中国干旱-半干旱区表土bGDGTs与气候环境因子数据再分析

文章通过收集中国北方干旱-半干旱区域已发表的bGDGTs数据,重新计算了不同地区表土bGDGTs各组分与温度及pH等环境因子之间的相关关系。主要获得以下认识：1)不同于干旱区,半干旱区bGDGTs的异构体指标与土壤pH表现为强相关,在4个异构体指标(IBT、 CBT′、 IR′_IIa、 IR′_IIIa)中CBT′、 IR′_IIIa计算的pH结果精度较高;2)半干旱区f（5 me）与pH表现为强相关（-0.847）,指示了基于5-甲基bGDGTs的指标同样具有重建半干旱区pH的潜力。但是目前缺乏CBT′_5ME-pH之间的转换函数;3)全球温度校正方程计算得出的温度误差普遍大于中国区域校正方程（中国北方、青藏高原等区域）获取的温度误差。通过整合数据重新计算发现4个区域温度校正方程(MBT′_5ME、 Tmr、 MAATsr、 Index 1)计算的温度结果具有较小的误差,且在半干旱区重建的温度结果更为精确;另外MAATsr、 Index 1的区域温度校正方程也适用于干旱区的温度重建,...     

巫山黄土微生物四醚膜脂分布特征及其古气候意义

"巫山黄土"是指分布于长江三峡地区的黄土状堆积物,是中国黄土的重要组成部分,具有重要的古气候环境意义.微生物四醚膜脂是反演古气候环境的灵敏指标,为了进一步理解巫山黄土中蕴含的古气候意义,通过测定巫山黄土中微生物醚类化合物（glycerol dialkyl glycerol tetraethers,GDGTs）并分析其分布特征,基于支链GDGTs（bGDGTs）的甲基化指数（methylation index of branched tetraethers,MBT）和环化指数（cyclization ration of branched tetraethers,CBT）重建该地44.4~22.8 ka.BP的古温度年平均气温（mean annual air temperature,MAAT）,MAAT与频率磁化率曲线和北大西洋沉积物有孔虫曲线对比,其变化趋势具有一致性,反映了其指标的可靠性.巫山黄土的陆源输入指数（BIT值,bGDGTs vs.crenarchaeol）在0.5~1.0之间,大部分值接近于1.0,但有几个极低值,分析为干旱事件.根据MAAT和BIT指标,巫山地区在冰期气候有剧烈的波动,在36.2±3.6 ka.BP、26.0±2.7 ka.BP、23.7±2.3 ka.BP时相对比较干旱,推测可能分别对应着H4、H3和H2事件,表明该区气候变化响应全球气候变化.      

GDGTs温度指标在青藏高原湖泊的应用潜力分析——以昆仑山黑海为例

古温度的定量重建已成为理解地球气候系统演化的关键性环节,然而目前可靠的陆地温度重建指标仍然较少。来源于微生物细胞膜的甘油二烷基甘油四醚膜类脂（GDGTs）及其相关指标（甲基化/环化指标MBT/CBT和四醚指标TEX86）在湖泊古温度的定量重建中具有一定的潜力,但由于湖泊系统的复杂性及高原气候的特殊性等问题,使得相关指标在青藏高原湖泊的应用受到影响。因此,对目标湖泊开展详细的现代过程分析,考察GDGTs温度指标的应用潜力尤为重要。以位于藏北高原的黑海作为研究对象,采集表层沉积物、流域土壤以及入湖河流沉积物共24个样品。分析了黑海沉积系统中GDGTs的来源,探讨了GDGTs及其相关指标对环境因子的响应,考察了MBT/CBT指标及温度转换函数在高原湖泊温度重建中的适用性。结果表明：黑海中存在部分内源性GDGTs;水体深度对GDGTs的组成与分布影响较显著,电导率与总有机碳的影响较弱;MBT/CBT指标在高海拔和寒冷地区的湖泊古温度重建中有一定的局限性,应该结合区域特点、气候类型及母源微生物对特殊环境的生态响应等,建立更加适用于高原湖泊的温度指标及校正方程。     

温度对水中碳酸平衡的影响浅析

本文通过理论分析和计算探讨了0～100℃范围内不同温度下的碳酸平衡问题,分析了H2CO3*、HCO3-和CO32-三种碳酸在不同温度和pH条件下的水中所占比例及分布规律。认为0～100℃范围内pH0在8.60～8.22之间变化,变化范围较小;三种碳酸在不同温度下随pH变化过程中所占比例存在差异,但差异也不大;在0～100℃范围内不管温度高低,均表现出酸性水中H2CO3*占优势,碱性水中CO32-占优势,偏酸、偏碱及中性水中HCO3-占优势;在较低pH下由于水中CO32-含量很少,因此用常规方法一般是难以检测到的。      

