Advances in Study of Phytolith Carbon Sequestration in Terrestrial Ecosystems of China

Phytolith-Occluded Carbon (PhytOC), a relatively stable carbon fraction, plays an important role in biogeochemical carbon cycle and mitigation of global warming. The formation mechanisms of PhytOC, the influence factors of phytolith carbon sequestration, the advances in study of phytolith carbon sequestration, and the management for enhancing the potential of phytolith carbon sequestration in terrestrial ecosystems of China were summarized in this review. Finally, future researches on phytolith carbon sequestration in terrestrial ecosystems of China were prospected. Climates, vegetation types, soil circumstances, the chemical compositions of the phytoliths and other factors will directly or indirectly affect the potential of phytolith carbon sequestration. In China, the PhytOC production quantity in grassland, cropland, forest, wetland and shrub ecosystems is (0.6±0.1)×10⁶,(4.9±1.7)×10⁶,(1.9±0.4)×10⁶,(0.6±0.5)×10⁶ and (1.3±0.3)×10⁶ t CO₂/a, respectively. Application of silicon-containing fertilizer, cultivation of high-silicon plant, and traditional enhancement of the plant net primary productivity can significantly improve the potential of phytolith carbon sequestration in terrestrial ecosystems of China. Future studies should focus more on ①the mechanisms of phytolith formation in different plants, ②the phytolith carbon sequestration in underground parts of plants from different terrestrial ecosystems, ③the quantification of soil PhytOC in different terrestrial ecosystems. Furthermore, more comprehensive, economical and reasonable management practices of improving the potential of phytolith carbon sequestration should also be further studied in different terrestrial ecosystems.     

泥炭沉积中植硅体对环境指示的意义--以吉林敦化泥炭剖面为例

泥炭地作为环境变化的敏感带,成为当前环境气候研究的热点之一.植硅体的抗腐蚀、耐高温、个体小、产量高的特点为第四纪环境变迁的研究提供了有效途径.相比孢粉分析而言,植硅体在提高分辨率和恢复局部区域环境方面体现了其优越性.对泥炭沉积中的植硅体进行了分析,初步证实植硅体对重建泥炭地古环境变迁模式起着重要的作用,对提高古气候变化的分辨率有很大的帮助.     

类脂化合物单体碳稳定同位素在古气候环境研究中的意义

类脂化合物极大地扩展了全球变化研究的深度，尤其是单体碳稳定同位素技术在古气候、古环境重建上有着重要作用。基于近些年来国内外的最新研究成果，就类脂化合物单体碳同位素在古气候环境方面的应用研究进行了较为全面的评述。已有研究表明利用类脂化合物单体碳同位素组成可以追溯到海洋和湖泊环境中陆源有机质的物源，其母源区历史时期 C3、C4植被的变迁以及区域性的古气候、古环境重建。     

The Application of Alkenone-Based pCO2 Reconstructions

The changing of atmospheric carbon dioxide concentration is closely related with the changing of global ice sheet,temperature and sea level. Knowledge of the past atmospheric carbon dioxide concentration and its relationship with climate is an important method of predicting the future climate change. Coccolith derived long-chain alkenone carbon isotope is one of the important proxies to reconstruct past carbon dioxide, which is wildly applied in the reconstruction of the Cenozoic atmospheric carbon dioxide. In this paper, we focused on the method of alkenone-based atmospheric carbon dioxide concentration, including the geochemical properties of long-chain alkenone, carbon diffusive model and the carbon isotope fraction. Then, we introduced the development of alkenone-based carbon dioxide proxy and its uncertainty. Coccolith cell geometry and growth rate have great influence on carbon dioxide fraction. Besides, there are some uncertainties about carbon concentration mechanisms in coccolithes, which may have some influence on alkenone-based carbon dioxide method to reconstruct ancient carbon dioxide more accurately. At the end, we summarized the Cenozoic carbon dioxide record with various proxies including alkenone carbon dioxide, boron isotope, palaeosol carbonate nodules and stomatal indices of fossil leaves.     

