树轮记录的吉尔吉斯斯坦东部过去百年干湿变化

利用吉尔吉斯斯坦东部chon-kyzyl-suu附近的两个树轮宽度年表,与CRU气温、降水资料和PDSI资料进行相关分析和响应分析,重建该地区过去百年的降水和PDSI,分析近百年吉尔吉斯斯坦东部干湿变化特征。结果表明：（1）该地区树轮宽度对降水和PDSI响应较好,利用树轮宽度年表可以较好地重建该地区过去百年上年7月到当年6月的降水和PDSI序列;（2）近百年该地区干湿变化具有明显的6 a、13 a和21 a左右的变化准周期;在1913年前后、1943年前后和1972年前后发生了由多到少的气候突变,在1950年前后发生了由少到多的气候突变;（3）吉尔吉斯斯坦东部过去百年干湿变化与中国境内天山山区降水变化一致：1890s偏干,1900s是最为湿润的10 a,1910s是最为干旱的10 a,1917年是近百年来最干旱的1 a,1920s-1930s偏湿,1940s偏干,1950s-1960s偏湿,1970s偏干,1980s-2000s偏湿,尤其是1980年以后到现在,天山山区经历了近百年最为漫长的增湿期;重建的近百年吉尔吉斯斯坦东部干湿变化能较好的代表西天山大部分区域尤其是西天山北坡吉尔吉斯斯坦境内的干湿变化。     

植物稳定同位素研究进展与展望

植物稳定同位素是近年来在地理学、生态学研究中逐步广泛应用的研究手段, 具有综合长 期生物地球化学过程和联系不同系统成分的特点, 国际上已经展开了较为广泛的应用, 国内也有 相关研究。本文对国内外植物C、H、O 稳定同位素研究的回顾, 显示植物稳定同位素与环境因子, 如气温、湿度、降水、环境稳定同位素组成等密切相关。目前植物稳定同位素技术主要应用于历史 时期环境气候的重建, 恢复大气CO₂ 同位素组成以及CO₂ 浓度的变化趋势。本文根据植物稳定同 位素的特点和研究基础, 认为植物稳定同位素方法不仅可以用来重建历史时期气候, 而且在区域 环境差异及其生态效应研究上有着重要应用前景。     

稳定氮同位素示踪技术在湿地脱氮研究中的应用进展

稳定同位素示踪技术广泛应用于现代环境科学研究中。其中,15^N作为氮循环过程唯一适用的示踪剂,在有关氮循环引发的环境污染问题的研究中发挥了极其重要的作用。湿地脱氮是湿地水质净化功能的重要体现,此过程有助于有效地减少受纳水体的外源氮负荷。在概述稳定氮同位素示踪原理和湿地脱氮过程的基础上,从湿地脱氮驱动机制、关键限制因素分析、脱氮定量研究3方面阐述15^N示踪技术在湿地脱氮研究中的应用,并展望了该技术在湿地脱氮研究中的应用前景。     

稳定氯同位素在地球科学研究的进展

本世纪初到八十年代中期由于氯同位素的测试精度很低导致氰同位素地球科学研究未获得任何进展。在此基础上对各类水体及矿床的成因与物质来源 进行了有益的探索，另外还 自然界氰同位产生分馏的原因及机理做了初步的研究。     

新疆哈密八大石森林上限树轮记录的温度变化信息

本研究采集新疆哈密地区八大石西伯利亚落叶松森林上限树芯样本,建立标准宽度年表.通过树木年轮-气候响应分析,发现标准年表序列反映了该地生长季(5～9月)的月平均温度及月平均最低温度信息,且该序列与前人的研究结果对比具有较好的一致性.树轮宽度序列主要反映出了1885年之前以冷期为主,1885年之后以暖期为主,且暖期延续时间变长,20世纪后半期增温的趋势.该序列与天山冰川进退的时间较为一致,同时也发现该序列极值与当地蝗灾具有很好的对应,与亚洲近两百年来的大型火山喷发事件具有很好的一致性,由此可以推测该年表在一定程度上捕捉到了冰川进退、火山事件的环境信息.     

