长白山冷湿环境下不同海拔土壤四醚膜脂对环境的响应:对海拔与古环境重建的启示

甘油二烷基甘油四醚化合物(GDGTs)是陆地和海洋环境中古环境和生态定量重建的重要工具.目前对陆地土壤GDGTs的研究主要集中在相对暖湿和冷干气候区,冷湿条件下GDGTs对环境的响应尚不清晰.基于此,本文选取具有冷湿气候条件的长白山作为主要研究对象,探究长白山不同海拔土壤GDGTs的分布特征及相关指标对环境的响应.结果表明,长白山冷湿气候条件下,由古菌iso GDGTs分布反映的长白山不同海拔土壤古菌群落结构发生了显著变化,古菌群落结构对温度指标TEX_(86)产生影响;此外,温度季节性对TEX_(86)的影响也较为显著.细菌5-甲基br GDGTs的甲基化指数MBT′_(5me)及MBT_(5/6)与土壤含水量具有一定的相关性而与温度关系不显著,说明MBT′_(5me)及MBT_(5/6)指标可能并不适用于冷湿环境下的温度和海拔重建.6-甲基br GDGTs甲基化指数MBT′_(6me)、环化指数(CBT、CBT_(5me)、CBT_(6me))与甲基位置异构化指数(IR_(IIa′)、IR_(IIIa′))都与p H呈现显著相关性,表明这些指标在冷湿条件下仍具有反映土壤p H的潜力.不同地区的MBT′_(5me),MBT′_(6me)组合与典型气候型(冷干、暖湿、冷湿和暖干)存在较好的对应关系,冷湿条件下MBT′_(5me)值较小(0.65),而MBT′_(6me)值较大(0.55),表明MBT′_(5me)-MBT′_(6me)联合具有指示古气候型的潜力.     

青藏高原湖泊表层沉积物GDGTs分布特征及其影响因素

过去温度变化的定量记录对于深入探讨气候变化机制非常重要,不仅有助于检验并改善气候模式模拟的准确性,也可以为全球变化背景下的气候变化幅度提供参考.青藏高原由于其特殊的地理位置影响着大气环流格局,研究青藏高原气候变化有助于理解高原对全球气候变化的响应及其与全球气候系统之间的关系.生物标志化合物代用指标在气候变化研究中的应用为定量重建高原过去温度变化提供了可能.湖泊沉积物中甘油二烷基甘油四醚类化合物(GDGTs)来源相对复杂,其分布特征受多种气候与环境因素影响.本文对青藏高原27个湖泊表层沉积物及部分湖泊流域表土样品GDGTs进行分析,探讨湖泊表层沉积物中GDGTs分布特征的影响因素,并建立其与气候要素的定量关系.结果显示:(1)绝大多数湖泊表层沉积物GDGTs以b GDGTs为主,crenarchaeol和GDGT-0含量较低;(2)高原多数湖泊表层沉积物与表土GDGTs分布没有显著差异,表明i GDGTs可能同时来源于湖泊环境和陆源输入;(3)湖泊表层沉积物i GDGTs分布主要受湖水水化学要素(p H和盐度)及近地表大气年均温的影响,对于青藏高原小型湖泊,TEX86可能反映湖水p H的变化;(4)湖泊表层沉积物b GDGTs分布主要受气候要素(温度和降水)控制;(5)利用已发表的转换方程重建高原同一地区温度差异明显,因此利用GDGTs定量重建青藏高原过去气候前必须开展GDGTs的现代过程调查.本研究基于湖泊表层沉积物b GDGTs分布,分别利用代用指标(MBT,CBT)及不同b GDGTs化合物组分丰度(fabun)与湖泊所在地的年均气温(MAAT)建立了适用于青藏高原湖泊古气候研究的转换方程,为高原古气候定量重建提供研究基础.     

