贡嘎山山地暗针叶林带森林土壤温室气体N2O和CH4排放研究

利用静态箱法对贡嘎山森林生态系统峨眉冷杉原始林、演替林以及峨眉冷杉采伐迹地土壤N2O和CH4排放通量进行了测定. 结果表明: (1) 各观测点土壤向大气释放N2O, 土壤为大气N2O的排放源, 而CH4的排放通量均为负值, 土壤为大气CH4的吸收汇, 各观测点N2O年均排放通量的对比关系为峨眉冷杉(Abies fabri)原始林＞采伐迹地>演替林, CH4年均吸收通量则表现为峨眉冷杉原始林＞演替林＞采伐迹地. (2) 各观测点N2O排放通量具有明显的季节变化, 夏季7～8月以及春季2～3月土壤N2O出现两次排放高峰, 冬季及春季3月中旬至4月N2O排放量较低. 各观测点CH4吸收强度的季节变化波动强烈, 规律不明显. 总的来说, 演替林和采伐迹地CH4吸收通量均以5月中旬至7月下旬为最高, 其余时间较低, 而峨眉冷杉原始林到9月份CH4吸收通量仍保持较高的数值. 与原始林相比, 演替林和采伐迹地的CH4吸收能力要弱些, 且采伐迹地的CH4吸收能力更弱, 森林砍伐降低了土壤对大气CH4的吸收能力. (3) 峨眉冷杉原始林N2O排放通量存在明显日变化规律, 且N2O排放通量与气温(r = 0.95, n = 11, a ＜0.01 和5 cm地温(r = 0.81, n = 11, a ＜0.01 呈显著正相关. CH4日变化规律不明显, 与气温、地温均无明显相关关系.     

210Pbex沉积通量突发增大对湖泊生产力的指示

²¹⁰Pb沉积计年的基本假设是大气沉降并经由湖水转入沉积物的²¹⁰Pb_ex 通量稳定. 当沉积速率相对稳定时, 沉积物中²¹⁰Pb_ex 的比活度将随沉积年代呈指数衰减. 湖泊水体中的²¹⁰Pb_ex 主要随有机微粒的沉降而进入沉积物. 如果湖泊水体中有机质沉积通量出现突发增大时, 则可能显著地增大²¹⁰Pb_ex 被清洗而转入沉积物的通量. 这种突发性清洗效应, 一方面显然不符合²¹⁰Pb沉积计年的基本前提; 另一方面可能指示湖泊水体初级生产力的明显变化. 根据云南程海近代沉积物²¹⁰Pb_ex 垂直剖面的特殊变化, 对这一问题进行讨论. 沉积物柱芯于1997年6月采自程海深水湖区. ¹³⁷Cs比活度垂直剖面呈现出3峰特征, 给出了可靠的计年结果并显示出近几十年间沉积物堆积的稳定性. 而²¹⁰Pb_ex 比活度垂直剖面呈现出特异的峰值分布, 并与Corg垂直剖面相似. 这一现象可能与制约²¹⁰Pb_ex 转入沉积物的机制有关. 程海沉积物中H_org/C_org和C_org/N_org原子比平均值分别为5.51和7.04, 表明其有机质主要源于内生藻类残骸. 根据沉积物有机质“沉降-降解-堆积”的3阶段特征, 模拟计算出1970年以来有机碳C_org的沉积通量(F(C_org)). 不同年代²¹⁰Pb_ex 的沉积通量(F(²¹⁰Pb_ex ))与F(C_org)显示出很好的同步关系. 特别是1972～1974年和1986～1989年的两个时段, 二者同步增大. F(C_org)的变化导致F(²¹⁰Pb_ex )的变化; F (²¹⁰Pb_ex)的变化在一定程度上反映出湖泊生产力的历史变化.     

