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。     

中国西北部高山区多尺度降水稳定同位素的时空变化成因分析

大气降水氢氧稳定同位素可以指示降水过程的气候环境变化,分析其变化对于研究现在及过去气候条件下的水文循环过程具有重要意义。本研究选取中国西北部典型的天山、昆仑山为研究对象,基于研究区5个高山站点2013—2015年间的353个大气降水样品的δ²H、δ¹⁸O分析测试结果,系统分析了不同时间尺度下δ²H与δ¹⁸O的时空分布特征及其与环境要素的关系,并结合ERA5数据探讨了其水汽通量及风向特征。结果表明：(1)研究区大气降水稳定同位素呈现较为显著的时空变化特征,降水δ¹⁸O季节上呈现夏高冬低,而空间上呈现北高南低;拟合的区域大气降水线为δ²H=7.74δ¹⁸O+5.83 (R²=0.98),揭示其降水过程受云下蒸发影响强烈(斜率较低)。(2)研究区降水δ¹⁸O与温度呈现正相关关系,与高程呈现负相关关系,而与降水量间无显著相关关系。(3)水汽来源的分析结果表明,研究区水汽输送路径主要为西方路径(占比6...     

长江口外海域沉积物中有机物的来源及分布

通过分析长江口外海域不同区域有机碳和氮的分布特征及其影响因素,了解了底部沉 积物中有机碳和氮同位素的生物地球化学特征,探讨二者对长江口外海域底部沉积物中有机 物来源的指示意义。运用质量混合模型,计算了长江输入的陆源有机物的贡献及其空间变化。结果表明,长江口外海域沉积物中TOC 和TN 的分布和东海陆架的环流体系有着密切关系, 与环流的分布相对应,如果大致沿31^oN 和123^oE 作为分界线, 整个研究区的TOC 和TN 的分布可划分为4 个具有不同分布特征的区域。TOC、TN、δ¹³C 和δ¹⁵N 分别与沉积物的平均粒 径呈线性相关关系,因此,粒度效应是控制长江口外海域沉积物中有机物分布和稳定同位素 碳、氮的一个重要因素。研究区内的C/N 比值能够在一定程度上体现有机物的来源信息,但δ¹⁵N 表现出了与C/N 和δ¹³C 不同的区域分布和变化特征。陆源有机物来源比重较高的区域与 长江口外海域赤潮突发频率最高的地区相对应。长江口附近沉积物中的陆源有机物来源最高, 超过了50%,且等值线呈舌状向东北方向凸出,表明了长江冲淡水的影响。陆源颗粒态有机物沉海底后,要不断经历早期成岩作用和生物作用,因此在在相同地点,陆源有机物对沉积物中有机物的贡献,要明显小于对悬浮颗粒态有机物的贡献。     

中全新世7～6ka东亚季风气候的高分辨率石笋记录

基于神农架青天洞石笋两个²³⁰Th年龄、582条纹层计数和183个氧同位素数据,重建了7～6ka B.P.期间平均3年分辨率的δ¹⁸O变化序列。持续约580年振幅达1.8‰的δ¹⁸O在平均值-9.66‰上下波动,指示了东亚季风降水强度的长期演化趋势和高频振荡信息,大致划分为4个百年尺度旋回。青天洞与阿曼石笋δ¹⁸O记录的对比表明,东亚季风和印度季风在百年或更短时间尺度上同相位变化,可能反映了两地季风气候受统一的印度洋/太平洋大尺度水汽循环控制。功率谱分析揭示出163、81、16和11年的周期,大致与树轮Δ¹⁴C百年至数十年尺度太阳活动变化周期相同。     

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。     

祁连山东部大气降水分δ17O变化特征及水汽输送

祁连山作为我国西部重要生态安全屏障，是河西走廊内陆河流域核心水源区。通过测定2013年7月~2014年7月收集的降水样品中δ¹⁷O与δ¹⁷O值，分析了祁连山东部乌鞘岭大气降水中δ¹⁷O的特征，在此基础上对水汽来源进行了研究。结果表明：降水稳定同位素¹⁷O存在夏高冬低的变化特征；¹⁷O存在显著的温度效应而不存在降水量效应，¹⁷O与水汽压在干季呈现正相关关系。研究区大气降水的氧同位素降水线方程为：δ′¹⁷O = 0.509δ′¹⁷O -0.16，低于氧同位素全球降水线斜率；过量δ¹⁷O表现出夏低冬高的特点；综合分析氧同位素大气降水方程线和过量δ¹⁷O变化，发现该区域大气降水主要受局地水循环和大陆气团控制。祁连山东部地区主要受到西风和东南季风携带水汽影响，东南季风携带水汽对于祁连山东部的影响主要集中于夏季。研究可提高对祁连山区降水同位素演化的认知，为寒旱区同位素水文学的进一步研究奠定基础。     

