树轮δ13C值方位分布及年际变化的普遍性研究——以中国东部亚热带地区为例

对采自中国东部亚热带地区的浙江天目山、江西庐山及江苏南京紫金山地区的金钱松(Pseudolarix kaemp feri)、冷杉(Abiesfab ricraib)及马尾松(Pinus massoniana)树轮,分别测定它们不同方位10 a、20 a及3 a树轮δ13C序列,探讨不同树种树轮δ13C存在的方位差异与年际变化普遍性。结果表明,在中国东部亚热带地区,树轮δ13C方位差异与年际变化存在普遍性。表现为3个地区、3个树种之间存在差异;同一地区不同树种及相同树种不同个体之间也存在差异;同一个体在相同年份存在方位差异及相同方位存在年际变化等;表明研究树轮δ13C的方位差异与研究其年际变化同样具有重要价值与意义。     

天目山柳杉树轮δ13C年序列的共性与个性分析

测定天目山3株柳杉树轮的δ^13C年序列,发现δ^13C年序列值存在差异,但序列的变化趋势基本一致。对3个树轮δ^13C序列作相关分析,相关系数为0．47～0．65,通过了α为0．001的信度检验;用二项式拟合法与差值法对3个δ^13C序列含有的高频与低频成分进行分离,3个低频序列间的相关系数达0．93～0．99,3个高频序列间的相关系数达0．79～0．84,相关性显著提高;低频部分与大气CO2浓度高度负相关,高频部分与季节的气温、降水高度相关。分析3个树轮δ^13C序列间差异形成原因,结果表明：3个树轮δ^13C序列含有相似的高频与低频变化,气候因素与大气因素（如CO2浓度）对不同柳杉个体δ^13C年序列高、低频变化的影响是共同的;3个δ^13C序列的差异主要由树木立地处局部环境条件的差异引起。不同树木个体其δ^13C序列的共性变化是主要的,个性差异并不影响树轮δ^13C作为研究气候变化代用资料的适宜性,利用同一地区不同立地处的树轮δ^13C序列可以重建基本一致的历史气候和大气CO2浓度变化。     

天目山地区树轮δ13C记录的300多年的秋季气候变化

对采自浙江西天目山地区的柳杉树轮,交叉定年后,测定其δ^13C年序列。用趋势比率法去除大气δ^13C对树轮δ^13C年序列的影响后,分析了树轮δ^13C年序列对气候要素变化的响应。分析发现：柳杉树轮δ^13C年序列的高频振荡与该区9～12月气温及9月降水有较好相关性。重点重建了该地区9月降水量与平均最高气温两个气候要素300多年的气候变化,其变化模式表现为：冷-湿和暖-干的组合特征。统计结果显示：重建序列所反映的旱涝频率分布及其冷暖变化与该区的实测记录结果基本一致。表明：重建序列较好地反映了该区秋季气候变化历史。重建序列所反映的气候变化与我国近500a的气候变化及该区部分史料记载有较好的对应,并与青藏高原苟鲁错湖泊沉积及新疆阿勒泰地区树轮δ^13C记录的气候变化有部分对应,只是冷暖变化的起止时间有错动,反映了气候变化的区域差异。周期分析发现：重建序列含有准58．82a、21．28a、13．70a、3．23a、2．63a、2．33a、2．07a的周期,这些周期与行星、地心会聚的“力矩效应”变化周期、太阳辐射变化、太阳活动及“准两年振荡”周期相吻合,表明太阳辐射变化及ENSO现象对该区气候变化影响显著,也反映出天目山地区树轮δ^13C年序列对太阳活动及大范围的ENSO事件的记录能力。     

