祁连山青海云杉树轮δ~(13)C的时空变化及其气候意义

通过分析祁连山自东向西5个样点青海云杉年分辨率的树轮碳同位素比率(δ13 C),评价在大气CO2浓度日益增加的背景下青海云杉长期水分利用效率的变化及其对气候变化的响应.最长树轮δ13 C年表为189a,最短112a(1891-2003年).选择了5个样点的公共区间进行分析(1891-2003年).结果表明:祁连山青海云杉δ13 C序列之间显著相关,但是远离山脉主体的两条δ13 C序列与其余序列相关关系较弱.随着大气CO2浓度的持续增加,所有样点青海云杉水分利用效率均表现出显著的提高,但在祁连山腹地的青海云杉水分利用效率提高的幅度低于其它样点.以树轮碳同位素分馏(Δ13 C)和干旱指数之间的相关关系为基础,重建了研究区域1891-2003年期间的干旱历史.其中,20世纪20年代末30年代初和最近10a的两次最严重的干旱分别是由降水减少和气候变暖引起的.     

新疆昭苏云杉树轮纤维素δ~(13)C的气候意义

依据树轮纤维素δ13C测定数据 ,分析了其气候意义 .结果表明 ,树轮Δ 13C与气候诸要素之间有明显的相关性 ,包括降水、相对湿度、温度、日照时间 (或太阳辐射 )等 ,部分原因可归咎于云杉是一种浅根系植物、其生长对气候的变化较为敏感 ,因为它生长过程中所必需的各种养分和水分均是根系吸收的 .分析表明 ,温度与树轮Δ13C的相关性是它们与相对湿度或降水之间交互相关的结果 ,日照时间与树轮Δ13C呈正相关与光呼吸有关 .利用树轮Δ13C与降水之间的函数关系 ,恢复了近 30 0a来新疆昭苏地区的降水变化 ,恢复的系列与历史文献记录和树轮指数所揭示的降水历史有较好的对应性 .     

沙坡头没蒿和柠条叶片δ13C 和 N 含量的季节变化特征

通过对腾格里沙漠东南缘沙坡头人工固沙区油蒿和柠条叶片稳定碳同位素分辨率（△）和N 含量的测定，研究了不同种植方式下油蒿和柠条叶片△ 和 N 含量的季节变化及其关系。结果表明：在不同种植方式下，两种植物的△ 与 N 含量在不同月份之间均存在显著差异。油蒿叶片 △ 极显著高于柠条的：在不同种植方式下，油蒿单种下 △ 显著高于混种，柠条则反之。 油蒿叶片 N 含量极显著低于柠条的：不同种植方式下柠条叶片 N 含量无显著差异，而单种油蒿叶片 N 含量则显著低于混种。在 △ 与 N 含量的关系中，柠条叶片 △ 与 N 在两种生境、单种和混种下均极显著正相关，雨明柠条叶片 N 含量可以作为其 △ 与 N 含量的季节变化及其关系在不同微生境有所差异。     

青藏高原不同生境中祁连圆柏叶片δ13C变化及其与环境和树高的关系

以分布于青藏高原东北缘的优势乔木祁连圆柏为研究对象,分析了叶片δ¹³C值变化及其与树高、土壤含水量、降雨量和叶片碳氮含量的关系.研究结果表明:研究区祁连圆柏叶片δ¹³C值的变化范围为-28.58‰~-23.95‰,平均值为-25.66‰,变化幅度为4.63‰,而同一生境不同个体之间的变化幅度为2.69‰和2.93‰,说明祁连圆柏叶片δ¹³C值的变化是植物自身遗传特性与环境因子共同作用的结果.叶片δ¹³C值与树高呈明显的负相关关系(p<0.01),并且这种关系不随采样位点的不同而改变;与叶片C和N含量不相关,而与土壤含水量和年平均降水量显著负相关(p<0.001).     

