气候和地热共同影响泥炭地表面湿度变化——以长白山赤池泥炭地为例

来自北方泥炭地的研究表明,沼泽表面湿度变化时常受控于气候变化。然而火山活动区泥炭地的表面湿度是否受到了火山地质的影响?这个问题值得进一步明晰。本研究以长白山赤池泥炭地38 cm深的沉积物作为对象,通过植物大化石、有壳变形虫和腐殖化度多指标分析,重建该泥炭地过去近50年的地表湿度变化。研究表明,3个指标揭示的地表湿度变化趋势总体一致,即38～27 cm(1957～1965 A.D.)由干向湿转变;27～18 cm(1965～1976 A.D.)干湿波动;18～0 cm(1976～2008 A.D.)由湿向干转变。与当地的气象数据对比,发现剖面底部湿度偏低与地热引起的强烈蒸发有关;而剖面上部湿度偏低与降水少、温度高的气候变化模式较吻合。理解泥炭地表面湿度变化对于泥炭记录的古气候、古环境和古生态重建具有重要意义。     

中国典型泥炭区现代植物的碳、氧同位素组成及在古环境研究中的意义

本文测定了中国 3个典型泥炭沼泽四川红原、吉林金川和哈尼的现代沼泽植物中的碳、氧同位素组成。吉林金川和哈尼的沼泽在相似的气候和环境条件下发育演化 ,而四川红原的泥炭发育在截然不同的气候条件下。结果表明 ,每个泥炭沼泽现代植物中的碳、氧同位素均有较大的离散度 ,表现为不同营养状况下的成沼植物之间的同位素差异 ;从δ1 3C值来看 ,三个沼泽中的植物均属C3植物 ;红原与金川、哈尼有着明显不同的现代植物稳定氧同位素组成 ,前者更富集1 8O。同一泥炭植物碳、氧同位素的不均一性要求在利用泥炭沉积物恢复过去气候变化方面一定要谨慎。非常有意义的是贫营养泥炭 (高位泥炭 )的成沼植物有着非常接近的同位素组成 ,揭示贫营养型泥炭可能是更为理想的过去全球变化信息档案     

泥炭沼泽的演化及其机制

泥炭沼泽的演化普遍存在,演化的实质是在成因因素有利的配合下,沼泽植物群落发生了变化乃至更替。根据泥炭植物残体分析和煤层的煤岩、煤化学研究,可以了解泥炭沼泽的演化和形成煤层的原始泥炭沼泽的演化。      

晚全新世黔西南喀斯特地区兴义泥炭高分辨率腐殖化度记录研究

季风气候区泥炭重要组成部分—贵州泥炭的研究较缺乏,其腐殖化度的环境指示意义尚有待挖掘。对黔西南喀斯特地区的兴义泥炭XY1钻孔进行AMS14C测年并构建年代框架,结合不同波长的高分辨率腐殖化度测定,及钻孔沉积速率和碳累积速率,重建黔西南3 000~1 770 cal. a B.P.的泥炭沉积过程,并探讨其可能的受控机制。结果表明:1）XY1钻孔样品的腐殖化度受温度和降水的双重控制,腐殖化度高值指示气候干冷,反之则指示气候湿热;2）3 000~2 700 cal. a B.P.腐殖化度较低且呈上升趋势,碳累积速率较低且呈下降趋势,沉积速率较低并且波动不明显,泥炭沉积较为缓慢;2 700~2 400 cal. a B.P.腐殖化度下降,碳累积速率、沉积速率略有上升,泥炭沉积略有加快;2 400~1 950 cal. a B.P.腐殖化度升高,碳累积速率、沉积速率处于高值,泥炭沉积快;1 950~1 770 cal. a B.P.腐殖化度、碳累积速率、沉积速率快速下降后回升,泥炭沉积发生明显波动;3）功率谱和小波分析显示,腐殖化度变化序列存在83 a、55 a、38 a、31 a、27 a、22 a准周期,与双海尔周期、布鲁克纳周期和太阳活动世纪周期相一致,表明该区气候变化和泥炭沉积受太阳活动的驱动。     