慕士塔格夏季近地表大气CO2及H2O含量变化

对帕米尔高原慕士塔格地区海拔4500 m第四纪冰川作用区夏季近地表大气CO₂及H₂O的含量进行了连续两年的观测, 结果表明自6月底至8月中旬大气CO₂含量整体呈轻微的下降趋势, 下降幅度约5 μmol·mol^-1, 并且具有明显的日变化周期. 该区近地表大气CO₂日最高含量出现在当地时间2:30~5:30 am, 最低浓度发生于12:30~15:30 pm. 对比2002年与2003年的观测结果, 可以发现2002年夏季该区近地表大气CO₂日平均含量整体较2003年低5 μmol·mol^-1, 而且, 2002年CO₂含量日变化幅度更大. 考察大气H₂O与CO₂含量变化的关系, 发现二者有很好的负相关. 上述现象揭示慕士塔格第四纪冰川作用区近地表大气CO₂含量的变化不仅受植物光合作用的影响, 同时大气中H₂O的含量在控制CO₂含量方面起重要作用.     

白令海盆pCO2分布特征及其对北极碳汇的影响

利用中国首次北极科学考察期间所观测到的白令海及楚克奇海表层海水CO₂分压(pCO₂)的变化及其异常, 研究了白令海盆pCO₂的分布特征及与周围水文环流的相关关系. 结果表明, 与具有高生产力的白令海陆架区不同, 在白令海盆观测区内, 叶绿素整体水平较低, 生物作用不是pCO₂空间分布的主要调控因子, 而水文环流要素呈现出重要影响, 是典型的高营养盐低叶绿素(HNLC)海区. 研究表明, 白令陆坡流(Bering Slope Current; 后变性为阿纳德尔流, Anadyr Current)对白令海盆pCO₂空间分布也产生了重要影响. 从HNLC的白令海盆流过来的白令海亚北极水, 将补充西北冰洋夏季几乎耗尽的表层营养盐, 有利于浮游植物的生长, 增强对大气CO₂的吸收能力, 形成有机碳汇; 另一方面, 注入白令海的淡水来源的无机碳在白令海没有向深海输出, 多数会通过阿拉斯加沿岸流注入北冰洋, 形成一个重要的无机碳汇, 这两大碳汇都在北极对全球变化的响应中起着十分重要的反馈作用.     

内蒙古半干旱草原CO2排放通量日变化特征及环境因子的贡献

利用静态暗箱法对内蒙古半干旱羊草草原2001~2002年不同物候期原状群落与土壤呼吸通量日变化进行了野外定位试验研究, 并就水热因子(气温、表层地温、土壤表层含水量)及生态因子(地上活体现存量、地下生物量、凋落物现存量)对原状群落和土壤呼吸通量日变化规律及日呼吸量差异的贡献进行了相应的统计分析. 结果表明: 原状群落和土壤呼吸具有明显的日变化规律, 不同物候期呼吸通量的日变化模式基本相同, 环境因子的变化通常只对CO₂排放强度产生影响, 而对草地CO₂排放通量的日变化模式影响较小; 整个羊草草原在不同物候期原状群落日呼吸总量的变化范围为1.34~10.13 g·m^&#8722;2, 土壤日呼吸总量的变化范围为0.98~5.17 g·m^&#8722;2; 原状群落呼吸和土壤呼吸通量的日变化均与气温及地表温度显著相关(p<0.05)或极显著相关(p<0.01), 而与表层5 cm以及10 cm土壤温度相关性较弱; 多元回归分析表明, 不同物候期原状群落日呼吸量的差异约80%是由地上活体现存量的差异引起的, 其余各因子的变化能够共同解释原状群落日呼吸量变化的20%左右; 而不同物候期土壤日呼吸量的变异约有83%左右是由0~20 cm地下生物量的变化引起的, 此外, 表层土壤含水量也是影响羊草草原土壤日呼吸量变异的重要环境因子, 但其与土壤日呼吸量的偏相关系数未达到0.05的显著性水平.     

海洋沉积磷的减少与冰期大气CO2降低的联系

从南海北部陆坡沉积物中提取的有关磷的环境与生物地球化学信息显示, 陆源磷对海洋的供应量是基本恒定的, 不同深度磷含量的变化是受气候和环境变化影响的结果. 根据沉积物中磷与碳酸钙、Cd含量随深度变化的趋势相反, 以及通过化学平衡计算得到的海水中CO₂与PO₄^3&#8722;的消长关系, 表明了海洋沉积磷的积累与大气CO₂的变化相关联, 沉积磷的积累量减少和碳酸钙含量增加, 可能是导致冰期大气CO₂浓度降低的一个关键性因素.     