长白山北坡垂直植被带表土植硅体组合研究

长白山垂直分布的植被是欧亚大陆从温带到寒带植被水平地带性的缩影。对其北坡不同海拔高度植被带土壤中的植硅体进行初次研究,结果发现,该山北坡海拔700m到2630m的土壤中发育了形态和数量丰富的植硅体。不同植被带植硅体组合的含量各不相同,主要特征表现为随海拔升高示冷型的植硅体含量整体呈上升趋势,而示暖型的植硅体含量整体呈下降趋势。温泉附近土壤中的植硅体则表现出明显的与其上下相邻地点不同的特点。它对中国东北第四纪沉积物中植硅体组合的研究及第四纪古植被和古环境的重建可提供重要的基础性资料。     

植硅体化学组成研究进展

现代植物植硅体化学组成研究有利于揭示植硅体的化学组成与细胞形态、植物种类及植物生长环境之间的关系,认识植硅体形成机制、植物分类及生态意义。植硅体化学组成测试方法多种多样,主要涉及植硅体化学元素组成及Si、O和C元素同位素组成测定,研究表明植硅体主要含二氧化硅和水,封闭有少量的有机成分及多种矿质元素。在植硅体封闭有机成分存在形式,部分元素的形成、迁移等循环机理,稳定碳同位素组成、分布及其生态指示意义以及^14C测年研究等方面取得一定认识。植物种类、组织部位、细胞微环境以及植物生长的环境因子能够影响植硅体的化学组成。植硅体化学组成研究对植硅体形成机制及碳、硅等元素循环具有重要意义,植硅体部分化学元素、植硅体稳定同位素组成及^14C测年具有较好的古环境及考古研究潜力。现代植物植硅体化学组成及其与环境因子的关系,以及植硅体电子探针微区研究有待于进一步深入开展。     

网纹红土中的植硅石组合及其环境意义的初步研究

长江中下游地区网纹红土中的古气候记录，在第四纪全球变化研究中具有十分重要的意义，阐述了江西修水网纹红土的岩性特征和形成时代，重点讨论了网纹红土中的植硅石及其古气候信息，根据植硅石形态的环境意义，结合因子分析，将修水剖面网纹红土所含的植硅石划分为１２个组合带。并将其与黄土－古土壤气候旋回和深海氧同位素气候旋回进行了对比，提出网纹红土也是第四纪全球变化的良好信息载体。     

草地退化对植物硅分布和植硅体碳汇的影响:以北方农牧交错带草地为例

草地生态系统中,硅(Si)不仅在植物生长过程中扮演着重要的角色,而且通过形成植硅体碳(Phytolith-Occluded Carbon,简称PhytOC)的方式参与陆地生态系统碳循环。近几十年来,由于人为干扰等因素导致的草地退化引起了广泛的关注。本研究中,我们选取了我国北方农牧交错带中30个不同退化程度的样地,分析了8种常见植物(共71个样品)地上部分Si含量和分布特征,并估算了植硅体碳产生通量。结果发现,随着草地退化的加剧,糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)地上部分Si含量呈下降趋势,而羊草(Leymus chinensis)表现为先上升后下降的倒"V"型。不同退化程度样地植物地上部分Si平均含量分别为12.25±1.02 g/kg(轻度)、10.56±1.15 g/kg(中度)和8.06±0.93 g/kg(重度),而植硅体碳产生通量显著下降,分别为0.320±0.038 kg/(ha·a)、0.190±0.021 kg/(ha·a)和0.068±0.006 kg/(ha·a)(P<0.05)。研究表明,草地退化对不同种类植物的Si含量和产生通量的影响不同,这可能是由于植物的功能类型不同造成的。草地退化可以导致种群结构的变化和地上净初级生产力(ANPP)的降低,从而影响草地植物地上部分Si的分布和植硅体的固碳能力。当退化严重时,初步估算北方农牧交错带内草地植物地上部分植硅体固碳速率将下降5倍以上。     