泥炭沉积与气候变化的泥炭记录

气候变化是影响全球泥炭沼泽分布和演化的最重要的因子之一,而泥炭地由于自身的特点成为过去气候变化的良好地质档案。在介绍泥炭沉积过程及不同类型的泥炭沼泽的发育特点基础上,从过去气候变化的常用泥炭记录和泥炭地碳记录等方面总结了国际上针对泥炭地反演气候变化研究的若干重要进展,重点剖析了泥炭腐殖化度、植物残体、有壳变形虫、生物标志化合物、同位素和孢粉等泥炭地过去气候变化重建的代用指标的适用范围和优缺点,同时也分析了泥炭地碳累积和碳循环等热点研究问题。最后从泥炭地作为过去气候变化的记录档案、泥炭地对现在气候变化的响应与反馈及在泥炭地进行现场气候变化监测与实验等方面对泥炭地与气候变化研究进行了展望。     

青藏高原春季土壤湿度与中国东部夏季降水之间的关系

应用SVD方法分析了青藏高原地区春季土壤湿度异常和中国东部地区夏季降水之间的关系.结果表明,青藏高原不同地区、不同深度的土壤湿度与中国东部夏季降水的相关特征不同.青藏高原东北部和西北部0~10cm深度(表层)土壤湿度与中国华北、东北地区的夏季降水为正相关,而与华南地区为负相关;青藏高原中部及南部0~10cm表层土壤湿度与华北地区夏季的降水有较强负相关;青藏高原北部及东部10~200cm深度(深层)土壤湿度与华北、东北地区的夏季降水为负相关,而与华南地区夏季降水为正相关;青藏高原中东部10~200cm深层土壤湿度与长江中下游和华南大部分地区夏季降水呈负相关关系.即青藏高原不同地区、不同深度层春季土壤湿度的变化,对中国东部地区的夏季降水具有显著影响.     

大气环境变化的泥炭地质档案

雨养泥炭沼泽是一种重要的泥炭沼泽类型,具有全球广泛分布的特点,其养分补给主要源于大气降水(包括雨、雪和空气尘埃).它是一个记录大气环境变化的积极的信息储备系统,记录有大气输入的海盐气溶胶、沙尘颗粒、酸沉降、重金属和有机污染物等信息.采用地质定年技术将泥炭深度剖面转化到年代坐标上,并结合泥炭生物地球化学指标检测分析,提取...     

研究煤相的几种方法(二)

泥炭沉积的各种环境与泥炭沼泽中水深声关,因为水深可以影响到发育的植物类型以及岩石实体保存的形式。根据Osvald命名法可以区分三个与水位有关的带:（1）陆地沼泽带(在高水位以上),(2)湿草地沼泽带(介於高、低水位之间);(3)湖泊沼泽带(水下沉积区)。      

泥炭分子化石单体碳氢同位素的古气候意义

为了查明泥炭分子化石记录的古植被状况与古植物学分析结果的差异，并进一步探讨这些分子化石所记录的古气候信息，本文利用气相色谱仪(CC)、气相色谱—质谱联用仪(GC—MS)、气相色谱—燃烧-同位素比质谱仪(GC-C-IRMS)、气相色谱-热转换—同位素比质谱仪(CC—TC—IRMS)详细分析了一个40cm(约220年)长的泥炭岩芯中的分子化石及其单体碳、氢同位素组成。正构烷烃分子化石的主峰化合物(C23)及其碳、氢同位素组成与温度有很好的对应关系，工业革命以来化石燃料的燃烧效应也在单体碳同位素上反映出来。这些结果反映了泥炭分子化石具有很好的古气候和古环境意义。     

遥感在若尔盖泥炭资源调查中的应用

本文提供了一个遥感技术用于泥炭资源调查的实例。以若尔盖为研究区、通过对该区陆地卫星MSS资料最佳时相(10月成象)和最佳波段(MSS7)的选择,并通过对优选图象的光学处理、计算机处理、综合解译、光谱实测以及野外钻探验证,建立了泥炭沼泽区在MSS四个波段皆呈低反射率暗色调的信息识别标志,准确地圈定了泥炭沼泽区的分布范围;划分了泥炭沼泽类型;评价了泥炭资源赋存状况,共获得泥炭区总面积4058km~2,总储量50×10~8m~3以上。研究结果表明,用航天遥感资料进行大面积小比例尺的泥炭资源调查是一种先进方法,可提高工效20倍。     