天目山柳杉树轮δ13C序列所反映的植物水分利用率对大气CO2浓度变化的生理响应

工业化以来,由于大量化石燃料CO₂排入大气,引起大气CO₂浓度的持续升高。研究表明,植物的光合作用、水分利用率及作物生物量等均对周围大气CO₂浓度的增加产生明显的正响应,而植物叶片的气孔导度及蒸腾速率对CO₂浓度增加产生负响应。对采自浙江西天目山地区的三株柳杉树盘交叉定年后,测定了三株树轮的δ¹³C年序列,并利用3株柳杉树轮δ¹³C序列探讨了天目山地区树木生长对大气CO₂浓度增加的生理响应——水分利用率的变化状况。结果是,三株树轮δ¹³C序列反映的水分利用率均是增加的,且增长趋势基本一致。研究结果反映了工业革命前后,树木生长对大气CO₂浓度增加所产生的明显正响应。     

马尾松树轮不同组分稳定碳同位素的差异及其对气候变化响应的初步研究

比较了中国东南地区九岭山和九连山两地马尾松（Pinus massoniana）树轮不同组分δ¹³C对气候变化响应的敏感性,结果表明：α纤维素δ¹³C和综纤维素δ¹³C在均数方面较全木δ¹³C分别偏正1.170‰±0.168‰和1.211‰±0.121‰;3种组分δ¹³C年际变化序列显著正相关（p < 0.001）;两地生长季中晚期水分状况是制约马尾松树轮δ¹³C的主要因子,3种组分δ¹³C与此时段的气候要素相关性均达到显著水平（p<0.05）,3种组分δ¹³C对气候变化响应的敏感性没有显著差异。     

喜马拉雅冷杉和林芝云杉年轮稳定碳同位素气候意义比较

对采自西藏东南部的喜马拉雅冷杉和林芝云杉交叉定年后 ,进行了过去 1 0 0年的年轮δ13 C分析。结果表明 :冷杉和云杉年轮δ13 C序列记录了大气CO2 浓度升高引起大气CO2 的δ13 C下降的全球性趋势 ,但两者的响应程度不同。冷杉和云杉年轮δ13 C高频变化包含共同的气候环境变化信息 ,但在细节变化上存在差异。在对气候变化的响应上 ,两者记录的信息可以进行相互比较 ,以便利用不同地区不同树种的δ13 C进行大区域气候重建。     

川中丘陵区小流域土地利用变化和泥沙来源示踪的δ~(13)C技术

在2010年和2011年,采集长江上游川中丘陵区万安沟小流域塘库沉积泥沙、河床沉积泥沙、不同土地利用类型的表层土壤,应用δ13C技术研究小流域土地利用变化和泥沙来源。结果表明:森林坡地、弃耕坡地和耕种梯田的表层土壤δ13C值分别是-26.40‰,-25.91‰和-25.81‰,非常相近,说明土壤有机物δ13C主要是占主导地位C3植物的残留物,而C4植物玉米对土壤有机物δ13C值几乎没有影响。结合δ13C值和土地利用变化分析,土壤和沉积泥沙δ13C值是土地利用状况的良好指示因子,较低δ13C值(-26‰)表明丘陵坡地森林覆盖率较高,而较高δ13C值(-24.30‰)则说明森林覆盖率较低。δ13C技术只有在沉积泥沙主要来源是土壤有机物的条件下,才能定量评价沉积泥沙的不同来源。由于当地沉积泥沙有机物是土壤有机物、生物碎屑和生活污水的混合物,采用δ13C指标示踪泥沙来源的可靠性受到影响,但可以肯定地说,δ13C技术对定量评价沉积泥沙的来源是有帮助的。     

长白山红松和落叶松树轮宽度年表特征

利用采自长白山红松和落叶松分布上限和下限的树轮样本,分别建立树轮宽度差值年表.结果表明:下限红松年表的平均敏感度、树轮宽度指数的年际变率、信噪比等年表特征值比上限年表的高,表明下限红松生长对环境的敏感性大于上限;落叶松年表特征值在不同海拔表现与红松相反.进一步分析发现分布上限和下限的红松生长与气候因子之间的关系不同.下...     