地壳风化系统中的Sr同位素地球化学

近20年来,人们利用Rb－Sr同位素体系对地表－近地表地球化学过程、尤其是水圈－岩石圈之间化学物质的循环进行了广泛而深入的研究。大陆地壳风化物质以及地表径流的Sr同位素组成变化揭示了不同流域盆地的地质背景和风化作用的特征。古海洋的Sr同位素组成变化则是地壳和地幔演化以及不同地质历史时期壳－幔相互作用的共同结果。本文对地壳风化系统Sr同位素地球化学研究的全面而详细的综述表明,Rb－Sr同位素体系仍将是研究地壳风化、水圈－岩石圈之间化学物质循环的重要手段,根据古海水及其化学沉积物的Sr同位素记录研究壳－幔演化和地球圈层演化过程中的物质循环特征以及地表古环境变化将是本研究领域的重点。     

植硅体与稳定同位素分析揭示的新疆汉代驻军多样的农作物利用策略

两汉时期西域戍边遗址驻军的农作物利用策略及生业模式研究对于深入了解中原王朝的屯垦政策以及西域汉代驻军的环境适应策略具有重要意义.目前,已有的西域屯垦戍边研究主要关注于军事屯田的起源、分布及影响等,而对两汉时期戍边遗址驻军的生业状况尤其是农作物组成及利用策略尚缺乏系统研究.本文通过对新疆(古代称为西域)石城子遗址土壤样品的植硅体分析与动物骨骼样品的稳定碳氮同位素研究,揭示了新疆汉代驻军多样的农作物利用策略及生业组成.研究发现黍(Panicum miliaceum)和青稞(Hordeum vulgare L.)应该是石城子遗址驻军主要的粮食作物,而房址地面土样中较高的C4植硅体含量可能表明驻军对植物资源,也许是谷物进行的脱壳处理.草拌泥土壤样品中发现的黍类稃壳遗存,则很好地揭示了农作物副产品在房址墙体建设中的重要作用.此外,羊(Ovis sp./Capra sp.)、牛(Bos sp.)等动物骨骼样品的稳定同位素分析更为我们展示了农作物栽培与家畜饲养之间的可能联系,具体表现为驻军可能利用黍类以及青稞作物秸秆对部分羊、牛等家养食草动物进行饲喂.而以黍与青稞为主的农业,以羊牛为主的畜牧业以及狩猎活动一道构成了石城子遗址驻军多样的生业组成.     

古流体研究的无机地球化学方法综述

研究与成藏过程相关的古流体活动有助于深入认识油气成藏过程,从经济目的出发预测储层质量,精确分析不同阶段古流体活动对油气成藏的影响具有重要意义。目前国内外石油地质学家主要利用同位素地球化学、元素地球化学、流体包裹体分析等无机地球化学方法分析古流体活动特征及其对油气成藏的影响。在归纳前人研究成果的基础上,总结了各种无机地球化学方法的最新研究进展,认为同位素地球化学方法有助于分析古流体来源与成因,元素地球化学方法可示踪烃类流体的运移,流体包裹体分析技术结合岩相学研究可分析油气运移的时间、期次、相态、通道和油气藏的富集规律,并指出油气运移和聚集的有利方向。在运用无机地球化学方法研究古流体活动时不应局限于单一方法,综合利用多种无机地球化学方法更有利于全面分析古流体活动特征。     