甘南玛曲沼泽湿地土壤微生物量、理化因子与土壤酶活的关系

对甘南玛曲沼泽湿地6个样地的微生物量与土壤酶活性及其土壤理化性质之间的关系进行了研究.结果表明:纤维素酶活性在冬季达到高峰,其余5种土壤酶活性分别在春季和秋季达到高峰;硝化细菌数量与过氧化氢酶、纤维素酶、脲酶、碱性磷酸酶有较显著的负相关关系;微生物量与酶活性之间存在极显著相关关系,其中微生物量因子中的放线菌、氨化细菌、硝化细菌和土壤酶活性因子中的酸性磷酸酶、碱性磷酸酶、中性磷酸酶是引起相关性的主要因素;酸性磷酸酶活性与土壤含水率、pH值、硝态氮含量、氨态氮含量都有密切的关系,过氧化氢酶活性可以通过有机质的含量来反映,脲酶活性可以通过土壤的含水率来反映,碱性磷酸酶活性可以通过电导率来反映.     

关中塿土地区土壤pH变化对硒形态及有效性的影响

以关中塿土为研究对象,选择周至—户县中酸性土壤和三原—阎良偏碱性土壤2个典型地区,采集小麦根系土及小麦籽粒样品,测试分析样品中硒含量及土壤中硒的形态,研究土壤pH变化对土壤中Se含量、硒形态、硒的生物有效性的影响,得出以下结论:①关中塿土pH对Se的含量影响不显著,土壤硒形态以强有机结合态、残渣态及腐殖酸结合态为主,大于80%。有效硒(离子交换态硒+水溶态硒)在偏碱性土壤中大于10%,中性土壤为4.91%,弱酸性土壤为8.17%,呈"山谷型"特征。②有效硒中,pH对水溶态Se含量影响不大,对离子交换态硒影响则更为显著。③与青海、宁夏等富硒地区相比,周至—户县、三原—阎良地区塿土中Se含量相对不高,但三原—阎良地区弱碱性、碱性塿土中种植的小麦富硒率分别达89%、100%,表明偏碱性土壤条件下硒的生物有效性较高,其中弱碱性塿土中硒的有效性最高。     

湖南洞庭湖地区土壤酸化特征及机理研究

湖南省洞庭湖地区是中国酸雨沉降和土壤酸化严重的地区之一,酸雨沉降具有明显的季节性和地域性差异,酸雨沉降与土壤酸化具有较好的空间对应性,但土壤酸化的程度还取决于土壤中盐基离子的含量。在土壤酸化较严重的地区,垂向上,土壤酸化深度已达50cm左右,土壤酸化伴随着大量的可溶性铝的溶出。在土壤pH值与盐基离子、氮和硫含量的关系曲线上,存在着pH值突变的临界点(临界点pH值为8),在碱性范围内,硅酸盐和铝硅酸盐矿物的水解使大量盐基离子溶出,中和了因SO42-和NO3-的输入而造成的土壤酸化,但当pH值下降到小于7·25的中酸性范围时,酸性物质和碱性物质组成的土壤缓冲体系失去缓冲作用,酸性物质略有增加,就会导致土壤迅速酸化。     

白令海与西北冰洋表层沉积物中四醚膜类脂物研究及其生态和环境指示意义

通过对中国第3次和第4次北极考察在白令海和西北冰洋采集的65个表层样沉积物中生物标记物四醚膜类脂物(GDGTs)的研究,发现西北冰洋表层沉积物中类异戊二烯和支链GDGTs的浓度分布大致以楚科奇海和波弗特海的陆坡为界线,呈现南高北低的特征,这一特征主要与水体生产力和陆源有机质的输入量有关.基于GDGTs的陆源输入指数BIT显示,从楚科奇海北部到高纬度区的阿尔法脊,陆源有机质的相对比例明显增加,与有机碳稳定同位素等结果一致,表明BIT可以用来指示北极陆源有机质输入量的变化.应用前人TEXL86-SST方程估算的研究区表面海水温度SST与现代年均SST和夏季平均SST的相关性较差,原因可能与陆源输入的类异戊二烯GDGTs干扰以及低的古菌生产力有关.从季节性海冰覆盖区到永久性海冰覆盖区,基于支链GDGTs的环化指数CBT明显升高,可能反映了CBT对海冰覆盖状况的响应,但其响应机制还不清楚.基于支链GDGTs的环化指数CBT和甲基化指数MBT估算的北极陆地年均大气温度和土壤pH差异较大,可能是由表层沉积物的来源复杂以及混合作用造成的.     

