气候成因、要素与气候变化

P4672006010009兰州与江汉平原有机碳同位素的古气候指示意义对比研究=Paleocli matic i mplication of Lanzhou and Jianghan plain:acli mate proxy study of organic carbonisotope/杨桂芳,彭红霞…∥长江流域资源与环境.—2005,14(4).—486~490研究结果表明:在兰州地区,δ13Corg值波动反映C3/C4植物比例的改变,指标温度变化.δ13Corg值偏正时,表明C4植物含量较大,反映温度较高.而δ13Corg值偏负时,表明气候较冷;汉江平原δ13Corg值主要反映降水信息,δ13Corg值偏负时指示相对暖湿气候,δ13Corg值偏正反映气候偏干.δ13Corg等指标…     

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。     

青藏高原腹地植物碳同位素组成对环境条件的响应

现代植物碳同位素组成是特定环境影响的结果,通过对植物碳同位素组成的研究可以揭示植物生长期环境信息。针对青藏高原腹地高寒草甸~高寒草原过渡区植被碳同位素组成进行研究;该区高山嵩草样δ13C值在-25.63‰~-27.95‰间,平均值-26.63‰;高寒草原区混合样δ13C值于-26.29‰~-27.73‰间,平均值-27.04‰。高山嵩草样δ13C值总体呈现由南东往北西方向正偏趋势,研究区北部高寒草原区混合植物样也呈现出由南向北富重碳同位素趋势。这些变化规律被认为是主要受降水环境影响的结果,而区域内降水条件的展布规律则是受高原夏季风运移方式的控制。对植物δ13C值与地理位置的回归分析表明,该区植被碳同位素组成与地理位置相关,高山嵩草样(r=0.44603,n=29,p<0.05)和混合样(r=0.8112,n=5,p<0.1)均表现出对区域降水环境条件的良好响应。据此,以该区植物δ13C值为背景,进行合理推算,拟定了研究区内干旱区和湿润区界限的位置。     

准噶尔盆地荒漠植物碳同位素组成研究

通过对准噶尔盆地古尔班通古特沙漠南缘17个科、41个属的53种荒漠植物的稳定碳同位素分析,结果显示准噶尔盆地荒漠植物的叶片稳定碳同位素值在-7.77‰~-30.10‰之间变化,其稳定碳同位素比值分布范围较广,C3和C4植物资源丰富。其中,C3植物有34种,δ13C值分布区间为-23.27‰~-30.10‰,平均值为-26.77‰;C4植物有19种,δ13C值的变化范围为-7.77‰～-14.90‰,平均值为-13.04‰。研究区内木本植物和草本植物的δ13C平均值分别为-16.74‰和-19.81‰,说明木本植物的水分利用效率明显高于草本植物,这种现象可能是全球荒漠生态系统的一种共性。但是一年生草本植物的δ13C平均值（-19.54‰）却高于多年生草本植物的δ13C平均值（-20.07‰）,由于植物叶片δ13C可以用来间接指示植物的长期水分利用效率,即δ13C值越大,植物的水分利用效率越高;也就是说在该地区,相对于多年生草本植物而言,一年生草本植物对环境的适应能力较强。     

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．     

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。     

黑河下游不同生境胡杨(Populus euphratica)叶片碳同位素组成特征

植物中稳定碳同位素组成不但与植物的水分利用效率密切相关,而且反映环境因子对植物的影响。选择黑河下游额济纳旗为研究区,以优势物种胡杨(Populus euphratica)为研究对象,利用稳定碳同位素组成分析研究区胡杨受干旱胁迫程度。结果表明:胡杨叶稳定碳同位素组成(δ13 C)处于-25.51‰~-30.21‰,平均值为-28.28‰。随干旱胁迫程度增加,δ13 C值有明显偏正趋势,植物(叶片)碳同位素组成对胡杨成熟木长期适应不同水分胁迫程度有明显的体现。分析δ13 C与胡杨生长状态发现,δ13 C与种群密度相关性不明显,与枯枝比呈显著正相关关系,枯枝比可成为碳同位素组成的替代指标,指示胡杨受干旱胁迫的程度。     