Branched tetraether lipids in Chinese soils: Evaluating the fidelity of MBT/CBT proxies as paleoenvironmental proxies

The ubiquitous occurrence of branched glycerol dialkyl glycerol tetraethers(br GDGTs) in soils has allowed development of new proxies for reconstruction of past climate and environment. The methylation and cyclization degrees of br GDGTs, expressed as MBT and CBT, respectively, are reported to be mainly controlled by mean annual air temperature(MAAT) and soil p H. However, the br GDGT-derived temperatures and soil p H scatter widely when data from different environmental conditions are considered. In this study, we collected over 300 soil samples from China, which are representative of humid(Xishuangbanna, Guangzhou, and Shanghai), semi-arid(Dongying) and semi-arid/arid(Lanzhou, Tibetan Plateau) regions. Collectively we have the most extensive dataset that broadly characterizes the distribution of br GDGTs according to climate zones in China. The overall data demonstrate that the MBT/CBT derived temperatures better match the measured MAATs in humid and non-alkaline regions than those from regions of low MAP(400 mm/yr) and above neutral soil p H(7.0–7.5). Similarly, CBT describes soil p H much better in humid and non-alkaline soils than in semi-arid/arid and alkaline soils; the semi-arid/arid and alkaline soils tend to show a positive correlation between soil p H and CBT, which contradicts that in the humid and non-alkaline soils. While soil p H, MAAT and mean annual precipitation(MAP) are dominating factors controlling the br GDGT distribution across all climate zones, conductivity, total organic carbon and total nitrogen, as well as soil water content can also play an important role locally. Removing br GDGT-II resulted in a revised CBT index that provides more accurate estimation of p H, especially in semi-arid/arid and alkaline soils. The overall Chinese dataset demonstrates that continental air temperature derived from br GDGT-proxies can vastly deviate from real measurements and should be used with extreme caution in paleo-climate or-environment studies.     

中国边缘海环境中GDGT的研究进展

甘油二烷基甘油四醚(glycerol dialkyl glycerol tetraethers,GDGTs)作为古菌和细菌的生物标志物,广泛存在于陆地(土壤、泥炭、石笋、湖泊、河流和热泉等)和海洋环境中.近年来,基于这些化合物的环境指标(如表层海水温度指标TEX_(86),陆源输入指标BIT,平均大气温度指标MBT/CBT)已经被广泛应用于大洋和陆相环境,成为研究古环境和生物地球化学过程强有力的工具.相对而言,这些指标在边缘海尚未得到充分应用,主要是由于边缘海沉积环境复杂、物源多样且受人类活动影响.本文总结了已发表的关于中国边缘海(南海、东海和黄海)及主要大河河口(珠江口和长江口)的GDGTs研究结果,以更好地理解GDGTs及相关环境指标在中国边缘海的分布特征和应用潜力.     

Distribution of glycerol dialkyl glycerol tetraethers in surface soils along an altitudinal transect at cold and humid Mountain Changbai: Implications for the reconstruction of paleoaltimetry and paleoclimate