闽中北柳杉树轮指示的气候信号与季风区不同地域干湿变化关系

利用采自闽中北部柳杉树轮样芯,建立树轮宽度标准化年表,通过树轮气候响应分析,发现柳杉树径向生长主要反映了该地上年7月至当年2月帕尔默干旱指数(PDSI)变化(r=0.6,p0.001)。进一步研究发现,该年表与山东地区油松树轮年表有着良好相关,他们之间的第一主成分能够准确指示东部沿海季风区干湿变化(r=0.661,p0.001),并揭示6个偏湿阶段和5个偏干阶段。该第一主成分序列所记录的一些极端干旱事件与中国北方干旱半干旱地区的极端干旱事件有着良好对应,这些极端干旱事件对中国社会有着重要影响。同时也发现该第一主成分序列与东亚夏季风尾闾区的兴隆山降水序列在低频变化上具有很好的一致性,并准确记录了最近30 a东亚夏季风变化趋势。     

青海云杉叶片稳定性碳同位素组成对水分温度变化的响应

于2005-07在祁连山北坡沿海拔梯度进行了青海云杉(Picea crassifolia) 叶片稳定性碳同位素组成(δ13C)的分析测定,以探讨青海云杉叶片δ13C随海拔变化特征及对水分、温度变化的响应.结果表明:不同海拔青海云杉叶片δ13C存在显著差异(F=3.94, p<0.01),δ13C平均值-24.69‰;随着水分、温度的变化,在海拔2 550～3 100 m,青海云杉叶片δ13C随海拔增加呈现降低趋势,在海拔3 100～3 350 m,δ13C值随海拔增加呈现升高趋势.青海云杉叶片δ13C与土壤水分在低海拔(2 550～3 100 m)呈显著负相关,在高海拔没有关系;与土壤温度之间则存在一种非线性关系.青海云杉叶片δ13C随海拔变化在低海拔主要受土壤水分、温度的控制,在高海拔则主要受温度的控制.     

闽北地区柳杉树轮宽度变化对气候因子的响应

以福建北部宁德市虎贝镇柳杉树芯为对象,建立研究区68年(1950—2017)柳杉树轮宽度标准年表。通过年表与气候要素的响应分析发现:研究区柳杉树轮宽度与上一年7月和当年6月温度在原始序列和一阶差序列上均显著负相关(P0.01),夏季高温造成的干旱胁迫限制了柳杉径向生长;标准年表与前一年7月至当年6月降水和标准化降水蒸散指数(Standardized Precipitation and Evapotranspiration Index, SPEI)在原始序列和一阶差序列上均显著正相关(P0.01),柳杉生长亦受水文年降水限制,土壤水分在其中起到关键作用。柳杉宽度年表与当年1—3月全球海表温度(Sea Surface Temperature,SST)相关空间分布特征显示:树木径向生长与厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)之间存在显著相关,说明ENSO可以通过遥相关(teleconnections)调控研究区的水文气候,从而影响区域的树木生长。     

基于树轮δ~(13)C的阿尔泰山南坡夏季降水变化分析

利用阿尔泰山南坡东、中、西部3个样点的西伯利亚落叶松树轮δ13 C序列,结合阿勒泰地区7个气象站降水资料分析表明,树轮δ13 C序列对阿尔泰山南坡夏季降水有较好的响应,最高相关系数可达到-0.682(p0.0001)。利用回归方法重建了过去160年来阿尔泰山南坡夏季降水量。阿尔泰山南坡夏季降水在1850—1871年偏多,1872—1956年经历了长期的干旱,20世纪60年代至今,随着新疆整体气候的暖湿化,阿尔泰山南坡经历了较长的湿润期。重建的夏季降水与上年冬季北极涛动(AO)有较好的相关性,北极涛动可能对阿尔泰山南坡过去160年降水有较大影响。阿尔泰山南坡过去160年夏季降水变化存在11a(95%)、2.7a(95%)、2.4a(95%)、2.1a(99%)和2.0a(99%)的准周期变化。     

