河流溶解性有机碳(DOC)和有机氮(DON)浓度,探讨DOC和DON浓度的时空变化特征并揭示相关驱动机制.结果表明：研究期间该流域内水体DOC和DON浓度均值分别为(2.57±0.09)和(0.40±0.01) mg·L^-1,DOC/DON均值为9.43±0.46.流域内水体DOC和DON浓度均在夏季最高,DOC/DON值在春季和秋季显著高于夏季和冬季;DOC浓度与叶绿素a(Chl-a)和氮素浓度均呈正相关,DON浓度与颗粒态氮(PN)浓度呈正相关;夏季雨热条件和高氮污染物浓度促使浮游植物具有较高的初级生产力,进而释放更多的DOC和DON,这可能是夏季DOC和DON浓度最高的主要原因.研究期内农业和居民区水体DOC浓度和DOC/DON值均显著高于森林区水体,农业区水体DON浓度显著高于森林和居民区水体;森林区水体DOC以内源途径产生为主且有较高的生物可利用性,而农业和居民区水体中外源DOC所占比例增大,水体DON有更高的生物可利用性;上述空间差异主要受人为活动的影响,农业生...     

沉湖130年来湖泊沉积物有机碳、氮稳定同位素变化及其环境指示意义

通过对2020年沉湖湖心采集的73cm长沉积柱(CH-01)中总有机碳(TOC)、总氮(TN)、有机碳同位素(δ¹³C_org)和氮同位素(δ¹⁵N)指标的分析,并结合年代测定(²¹⁰Pb、¹³⁷Cs比活度测试)结果,分析了130多年来沉湖沉积物有机质的来源,探讨受人类活动影响下湖泊的生态环境变化过程.结果表明:沉湖沉积物平均沉积速率为0.52cm/a,呈缓慢增大趋势.TOC、TN含量变化范围分别为0.89%～3.65%和0.04%～0.20%,δ¹³C、δ¹⁵N值变化范围分别为-29.34‰～-26.13‰和1.67‰～5.48‰,TOC、TN在38～26cm的快速上升对应于1970～1990年沉湖周边人口增长和湖泊改造工程频繁期.沉积物中有机质为混合来源,主要为土壤有机质、陆生C3植物和水生维管束植物.其中土壤有机质和陆生C3植物的贡献较大,1980年后由于人类活动导致湖泊水动力减弱,湿地内水生维管束植物对沉积物有机质的贡献率增大....     

福建千年桐种源叶片δ13C与环境及叶碳氮含量的关系

选取福建省不同千年桐种源在同一条件下人工培育,通过测定千年桐叶片稳定碳同位素比率(δ¹³C),分析千年桐叶片δ¹³C的特征及其种源差异,以及环境因素和种源生长对其的影响。结果表明,千年桐种源叶片δ¹³C的变化范围在-26.06‰~-24.46‰之间,平均值为-25.54‰,其中莆田、顺昌和沙县种源δ¹³C值较大。千年桐种源叶片δ¹³C值与经纬度之间相关性不显著,与年均温度呈显著正相关,与年均降水量呈显著负相关,年均温度和年均降水量是千年桐δ¹³C值变化的主要限制因素。千年桐种源叶片δ¹³C值与叶N含量以及C/N呈现二次曲线相关性。结合叶片δ¹³C及其对环境因素的响应,莆田、顺昌、沙县千年桐种源具有较高的δ¹³C值,对应较高的水分利用效率,可以考虑栽植在较干旱、贫瘠环境中作为先锋树种,其落叶阔叶的特性也有助于养分回归、改良地力;而政和、尤溪、建阳种源的δ¹³C值相对较小,建议栽植在水分条件较好的湿润地区,充分发挥对水分的摄取能力,提高其生长量。     