Glycerol Dialkyl Glycerol Tetraethers(GDGTs)serve as important tools for the quantitative reconstruction of paleoclimate and paleoecology in both continental and marine environments.Previous studies of GDGTs in the terrestrial environments focused primarily on the soils from the relatively warm-humid or cold-dry regions.However,it is still unclear how GDGTs respond to environmental variables in the cold-humid regions.Here,we collected soils along an altitudinal transect of Mountain(Mt.)Changbai,which has a typical cold-humid climate,to investigate the distribution of GDGTs and the response of GDGT-based proxies to changes in climate along the transect.The shift in the distribution of archaeal isoprenoidal GDGTs(iso GDGTs)revealed that the archaeal community varied significantly along the transect,which can affect the relationship between TEX_(86)and mean annual air temperature(MAT).In addition,the increased temperature seasonality at higher altitudes exerted a significant impact on TEX_(86).We proposed a global calibration of TEX_(86)for the growing season temperature reconstruction in the soil environments:T=85.19×TEX_(86)-46.30(R~2=0.84,p0.001).The methylation indices for 5-methyl branched GDGTs(br GDGTs)including MBT′_(5me)and MBT_(5/6),showed correlation with soil water content but no relationship with MAT,indicating that MBT′_(5me)and MBT_(5/6)from cold-humid environments may be not suitable for temperature and altitude reconstruction.In contrast,the recently developed p H proxies,including MBT′_(6me)(the methylation index for 6-methyl br GDGTs),CBT(Cyclisation index of Branched Tetraethers),IR_(IIa’)(Isomer ratio of IIa′)and IR_(IIIa′)(Isomer ratio of IIIa′)exhibited significant correlations with soil p H,suggesting these proxies can still be used for soil p H reconstruction in the coldhumid regions.The combination of MBT′_(5me)and MBT′_(6me)was strongly related to different types of climate(cold-dry,warmhumid,cold-humid,and warm-dry).For example,MBT′_(5me)0.65 and MBT′_(6me)0.55 are diagnostic for the cold-humid climate.Thus,the combination of MBT′_(5me)and MBT′_(6me)has the potential as a tool for the identification of different types of paleoclimate.     

巢湖柱状沉积物中甘油二烷基甘油四醚脂(GDGTs)的组成特征

甘油二烷基甘油四醚脂(GDGTs)是目前生物地球化学研究的热点之一.与GDGTs有关的指标已成功地应用在海洋环境中有关来源判识和古环境古气候重建的研究,但是在湖泊环境中的应用目前还比较有限.通过开展巢湖柱状沉积物中GDGTs的组成测定,为GDGTs类脂分子标志物在湖泊系统中的应用提供依据.研究表明由柱状沉积物中支链GDGTs参数计算得到的量化结果与巢湖周围流域的环境温度、pH等历史记录能较好地吻合;柱状沉积物中类异戊二烯类GDGTs来源的不确定性可能是造成TEX_(86)指标的量化结果和实际的水体温度出现较大偏差的重要原因.另外,沉积物中GDGTs指标和TOC、C/N、δ~(13)C_(org)、δ~(15)N等传统湖泊总体有机质参数以及其它分子标志物指标相比,具有高分辨性和抗干扰等特点.因此,湖泊中GDGTs有望成为湖泊古气候和古环境重建的重要指标.     

中国酸碱度不同湖泊四醚脂类分布影响因素及对湖泊古环境重建的启示

湖泊沉积物中甘油二烷基甘油四醚化合物(GDGTs)在记录陆地古气候方面有着重要作用.然而,这些化合物,尤其是细菌支链GDGTs(bGDGTs)异构体(5-,6-甲基bGDGTs)在中国不同酸碱性湖泊中的分布及其影响因素仍未可知.本文通过对碱酸度不同的湖泊进行对比,并结合其他环境变量,调查了GDGTs各类化合物在中国中东部湖泊系统和西南酸性青海中的分布特征及其影响因素.结果表明,湖水含氧量能够影响湖泊古菌群落结构,从而影响古菌iGDGTs的分布.GDGT-0/crenarchaeol比值随着含氧量降低而增高,表明厌氧的产甲烷古菌或混杂型泉古菌(MCG)与奇古菌相对含量受控于湖水含氧量.含氧量较低的湖泊奇古菌贡献GDGTs化合物比例较小,四醚指数TEX_(86)不能用来重建表层湖水温度.与土壤不同的是,湖水pH并不会影响古菌iGDGTs和细菌bGDGTs的相对含量,但在单一湖泊,如腾冲青海中,古菌与细菌的相对含量(R_(ilb))与水深相关.虽然这些湖泊中细菌bGDGTs的甲基化指数(MBT')与年均大气温度(MAT)和pH(或年均降雨量)相关,环化指数(CBT)仅与pH相关,但基于5-甲基bGDGTs的MBT'_(5ME)与MAT的关系并不明显,反而是表征6-甲基bGDGTs甲基化程度的MBT'_(6ME)与MAT更相关.与全球土壤相似,湖泊中5-,6-甲基bGDGTs的相对含量也主要受pH影响.因此,6-甲基bGDGTs的相对含量(IR)或CBT'可以作为潜在的湖泊pH计.但在较小pH梯度下,IR和CBT'两个指标可能受其他环境因子,如温度等的影响.     

