中东亚干旱半干旱区C3植物δ13 C值的分布 及其对气候的响应*

植物化石和土壤中的有机质碳同位素指标常用来反映古气候的变化,然而碳同位素这个指标在特定地区反映气候的定量关系缺乏检验。研究剖面选择自中国的秦岭(34°14'24″N,106°55'30″E)到蒙古人民共和国北部,接近贝加尔湖地区(51°35'08″N, 100°45'49″E)的研究剖面线,选择了3种C₃植物(Artemisia scoparia, Ajania achilleides 和 Artemisia frigida),在剖面线上沿南北方向上每隔4'到5'采取一个样点,共选取161个C₃植物茎叶样品进行了δ¹³ C值测定。同时收集了剖面线附近气象站的降水、气温等资料,用插值方法得到每个采样点的气温、降水数据。分析表明:C₃植物的δ¹³ C值分布范围为-30 ‰ ~-22 ‰ ,其平均值为-26.81 ‰ ,该平均值较全球C₃植物δ¹³ C平均值偏正。通过对比C₃植物δ¹³ C与年均温、年均降水量、生长季节的干燥度等随纬度的变化规律,发现C₃植物δ¹³ C、年均降水量、生长季节的干燥度有非常一致的变化趋势,而C₃植物δ¹³ C和年均温不具有一致性。通过一元回归分析也同样发现C₃植物δ¹³ C与年均降水量呈线性负相关关系(y=-0.0077x-24.838,n=161,R²=0.4418,p=0.01),与生长季节的干燥度呈线性正相关关系(y=0.7328x-28.806,n=161,R²=0.3685,p=0.01),而与年均温度没有明显的相关关系(y=-0.0461x-26.756,n=161,R²=0.0232,p=0.01)。在本研究区C₃植物δ¹³ C对年均降水量和生长季节的干燥度响应十分显著,而对温度的响应不明显。研究区具有明显的降水和温度的梯度分布特征,是验证植物碳同位素与气候关系的理想场所,而土壤中的有机质碳同位素与其地面上的植物碳同位素息息相关。研究也说明,在本研究区或其他气候植物组合相似的地区可以利用古土壤中的有机质碳同位素来定量或半定量地反映古气候的变化。     

中国北方干旱半干旱区表土的有机质碳同位素、磁化率与年降水量的关系

古土壤和湖泊中的有机质碳同位素与磁化率指标被广泛应用于古气候的重建。但由于各地自然条件的差异,其气候意义具有一定的区域性。通过对中国秦岭到内蒙古北部的中蒙边境(34°N～43°N)连续剖面上的102个采样点的表层土壤样品的有机质碳同位素和磁化率进行测定,并搜集了该区域部分站点的降水资料。研究表明有机质碳同位素波动在-22‰～-30‰之间,其碳同位素值与降水量存在显著的线性负相关关系。磁化率与年均降水量也存在显著的函数关系,总体上磁化率随着年降水量的增加而增加。研究进一步证明,在中国干旱和半干旱区,表土中的有机质碳同位素δ13C和磁化率对年降水量具有显著的指示作用,因此可以用古土壤中的有机质碳同位素和磁化率作为代用指标,来反映古降水的变化。