喀斯特与非喀斯特区土壤含水量与植物叶片δ13C关系的对比研究—— 以贵州清镇市王家寨小流域为例

通过测定贵州省清镇市王家寨小流域内不同背景区(喀斯特与非喀斯特)土壤的含水量以及16种植物叶片的δ13 C值,比较了不同背景区从退化生态到非退化生态过程中各样地之间,以及石漠化和土山样地不同坡位之间土壤含水量与植物叶片δ13 C值的相关关系。研究结果表明,不管是喀斯特背景区还是非喀斯特背景区从退化到非退化的过程中,随着土壤含水量的逐渐增大,植物叶片的δ13 C值与土壤含水量呈现显著的负相关关系,即土壤含水量越大,植物的水分利用效率就越低;而从不同坡位土壤含水量与植物叶片δ13 C值的相关关系分析表明,石漠化样地植物叶片δ13 C值并不随坡位土壤含水量的不同呈现出规律性的变化,而坡位自上而下土山样地植物叶片的δ13 C值则表现出随土壤含水量的增大而逐渐趋负。这些研究结果均反映了植物叶片的δ13 C值对不同生境土壤水分条件的适应机制,其中石漠化样地上的植物对土壤含水量变化的响应最迅速和最敏感。      

沙坡头油蒿和柠条叶片δ13C和N含量的季节变化特征

通过对腾格里沙漠东南缘沙坡头人工固沙区油蒿和柠条叶片稳定碳同位素分辨率(△)和N含量的测定,研究了不同种植方式下油蒿和柠条叶片△和N含量的季节变化及其关系.结果表明:在不同种植方式下,两种植物的△与N含量在不同月份之间均存在显著差异.油蒿叶片△极显著高于柠条的:在不同种植方式下,油蒿单种下△显著高于混种,柠条则反之.油蒿叶片N含量极显著低于柠条的:不同种植方式下柠条叶片N含量无显著差异,而单种油蒿叶片N含量则显著低于混种.在△与N含量的关系中,柠条叶片△与N在两种生境、单种和混种下均极显著正相关,说明柠条叶片N含量可以作为其△的替代指标;而油蒿叶片△与N在单种下为正相关,混种及两种生境分别呈不显著正相关及弱的负相关关系,表明植物叶片△与N含量的季节变化及其关系在不同微生境有所差异.     

祁连山青海云杉(Picea crassifolia)夜间树干液流特征及影响因素

利用SF-300树干液流仪对祁连山中段青海云杉(Picea crassifolia)2011年生长季树干液流进行监测, 研究了在典型天气条件下青海云杉的夜间树干液流特征, 以及气象因子和树形特征对其夜间液流变化的影响. 结果表明:典型晴天、阴天, 夜间树干液流速率分别在(2.78±0.64)~(5.02±1.06) g·cm^-2·h^-1、(2.31±0.62)~(3.94±1.22) g·cm^-2·h^-1之间波动, 其平均值分别为(3.55±0.28) g·cm^-2·h^-1、(3.06±0.24) g·cm^-2·h^-1; 夜间树干液流量分别占当日总液流量的(34.51±6.20)%、(46.06±11.20)%. 夜间树干液流速率与饱和水汽压差、气温呈显著相关关系, 与风速相关性不显著; 夜间树干液流与胸径、树高、边材面积、胸径平方与树高之积呈显著线性相关, 与冠幅相关性不显著. 青海云杉夜间树干液流的变化是其生理特征与环境因素综合作用的结果, 夜间树干液流可能用于夜间蒸腾和植物体内部的水分补充.     

甲烷及其同系物δ13C值反序排列特征的数值模拟与非生物成因天然气藏探讨

本文采用数值模拟的方法对天然气中甲烷及其同系物的δ１３Ｃ排序特征进行了研究,结果表明：两种具正序分布特征的生物成因天然气混合后可产生具反序分布特征的天然气。相应地,两种具反序分布特征的非生物成因天然气混合后也可产生具正序分布特征的天然气。对于前者而言,作为混合的两个端元天然气,它们必须具有不同的成因或来源,或它们是明显不同的演化阶段的产物。关于松辽盆地昌德气藏若干口天然气井甲、乙、丙、丁烷碳同位素排序特征的讨论表明,用两种生物成因天然气混合的观点很难解释这种反序排列。     