湖泊水体微生物四醚膜脂化合物研究进展

来源于微生物膜脂的甘油二烷基甘油四醚类(GDGTs)化合物是近年来被广泛用于古环境定量重建研究的化合物之一,究其原因在于此类化合物对环境响应敏感,特别是温度与pH值等,据此而建立的一系列GDGTs指标有效定量重建海洋、湖泊、泥炭以及土壤等不同沉积载体的环境信息.目前已在全球范围广泛开展湖泊沉积物GDGTs的研究工作,相继建立的全球以及不同区域尺度的湖泊沉积物GDGTs校正方程,已被用于湖泊古环境的定量重建研究,有效记载古湖泊环境变迁信息.相较之下,基于湖泊水体GDGTs的调查工作则起步较晚,但越来越多的研究显示,不同类型湖泊水体普遍贡献GDGTs,然而究竟此类水生来源GDGTs是否与陆源以及湖泊沉积物GDGTs具有类似的分布,以及他们对环境因素的响应如何,这都为湖泊古温度定量重建研究带来不确定性.基于此,本文总结这10年来湖泊水体GDGTs研究工作的进展,首先阐述湖泊水体不同来源(古菌以及细菌)GDGTs的分布情况,研究发现水体不同层位GDGTs浓度以及各组分之间存在差异,并且水深在不同湖泊对GDGTs浓度以及各组分相对比例的影响存在差异.此外还总结湖泊水体中古菌来源isoGDGTs以及细菌来源brGDGTs的生物来源,并进一步分析环境因素对不同深度水体GDGTs分布的影响,虽然温度依然是影响水体中GDGTs分布的首要因素之一,然而湖泊水深、温度以及水体中溶解氧浓度等因素存在着一定的耦合关系,这些因素往往协同作用于水体GDGTs,因此会为评估环境因素对水体GDGTs的影响带来难度.     

察汗淖尔表层沉积物GDGTs分布特征及影响因素

目前,甘油二烷基甘油四醚(GDGTs)组成和分布特征已被成功应用于古气候古环境重建中。然而,越来越多的研究表明除温度和pH值外,GDGTs也受其他环境因素影响,这导致了在同一地区运用多种温度和pH校准公式得到的结果差异较大,特别是在干旱地区尤为显著。因此,有必要开展现代过程GDGTs分布及其影响因素的调查,以提高温度和pH校准公式的适用性。为此,我们以北方察汗淖尔湖泊为中心,分析流域内24个湖泊沉积物和土壤GDGTs组成和分布。结果显示,所有样品GDGTs分布模式相似,其中古菌类异戊二烯GDGTs(简称isoGDGTs)以crenarchaeol为主,GDGT-0次之,crenarchaeol’含量较低,指示GroupⅠ.1b型奇古菌输入较多;细菌支链GDGTs(简称brGDGTs)中五甲基化brGDGTs丰度最高,其次是六甲基化和四甲基化brGDGTs。群落指数(community index,CI)表明,产brGDGTs的细菌群落属于冷簇,且冗余分析显示pH值对brGDGTs分布影响显著,二者可能共同导致了应用多种校准公式计算结果与器测记录之间的差异。通过该项工作我们认为在利用GD...     