树轮记录的历史时期阿克苏河流域沙尘天气变化

相关计算表明,位于塔克拉玛干沙漠西北边缘沙漠-绿洲-山地过渡带的阿克苏河流域英阿特河树轮标准化年表与该区域4—7月的沙尘天气日数相关显著,单相关系数高达-0.527（α<0.0001）,利用树木年轮重建阿克苏河流域历史时期沙尘天气日数是可行的,并具有明显的树木生理学意义。利用吾力街力克和英阿特河标准化自回归年表序列可较好地重建阿克苏气象站过去611 a的4—7月沙尘天气日数,经多方面验证,表明其具有较好的可信性。在过去611 a中,阿克苏河流域沙尘天气日数以2.3 a、4.1 a、5 a、6.8 a、8.8 a、10.7 a、45.1 a、50.7 a的周期最为显著;且经历了9个偏湿期及9个偏干期,降水的增加有利于制约沙尘天气的发生,在新疆气候暖湿化的背景下,沙尘天气有望减少;阿克苏河流域历史时期沙尘天气日数在1434年前后、1721年前后、1776年前后和1865年前后发生了由少向多突变,在1685年前后、1752年前后和1798年前后发生了由多向少的突变。这些突变年份中,1721年前后的由少到多突变最为显著,1752年前后的由多到少突变最为显著。17、18世纪沙尘天气较为频繁,15—17世纪,沙尘天气日数明显增加,18—20世纪,呈下降趋势。     

哈萨克斯坦东北部310年来初夏温度变化的树轮记录

在哈萨克斯坦东北部的阿尔泰山南坡,位于森林上限的西伯利亚落叶松的树轮宽度对生长季初期温度敏感,且在近年来气候变暖的背景下对温度的响应较为稳定,可以作为该区域温度变化的良好替代材料.利用森林上限区的树轮资料,从树轮宽度中提取初夏温度信息,建立了树轮宽度年表与卡通卡拉盖气象站6月平均温度的转换方程,重建了这一区域310年来的初夏温度变化历史,重建方程的方差解释量达到42.7％.由于校准期较长,利用独立检验方法对重建方程进行检验,各项检验的参数表明重建方程是稳定可靠的.重建序列与相邻的中国阿勒泰地区西部和阿尔泰山北坡树轮反映的温度变化序列的冷暖阶段是一致的,其中19世纪的温度波动较为明显,持续时间最长的冷期(1842-1871年)和暖期(1872-1906年)都出现在这个阶段.重建温度序列存在11a左右的周期,与太阳活动的周期一致.     

采用树轮图像分析方法研究历史时期气候变化的可行性*

本文以川西云杉为例,探讨了采用树轮图像分析方法进行历史时期气候变化研究的可行性。对比分析发现,图像分析得到的年轮宽度序列与宽度仪的测量结果基本相同;而年轮宽度与年轮灰度序列之间不存在明显关系,其差异可能是不同环境因子作用的结果。图像分析得到的川西云杉年轮灰度年表在反映某些气候要素变化上优于年轮宽度年表,并以年轮最小灰度、年轮平均灰度和晚材平均灰度较为突出。川西云杉年轮灰度主要受初春月平均最高气温的影响,且两者为负相关关系。     

科尔沁沙地樟子松水分来源贡献率的稳定同位素模型估计(英文)

利用稳定同位素技术测定降水、土壤水、植物茎干水的同位素组成,结合多元线性混合模型(IsoSource)确定科尔沁沙地东南部樟子松人工林内樟子松的根系吸水范围以及各水源的水分贡献率。通过连续观测强降水事件前后樟子松水分来源的变化,探究降水对樟子松水分利用的影响。结果表明樟子松茎干水与20cm以下土层的土壤水同位素组成最为接近,樟子松的水分吸收主要集中在这一层(最大取样深度80cm)。IsoSource模拟结果与观测结果一致,土壤水分条件较好时,大约60%以上的水分来自于20-80cm土层;当这一深度土壤含水量降低时,樟子松将会更多地依赖更深层的土壤水分。樟子松根系分布的最大深度远小于地下水位,因此很难利用到地下水。2009年7月13日14.4mm的降水前后,樟子松茎干水同位素组成的变化表明,降水结束后36小时樟子松可以感应到降水对表层20cm土壤水分的补充,这一土层的水分贡献率在接下来的24小时内迅速降低。不同水分条件下水分来源的多样性表明樟子松能较好地适应沙地生境。     