中国北方两种现代草地动物牙齿珐琅质δ~(13)C值与植被类型的关系初探

在简单了解研究区的植被、气候状况的基础上 ,分析了内蒙古锡林郭勒和青海海北两种典型草地食草动物牙齿的δ1 3C值 ,测定了采样点表土有机质的δ1 3C值。锡林郭勒的表土有机质碳同位素组成略分散 ,且与植被和微环境密切相关。海北的表层土壤有机质碳同位素组成比较集中。两地的碳同位素组成都偏轻 ,是植被中C4植物含量少的反映。两地放牧动物的珐琅质δ1 3C值分别比当地植物偏重 12 .9‰和 13.5‰ ,或 14 .1‰和 14 .7‰。火灾等高温过程对动物牙齿的碳同位素组成可能没有显著影响     

东海DGKS96—03岩心中微体化石的古海洋学特点、δ~(18)O曲线与AMS~(14)C测年

运用微体化石的研究结果辨识岩心不同的沉积阶段的沉积特征及古海洋学特点 ,并辅以δ18O曲线及AMS14 C测年去探讨岩心的沉积时代。该岩心是 1996年 5月中国、法国、韩国科学家一起利用法国L’ATALANTE号海洋调查船在东海陆架获取的 17个岩心中的一个 ,分别做了粒度、矿物、CaCO3、微体化石、δ18O、AMS14 C测年等分析 ,初步分析认为 :依据微体化石的冷、暖水种的丰度变化 ,可以辨识出该岩心气候的 7个冷期 (C1、C2 、C3、C4 -1、C4 -2 、C5、C6、C7) ,然后结合岩心中的矿物成份、CaCO3 含量、粒度变化、AMS14 C的测年数据把岩心划分为 4个沉积阶段 ,1.晚更新世早玉木冰期沉积。 2 .玉木亚间冰期沉积。 3 .晚更新世玉木冰期沉积。 4.全新世冰后期沉积。另外 ,利用浮游有孔虫壳体对不同的沉积阶段所做的AMS14 C测年结果分别为 96 90aBP、12 980aBP ,2 6 35 0aBP ,2 796 0aBP ,37410aBP ,412 6 0aBP .     

祁连山青海云杉(Picea crassifolia)林土壤有机碳与化学性质的相互关系

通过对祁连山大野口流域的青海云杉林大样地进行土壤剖面取样, 分析了样地土壤有机碳与pH值、养分和阳离子交换量等基本化学性质的变化规律及其相互关系. 结果表明: 随土层深度不断增加, 土壤有机碳含量逐渐减小, 在20～30 cm以下趋于稳定(P > 0.05); 土壤pH值不断增大, 仅在0～10 cm与10～20 cm差异显著(P<0.05); 土壤全氮、速效氮、全磷和阳离子交换量不断减小, 全氮含量在30～40 cm以下趋于稳定(P > 0.05), 速效氮含量变化剧烈(P<0.05), 全磷含量差异性不显著(P > 0.05), 阳离子交换量与有机碳含量变化规律相同; 土壤速效磷、全钾和速效钾含量没有明显的变化规律, 速效磷和全钾含量差异性不显著(P > 0.05), 速效钾含量仅在0～10 cm与10～20 cm差异显著(P<0.05). 土壤有机碳与全氮、速效氮、全磷、速效磷、速效钾和阳离子交换量之间呈极显著和显著正相关, 与土壤pH值和全钾含量之间呈极显著和显著负相关. 土壤有机碳与其他基本化学性质的回归方程具有较高精度(R²=0.793), 影响土壤有机碳含量的主要化学因子依次为土壤阳离子交换量、速效钾和全磷含量.     