中国北方黄土区C4植物稳定碳同位素组成的研究

通过对中国北方黄土区C₄植物稳定碳同位素(δ ¹³C)的系统分析, 发现C₄植物δ ¹³C值分布区间为-10.5‰ ~ -14.6‰, 其平均值为-12.6‰ ± 0.82‰; C₄植物δ ¹³C组成有随年降雨量减少, 即从半湿润区到半干旱区, 再到干旱区微微变轻的趋势; C₄植物的稳定碳同位素组成雨季比旱季偏重. 以上变化趋势都与C₃植物稳定碳同位素变化趋势相反.     

高寒草甸土壤有机碳储量和CO2通量

选择青藏高原东北隅海北站区的4种高寒草甸土壤进行高分辨率采样, 测定土壤有机碳及其¹⁴C信号; 应用¹⁴C示踪技术探讨高寒草甸土壤有机碳更新周期和CO₂通量. 研究得出海北站高寒草甸生态系统土壤有机碳储量在22.12´104 ~30.75´10⁴ kgC·hm^-2之间, 平均为26.86´10⁴ kgC·hm^-2. 高寒草甸土壤有机碳的更新周期从表层的45~73 a随深度增加到数百年甚至数千年或更长. 高寒草甸生态系统土壤呼吸的CO₂通量变化于103.24~254.93 gC·m^-2·a^-1之间, 平均为191.23 gC·m^-2·a^-1. 土壤有机质分解产生的CO2通量变化于73.3 ~181 gC·m^-2·a^-1之间. 矮嵩草草甸土壤30%以上的有机碳贮存在土壤表层(0~10 cm)的活动碳库中, 土壤有机质更新产生的CO₂占整个剖面有机质更新产生的CO₂通量的72.8%~81.23%. 响应于全球变暖, 青藏高原高寒草甸生态系统土壤有机碳的储量、流量、归宿变化等问题有待进一步研究.     

东太平洋沉积物中粘土组分的REEs和εNd: 粘土来源的证据

对东太平洋中国多金属结核调查区表层非钙质沉积物中的粘土组分进行了粘土矿物、稀土元素(REEs)及钕(Nd)同位素测定. 结果表明, M/I(蒙脱石/伊利石比值)、ΣREE(稀土总量)、LREE/HREE (轻重稀土比值)及δ Ce(铈异常值)能够有效指示粘土矿物的成因. 当粘土组分的M/I>1, δ Ce<0.85, ΣREE> 400 μg/g, LREE/HREE≈4, REEs配分模式与深海沉积物相似时, 表明粘土组分中含有较多的自生蒙脱石, 为陆源-自生混成粘土组分; 当粘土组分M/I<1, δCe = 0.86~1.5, ΣREE = 200~350 mg/g, LREE/HREE≈6, REEs配分模式与中国大陆黄土相似时, 为陆源粘土组分. 粘土组分的ε_Nd值(或¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd比值)能够示踪陆源粘土矿物的源区. 根据ε_Nd值将粘土组分分为4种类型:Ⅰ型粘土组分, ε_Nd = &#8722;8~&#8722;6, 陆源粘土矿物主要来自北美河流物质;Ⅱ型粘土组分, ε_Nd = &#8722;9~&#8722;7, 陆源粘土矿物主要来自东亚大陆和北美河流沉积; Ⅲ型粘土组分, ε_Nd=&#8722;6~&#8722;3, 陆源粘土矿物来自中东太平洋火山岛屿和东亚大陆; Ⅳ型陆源粘土, ε_Nd=&#8722;13~&#8722;12, 陆源粘土矿物来自东亚大陆来源的风成物质. 陆源-自生混成粘土组分呈斑点状分布, 反映了东太平洋板块内存在火山或热点活动. 陆源粘土组分大面积分布, 表明东太平洋海底粘土矿物主要来自陆源.     