青藏高原东北部青海湖距今12ka以来的四醚指标BIT记录:对古环境重建的启示

早期的研究认为湖泊沉积物中的支链GDGTs(b GDGTs)主要来自陆地土壤细菌,而奇古菌醇由水生奇古菌产生,因此湖泊中表示b GDGTs与奇古菌醇比值的BIT指标可用于衡量陆源有机质的输入程度.然而越来越多的研究表明,湖泊环境中普遍存在着自生的b GDGTs,这样,湖泊沉积物中的BIT指标可能不能用来指示陆源物质输入.尽管如此,最近对非洲Challa湖的研究表明BIT仍可作为一个有效的古水文指标,但是在不同的湖泊中BIT对古水文变化的响应可能有所不同.本文调查了距今12 ka以来青海湖沉积物中的BIT及其相关GDGTs含量的变化.结合已发表的表层样品数据发现,青海湖沉积物中BIT的变化主要反映了奇古菌醇含量的变化,而不是细菌b GDGTs含量的变化.在青海湖中,由于奇古菌醇含量与水深正相关,因此BIT与水深负相关.这与Challa湖BIT与湖面或降雨正相关的情况相反,表明不同湖泊中BIT对水文变化的响应有所差异.因而在应用BIT重建特定湖泊古水文变化时,需要先确定控制其沉积物BIT值的主要因素.     

末次冰盛期中国气候要素定量重建

古气候定量化是古全球变化研究的核心目标之一.重建末次冰盛期时段((18±2)ka14C)气候变化特征,对理解冰期-间冰期地球气候演化规律具有重要的意义.以往古气候要素定量重建,主要基于现代气候条件下孢粉-气候的统计学方法,因难以有效区分过去气候季节性变化和大气CO2浓度降低对植物生长的影响,导致重建结果可能存在不确定性.本研究基于植物生理过程、新一代古气候定量重建的植被反演方法,考虑上述环境因子对植物生长的影响,利用新完善的中国第四纪孢粉数据库,重建了古气候的空间格局.结果表明,在末次冰盛期,大气CO2浓度降低对中国古气候要素重建结果影响不显著;全国年均温比现在低约(5.6±0.8)℃,最冷月温度和最热月温度分别降低约(11.0±1.6)℃和(2.6±0.9)℃,且中国南方降温幅度达到约(5.5±0.5)℃,接近平均值的水平,年均温变化主要归因于冬季温度的降低;全国年降水量比现在低约(46.3±17.8)mm,其中北方降水减少约(51.2±21.4)mm,年降水变化主要源于夏季降水的减少.与古气候模拟结果的对比揭示,虽然现有模式能较好模拟年均气候模态,但是在季节性变化上与重建结果还有较大的差距,指示未来在提高古气候重建精度的同时需进一步加强古气候模式的季节性气候模拟能力.     

黄土高原半干旱草地生长季干湿时段环境因子对陆面水、热交换的影响

利用黄土高原陆面过程观测试验研究(LOPEX)资料,分析了榆中半干旱草地生长季主要干湿时段陆面水、热过程的差异及环境因子的影响特征.研究发现,干湿时段陆面温、湿特征变化差异明显,干旱时段日平均归一化温度垂直分布结构整体"前倾",湿润时段则呈"后倾"状;干旱时段,20 cm以上浅层土壤是温度的活跃层,干湿时段土壤中热量的传递速率明显不同.干旱时段H/Rn和LE/Rn与5 cm土壤温度之间满足线性关系;湿润时段H/Rn和LE/Rn与5 cm土壤温度为非线性关系,日尺度上陆面水、热交换趋势发生转变的临界土壤温度为16℃.干旱时段H/Rn和LE/Rn与土壤含水量之间满足线性规律;湿润时段H/Rn和LE/Rn与5 cm土壤含水量之间呈非线性变化,0.21 m3 m?3是日尺度上陆面水、热交换趋势发生转变的临界点.干旱时段,饱和水汽压差小于0.7 k Pa时,H/Rn随饱和水汽压差的增大而增大,LE/Rn随饱和水汽压差的增大而减小,而当饱和水汽压差大于0.7 k Pa时,H/Rn和LE/Rn均趋于常数;湿润时段,H/Rn随饱和水汽压差的增大而增大,LE/Rn随饱和水汽压差的增大而减小.上述特征直接体现了陆面环境因子的差异在水、热交换过程中的作用,也间接反映了云降水过程对陆面水、热交换过程的影响.     