不同立地条件下胡杨叶片稳定碳同位素组成及水分利用效率的变化

研究了黑河流域下游额济纳荒漠河岸不同立地条件下胡杨(Populus euphratica Olivier)叶片稳定碳同位素组成及水分利用效率的变化特征. 结果表明: 5个典型样地中, 胡杨叶片δ¹³C值在(-25.80～±0.05)‰～(-29.19～±0.05)‰间变化, 均值为(-27.70～±0.13)‰; 就生长季胡杨叶片δ¹³C均值而言, 沙丘样地具有最高的δ¹³C值, 其次为戈壁样地, 最低值出现在河岸低地. 样地间δ¹³C值的差异主要是由样地间土壤含水量和地下水埋深的不同导致的; 整个生长季胡杨叶片δ¹³C值在样地间表现为2种变化趋势. 5个典型样地生长季胡杨水分利用效率在(60.41±0.47)～(95.46±0.47) μmolCO₂·(mmolH₂O)^-1间波动变化, 其平均值为(75.69±1.37) μmolCO₂·(mmol H₂O)^-1, 从水分利用效率波动范围和平均值可以看出, 胡杨是个具有高水分利用效率的物种. 从河岸低地到河岸沙堆再到戈壁、沙丘, 随着土壤含水量逐渐下降, 地下水埋深逐渐加深, 胡杨逐渐提高了其水分利用效率.     

祁连山中东部青海云杉径向生长对气候变暖的响应差异

气候变暖对森林生态系统产生了深刻影响,而树木生长对气候变化做出了不同的响应。本研究利用采自祁连山中、东部不同海拔梯度的青海云杉（Picea crassifolia）树轮样本,分别建立了中部和东部6个树轮宽度年表,分析了树木径向生长与各气候要素的关系以及随时间变化的稳定性。结果表明：祁连山中部青海云杉对降水和scPDSI较东部更为敏感。中部树轮宽度年表与当年5—7月的scPDSI极显著正相关（P<0.001）,东部树轮宽度年表与前一年9月和当年5月scPDSI显著正相关,表明中部LCH区域青海云杉径向生长主要受当年5—7月土壤水分条件的限制;东部XYH区域则受前一年9月和当年5月的土壤水分的限制。20世纪80年代中东部温度显著升高（P<0.001）,中东部树木生长受高温引起的干旱胁迫增强;20世纪90年代以后,由于中部降水增加而东部降水变化不明显,中部树木生长干旱压力得到缓解,东部森林受干旱的限制作用增强。此外,中东部青海云杉与温度、降水和scPDSI的相关关系逐渐趋向一致,未来气候的持续变暖或许将减小中东部树轮-气候关系的差异。     

塔里木盆地荒漠植物与表土碳同位素组成研究

表土有机质碳同位素组成(δ¹³C_org)反映了来自于地表各种植物δ¹³C_org的一个混合信息.要从沉积物δ¹³C_org中提取可靠的植被信息,需要系统研究现代表土有机质δ¹³C_org与地表植被δ¹³C_org的差异.初步研究了塔里木盆地主要现代植被及土壤碳同位素组成,对比不同地区土壤和地表植被δ¹³C_org的差异.结果表明:塔里木盆地柽柳属种群中植物与表土碳同位素组成之间存在显著相关关系,说明在干旱地区土壤中微生物和水生生物等的干扰因素可以忽略,其现代土壤的同位素组成只与地表相应的主要植被类型有关.塔里木盆地柽柳属种群中表土有机质δ¹³C_org值比地表植被δ¹³C_org值平均偏正1.71‰左右,不同于其它地区表土和地表植被δ¹³C_org差异(2.2‰,1‰,0.5‰)的结果,反映不同地区表土和地表植被有机质δ¹³C_org值差异不同.在利用沉积物δ¹³C_org值提取古生态植被信息时,应考虑到不同地区土壤有机质与地表植被δ¹³C_org值的不同差异会影响植被中C₃、C₄植物组成情况.     

高砷地下水中溶解性有机碳和无机碳稳定同位素特征

随着稳定同位素分析技术的逐步完善,碳稳定同位素被广泛应用于地球化学领域。高砷地下水砷的生物地球化学循环是目前环境化学研究热点之一。分析概括了碳稳定同位素应用于地下水领域的研究现状,介绍了地下水中有机碳和无机碳稳定同位素的前处理方法以及测试技术。在此基础上,选取了内蒙古河套平原具有代表性的高砷地下水进行氧化还原敏感组分、碳稳定同位素的测定与分析。结果表明,As分布极不均匀,其含量为1.24~387 μg/L。地下水溶解性有机碳(DOC)含量相对较高,与溶解性无机碳(DIC)浓度基本呈正相关。δ¹³C_DIC相对δ¹³C_DOC较富集¹³C;δ¹³C_DIC-δ¹³C_DOC与δ¹³C_DIC之间具有显著的正相关关系;表明δ¹³C_DIC值越贫化,δ¹³C_DIC-δ¹³C_DOC越小,地下水中来源于有机物氧化分解的无机碳越多,进一步说明有机碳的氧化分解在无机碳稳定同位素贫化过程中起主要作用。此外,δ¹³C_DIC-δ¹³C_DOC与As浓度呈一定的负相关关系;表明有机物的微生物降解对砷的富集具有明显的促进作用。微生物可利用的碳源增加,促进异养微生物的代谢,并消耗氧气,最终形成有利于地下水As富集的还原环境。     