北冰洋考察区海-气CO2的分布特征和通量研究

利用中国首次北极科学考察中走航观测所获得的北冰洋考察区海-气CO₂分压及相关资料, 分析研究了考察区夏季大气和表层海水中CO₂分压的分布特征, 首次用实测的海-气CO₂资料于多种方法估算了考察区夏季海-气CO₂的通量. 结果表明考察区夏季大气中CO₂分压(Pa)的测值范围在(352~370)×10-6 CO₂·Air-1(单位下同)之间, 平均为358, 平面上具有波因特来的北部海域较高, 其余海域分布较均匀的分布特征; 夏季表层海水中CO₂分压(Pw)测值在98~580之间, 极值之差竟达472, 平均值为242, 比相应的分压(Pa)低116, 呈现西低东高、北低南高的平面分布特征, 并与研究区浮游生物、冰况、水温和环流状况有密切关系. 估算结果表明, 各种计算方法所估算出的碳通量F的平面分布趋势相似, 除考察区东部海域为大气CO₂的弱源区外, 大部分海域都为大气CO2的汇区或强汇区, 但它们的值却有较大差异, 平均值在6.57(Liss法)至26.32 mg CO₂·m^-2·h^-1(¹⁴C法)之间, 最大与最小值之间相差约4倍, 大约分别是全球平均值的2~10倍; 若以Wannikhof系数估算, 本海域的平均碳通量则是Takahashi, Feely等人在本海域模拟估算值的2倍左右.     

三峡水库澎溪河消落区土-气界面CO2和CH4通量初探

水库近岸湿地(消落区)温室气体(CO₂、CH₄)产汇是水库温室气体效应问题的重要组成部分.本文以三峡水库支流澎溪河的白家溪、养鹿两处大面积消落区为研究对象,于2010年6 9月水库低水位运行期间,对近岸消落区土-气界面CO₂、CH₄通量进行监测.白家溪消落区土-气界面CO₂通量均值为12.38±2.42 mmol/(m²·h);CH₄通量均值为0.0112±0.0064 mmol/(m²·h).养鹿消落区CO₂、CH₄通量均值分别为10.54±5.17、0.14±0.16 mmol/(m²·h).总体上,6 9月土-气界面CO₂通量呈增加趋势,而CH₄通量水平呈现显著的递减趋势.消落区土地出露后植被恢复,在一定程度上促进了土壤有机质含量的增加,使得6 9月CO₂释放通量的总体趋势有所增加.消落区退耕后,其甲烷氧化菌的活性得到恢复,加之在土地出露曝晒过程中土壤透气性增强,使得消落区土壤对大气中CH₄吸收氧化潜势增强.尽管如此,仍需进一步的研究以明晰消落区土-气界面CO₂、CH₄产汇的主要影响因素.     

长江口崇明东滩沉积物反硝化作用研究

选择长江河口崇明岛东部潮滩为典型研究区域, 从2003年7月到2004年7月在崇明东滩(CM)进行了隔月采样, 研究表明水体自身N₂O产生速率很低, 沉积物是上覆水体N₂O的来源, 沉积物中N₂O产生速率在-0.08~1.74 mmolN·m^-2·h^-1之间, 夏季是N₂O产生速率较高的季节. 不同潮滩部位N₂O产生速率的差异, 以及N₂O产生速率与反硝化速率、温度、溶解氧的相关关系表明中潮滩(CM-2)沉积物反硝化作用可能是N₂O的主要产生源, 低潮滩(CM-3)沉积物中N₂O来源于氮素循环的多个反应过程. 冬季和夏季是潮滩沉积物反硝化作用较强的季节, 晚秋(11月)、初春(3月)反硝化速率相对较低, 潮滩沉积物反硝化速率季节变化较大(1.12~34.09 mmolN·m^-2·h^-1). 温度、溶解氧以及二者的共同作用是影响潮滩沉积物反硝化作用进行的显著因素.     

中国大陆及邻近地区Lg尾波的Q值分布

10个中国数字地震台网(CDSN)台站和5个全球地震台网(GSN)台站所记录的785个浅源地震的宽带垂直分量, 被用来研究中国大陆及邻近地区L_g尾波的衰减特性. 首先运用叠加谱比法对各记录进行处理, 得到与各路径相对应的椭圆内L_g尾波的Q₀ (1 Hz处的Q值)和频率相关因子η的平均值. 进一步应用反投影技术, 得到L_g尾波的Q₀值和η值的成像图及其误差分布. 结果表明, 在所研究的范围内, Q₀在200~500的范围内变化. 最低的Q₀发生在滇藏地区; 最高的Q₀发生在西伯利亚地台的南端. η值的变化范围在0.3~0.8之间. 对于所研究的大部分地区, η值呈现出与Q₀值的反向变化关系.     