离子选择电极法测定土壤中水溶性氟提取液温度的控制方式

采用超声提取法对样品进行预处理,利用离子选择电极法测定土壤中的水溶性氟,超声空化热效应会造成提取液温度升高,检测结果不稳定,不能如实反映土壤中水溶性氟含量,对土壤环境中氟的监测造成困扰。因此,选择有效的控制提取液温度方式至关重要。本文通过记录直接超声、加冰袋、加冰水、冷却循环水四种温度控制方式提取液温度变化确定出最佳温度控制方式;选取具有稳定性和代表性的土壤有效态成分分析标准物质测定土壤水溶性氟含量,以验证最佳温度控制方式的合理性和有效性;同时分析了提取过程中提取液pH值变化,探讨温度对土壤中水溶性氟提取量影响的原因。结果表明:冷却循环水温度控制方式可有效将提取液温度控制在25±2℃内,该方式的相对误差(8.9%)明显小于直接超声(14.1%);提取液pH值无明显变化,测定结果稳定可靠。     

实验模拟氧化条件对微生物四醚脂的环境替代指标的影响

以古菌和细菌细胞膜脂甘油四烷基甘油四醚(GDGTs)为基础建立的古温度指标四醚指数(TEX86)与甲基化/环化指标(MBT/CBT),以及陆源输入指标(BIT)与干旱和盐碱化指标Ri/b,在海洋、湖泊、黄土-古土壤等沉积物的古环境重建中得到了广泛的应用.然而,利用这些微生物分子指标来重建古环境时,氧化等降解因素对GDGTs化合物,尤其是对细菌支链GDGTs的影响目前还不是很清楚.本研究通过过氧化氢模拟不同氧化程度对土壤中GDGTs化合物产生的影响,进而分析古菌和细菌GDGTs不同结构化合物抗氧化能力的差异,了解化学氧化降解对GDGTs各指标的影响.结果表明,古菌类异戊二烯GDGTs抗氧化能力低于细菌支链GDGTs,同时含环的古菌和细菌GDGTs抗化学氧化能力均要低于无环GDGTs.古菌GDGTs古温度指标TEX86在氧化过程中逐渐降低,在氧化条件下沉积的古菌GDGTs的TEX86指标用于古温度的重建存在低估的可能.在以无环细菌支链GDGTs为主的环境中,细菌MBT/CBT指标随氧化程度加深其重建温度基本不受影响.古菌与细菌GDGTs抗降解能力的差异导致陆源输入指标BIT指数随着氧化程度增加而升高,在地质体中应用此指标恢复古陆源输入存在高估的可能性.干旱化和盐碱化指标Ri/b随着氧化程度加深表现出逐渐降低的趋势,从而在应用上也可能存在低估.需要指出的是,实验室用的过氧化氢比自然条件下氧气的氧化作用强得多,本文的结论反映了一种比较极端的状况.     

湖南洞庭湖地区土壤-作物系统铅含量及其影响因素

以湖南洞庭湖地区为研究区域,探讨了土壤有机质、pH值、P、N对Pb在土壤-作物系统中迁移的影响,研究了Pb、Cd复合污染对水稻Pb、Cd富集的作用。相关分析结果表明:随土壤有机质含量的增加,离子交换态Pb含量减少,但通过转化可以被植物吸收利用的有机质的结合态Pb含量增加,进而增加了水稻对土壤Pb的吸收量;土壤为中性偏碱性时,土壤中Pb的活性和水稻Pb的富集能力均较酸性土壤中有所降低;在土壤中增施氮肥和磷肥可降低土壤中离子交换态Pb的含量,减少水稻对Pb的吸收。因此,土壤有机质、pH值、P、N是影响水稻Pb含量及土壤Pb活性的重要因素。Pb-Cd复合污染研究结果表明:土壤中同时存在Pb、Cd时,Pb元素的存在促进了水稻对Cd元素的吸收,而Cd却抑制了水稻对Pb的吸收。     