新疆准噶尔盆地YJ油田土壤油气地球化学特征及来源探讨

准噶尔盆地YJ油田是一个埋藏很深,成藏机理复杂的岩性、地层圈闭油气藏。通过侏罗系西山窑组和三工河组原油、油砂抽提物地球化学特征分析后认为,西山窑组原油具有两期成藏混合的特征,三工河组成熟轻质原油、油砂抽提物又表现出煤系烃源岩的特征。这表明,YJ油田具有多源多期充注成藏的特点。对地表土壤中甲烷碳同位素、烃类比值、三维荧光图谱的分析后认为,甲烷同位素、甲烃同位素、烃类比值与凝析油伴生气、石油伴生气的经验值相符;三维荧光既有凝析油-轻油又有轻油-重油的图谱特征。这与原油和油砂抽提物的研究结果相近,也表明该油田具有多种油源。因而认为,在未知地区对土壤油气地球化学特征进行研究,对于初步判断油气来源同样具有良好的效果。     

地球化学动力学研究现状与趋势

地球化学动力学是地球化学的一个重要分支学科,现在已经成为研究地球化学过程演化发展的必然途径之一。全面总结了国内外地球化学动力学形成发展与研究现状,并指出了地球化学动力学（特别是成矿作用动力学）的某些发展趋势。     

Advances in Modern Phytolith Research

Phytolith has been widely used as a tool to reconstruct the paleoenvironment, and the investigation of modern phytolith is very crucial to the accurate interpretation of phytolith data in ancient sediments. Studies of modern process of phytolith primarily include the morphological analysis of phytolith in modern plants, and the relationships between the formation and growth of phytolith and environmental factors, as well as the transportation and taphonomy of phytolith in modern soils and sediments. The formation of phytolith in plants is controlled not only by genes but also by environmental factors, such as humidity, precipitation, temperature, CO₂ concentration, soil pH, and nutrient status, etc. The morphology, assemblages, ¹³C and ¹⁸O of phytolith in plants can respond sensitively to environmental variables. The phytolith assemblages can be affected by its taphonomy and transportation that may be different due to phytolith types and soils/sediments texture. It is necessary to investigate the phytolith morphology and types in modern plants, the relationship between its formation and environmental factors, and the impact of transportation and taphonomy on phytolith assemblages under different environmental conditions in order to promote the application of phytolith analysis to paeloenvironment reconstruction.     

植硅体14C测年研究:过去、现在与未来

文章回顾了植硅体14C测年发展的历史,对当前其研究的现状进行了全面的总结和评述,对近年来其研究的争议进行了梳理。植硅体测年研究中存在的问题(如污染和老碳效应等)在其他材料测年过程同样存在,不能基于少量现代植物植硅体测年的异常数据而完全否定其意义。大量的测年数据显示,并不是所有的植硅体年代都偏老,相反地层中的植硅体年代与同层位其他材料的年代重合或接近。因此,在一些缺少其他有机质测年材料的地层,植硅体14C测年仍然是一种极具潜力的年代学方法,在构建一些重要环境和考古文化时间标尺上将会发挥更重要的作用。     

大陆风化过程的锂同位素地球化学研究进展

锂同位素在地质学、地球化学研究中有着广阔的应用前景,大陆风化过程的锂同位素地球化学研究已经成为近年来国际上研究的热点,在过去十多年发展快速,并取得一批优异研究成果。系统综述了本领域国内外近年来的主要研究思路,各研究方向的主要进展,并在此基础上提出现阶段存在的问题。主要研究方向包括流域尺度大空间范围的总体研究、风化壳剖面的精细研究以及实验室内的模拟研究,均涉及水/岩作用过程的锂同位素分馏机理研究。现有研究结果有的需要进一步论证,有的相互之间存在矛盾,还有部分结论不能自圆其说,因此还需要进一步开展深入细致的研究工作。     

热水沉积成矿研究现状与展望

热水沉积成矿作用是当今地质学和地球化学领域的研究热点和重要课题，至今已经取得了许多重要的研究成果。通过对国内外相关研究资料的综合调查分析，对热水沉积成矿的概念、矿物岩石学标志、地球化学特征、成因机制及其与金属成矿作用的关系等方面进行归纳总结，重点评述了热水沉积元素地球化学和同位素地球化学方面的判别标志。文章认为，对地质环境背景、有机地球化学与分子古生物学、成矿系统与成矿动力学以及现代海底热水沉积成矿机理等方面进行深入的研究，将是热水沉积成矿研究的必然趋势。     