长江三角洲稻田生态系统综合增温潜势源汇交替的数值分析

将生物地球化学C, N循环模式与植被生态模式耦合, 建立了生物地球化学-植被生态耦合动力模式. 验证表明模型可以准确模拟稻田生态系统中作物生长及CH₄, N₂O排放过程. 利用模式分析了不同施肥量对CO₂吸收及CH₄, N₂O排放的影响, 以及3种温室气体综合增温潜势的演变规律, 发现了生长期内稻田综合增温潜势源汇交替现象, 提出最大汇施肥量以及零排放施肥量等概念. 利用模式研制了长江三角洲地区不同施肥方案, 为该地区可持续发展提供了科学依据.     

南京葫芦洞石笋δ13C对冰期气候的复杂响应与诊断

文中重建了南京葫芦洞内距今75~10 ka期间7支石笋δ¹³C的时间变化序列, δ¹³C曲线在重叠时段均具有一致性波动形式. 在最后一个冰期/间冰期旋回, δ¹³C值变化幅度达6‰, 反映了C3/C4植被类型变化对δ¹³C的主控作用. 然而, 在末次冰期格陵兰冰心记录的DO暖事件时(千年尺度), δ¹³C与指示降水变化的δ¹⁸O呈反相关, 主要反映了快速渗水条件下洞穴岩溶水对土壤CO₂溶解量的降低. 据同期生长石笋δ¹³C和δ¹⁸O对比分析, 石笋碳同位素动力分馏程度与生长速率有关. 进一步研究发现, 本区末次冰消期植被类型变化滞后于降水变化约700年.     

中国不同类型断裂带的地幔脱气与深部地质构造特征

以氦同位素为主, 辅以CO₂/³He和CH₄/³He及⁴⁰Ar/³⁶Ar等指标, 结合地质构造等资料, 对中国大陆不同类型断裂带的地幔脱气及其深部地质构造特征进行了综合示踪研究. 据此识别并划分出4种具代表性的断裂带: (1) 伸展性构造环境中的岩石圈断裂, 地壳厚度小, 具低CH₄/³He-高R值和低CO₂/³He值-高R值体系, 以幔源流体为主, 地幔脱气作用最强, 以郯庐断裂带为代表; (2) 强烈挤压构造环境中的岩石圈断裂或俯冲带, 如班公湖-怒江断裂带, 地壳巨厚, R/Ra值为0.43~1.13, 幔源氦约占总氦的5%~14%, 地幔脱气作用较弱; (3) 造山带山前(盆缘)深断裂带, R值为10^-7量级, CH₄/3He值为10⁹~10¹⁰, CO₂/3He值为10⁶~10⁸, 具微弱的地幔脱气作用; (4)造山带内壳层断裂带, 如窑街F19等断裂带, 具有高CH₄/3He值-低R值(10^-8)和高CO₂/³He值-低R值体系, 无明显的地幔脱气作用. 研究表明: 大型深断裂带是地幔脱气的主要构造通道; 控制地幔脱气强度的主要因素为断裂深度、构造环境性质和地壳厚度; 地幔脱气作用强度可反映断裂带的深度及其深部构造状态, 而气体地球化学示踪则可成为其研究的新的途径; 地球深部热流体上侵活动可能是深大断裂带形成演化的动力源之一; 山前断裂带是深部构造活动方式和壳幔结构转换的部位, 对于认识造山带和盆地的形成机理有重要科学意义.     

内蒙古大井铜-锡-银-铅-锌矿床的流体混合作用——流体包裹体和稳定同位素证据

内蒙古大井铜-锡-银-铅-锌矿床的石英包裹体水的δ D值集中于-100‰～-130‰, 表明为大气降水来源. 硫化物的δ ³⁴S值(-0.3‰～2.6‰)指示深部岩浆硫来源. 根据碳酸盐矿物的δ ¹³C值(-2.9‰～-7.0‰), 计算了成矿流体的CO₂气体和全碳的δ ¹³C值, 分别介于-0.3‰～-9.4‰和-2.6‰～-11.7‰, 表明主要来源于岩浆. 定量模拟表明, 岩浆去气不是造成流体包裹体气体组分变异的原因; 流体包裹体的显微温度计也不指示相分离. 在包裹体气体组分H₂O-CO₂, 以及CO, N₂, CH₄和C₂H₆的二元协变图上, 样点表现正相关关系, 代表了富CO₂岩浆流体与大气水来源的地下水的混合作用. 地下水从古生界沉积岩的有机质中吸收了CO, N₂, CH₄, C₂H₆和放射性成因Ar. 混合引起的冷却效应导致了矿石矿物的沉淀.     