树木年轮记录的天山北坡中部过去338 a降水变化

 利用位于天山北坡中部9个气象站的降水资料与采自该地区的21个树木年轮年表序列进行分析。结果表明,9个气象站上年8月到当年7月的平均降水量与树木年轮标准化年表具有很好的相关性,最高单相关达到0.612（P<0.0001）。分析发现,生长季前期及春材形成期的降水变化对天山山区树木年轮径向生长量起着决定性作用。用四工河东白杨沟、呼图壁河赛热克巴依萨依、呼图壁河希热克久热特、四工河西白杨沟、奎屯河兰能果尔南5个标准化年表较好地重建了天山北坡中部近338 a来上年8月到当年7月的降水量,重建方程的方差解释量达到60.0%,经过统计检验和历史资料验证,表明重建序列是可靠的。对过去338 a天山北坡中部降水变化的特征分析表明,近338 a间,天山北坡中部降水大体经历了8个偏干和8个偏湿阶段,偏湿年份与偏干年份基本持平。最长的偏干阶段是1705—1750年,最干旱的阶段为1960—1989年,最干旱年份是1796年、1944年和1974年,降水偏少程度均大于27%;最长的偏湿阶段是1917—1959年,1690—1904年间为降水最为丰沛的时期。天山北坡中部338 a降水具有两年左右的变化准周期,在1751年发生了明显的由少到多的突变,在1958年前后发生了明显的由多到少的突变。     

Stable isotope in precipitation in China: A review

The isotope ratios in precipitation are associated with various meteorological processes and display obvious spatial and temporal distributions, and thus can be used as important techniques in inversing atmospheric processes, tracing vapor sources, and reflecting the local weather and climate conditions. The composition and distribution of stable isotopes in precipitation in China are summarized and the factors that influence isotope ratios are elucidated. An overview of related research progress in China during the past several decades is presented and the prospects for future work in this subject area are described.     

长江口潮滩有机质来源的C、N稳定同位素示踪

依据长江河口潮滩自然环境特征和受人文活动影响的差异性,沿长江河口南岸潮滩选取了12个典型的监测站位,并分别于洪水季节 (7月份) 和枯水季节 (2月份) 在各监测站位进行了表层 (0~2 cm) 沉积物样品的采集。对表层沉积物有机质中稳定碳、氮同位素进行分析与测试发现,7月份稳定碳同位素值普遍低于2月份的稳定碳同位素值,其变化范围分别为 -29.8‰ ~ -23.7‰和-27.3‰ ~ -25.6‰;7月份和2月份稳定氮同位素分别为1.0‰ ~ 5.5‰和1.7‰~ 7.8‰。研究区域内,稳定碳、氮同位素的地区分布和季节变化特征揭示,有机质中的稳定碳、氮同位素组成不仅受陆源和海源有机质输入量之间消长变化的影响,同时一系列的生物地球化学过程、人为有机质的输入和沉积物粒度与叶绿素对碳、氮同位素组成均存在不同程度的改造作用。此外,利用稳定碳同位素质量平衡混合模型,还对陆源有机质输入量的贡献率进行了初步定量估算。     

Stable isotope techniques in plant water sources：a review

The stable hydrogen and oxygen isotopes widely exist in various kinds of natural water.Plants have to cope with various water sources:rainwater,soil water,groundwater,sea water,and mixtures.These are usually characterized by different isotopic signatures (18O/16O and D/H ratios).Because there are relative abundance variations in water,and plant roots do not discriminate against specific water isotopes during water uptake,hydrogen and oxygen stable isotope ratios of water within plants provide new information on water sources,interactions between plant species and water use patterns under natural conditions.At present,the measurement of δD,δ18O composition of various potential water sources and stem water has become significant means to identify plant water sources.Based on previous studies,this review highlights recent advances such as theory basis,methodology,as well as different spatial and temporal scales,and existed questions and prospects.Stable isotope techniques for estimating plant water sources have provided valuable tools for conducting basic and applied research.Future studies emphasize the modification of preparing methods,isotope technique combined with other measurements,and aerial organs of plant water source should be en-couraged.     

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。     

基于生态系统的适应(EBA)——概念、工具和案例

生物多样性公约将基于生态系统的适应(Ecosystem-Based Adaptation)(简称EBA)定义为:在总体适应战略中,利用生物多样性和生态系统服务,帮助人类适应气候变化的不利影响。随着气候变化对当今社会可持续性的影响不断增加,EBA正在成为国际社会适应气候变化的政策和行动支柱之一。介绍国际上EBA概念的历史由来、相关定义与特点进行,阐述了EBA的应用原则和相关分析工具,简要分析总结了国际上实施EBA项目取得的经验教训。     

A review of precipitation isotope studies in China: Basic pattern and hydrological process

In the paper, the development of precipitation isotope observation networks in China was reviewed, and recent achievements in isoscape and environmental effect of precipitation stable isotopes were summarized; the hydrological process studies based on precipitation isotopes in China during recent decade were also reviewed. In past decades, the spatial and seasonal patterns of precipitation isotopes have been investigated nationwide, especially after the participation in GNIP (Global Network of Isotopes in Precipitation) and the establishment of CHNIP (Chinese Network of Isotopes in Precipitation), although long-term measurements are still limited; besides the nationwide network, a series of regional networks has been widely established across China. From the traditional manual drawing to the computer- aided mapping, and then to the simulation using isotope-equipped models, the productions of precipitation isoscape have been improved. The main factors controlling precipitation isotopes were summarized, and the potential significances of isotopes in climate proxies were mentioned. The recent studies about influence of raindrop sub-cloud secondary evaporation on isotopes were reviewed; based on the precipitation isotope and other parameters, the contribution of recycled moisture (evaporation and transpiration) in local precipitation can be estimated using three- or two-component mixing models. Finally, some prospects of precipitation isotope studies in China were presented.     