盐生荒漠土壤水稳定氢、氧同位素组成季节动态

对准噶尔盆地东南缘降水和土壤水稳定氢、氧同位素组成（δ¹⁸O和δD）进行了测定,分析了降水中δ¹⁸O和δD值的季节变化规律,表层土壤水中δ¹⁸O和δD值对降水脉冲的动态响应以及不同深度土壤水中δ¹⁸O和δD值的变化特征。结果表明：该区域大气降水线为δD=7.691δ¹⁸O+4.606;降水与表层土壤水中δ¹⁸O和δD值表现出明显的季节变化特征;表层土壤水中δ¹⁸O和δD值、质量含水量对降水脉冲响应显著,且不同量级的降水导致不同程度的响应。利用LSD法对0~300 cm土层内土壤水中δ¹⁸O和δD值进行多重比较分析,可将土壤在垂直方向上分为3层,表层（0~50 cm）土壤水分活跃,稳定同位素值随深度的增加而迅速减小;中间层（50~180 cm）土壤水分相对活跃,既受到降水入渗和蒸发作用的影响,也有地下水的补给;深层（180~300 cm）水分来源稳定,土壤水中δ¹⁸O和δD值基本不变。     

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。     

敦煌盆地降水稳定同位素特征及水汽来源

基于敦煌盆地2012年11月至2013年11月降水氢、氧稳定同位素数据 (δD、δ¹⁸O和d-excess),结合GNIP降水同位素监测资料和HYSPLIT 4模型对降水后向气团传输路径模拟结果,对敦煌盆地降水稳定同位素特征及水汽来源进行研究。结果表明:敦煌盆地降水δD和δ¹⁸O存在明显的季节效应,即降水δD和δ¹⁸O具有夏高冬低的变化特征;同时降水δD和δ¹⁸O表现出显著的温度效应,温度每升高1 ℃,δD增加6.89‰,δ¹⁸O增加0.92‰。敦煌盆地局地大气水线(LMWL)为δD=7.45δ¹⁸O+2.72(R²=0.98),受降水二次蒸发的影响,其斜率和截距均低于全球大气水线(GMWL)。降水d-excess受当地气温和相对湿度的影响,冬半年(11月至次年4月)偏正,夏半年(5-10月)偏负。从全年来看,敦煌盆地降水水汽主要来源于西风输送,冬季和春季受极地气团的影响,夏季部分降水事件受西南季风和局地再循环水汽的影响。     

河北坝上地区湖泊沉积物记录的中全新世干旱气候

根据位于典型草原带的河北坝上地区白诺尔及毗邻的内蒙古乌兰诺尔湖泊沉积物的K、Na、Ca、Mg等化学元素组成、总有机碳(TOC)与氧同位素(δ¹⁸O)的分析,以(K+Na+Ca+Mg)/(Fe+Mn)值指示干旱度,1δ8O值指示夏季风的强弱,TOC值指示湖区植被状况,探讨了该地区¹⁴C测年9.8~5.3 ka B.P.以来的气候变化与环境变迁。结果表明:两个剖面所记录的气候变化趋势相近,¹⁴C测年7.0~5.7 ka B.P.为偏干期。反映夏季风强弱的氧同位素指标与干旱程度的变化没有明显的对应关系,说明夏季风引起的降水量变化不是气候干湿变化的主要影响因子,温度升高导致的蒸发加强可能对气候干旱化的影响更加明显。     

中国利用树轮资料重建干湿变化研究进展

树木年轮资料定年准确、分辨率高、连续性强,已成为研究过去全球变化的重要信息来源之一。中国树轮与干湿变化研究,样点分布广泛,研究树种较多,重建尺度较长。基于树轮宽度、密度和同位素等各种代用指标,在分析树木径向生长对干湿变化响应、重建历史时期干湿变化等方面取得很大进展。一般来说,在干旱半干旱区的低海拔区域,水分条件,尤其是春季、秋季和年湿润状况,是树木径向生长的重要影响因素。森林上限、相对冷湿区域以及亚热带气候区,树木生长与降水的相关性偏弱。在时间尺度上,基于树轮重建的长于1000年甚至超过2000年的干湿变化序列已有多条,主要分布在青藏高原地区。目前最长年表已达4500年,最长降水序列为3500年。本文通过对部分树轮成果的简要概括,以期为树轮采样和干湿变化重建提供借鉴与帮助。     

基于树轮资料重建森林净初级生产力的研究进展

森林净初级生产力(NPP)反映了森林植被固定和转换光合产物的能力,表示了森林碳汇功能强度,也是评价森林植被的演替状况以及陆地生态系统承载力的主要指标。基于遥感、清查资料等方法估算NPP已经取得了一些进展,但传统的研究方法受限于观测(调查)年份,难以有效获取长时间尺度的区域森林种群或群落年际NPP。树轮资料较为有效地反映了历史时期森林植被的逐年生长状况,从而在估算高精度且长时间尺度区域森林种群及群落NPP中具有较大的优势。本文对利用树轮资料重建区域森林NPP的两种主要方法进行了总结,第一种方法主要是依据树轮资料提供的立木逐年生长量进行生物量以及NPP的估算;第二种方法则是利用树轮指数与其他植被指数的相关性间接反演过去时间段区域森林群落NPP的变化。上述两种估算NPP的方法均存在较多的限制性,未来利用树轮资料估算NPP的时空精度仍有待提高。     