海南尖峰岭不同海拔土壤中微生物脂肪酸和脂肪醇分布特征及对古海拔、古温度重建的启示

海南尖峰岭不同海拔造成的年平均温度差异为检验和建立基于微生物类脂物的环境替代指标提供了良好条件.尖峰岭土壤中含有种类丰富的微生物脂肪酸和脂肪醇化合物,包括异构/反异构脂肪酸(i/aC12:0~i/aC19:0),10-甲基十六酸、异构和反异构脂肪醇(i/aC13~iC26)、10-甲基十六醇和不饱和脂肪醇,指示了尖峰岭土壤中强烈的微生物活动.土壤中异构和反异构脂肪醇,不饱和脂肪醇主要以结合态,即蜡脂形式存在,只有经过皂化才能释放出支链脂肪醇.反异构十五酸/异构十五酸与海拔成正相关关系,表明温度降低能够引起反异构十五酸相对比例的增加.与脂肪酸不同的是,反异构十五醇/异构十五醇,反异构十五醇/正构十五醇随海拔升高却逐渐降低,表现出随温度降低减小的趋势.同样,单不饱和十八醇/十八醇比值随海拔升高而逐渐减小,与微生物脂肪酸不饱和度随温度降低而增加的规律相反.此外,植物叶蜡长链正构脂肪醇(C22~C30)的平均碳链长度ACL,正构脂肪醇(C14~C31)的碳优势指数CPI与海拔(或年平均温度)呈显著相关关系,证明了其应用于古气候重建的潜力.因此,微生物脂肪酸和脂肪醇、高等植物叶蜡都能够灵敏的响应环境温度的变化,可以为重建古温度和古海拔提供新的途径.     

基于孢粉的古气候参数定量重建:一种新思路及其在中国的应用实例

传统的孢粉-古气候定量重建评估主要衡量校准集对现代气候状况的模拟结果或化石样品与校准集样品的可比程度,客观上导致特定地点重建气候参数的取舍缺少明确标准.基于国际上通过随机数据开展定量重建显著性检验的新方法,充分利用中国环境梯度大、植被类型丰富、现代表土孢粉数据完善等优势,提出一种孢粉-古气候参数定量重建的新思路:首先确定控制化石孢粉组成变化最主要环境因子,随后通过限制其他环境因子来构造校准集以开展该因子的定量重建,最后完成重建结果显著性评估.将该思路应用于分别位于黄土高原东、西两侧的吕梁山公海和六盘山天池化石孢粉序列,所获得的年降水量P_(ann)定量重建不仅具有统计上的显著性(p0.001),且相互间在共同时段表现出良好、稳定的相关关系,均指示了约3300cal a BP以来的东亚夏季风降水快速下降,显示其具备降低基于孢粉的古气候参数定量重建不确定性的较大潜力.     