冬小麦遥感冠层温度监测土壤含水量的试验研究

在冬小麦主要生育期(2002年4月初到5月底),对不灌溉的冬小麦测定了冠层温度、地温、气温以及土壤含水量,计算了冠气温差且分析了冠层温度和冠气温差与不同土层厚度的土壤含水量相关关系。结果表明:14:00的冠层温度能较好地反映20cm土层的土壤含水量变化,但与其它各土层相关性有较大的波动性;14:00的冠气温差能较好地反映40cm以上土层的土壤含水量变化,二者的相关性很高,在20cm、40cm土层,两者相关系数R2分别为0.98866、0.99389,这为用区域遥感数据反演主要生育期冬小麦的冠气温差进而监测区域40cm土壤含水量提供了实验性的依据;拔节期和灌浆期,用14:00冠气温差来拟合各土壤层的土壤含水量有较高的精度,从而为用区域遥感数据监测区域土壤含水量提供了经验性的模型。     

宜兴地区土壤pH值的分布特征及时空变化

对宜兴地区2004、2009和2015年的土壤地球化学调查数据进行分析,土壤pH值变化于3.53~8.86之间,其中酸性和强酸性土壤主要分布在低山丘陵砂岩地层分布区,微碱性土壤主要分布在石灰岩地层分布区,平原区土壤以微酸性为主,反映了成土母质、地形地貌对土壤pH值的影响。对比研究表明,过去6年间宜兴地区有49.77%的土地pH值处在下降之中,有23.53%的土地pH值处在上升之中,只有26.70%的土地pH值基本没有变化。由于工业化发展对环境的改变,本区土壤酸化受酸雨沉降影响明显。在成土作用、酸雨沉降、农耕等多因素的长期影响下,平原区表层土壤要比底层土壤pH值低1.2左右,表层土壤酸化主要发生在耕作层,深度在30 cm左右,底层土壤基本为中性。总体来看,宜兴地区10多年来表层土壤呈酸化趋势,如果没有相应的措施,继续下降的可能性很大。     

桂林岩溶区石灰土壤对酸雨缓冲作用的观测及其对岩溶碳汇的指示意义

近期越来越多的研究显示硫酸、硝酸等外源酸会参与碳酸盐岩溶蚀, 但酸雨在碳酸盐岩溶蚀中的作用与碳循环的关系并不明确, 严重制约了我国岩溶碳汇效应的准确评估。本研究选择在酸雨强度大、频率高、岩溶发育典型的桂林丫吉岩溶泉野外科研实验场开展研究, 对不同地貌部位土壤和丰水期(4月)、平水期(9月)降雨后土壤水进行分层取样测试。结果显示: 土壤的pH范围为5.55~7.81, 平均值为6.76±0.61, 变异系数为9.11%, 土壤水的pH范围为6.69~7.89, 平均值为7.21±0.31, 变异系数为4.43%, 两者均接近中性和中性以上, 并呈现出随深度增加而不断增大的趋势性变化规律, 土壤pH主要受土壤有机质分解产酸的控制, 土壤水pH主要受石灰土富钙偏碱的地球化学背景影响, 酸雨对两者的影响较小。土壤阳离子交换量范围为302~ 423 mmol(+)/kg, 位于酸沉降不敏感区的土壤范围内, 土壤对酸雨来源的H+具有较好的缓冲能力。土壤水中碱性离子(Ca2++Mg2+)所占比例范围为23.66%~25.0%, 平均值为24.25%±0.33%, 变异系数为1.36%, 含量稳定; 酸性离子(SO2– 4+NO– 3)所占比例范围为2.47%~18.94%, 平均值为7.69%±5.09%, 变异系数为66.28%, 随着深度增加, 土壤水中酸性离子浓度逐渐降低; 土壤pH值呈碱性, 可以认为, 酸雨成分并没有穿透土壤层进入岩溶含水层, 没有产生减碳汇效应。前期的研究由于没有考虑石灰土壤层对酸雨的缓冲作用, 高估了酸雨的减汇效应。     

湿润气候条件下温度对土壤磁化率影响的再认识

土壤磁性对环境因子(降水量、温度)的响应机制是古气候定量反演的重要研究内容.对北半球温带和热带地区土壤的调查表明,当年均降水量超过1000～1200mm的条件下,土壤磁化率与降水量的相关关系由正转负.但研究区内高降水量地区通常对应高温地区,因此磁化率变化的受控机制还有待进一步厘清.对浙江中部金华山地区不同海拔土壤剖面样...     