长汀水土流失区重建植被WUE及相关叶性状研究

对长汀水土流失区不同生态恢复程度生境马尾松(Pinus massoniana)与木荷(Schima superba)的叶片稳定碳同位素组成(δ13C)、比叶面积(specific leaf area,SLA)、叶N含量及C/N进行了分析,并以叶片δ13C值和C/N分别指示植物的水分利用效率(water use efficiency,WUE)和氮素利用效率(nitrogen use efficiency,NUE).研究发现:1)随着生境恢复程度的提高,马尾松与木荷的δ13C值均呈下降趋势,其中木荷对环境的响应比马尾松敏感.2)同一生境,马尾松的δ13C值高于木荷,植被恢复程度较高的生境两者差异更明显,δ13C值变幅为2.20‰.3)相同生境,马尾松的NUE高于木荷,SLA和叶N含量低于木荷,恢复程度较高的生境差异显著(P<0.05).4)树种间的NUE与WUE不存在权衡,SLA和叶N含量的变化趋势与WUE相反.研究结果表明:马尾松与木荷WUE对资源梯度变化的响应趋势相似,木荷的可塑性较强;在干旱贫瘠生境中,马尾松比木荷具有更保守的水分利用方式和氮素消费方式,适应能力更强,能起先锋树种作用,随着生态恢复程度的提高...     

西部中国沙棘叶片稳定碳同位素组成的空间特征及其气候意义

分析了西部中国沙棘（Hippophate rhamnoides sinensis）叶片稳定碳同位素组成特征及其与环境因子之间的关系。结果表明,中国沙棘叶片δ13C值在-30.40‰~-24.91‰之间变化,平均值约为-27.62‰,属于C3植物。随纬度和经度的升高,中国沙棘叶片δ13C值明显升高,而随海拔的升高而降低,具有明显的空间分布特征。中国沙棘叶片δ13C值与温度没有明显的关系,随蒸发量和日照时间的升高而升高,随降水量的升高有降低趋势,具有明显的气候意义。表明中国沙棘具有较高的水分利用效率,水分是控制中国沙棘δ13C值变化或生长的主导因子。     

长汀水土流失区重建植被WUE及相关叶性状研究

对长汀水土流失区不同生态恢复程度生境马尾松（Pinus massoniana）与木荷（Schima superba）的叶片稳定碳同位素组成（δ^13C）、比叶面积（specific leaf area,SLA）、叶N含量及C／N进行了分析,并以叶片δ^13C值和C／N分别指示植物的水分利用效率（water use efficiency,WUE）和氮素利用效率（nitrogen use efficiency,NUE）．研究发现：1）随着生境恢复程度的提高,马尾松与木荷的δ^13C值均呈下降趋势,其中木荷对环境的响应比马尾松敏感．2）同一生境,马尾松的δ^13C值高于木荷,植被恢复程度较高的生境两者差异更明显,δ^13C值变幅为2．20‰．3）相同生境,马尾松的NUE高于木荷,SLA和叶N含量低于木荷,恢复程度较高的生境差异显著（P〈0．05）．4）树种间的NUE与WUE不存在权衡,SLA和叶N含量的变化趋势与WUE相反．研究结果表明：马尾松与木荷WUE对资源梯度变化的响应趋势相似,木荷的可塑性较强;在干旱贫瘠生境中,马尾松比木荷具有更保守的水分利用方式和氮素消费方式,适应能力更强,能起先锋树种作用,随着生态恢复程度的提高,木荷具有更强的资源竞争能力和生态适应性．     

环境因子与植物体δ13C值关系的研究

通过总结主要环境因子对植物体δ^13C值影响,认为大气CO2浓度增加时,植物体δ^13C值会下降;光照增强,植物δ^13C值增大;UV-B增强时,植物体的δ^13C值降低;温度、水分条件与植物体δ^13C值的关系,至今还没有形成一致的意见,作者认为可能与其研究区域、研究的植物种数量、种类、植物部分及叶片成熟度、采样时间的不同有关。     