中国东海过去1.4万年以来的沉积演化:基于脂类标记物的古环境重建

中国东海自末次冰消期以来,经历了多次海平面快速上升的气候事件,为了解这种频繁的海侵过程对中国东部大陆架海域的影响,本文利用有机地球化学方法分析了位于长江口水下三角洲的柱状岩芯样品,并据此重建了该区域过去1.4万年以来的沉积环境演化.本次记录反映了两种不同的沉积环境,阶段Ⅰ(13.8-8 cal ka BP)以陆相环境为主,具体表现在细菌支链甘油二烷基甘油四醚(缩写为brGDGTs,平均浓度值约143 ng/g沉积物干重,GDGT浓度单位缩写为ng/g dsw)的浓度明显高于古菌类异戊二烯甘油二烷基甘油四醚(缩写为iso-GDGTs,平均浓度值约36 ng/g dsw),陆源输入指标值(BIT)接近陆相端元(0.78),同时GDGT-0/crenarchaeol(R_(0/5))的比值也在高值区间剧烈波动(0.52-3.81).阶段I还出现了短暂的气候变化事件,分别跟新仙女木事件(YD,12.9-12.2 cal ka BP)和北半球冰融水事件(MWP-1B,11.5-11.1 cal ka BP)相对应.各项环境指标在8-7.9 cal ka BP均发生了显著的变化,以BIT值的快速下降(0.4)和海洋古菌标志物crenarchaeol的优势丰度为特征,进入海相沉积的阶段Ⅱ.此后,各项参数保持相对平稳,暗示该阶段处于稳定的高海平面的现代海洋沉积环境.BIT指标在本次工作中得到极好的应用,可以准确区分陆相和海相环境.鉴于阶段I陆相环境的BIT高值,由TEX_(86)(TetraEther Index of tetraethers consisting of 86 carbons)衍生的表层海水温度指标TEX_(86)-SST在阶段Ⅰ未能真实地反映表层海水温度信息,该指标在阶段Ⅱ((21.6±0.9)℃,n=49)则反应了年平均表层海水温度.基于MBT'/CBT(Methylation of Branched Tetraethers)/Cyclization of Branched Tetraethers)的平均大气温度(MAT)在整个记录中呈现出缓慢下降的趋势((14.3±0.6)℃,n=68),跟长江流域中下游的年平均大气温度一致,证实了MBT'/CBT-MAT在该海域的适用性.     

青海湖QH1孔晚全新世沉积物稀土元素地球化学与气候环境关系探讨

通过对青海湖QH1孔沉积物稀土元素丰度分布模式及稀土总量(REE)的分析结合沉积物中TOC含量粒度参数的变化特征探讨了稀土元素纵向变化与气候环境之间的关系. 结果表明青海湖沉积物中稀土元素总丰度值不高平均值为63mg/kg不包括Y左右. 总体上表现以半干旱的环境为主导化学风化作用相对微弱. 同时湖泊沉积物具有轻稀土相对富集缓右倾斜型CeEu基本上无明显异常的REE分布模式. 稀土元素与总有机碳TOC粒度之间存在较好的相关性. 分析表明沉积物中REE高值段指示暖湿气候环境REE低值段代表冷干气候环境. 根据稀土元素分布与沉积环境的关系重建了8500aBP以来青海湖区经历4次较大的暖湿-温干-暖偏湿-冷偏干的气候演化过程. 从而得出在高寒半干旱地区的青海湖沉积物中稀土元素对古气候变化具有良好的指示作用.     

中国湖泊古生态研究进展

湖泊古生态学是古湖沼学的一个主要分支学科,主要通过沉积记录中的各种生物化石指标分析,重建不同时空尺度的湖泊生态系统演化过程,回答生态学、全球变化和环境管理应用方面的议题.本文回顾了国内外湖泊古生态研究的发展历程,在介绍湖泊古生态系列指标和研究基本原理基础上,着重评述了过去20 a来我国湖泊古生态研究取得的主要进展和成果,包括:(1)建立了基于多种生物和生物标记化合物指标进行古气候环境要素(温度、盐度、水体总磷等)定量重建的系列转换函数模型;(2)重点揭示了不同地质历史时期和近百年来湖泊生态环境演变的规律,及其对自然和人为驱动的响应特征与机理;(3)利用古生态记录诊断了湖泊生态系统突变模式与早期信号特征,定量揭示了湖泊生物群落演替与生态系统弹性损失的关系.上述成果为湖泊环境管理和治理提供了重要依据.本文最后对我国湖泊古生态研究进行了展望,提出了今后研究的重点方向.     