运城盆地土壤中氟运移规律动态试验研究

针对运城盆地氟污染重点区域取土,借助土柱物理模型试验装置,进行了氟污染物在土壤中的迁移规律研究。得到了不同质地的土壤在连续输入不同污染物浓度条件下,土壤中氟离子浓度随时空变化的过程。结果表明,氟离子化学性质活泼,在土壤中迁移过程比较复杂,氟吸附过程中伴随羟基OH-的释放,故实验过程中土壤溶液pH值由中性过渡到碱性。由于受吸附和解吸作用的影响,表现在氟离子穿透曲线对称性不好,各测点浓度峰值沿程逐渐衰减,拖尾现象严重,垂向迁移距离非常有限,因此运城盆地土壤中的氟离子很难直接垂向淋滤到浅层地下水中,这与实测资料结果一致。     

过去2000年中国区域温度模拟与重建的对比分析

依据观测/再分析资料及过去2 000年中国区域温度重建资料,对通用地球系统模式(CESM)近2 000年模拟温度进行时空变化的对比分析,检验模式对中国区域温度的模拟性能。结果表明,模拟温度较好地体现了中国区域年平均温度的空间分布型态以及近半个世纪以来的上升趋势;也较好地模拟出了过去2 000年重建资料反映的中国区域平均温度的年代际变化特征;在百年尺度上,模拟的中国区域温度的波动变化与重建资料也基本一致,但华中及青藏地区模拟与重建有所差异。模拟的中国区域平均温度均显示了0—540年、800—1250年和1901—2000年3个暖期,551—721年和1400—1850年2个冷期,与重建结果具有一定的差异。这可能与模式的分辨率、外强迫条件、次网格过程的参数化方案等不确定性有关。     

塔里木河流域干旱区棉田土壤呼吸的温度敏感性研究

利用阿克苏绿洲农田试验站连续测定的棉田土壤呼吸值及同步测定的土壤温度与湿度数据, 构建通用的土壤呼吸温度敏感性模型. 结合构建的模型, 对5个常用的土壤呼吸温度模型所模拟的研究区的土壤呼吸变化的温度敏感性进行评析. 结果表明: Arrhenius模型能较好的预测研究区的土壤呼吸温度敏感性的变化; 研究区土壤呼吸温度敏感性随温度的升高呈下降的趋势. 两类试验样地土壤呼吸温度敏感性存在明显的差异性, 这可能与两类试验样地土壤呼吸组分的差异有关, 这是以后需要重点关注的地方.     

西沙地区碳酸盐台地发育过程与海平面变化:基于西科1井BIT指标分析数据

为了探讨南海碳酸盐台地的发育过程及控制因素, 采用有机分子化合物指标方法对其进行了研究.有机分子化合物指标BIT(branched isoprenoid tetraether)是沉积物中源自陆源的细菌膜脂支链甘油双烷基链甘油四醚(branched glycerol dialkyl glycerol tetraethers,简称bGDGTs)与主要来自海洋泉古菌中的类异戊二烯GDGTs(isoprenoid GDGTs,简称iGDGTs)的含量之比,在古环境研究中,用来区分沉积物有机质的来源、判断沉积环境.通过对西科1井的数据研究发现,西科1井BIT指数随深度呈现三段式规律性变化,从下到上呈现高-低-高的变化,反映了中中新世以来南海海平面变化及碳酸盐台地生长发育的过程:在中中新世晚期,受全球及区域海平面变化下降影响,西沙地区碳酸盐台地形成礁-滩交互的沉积地层,由于大气淡水的影响,造成BIT指数呈现高值;到晚中新世至上新世,全球及区域海平面出现持续上升,有利于西沙碳酸盐台地的生长发育,使该井沉积环境以礁内泻湖相为主,造成BIT指数呈现低值;在第四纪冰期,全球及区域海平面出现总体下降趋势,西沙碳酸盐台地又频繁暴露于地表,造成BIT指数又呈现高值.研究表明,西沙地区碳酸盐台地受区域相对海平面变化影响更大,说明南海海平面变化既受全球海平面变化的影响,也受南海区域构造沉降的控制.      

青藏高原东南缘支链结构甘油四醚类脂物与高程的关系

<正>土壤中都存在微生物来源的支链结构甘油二烷基甘油四醚类脂物(GDGT)。研究发现,支链结构GDGTs的分布能够很好地指示温度、干燥度和p H等环境参数。其中基于该类化合物的CBT/MBT温标在环境温度的重建以及以此为基础的古高程重建方面都有潜在的应用。本文对支链结构GDGTs在青藏高原东南缘沿高度的剖面(1 850.1m~5 139m)的表层土壤进行采样分析,以验证CBT/MBT类指标所计算的温度与本研究区海拔高度之间的相关性。结果表明:1.土壤中支链