神农架地区树轮δ18O序列的气候指示意义

通过对湖北省神农架巴山冷杉(Abies forrestii)树轮纤维素氧同位素的分析,建立了1790-2011时段的年分辨率的δ¹⁸O年表。将树轮δ¹⁸O序列与邻近的巴东气象站记录的气候数据、大气环流数据以及南海海温进行对比分析,研究了树轮δ¹⁸O序列对气候要素的响应。结果表明,神农架地区树轮δ¹⁸O序列与该地区气候要素密切相关：与当年6-7月降水量呈负相关、与当年3-4月温度呈正相关,与当年6-7月相对湿度呈负相关。同时,树轮δ¹⁸O序列与当年2-3月北半球副高面积指数(5E-360)、9月南海副高面积指数(100E-120E)、1月太平洋极涡面积指数(Zone 2,150E-120W)及4-5月南海海温(SST)呈显著正相关;与当年1月南方涛动指数(SOI)呈负相关。表明树轮δ¹⁸O序列在一定程度上记录了大尺度的大气环流信息。该研究有助于进一步认知神农架地区树轮稳定氧同位素在过去气候变化研究中的潜在价值,为进一步气候重建研究提供科学依据。     

高分辨率石笋记录的三峡库区小冰期气候变化

基于重庆水鸣洞石笋(NSM03)7个230Th年代数据和438个δ18O数据建立三峡库区1250~1750 A.D.时段分辨率约为1 a的δ18O记录。分析显示石笋δ18O值在1280 A.D.开始迅速偏重,在1300 A.D.附近偏到近500 a来最重,显示季风迅速减弱,库区进入小冰期。石笋记录显示小冰期存在明显的年代际尺度干湿波动,特别是在1400~1650 A.D.时段石笋δ18O值高频振荡,显示季风降水处于频繁波动期。功率谱分析显示石笋δ18O序列具有显著树轮Δ14C周期和ENSO准周期,揭示太阳活动是小冰期主要驱动因素,同时受到海气耦合作用影响。     

滇池流域宝象河水库沉积物中有机碳的来源

通过对滇池流域宝象河水库沉积物TOC、TN、C/N、δ13C及粒度等指标的测定,分析了沉积物中有机碳的主要来源及其变化趋势。结果表明:水体中不同位置沉积物有机碳来源并不相同,距三岔河入库河口相对较近的沉积柱芯A中C/N比值介于2.93~11.73,δ13C值介于-23.66‰~-21.78‰,有机碳主要来源于水生生物,陆源输入贡献较小,有机碳含量受粒径大小影响显著;距三岔河入库河口相对较远的沉积柱芯B中,其TOC和TN含量较高,分别介于14.62~24.93 g?kg-1和2.11~3.3 g?kg-1,δ13C值变化范围为-28.36‰~-26.36‰,粒度以黏土和细粉砂为主,有机碳主要来源于水库周边陆源输入,受人类活动影响强烈。     

表土分粒级碳酸盐与碳同位素分布特征及其凤尘源区示踪意义

对科尔沁沙地、松嫩沙地及哈尔滨道路松散裸土等不同区域表土样品进行粒度分级,分别测定碳酸盐含量和碳同位素组成,发现大部分沙地样品和全部道路表土样品的碳酸盐含量随粒度变细而增大.松嫩沙地的部分样品和科尔沁沙地的大部分样品碳酸盐含量随粒度变化还表现出其它复杂关系,风成砂和经历过强烈成壤作用改造的沙地样品中的碳酸盐含量与粒度的关系皆表现为随粒度变细而减小;大部分沙地样品和道路表土样品不同粒级组分的碳酸盐δ13C组成表现出随粒度变细而趋于偏正的特征,但变化范围较小.松嫩沙地和科尔沁沙地碳酸盐含量的地区差异性极不明显,且各粒级组分碳酸盐含量的变化幅度大大超过了其碳酸盐区域差异值,故不能作为区分松嫩沙地和科尔沁沙地风尘源区的示踪指标;而科尔沁沙地和松嫩沙地碳酸盐δ13C组成存在明显差异,且不同粒级组分碳酸盐δ13C值差别较小,是一个比碳酸盐含量更好的风尘源区示踪指标.