肇庆高要泥炭沉积揭示的全新世植被演变及人类活动历史

位于珠江三角洲西北边缘地区的肇庆高要钻孔岩芯长610cm,其泥炭沉积物记录了全新世的沉积过程、植被演变和人类活动历史.根据木屑及泥炭沉积物的AMS-14C测年,钻孔底部年龄按沉积速率外推大约为6100cal.a B.P..在孔深536～ 175cm段发现以水松(Glyptostrobus pensilis)为主的原位腐木根茎和泥炭沉积.孢粉研究表明近6000年来钻孔所在区域植被类型发生了明显变化,经历了常绿阔叶林→水松森林沼泽→常绿阔叶林→草地沼泽→次生林及草地农田5个阶段.当地的水松沼泽群落在4900～ 2900cal.aB.P.期间十分繁盛,该阶段后期随着沼泽湿地面积的缩小呈现缓慢衰退的趋势;在2900cal.aB.P.左右水松林面积大幅缩小,水松森林沼泽快速转变成浅水及早地莎草科、禾本科为主的草地沼泽;约1700cal.aB.P.后研究区域残余的天然水松基本消失.炭屑分析表明,火灾事件始于距今3500cal.aB.P.,与该地区新石器时代末期相对应,揭示了该区域早期农业的初始时代.乔木植物的比例在2660cal.a B.P.骤减,禾本科、里白/芒箕、松属等先锋属种大量生长,这个过程伴随着炭屑浓度的大幅增加,指示人类刀耕火种活动逐渐增强.研究表明,晚全新世三角洲进积、海岸带推移、潜水位下降和人类活动等综合因素导致了研究区域水松林的消亡,近2600年三角洲早期农业的发展大大加剧了当地水松群落的衰退速度.     

北方泥炭沼泽中酚类物质释放的热敏感性研究:以英国威尔士地区雨养和矿养泥炭沼泽为例

利用高精度多梯度热培养系统,对英国威尔士地区两类典型的北方泥炭沼泽中酚类物质和溶解有机碳释放的热敏感性进行了为期1年的调查研究.研究结果表明,雨养泥炭沼泽(Bog)酚类物质释放的热敏感性Q10(总酚)月变化为0.92～1.57,而矿养泥炭沼泽(Fen)的月变化范围为0.93～1.30.酚类释放的热敏感性与土壤温度大致呈正相关关系.此外,土壤温度与溶解有机碳释放的热敏感性Q10(DOC)也呈正相关关系.总体上,雨养泥炭沼泽的热敏感性比矿养泥炭沼泽略高.除温度外,水文条件和植被等多种环境因子对酚类物质和溶解有机碳释放的热敏感性也有较大影响.研究结果还表明酚碳热敏感性比值Q10o(总酚)/Q10(DOC)相对稳定,土壤温度的变化对其影响有限.     

温度影响东北地区更新世植被变化的黄土记录

温度、降水(湿度)和大气CO2含量被认为是影响C3植物生长的主要因素.大量的现代植物和土壤有机质碳稳定同位素(δ13C)研究表明,温度升高可使C3植物的碳同位素变重(正),降水增多(湿度增大)和大气CO2含量升高可使C3植物的碳同位素偏轻(负);同时,C4植物可明显地影响土壤的有机碳同位素组成.基于这些认识,以前对黄土高原的黄土-古土壤序列有机质碳同位素和植被组成变化进行过不少研究.但是,相关的研究在我国东北地区的黄土中还未开展.本文对我国东北地区厚度36m的喀喇沁旗牛样子沟黄土-古土壤剖面进行了间隔10cm的采样和总有机碳含量(TOC)、有机质稳定碳同位素的测试分析.结果表明,在间冰期发育的古土壤有机质含量高、δ13C值偏正;反之,在冰期堆积的黄土有机质含量低、δ13C值偏负.通过分析表明,研究区的植被类型是以C3植物占主导地位,C4植物对土壤有机质δ13C变化的贡献有限,并且气候变化具有冰期-间冰期季风气候变化的特点,据此推断温度是决定东北地区植被碳同位素组成变化的主要因素,超过了降水(湿度)和大气CO2含量对植被(植物碳同位素组成)变化的反向影响.这一发现揭示了温度对我国东北地区长时间尺度植被变化的控制作用.这些认识对于在未来全球变暖背景下,东北地区的林木和小麦、大豆、水稻等C3作物的种植有借鉴意义.     