40Ar/39Ar年代学国际国内标样的对比标定

对四个⁴⁰Ar/³⁹Ar年龄测定中常用的国际标样Ga1550, MMhb-1, Lp-6, Bern 4M (以Ga1550为基准样)和一个国内标样BT-1(以Lp-6为基准样)进行了对比标定. 不同样量的重复测定论证了MMhb-1样品的不均匀性, 得到了该样品的年龄平均值为519.8 Ma; Bern 4M 和Lp-6的测定结果表明它们具有稳定的⁴⁰Ar^*/³⁹Ar_k(F值), 所得的年龄结果接近它们的K-Ar年龄值: Lp-6 = 127.7 Ma; Bern 4M = 18.2 Ma; BT-1的年龄谱、Ca/K和Cl/K谱以及反等时线的分析表明, 这一样品的化学相均匀稳定, 样品封闭良好, 初始Ar组成接近大气值, 年龄值重复性好且稳定, 它的全熔年龄、阶段升温总气体年龄、坪年龄和反等时线年龄在误差(2σ)范围内无差别, 本研究推荐28.7 Ma为BT-1的标定值. 讨论了北京49-2原子能反应堆的中子通量变化情况, 结果表明该反应堆中子通量梯度变化大且不稳定, 须较多的标准样进行监测; 测定了该反应堆³⁷Ar_Ca和³⁹Ar_K的产率比系数(Ca/K转化系数)为1.78, 该值不同于以前报道的2.0, 这可能和后期49-2反应堆的改造有关.     

运用228Ra-NO-3法测定南沙海域的新生产力

运用MnO₂纤维富集-²²⁸Ac b计数法测定了南沙海域两个测站3个时间点水柱的²²⁸Ra比活度, 得其值介于0.38至 3.60 Bq×m^-3. 发现²²⁸Ra的分布能满足稳态条件. 采用一维稳态模型, 以²²⁸Ra-NO^- ₃法测得测站NS97-43, NS99-53(T₁)和NS99-53(T₂)的新生产力分别为4.4, 5.1和5.7 mmolC·m^-2·d^-1. 结合初级生产力的文献报道值, 计算得南沙海域的f比介于0.12~0.15.     

红松和长白松针叶暗呼吸对连续4个生长季高浓度CO2处理的响应

以开顶箱法研究了高浓度CO₂对长白山两种针叶树—红松和长白松针叶暗呼吸作用的长期影响. 对两个树种连续4个生长季进行700和500 μmol·mol^{-1 CO₂处理, 同时设接受大气CO₂浓度(约350 μmol·mol-1 CO₂)的开顶箱为对照, 在CO₂处理的第2, 3和4个生长季分别测定了针叶的暗呼吸速率. 结果表明: CO₂处理的第2个生长季, 高浓度CO₂下红松和长白松针叶暗呼吸速率增加, 可能与碳氮含量变化有关; CO₂处理的第3个生长季, 高浓度CO₂条件下生长的红松针叶暗呼吸速率增加, 长白松针叶的暗呼吸速率下降, 两树种呈不同响应主要与植株的生长速率不同有关; CO₂处理的第4个生长季, 红松和长白松针叶的暗呼吸速率均受高浓度CO₂抑制. 第3个生长季通过改变测量CO₂浓度, 发现高浓度CO₂对长白松针叶暗呼吸作用的短期效应与长期效应呈现一致性, 红松不完全相同. 红松和长白松针叶的暗呼吸作用对高浓度CO₂的响应与CO₂处理时间及植株个体的生长发育阶段有关, 暗呼吸速率的变化是CO₂直接作用与长期驯化共同作用的结果, 不能用短期的测定结果预测针叶暗呼吸对高浓度CO₂响应的长期效应.}