全新世湖泊沉积物TOC、C/N和δ^13Corg对千年尺度气候变化的响应

湖泊沉积物有机地化指标在古气候解释中具有复杂性和多解性。TOC、C/N和δ^13Corg作为3种常用的有机地化指标,现已广泛运用于东、中亚全新世气候变化研究中。以这3种指标为例综述了东、中亚全新世湖泊沉积有机地化指标的变化机制及影响因素。根据数据的综合分析与对比,大部分湖泊全新世沉积物TOC百分含量较高时,C／N比值也较高。这与沉积物有机质的来源有关,因两者TOC和C／N作用机制不同,也存在少数湖泊,其两者对应关系不明显;同一湖泊δ^13Corg与TOC及δ^13Corg与C／N对应关系相似;由于不同区域影响有机地化指标的因素不同,TOC、C／N和δ1^3Corg间的关系存在区域差异,据此可将研究区分为中纬度地区、青藏高原区和低纬度季风区。上述区域规律存在于研究中所选的大部分湖泊,由于有机地化指标作用机理的复杂性,也存在不符合这种规律的湖泊,因而上述结论有待于进一步讨论。     

三江平原毛薹草沼泽中螺类的碳、氮稳定同位素特征及其食物来源结构

螺类作为淡水沼泽中无脊椎动物的重要类群,是淡水沼泽食物网的重要环节。为了确定三江平原毛薹草(Carex lasiocarpa)沼泽螺类的营养级特征和食物来源结构,测定了毛薹草沼泽中的6种植物、水体中颗粒有机物(particle organic matter,POM)和18种螺的δ~(13)C和δ~(15)N特征。结果表明,毛薹草沼泽水体中颗粒有机物的δ~(13)C值范围为-30.9‰~-28.5‰,δ~(15)N值范围为-0.60‰~2.86‰;6种植物的δ~(13)C值范围为-28.5‰~-25.22‰,δ~(15)N值范围为-0.60‰~0.44‰;螺类的δ~(13)C值范围为-32.93‰~-25.73‰,δ~(15)N值范围为-0.46‰~2.99‰;18种螺的δ~(13)C值的变化幅度为7.2‰,表现出其食物来源的差异。同位素混合模型分析结果表明,水体中颗粒有机物是大部分螺的食物基础,一部分螺的食物直接来源于沼泽中的植物;不同属的螺的食物来源存在显著差异。沼泽中18种螺的营养级为1.02~2.04,除了梯旋萝卜螺(Radix plicatula)外,其它都为初级消费者。螺的碳、氮同位素特征能够反映出螺的食性和营养级水平。     

珠江水体悬浮物颗粒有机碳稳定同位素组成及分布特征

研究了珠江三干流西江、北江和东江水体中悬浮物颗粒有机碳稳定碳同位察的组成、分布以及季节变化特征。研究结果显示：可以根据，C3、C4植物及悬浮物的δ^13C值区分不同流域的植被覆盖状况；东江流域水土流失区以草地、农田为主，C4植物影响较大；北江水体中颗粒有机碳主要来源于森林覆盖区，同位素组成受C3植物影响较大；西江水体中颗粒有机碳同位察组成介于其间，同时受C3、C4植物影响，颗粒有机碳部分来源于森林覆盖土壤，部分来源于草地和农田。     

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。     

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。     

高山植物稳定碳同位素沿海拔梯度响应机制的研究进展

简要介绍了国内外关于植物δ~(13)C对海拔梯度响应规律的研究情况,叙述了植物叶片δ~(13)C对海拔梯度响应的内在机理.重点介绍了随海拔变化的气压、温度、降水(湿度)、光照等环境因子和植物的叶片厚度、比叶重(LMA)、氮含量、气孔密度、气孔导度等生物因子对高山植物δ~(13)C的影响作用.由于各因子的多变性以及之间的相互作用,任何单一因子都不足以决定植物δ~(13)C的最终变化,也不能解释植物δ~(13)C随海拔的变化趋势,这种趋势可能是众多因子综合作用的结果.最后对本领域取得的一些认识和结论进行了总结,并对存在的一些问题以及今后的研究方向提出了一些见解.     

天目山柳杉树轮δ13C方位变化及成因探讨

对天目山两株柳杉(分别简称CF-1与CF-3),分别测定了不同方位上的树轮δ13C年序列。方差分析表明:天目山柳杉树轮δ13C值存在显著的方位差异和年际变化。不同方位上δ13C序列年际变化趋势基本一致,但极值出现的方位存在明显的年际漂移。同一树体各方位之间及两树体对应方位之间δ13C值均存在较好的相关性,表明区域环境背景条件对树轮δ13C值方位变化及年际变化趋势的影响是共同的。重点分析了局部环境差异对树轮δ13C方位变化的影响。不同坡向及树冠不同方位光照条件的差异是造成树轮δ13C值方位变化的主要原因。     

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.     