神农架大九湖不同生境表土磷脂脂肪酸揭示的微生物群落结构差异

磷脂脂肪酸(phospholipid fatty acid,PLFAs)是活体微生物细胞膜的重要组成部分,微生物通过改变细胞膜中PLFA组成,快速响应环境变化.目前,表土PLFAs研究主要集中于季节和植被群落变化对微生物群落结构影响,对于不同生境下表土PLFAs揭示的微生物群落结构的差异性尚不明确.基于此,对神农架大九湖7种不同生境表土进行PLFAs研究.结果表明,表土样品PLFAs集中分布于C₁₄到C₁₉;除湿生泥炭沼泽和湿生半退化沼泽生境外,其他生境以n16:0为主峰.不同生境的PLFAs含量差异较大,沼泽生境TPLFAs含量是草甸及阔叶林生境下的3~8倍.PLFAs组成还揭示出生境间主要受到pH和含水率的影响,微生物群落结构存在差异.不同生境下表层土壤PLFAs揭示的微生物丰度和群落结构具有一定的相似性及差异性.运用PLFAs对微生物量及微生物群落结构的划分将有助于更好的了解区域生态系统中微生物群落结构的变化,为研究微生物参与碳循环及古生态研究奠定基础.      

祁连山海北高寒湿地植物群落结构及生态特征

海北高寒湿地系沼泽型和湖泊型湿地相并存.海北高寒湿地植物种类组成较少,从湿地中央到边缘植物优势种组成不同,群落结构变化明显.中部以帕米尔苔草为主要植物建群种的沼泽草甸,边缘地带以藏嵩草为主要建群种的沼泽化草甸,从中央到边缘地带主要有25种植物组成,隶属10科20属.高寒湿地植物有较高的地上生物量(349.373 g·m^-2)和地下生物量(仅1~40 cm层次最高可达10769.301 g·m^-2),而且地下部分远高于地上部分,地下生物量从表层到深层基本均匀下降,与矮嵩草草甸和金露梅灌丛草甸区的地下生物量分布截然不同.因湿地帕米尔苔草、藏嵩草、黑褐苔草、华扁穗草等为主的植物粗纤维高,牲畜利用率下降,不论地上还是地下对土壤有机物的补给均较高,多年的积累使其海北高寒湿地有深达2~3 m的泥炭层,使湿地形成一个非常重要的碳库.在气候变暖的条件下,这些未分解或半分解的土壤有机物质(或残体)将加速分解,对大气有更多的CO₂、CH₄等温室气体的排放.     

天目山泥炭类脂物记录的微生物特征和植被演替

为进一步了解泥炭中微生物特征和植被的变化,对采自浙江天目山的样品进行了类脂生物标志物与有机碳同位素(δ13Corg)的测定。有机碳δ13Corg值整体偏负,显示C3植物占优势的特点。正构烷烃的分布特征表明,大多数样品来源于陆生高等植物和低等菌藻类生物,其中高碳数正构烷烃主要以C29为主峰,显示植被类型以木本植物为主,但草本植物的相对比例也发生了多次变化,且这种变化与有机质的相对贡献量密切相关。在深度100~68cm,不同来源的有机质,特别是低等菌藻类的相对贡献量都相对较少;在深度68~30cm,低等菌藻类生物的贡献逐渐变大;而表层泥炭的有机质主要来源于高等植被,菌藻类的输入较少。泥炭有机碳同位素与类脂生物标志物的综合特征表明,该区植被经历了几次明显变化,并据此可将研究区中全新世以来环境演化分为早(4100~3200aB.P.)、中(3200~700aB.P.)、晚(700aB.P.以来)三个环境演化阶段,其结论与前人的环境演化与全球气候变化研究具有较好的可比性。     

若尔盖高原湖沼沉积剖面饱和烃组分特征及地球化学意义

利用GC-MS技术对若尔盖高原一湖沼沉积剖面（深346 cm）沉积有机质的饱和烃馏分进行了分析,结合已有的AMS 14C年代、剖面岩性和TOC资料,探讨了该剖面分子化石分布特征及其相关参数对有机物来源、微生物活动和气候变化等环境信息的指示意义。分析表明,中高碳数占绝对优势的正构烷烃反映了有机物主要来源于高等植物,且草本高等植物输入丰富;岩相、TOC和Pr/Ph比值很好地指示了该剖面沉积物从早全新世（约11.4~7.3 cal ka BP,深度346~203 cm）强还原深湖条件到中全新世（约7.3~4.5 cal ka BP,>203 cm）弱还原沼泽条件的演化过程,正构烷烃参数奇偶优势（OEP1和OEP2）、C25/C31和轻烃/重烃比值（∑C21-/∑C22+）详细反映了这种水文演变过程中生物源的变化,尤其剖面120 cm以上很可能有泥炭藓(Sphagnum)的重要输入,而且敏感地指示了剖面120 cm以上有机物遭受了明显的微生物改造作用,从而引起正构烷烃组分的改变。另外,在约9.8~8.6 cal ka BP（深度286~240 cm）期间剖面岩性及其以上各项代用指标发生明显快速变化,说明早全新世若尔盖高原气候相对暖湿阶段具有不稳定性。     