钼海洋地球化学与古海洋化学重建

近年来,钼(Mo)元素有关的地球化学指标在刻画古海洋化学环境上发挥越来越重要的作用.本文系统介绍了Mo在海洋地球化学循环过程中的富集和同位素分馏基本原理及其在古海洋化学重建中的具体应用.综述表明:铁锰氧化物/氢氧化物的吸附和H2S的硫代作用是Mo在沉积物中富集的主要途径.因此,缺氧沉积物中Mo的富集通常反映了水柱和/或沉积物孔隙水中H2S的出现.硫化沉积物中Mo富集程度除与水柱或孔隙水中硫化程度有关外,还与海洋Mo库的大小有关.基于上述原理,对海洋硫化沉积物中Mo及Mo/TOC的地史演化重建表明:海洋Mo库演化与大气和海洋的演化历程具有很好的对应关系,表现出与地球两次大气-海洋氧化事件对应的阶段性演化特征.Mo同位素分馏原理及应用表明:强硫化沉积物可以有效记录沉积时海水的Mo同位素组成,而其他过程,包括锰铁氧化物/氢氧化物的吸附作用、低浓度H2S作用等均会导致沉积物不同程度富集轻Mo同位素.成岩作用可能会导致上述Mo富集和同位素分馏过程复杂化.在对沉积时海水的Mo同位素组成和不同水体环境下输出的Mo同位素组成进行必要约束的前提下,应用Mo同位素质量平衡模型可以对地质历史时期海洋总体的氧化还原状态进行定量重建.综上,Mo对局部和全球海洋的氧化还原状态变化敏感,可以有效应用于古海洋不同尺度的水体化学重建;但由于海洋化学过程的复杂性,在应用Mo地球化学指标进行古海洋化学重建时需要注意可能的多地球化学过程叠加的干扰.     

新疆艾比湖湿地土壤水盐空间变异性分析

为揭示艾比湖湿地土壤退化程度空间分布特征,在离艾比湖湖滨5~15 km,绕湖一周160 km范围内,以湖心质点为中心,将艾比湖划分为东北、东南、西南、西北4个区域,采用传统统计学和地统计学相结合的方法对表层(0~20 cm)土壤盐分、含水量与p H的空间分异特征进行研究.结果表明:绕湖一周不同区域的土壤盐分均属中等变异强度;土壤含水量在西北部属强变异性,而东北、东南和西南部均属中等变异强度;土壤p H在不同区域内均属弱变异强度.绕湖一周除西北部土壤盐分的半方差理论模型较符合球状模型外,其它区域土壤盐分、含水量和p H均符合高斯模型;受结构性因素影响,不同区域土壤盐分、含水量和p H均具有较强的空间相关性;西南部土壤盐分、含水量和p H的Moran's I系数比其它区域的波动大,表明空间相关性较强.艾比湖湿地常年大风、干旱、缺水及沙化盐化的自然因素与引水围堰、种植耐盐碱植物的人为活动造成了采样区表层土壤盐分、含水量和p H的空间分布多呈现不规则条带状格局.艾比湖湿地土壤以盐土为主,重度盐化土次之,土壤盐渍化日益严重.     

古气候数据同化:缘起、进展与展望

对过去气候变化的准确重建,有助于理解过去气候变化机制、认清现在气候变化形式和预估未来气候变化情景.古气候数据同化是2000年才出现的一种过去气候重建方法,是目前古气候重建领域的一个重要研究方向,它植根于大气、海洋和陆面数据同化的理论框架内,将气候模式和代用资料有效融合,优势互补,以期得到既符合气候变化物理学规律和动力学机制、又包含代用资料记录的气候变化信息的重建结果,在古气候重建领域已经崭露头角.结合国外古气候数据同化研究历程与现状,介绍了古气候数据同化的背景、概念、理论基础,概括了其特点和发展脉络,分析了目前应用较为活跃的三种古气候数据同化方法(松弛逼近法、粒子滤波、集合平方根滤波)及其部分研究案例,并对古气候数据同化目前所存在的一些关键问题进行了阐述.最后对古气候数据同化在未来可能需要重点关注的研究方向作出了展望.