树轮长年表在全球变化相关领域中的应用研究进展-以14C曲线校正、环境考古和地质灾害事件定年为例

近几十年树轮年代学得到了迅速发展,现已成功建立了大量长度逾千年的树轮长年表。本文评述树轮长年表在全球变化相关研究领域中的应用。树轮长年表可为¹⁴C定年提供校准曲线,从而将样本的¹⁴C年龄转化为日历年龄,提高了¹⁴C测年的精度;也可为环境考古如古木建筑及墓葬等提供定年服务,确定古木构建筑的建造年代;树轮长年表在地质灾害事件定年方面也发挥了重要作用。然而,树轮长年表在上述研究领域的应用也存在不足,最新的国际¹⁴C会议公布的¹⁴C校正曲线中能够准确定年的树轮校正部分仅为过去12 410年,目前尚无法提供更长时间尺度的树轮校正曲线。在对木构建筑进行定年时受到古木样本量不足的限制等。因此,为了更好地发挥树轮长年表的应用潜力,应不断发掘与延长现有树轮宽度长年表,同时建立长年表的C、O同位素序列,以期为长年表的应用不断做出贡献。     

硝酸盐氮氧同位素在不同生态系统中的研究进展

硝酸盐作为氮循环中的重要物质之一,已成为地下水污染的主要形式。硝酸盐的来源分为自然源和人为源。不同来源的硝酸盐具有不同的同位素特征,因此可以利用N、O同位素来识别硝酸盐的来源、迁移和转化。本文通过综述硝酸盐的主要来源及其同位素特征,简要介绍了硝酸盐同位素检测技术的发展历程,影响同位素分馏的相关作用过程;同时简述了硝酸盐同位素在农业、沙漠、森林、城市生态系统中开展的相关研究,概述了研究中存在的问题,并展望了今后的发展方向。     

黄土高原黄土稳定同位素与古季风研究进展

黄土高原黄土-古土壤完好地记录了过去环境信息,进入90年代以来,在利用碳、氧同位素作为气候替代指标研究古植被、降雨量、古环境温度及古季风演化方面取得了长足的进展,文章就这方面的主要研究成果作了综合分析与评述。     

基于水环境化学及稳定同位素联合示踪的土地利用类型对地下水体氮素归趋影响

识别复杂土地利用类型对地下水体氮素归趋的影响一直是非点源污染研究中的重点及难点。本文采用水环境化学及同位素联合示踪法对具有复杂地类的三江平原阿布胶河流域地下水体中氮素归趋进行解析研究。结果表明：研究区域内地下水体中存在严重的氮素污染,部分点位超出标准限值近4倍。土地利用类型不仅是氮素浓度和水化学类型演变的主导因素,而且对地下水体氮素循环过程及氮素来源产生了重要的影响。其中：在林地区域内,硝态氮占主导,氮素主要来源于土壤有机氮硝化;在城镇区域内,硝态氮超标,具有较高的氯离子浓度,主要来源于粪便及废水,受硝化过程所控制;在水田区域：铵态氮超标,具有较高的硝酸盐同位素值（δ ¹⁵N-NO₃ ^-和δ ¹⁸O-NO₃ ^-）且二者存在显著的线性关系,表明存在着显著的反硝化过程。在旱田区域,硝态氮占主导,氮素来源及循环过程较为复杂,受反硝化及雨水混合过程等多重影响,难以单一使用同位素示踪法进行溯源解析。通过联合水化学解析法能进一步揭示该区域氮素污染主要来源于肥料施用。因此,通过联合示踪法能够补充复杂土地利用区域氮素来源识别工作的缺陷,提升地下水体氮素归趋识别的精度。     

Growth and physiological responses of larch trees to climate changes deduced from tree-ring widths and δ13C at two forest sites in eastern Siberia

Tree-ring chronologies of ring width and stable carbon isotope ratios (δ¹³C) over the past 160 years were developed using living larch trees at two forest sites, each with different annual precipitation, in eastern Siberia: Spasskaya Pad (SP) (62°14′N, 129°37′E); and Elgeeii (EG) (60°0′N, 133°49′E). Intrinsic water-use efficiency (iWUE) was derived from tree-ring δ¹³C. The physiological responses of the larch trees to climate varied between these sites and over time. Ring widths correlated negatively with summer temperatures at SP, where summer precipitation is lower than at EG, probably due to temperature-induced water stress. Since the 1990s, however, the negative effect of warming has been more severe at EG, where the productivity of larch trees is higher than at SP. A greater reduction of larch tree growth and higher increase rate of iWUE at EG reflects greater temperature-induced water stress, which is incident to the larger forest biomass. Our results suggest that effect of increase in atmospheric CO₂ on larch tree growth is not sufficient to compensate for temperature-induced water stress on larch growth in eastern Siberia and differences in precipitation and forest productivity largely affect the larch tree response to changing climate in eastern Siberia.