神农架泥炭记录的MIS 3阶段环境变化及千年尺度气候波动

地处典型东亚季风区的神农架大九湖盆地有华中地区面积最大、海拔最高的亚高山泥炭沼泽湿地.对盆地中心部位钻孔DJH-2中821 ～430cm泥炭沉积进行花粉浓缩物AMS14C测年,经校正发现其沉积时段为59.8～26.1kaB.P.,与MIS 3阶段相对应.研究显示,在MIS 3阶段研究区气候环境适宜植被的生长和有机质的保存,基于α一纤维素δ13C重建的大气湿度显示平均为72％的湿度值总体略高于全新世晚期,且MIS 3早期(60～49kaB.P.)和晚期(38.5 ～26.1kaB.P.)较高,大气湿度平均为75％和72％,中期(49.0～38.5kaB.P.)略低,平均69％,温度则由早期到晚期呈现逐渐降低趋势.高分辨率的泥炭记录显示千年尺度的气候变化呈现5个波动旋回,期间出现的4次冷干事件与H冷事件一一对应,并且存在多次暖(温)湿事件对应于D-O暖事件.此段沼泽沉积是大九湖对这一时期东亚夏季风强度明显增强的直接响应,与全球众多记录对比揭示出MIS 3阶段神农架泥炭记录在岁差尺度东亚夏季风环流强度主要受太阳辐射控制,其功率谱分析显示存在的多个显著周期为千年尺度上东亚夏季风强度主要受太阳输出量控制的观点提供了有力支持.     

海侵作用影响下的高分辨煤相序列及其古泥炭沼泽发育模式——以山西北部安太堡上石炭统太原组11号煤层为例

古泥炭沼泽是煤聚集的主要场所,也是含煤地层沉积过程的重要环节.煤相及相关地球化学特征,是指示古泥炭沼泽条件的重要标志.为此,本文以山西北部安太堡上石炭统太原组11号煤层为例,在煤相研究的基础上,结合地球化学研究,从沼泽水体动力条件、盐度和氧化还原性三方面,对煤相及其古泥炭沼泽的发育过程进行了精细研究.结果显示,其演化具有4个特点.第一,煤相包括5种类型,即障壁岛-泻湖低位沼泽相(A)、下三角洲平原低位沼泽相(B)、上三角洲平原低位沼泽相(C)、上三角洲平原潮湿森林沼泽相(D)和山前冲积平原干燥森林沼泽相(E).第二,煤相发育过程经历了7个演化阶段,每一阶段均为半旋回,旋回内部的演化具有跳跃性,揭示泥炭沼泽水面可能发生过脉动式上升.第三,古泥炭沼泽起始于海进作用,发展于缓慢海退的沉积背景,结束于快速海进事件,整个地质过程明显受到海水入侵的影响,其间沼泽水体的盐度和还原程度呈逐渐降低的趋势,水动力趋于增强,沼泽类型从以A相和B相为主演化为以D相和E相为主.第四,古泥炭沼泽发育期间的海退过程由一系列次级快速海进或海退事件构成,呈现出波动式海退的特征,导致泥炭沼泽类型呈跳跃式演化.最后,该期间最大一次快速海进事件的到来(第Ⅶ阶段),结束了古泥炭沼泽整个发育历史.     

全新世红原泥炭碳积累速率及其影响因素研究

探讨了全新世中国西南地区红原泥炭地的碳积累速率与气候变化的响应机制,综合腐殖化度、有机碳含量、干容重和纤维素碳氧同位素多指标,重建了红原泥炭地全新世气候变化和碳积累速率变化历史。在温暖湿润早全新世(11.5~6.2ka B.P.)初级生产力超过泥炭分解,是其快速积累期。此阶段红原泥炭碳积累具有明显北方泥炭碳特征。4.5~2.5ka B.P.气候温凉湿润既能促进初级生产力发展,又能抑制泥炭分解,出现高速积累期,此阶段红原泥炭积累速率具有明显热带泥炭碳特征。