造礁珊瑚碳、氮、硼同位素的海洋酸化指示意义

大气CO2体积分数升高导致的海洋酸化不仅会降低海水pH,还会改变其碳酸盐平衡体系,使得海水中文石饱和度（Ω）降低,相应地会降低珊瑚钙化的速率。已有研究表明：珊瑚骨骼δ13C、δ11B和δ15N具有记录Suess Effect、生物生产力、海水pH值以及营养源的能力;主要表现为：δ11B记录的pH值、δ13C记录的海水无机碳库（DIC）δ13C和生物生产力,以及δ15N记录的陆源物质输送量相结合,可用来指示受季风影响的南海“大陆架碳泵”和近海污染与海洋酸化的联系。目前关于珊瑚对海洋酸化的记录研究仍相对较少,珊瑚碳-氮-硼同位素组合的应用将会加深对于海洋酸化与气候变率和全球碳、氮循环的关系的认识,可能成为揭示海水pH值变化规律性的重要手段。     

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...     

福建仙山泥炭距今1400a以来的α-纤维素δ~(13)C记录及其气候意义

基于对福建屏南仙山泥炭沉积物中物理化学性质十分稳定的α-纤维素的提取及其碳同位素分析,重建了研究区距今1 400 a以来的气候演化历史。研究结果显示:仙山泥炭钻孔中α-纤维素δ13C值的变化范围为-26.6‰~-11.3‰,其大幅度的波动特征主要与区域降水控制的盆地沉积环境变化有关,当降水偏多时盆地积水形成类似湖泊的水下沉积环境,沉积物中有机质主要来源于δ13C值偏重的沉水植物;反之则以δ13C值偏轻的沼泽植物为主。依据AMS14C测年的结果,距今1 400 a以来研究区经历了气候偏湿(AD 600~910年)-偏干(AD910~1640年)-偏湿(AD 1640年至今)3个变化阶段。在数十年至百年时间尺度上,纤维素δ13C记录中出现的降水减少时期与太阳活动极小期(中世纪极小期、欧特极小期、沃夫极小期、史波勒极小期、蒙德极小期和道尔顿极小期)一一对应,两者呈现正相关关系,揭示太阳活动的减弱是控制研究区降水减少的主要因素,为预测区域降水变化趋势提供了依据。     

海南清澜港不同栖息位置红树林软体动物的食物来源

利用稳定同位素技术,对海南清澜港4种不同栖息位置的红树林软体动物的食物来源进行研究,分别为栖息于红树植物枝干和树叶上的粗糙滨螺(Littorina scabra)、栖息于沉积物表面的红树拟蟹守螺(Cerithidea rhizophorarum)和小翼拟蟹守螺(Cerithidea microptera),以及栖息于沉积物底内的红树蚬(Geloina coaxans)。根据红树植物树皮、叶片、大型藻类、海草、水体颗粒有机物、土壤表层沉积物和软体动物肌肉的δ13C和δ15N值,利用IsoSource统计软件,结合δ13C、δ15N位置图,研究其食物来源。结果显示,实验所选取的6种食物源都不是粗糙滨螺的主要食物;红树拟蟹守螺和小翼拟蟹守螺的主要食物都为大型藻类,食物贡献率分别为44%~80%和80%;红树蚬主要取食沉积物表层凋落的红树植物碎屑,树皮和叶片的食物贡献率都为26%~50%。红树林软体动物能够根据栖息生境选择适合自己的食物,摄食行为与红树林区生境的多样性相统一。     

荒漠草原碳酸盐岩土壤有机碳向无机碳酸盐的转移

通过在内蒙古中西部四子王旗荒漠草原土壤剖面采集土样,拟分析测定土壤有机碳(SOC)含量、土壤无机碳酸盐(SIC)含量和SIC的δ13C值,探讨SOC向SIC的迁移转化过程及其转移量。结果表明:随深度增加,SOC含量逐渐降低而SIC含量依次增大,SOC与SIC含量具有明显的负相关关系。随土层加深,SIC的δ13C值降低,在30 cm深度时相对最低为-8.6‰,而后增大,在深度为60 cm时其值为-5.8‰。说明通过"SOC—CO2—SIC"的微碳循环系统SOC向SIC发生碳的转移。应用碳稳定同位素技术和模型结合SIC的δ13C值对该研究区SIC进行区分,发现30~50 cm土层次生碳酸盐(PC)所占比例为58.5%,50~60 cm土层为44.2%。应用δ13C值对该地区SOC向SIC的转化碳量进行估算,该地区30~60 cm土层每千克土壤中大约固定了SOC分解转化的4.97~5.9 g CO2。