喀斯特峡谷区常见植物叶片δ13C值与环境因子的关系研究

通过对贵州花江峡谷喀斯特石漠化区4种典型石漠化植物群落中11种常见植物种叶片的δ¹³C值测定,研究了各植物种对影响植物碳同位素分馏的主要环境因子（土壤储水量、大气相对湿度、光照强度、土壤厚度）的响应,分析了石漠化梯度中不同土层土壤储水量、大气相对湿度、土壤有机质、年均气温、光照强度等环境因子梯度变化与植物叶片δ¹³C值的关系.结果表明,大部分物种的δ¹³C值对环境因子的变化趋势表现为随环境水分好转呈下降趋势,即水分利用效率下降;也有部分物种呈稳定不变或逆势上升趋势.相关性分析表明,清香木（Pistacia weinmannifolia）、石岩枫（Mallotus repandus）、红背山麻杆（Alchornea trewioides）的主导因子是土层储水量;肾蕨（Nephrolepis cordifolia）、野桐（Mallotus japonicus var.floccosus）的主导因子是土壤厚度;肾蕨、八角枫（Alangium chinense）、构树（Broussonetia papyrifera）的主导因子是光照强度;而广西密花树（Rapanea kwangsiensis）、圆叶乌桕（Sapium rotundifolium）和灰毛浆果楝（Cipadessa cinerascens）则分辨不出主导因子,即环境影响因素更为综合.总体而言,叶片高δ¹³C值是对低水分、高光、低资源环境的适应.     

南京春季北郊地区大气PM2.5中主要化学组分及碳同位素特征

PM_2.5是大气的重要污染物之一,其成分复杂,为研究PM_2.5的污染特征及来源,于2016年3月采集南京北郊地区大气中的PM_2.5,利用Dinoex ICS-3000和ICS-2000型离子色谱和DRI Model 2001A热/光碳分析仪分别测定了PM_2.5中的阴阳离子和碳质组分,利用元素分析仪-同位素质谱仪测定大气PM_2.5中的总碳同位素(δ¹³CTC)组成特征.结果表明,2016年3月期间南京北郊地区PM_2.5污染严重,平均浓度达（106.16±48.70）μg·m^-3,且88%观测天中存在明显的二次有机污染,SOC平均浓度为（3.58±2.78）μg·m^-3,且在晴天条件下高浓度的二次有机碳（SOC）与紫外线作用下的O₃具有较强的相关性.大气PM_2.5中δ¹³CTC值范围是-26.56‰^-23.75‰,平均值为（-25.47‰±0.63‰）,结合化学组分的三相聚类分析结果可知,大气PM_2.5主要来源于燃煤过程、机动车排放,此外还受地质源和生物质燃烧源的影响.     

不同土地利用方式及栽培措施对土壤有机碳及δ13C值的影响

以河北曲周县原状草地土壤和农田土壤为研究对象,结合稳定性碳同位素方法,分析不同秸秆还田方式、耕作方式和施肥水平对土壤有机碳特性的影响.研究表明,华北原状草地改变为农田后(34 a),土壤有机碳显著降低,且因农田栽培方式不同而异,1 m土层降低幅度在13.3%～35%之间,但降低显著发生在0～40 cm.经过8 a施加底肥,可以提高土壤有机碳0.83g.kg-1.免耕方式可以显著提高土壤有机碳,且主要发生在0～10 cm土层.翻耕操作会引起10～15 cm和15～20 cm土层的土壤有机碳高于免耕处理的现象.土壤有机碳的δ13C值的比变化主要发生在0～20 cm土层,玉米种植输入的有机碳主要集中在土壤0～20 cm层次.在土壤0～5 cm表层,源于农作物的土壤有机碳所占的最高比例为18%,到15～20 cm已经降到了5%左右.     

贵州梵净山九龙池沉积物14C年代学研究及全新世碳累积速率变化

放射性碳同位素加速器质谱(ASM¹⁴C)测年法是湖泊沉积物定年的主要方法,并且是全新世年代学研究的热点。随着对全新世古气候与环境变化研究的深入,选取不同介质定年可能对年代模型的准确性造成误差,进而影响到气候指标的解译。本文选取贵州东北部梵净山九龙池沉积物中树枝、树叶、树皮、种子等植物残体和全样有机质作为测年介质,利用ASM¹⁴C进行定年。结果表明,相比全样有机质,使用植物残体定年可以在一定程度上避免碳库效应的影响。但相比于原位沉积且生长年限较短的叶片,树枝的定年结果偏老,不是一种理想的定年介质。另外,根据定年结果及总有机碳含量重建了全新世九龙池的碳累积速率,发现碳累积速率可以指示该地区亚洲夏季风强度的变化历史。