沿海不同年限围垦区土壤剖面有机碳同位素与粒度特征——以江苏省东台市为例

根据江苏沿海不同年限围垦区土壤剖面有机碳稳定同位素(δ13C)与粒度资料,研究了不同年限围垦区土壤粒度特征变化情况与有机质来源变化特征。结果表明,在气候和母质基本相同的条件下,土壤δ13C和粒度特征主要受围垦年限和人类活动干扰影响。随着围垦年限的增加,土壤平均粒径显著降低,表现为DT7(33.93μm,林地,已围垦近60 a)DT1(46.10μm,农用地,已围垦16 a)DT6[48.21μm,盐蒿(Suaeda salsa)滩,已围垦2 a]。其中,DT6、DT7(30 cm以下)、DT1剖面粒度记录均具有自下向上逐渐变细的特点,粗颗粒组分逐渐减少,反映了粉砂淤泥质海岸围垦前原始潮滩沉积物的自然演化特点,DT7剖面30 cm以上逐渐变粗则可能主要由于已围垦近60 a里表层堆积了大量枯枝落叶所致。人类活动干扰在沉积记录中也较明显,DT6盐蒿滩剖面δ13C值总体上表现为海洋自生有机碳,主要反映原始沉积母质特征。DT1农用地剖面0~40 cm耕作层由于受开垦、翻耕、除草、施肥等各种人类活动干扰较大,各粒度组成及粒度参数均开始出现显著变化,这在表层迅速变轻的δ13C值也有所反映。DT7林地剖面尽管受人类干扰相对较小,但由于受到表层堆积的大量枯枝落叶等凋落物的影响,各粒度组成及参数在上部均也表现出明显变化,特别是表层0~10 cmδ13C值已呈明显的陆源性。δ13C值所表现出的陆源和海洋自生有机碳特征与根据经验公式计算的结果也具有较好的一致性。     

高原湖泊中萝卜螺属壳体研究现状及展望

湖泊的古水文及古水化学重建是湖泊研究领域最具挑战性的工作之一。在湖泊、河湖相及高湖面沉积物中,萝卜螺属壳体化石广泛分布;而且现生萝卜螺属亦广泛地分布于全球的湖泊及河流。这些生物碳酸盐(文石)壳体成为一种潜在的和高分辨率的环境信息记录载体。近年来,萝卜螺属的生境及其壳体的稳定碳氧同位素和元素已经逐步被用于了解青藏高原及其他地区的古水文、古水化学和古气候的信息。然而,在萝卜螺属壳体如何记录其宿生水体的古水文、古水化学等信息,以及如何基于萝卜螺属壳体化石重建古环境等方面,仍有许多科学问题有待探索。本文在前人研究的基础上,侧重在作为环境信息载体的萝卜螺属的分类体系、生境研究及其应用和壳体指标(δ¹³C_shell,δ¹⁸O_shell,⁸⁷Sr/⁸⁶Sr,Sr/Ca和Mg/Ca)特征及其在环境重建中的应用等方面进行总结和展望。     

气候变化对水质与水生态系统的潜在影响与挑战:以中国典型河流为例(英文)

气候变化对水质与水生态的潜在影响已经成为当前必须面对的新问题和新挑战,这也引起了世界各国科学家和政府的高度关注。但是,由于它的复杂性和不确定性,目前针对该问题的科学研究和科学实践仍然十分有限。本文首先回顾了近年来国内外相关研究成果,并指出了研究现状与现实需要之间的差距。另外,基于作者在淮河和汉江的相关研究成果,我们认为,人类活动和经济发展所产生的排污是造成水质与水生态恶化的最重要的原因,同时,气候变化在此基础上具有推波助澜的增益作用,气候变化主要通过改变水温和水文情势进而影响水质和水生态。本文最后讨论了适应性对策的内涵,认为适应性对策应该包括适应方式和适应能力建设两个主要方面,适应性对策应该尽可能地具有针对性和可操作性。本文对今后的相关研究可起澄清概念和指明方向的作用。