植硅体形态测量学研究与应用概述

植硅体形态测量学是植硅体研究的重要方向之一,随着学科交叉研究的深入,植硅体形态测量学在植物分类与生态学、环境考古学、全球变化与生态响应等领域得到快速发展。综合已有研究成果表明,长鞍型植硅体形态测量学在日本、中国的竹亚科属一级竹类生态学具有独特的指示作用,而扇型和长鞍型形态测量学在中国西南西双版纳竹亚科木本竹子属一级分类中具有重要的参考价值;稻亚科扇型形态测量学可以有效区分籼稻与粳稻,且扇型鱼鳞状纹饰与颖壳双峰植硅体形态测量学结合可以准确判别亚洲栽培稻与普通野生稻;黍亚科树状表皮长细胞形态测量学被成功运用到区分中国西北黍和粟及其亲缘物种的关系,葫芦科南瓜属刻面球型植硅体形态测量学揭示了野生种、半驯化种和驯化种之间植硅体形态大小及其关系,证实南美洲低地地区早全新世出现的南瓜驯化历史;中国东北不同环境条件下的禾本科羊草、芦苇植硅体形态测量学研究反映了陆生植物对全球变化的生理生态响应,为研究陆地生态系统对全球变化的响应及古环境重建提供了重要参考。     

镉同位素体系及其在地球科学和环境科学中的应用

镉是典型的亲硫元素,常赋存于各种硫化物矿床中.在环境体系中,镉是微生物所需的营养物质,其元素的循环受生物活动的影响.已有研究表明蒸发/冷凝过程、生物及无机过程都会导致镉同位素发生分馏,因此镉同位素研究在地球科学、环境科学具有独特的应用前景.与此同时,多接收器电感耦合等离子体质谱(MC-ICP-MS)技术的应用成功地实现了地质样品中镉同位素组成的高精度测量,使得镉同位素地球化学研究获得了蓬勃发展.本文基于当前最新研究成果,对镉同位素体系进行了详细综述,重点探讨镉的地球化学行为及同位素分馏机制,镉同位素在各物质储库中的分布特征及其在地球科学、环境科学中的应用,镉同位素测试技术.镉同位素地球化学的研究尚处于起步阶段,深入开展镉同位素分馏机理、完善镉同位素在各物质储库中的分布、建立统一的同位素标准体系的研究,将推动镉同位素在地球科学和环境科学领域的广泛应用.     

长白山泥炭湿地主要植物植硅体形态特征研究

对长白山地区常见的泥炭地25个属31个种植物进行了植硅体形态鉴定统计,共发现植硅体类型15种,它们分别是硅化气孔、棒型、扇型、板型、硅质突起、尖型、导管型、帽型、齿型、哑铃型、鞍型、多边帽型、毛发型等。除禾本科和莎草科、菊科部分植物植硅体含量高外,木贼科、堇菜科、茜草科、蓼科等部分植物植硅体的含量也较高。禾本科植物的短细胞植硅体对植物分类有意义,但可能因采样环境和种类差异等原因,长白山泥炭湿地禾本科植物的植硅体在形态和数量上都与其他区域同类研究结果有所差异,如禾本科早熟禾亚科的菵草中新发现了含量丰富的枕木型植硅体,黍亚科的荩草和水稗中还发现少量帽型植硅体; 另外菊科兴安一枝黄花和齿苞风毛菊含有大量的特殊的尖形植硅体。硅化气孔宽度大小可指示环境湿度状况,对硅化气孔的数量和大小的深入研究将对古环境和古CO₂浓度的恢复有一定帮助。长白山泥炭湿地植物的植硅体与植物的分类关系密切,湿地植物植硅体中硅质突起、棒型、哑铃型和尖型植硅体特征组合代表湿冷组合,本研究中的5块泥炭湿地植硅体的组合特征受纬度变化影响不明显。