Stable Carbon Isotopic Composition of Black Carbon in Surface Soil as a Proxy for Reconstructing Vegetation on the Northern Slope of the Qinling Mountains

Because of the unique geographical location and important ecological effect of the Qinling Mountains,reconstruction of its vegetation and climate needs comprehensive research.We need to consider a multiple-proxy approach to gain more information on recovering the paleovegetation and climate in the Qinling Mountains.Black carbon(BC)is produced by the incomplete combustion of vegetation and fossil fuels,and is a good proxy,recording paleoenvironmental information.However,in the Qinling Mountains,what are the characteristics of the BC,and whether BC stable carbon isotope(δ~(13)C_(BC))can be used as a new proxy to study ancient vegetation,still need further study.In order to establish a sound basis for studying paleoenvironmental by BC proxy in the Qinling Mountains,we carried out systematic and detailed study on modern process of BC on the northern slope of the mountains.We analyzed stable carbon isotopes and carbon concentration of organic carbon(%SOC,δ~(13)C_(SOC))and BC(%BC,δ~(13)C_(BC)),and identified the pollen assemblages from systematically sampled surface soil.The results show that the calculated ratio of C_4 plants in the vegetation(%C_4)based on theδ~(13)C_(SOC)data reflects a similar distribution of C_4 plants in the surface vegetation and the pollen assemblage.Theδ~(13)C_(BC)values have a strong positive correlation withδ~(13)C_(SOC)values,and their difference(△~(13)C_(SOC-BC))is in the low range.These data indicate thatδ~(13)C_(BC)andδ~(13)C_(SOC)have very similar characteristics.Surface soilδ~(13)C_(BC)values can indicate surface vegetation as effectively asδ~(13)C_(SOC)values,and theδ~(13)C_(BC)proxy can be used effectively in paleovegetational research in the northern slope of Qinling Mountains.     

稳定同位素在山脉隆升历史重建中的应用

本文简要介绍了现今山脉隆升历史研究方法的现状 ,指出可以利用同位素作为气候变化的指数 ,以气候变化为桥梁来推断山脉隆升历史。目前 ,该方法主要有两种发展趋势。笔者利用了该方法来推测青藏高原北缘山脉的隆升。结果显示 ,高原北缘山脉在渐新世和中新世早期都曾出现了快速隆升。     

植物中单体烷烃碳同位素组成与其生长环境的关系

用色谱一同位素质谱议对青藏高原东北部高寒草甸生态系统中的两种高等模特一火绒草（Ｌｅｏｎｔｏｐｏｄｉｕｍ ｌｅｏｎｔｏｐｏｄｉｏｉｄｉｅｓ）和蒲公英（Ｔａｒａｘａｃｕｍ ｍｏｎｇｏｌｉｕｍ）的烷烃进行分析,讨论环境因素对植物单体烷烃碳同位素组成（δ＾１３Ｃｉａ）的影响。研究发现,两种植物奇碳数正构烷烃的δ＾１３Ｃｉａ值都比较小,且有随海拔高度的增加而增大的趋势,而偶碳数正构烷烃的δ＾１３Ｃｉａ值可能     

Stable Carbon Isotope Variations in Cave Percolation Waters and their Implications in Four Caves of Guizhou, China

Monitoring and sampling of main plants,soil CO2,soil water,bedrock,spring water,drip water and its corresponding speleothem were performed at four cave systems of Guizhou,Southwest China,from April 2003 to May 2004,in order to understand stable carbon isotope ratios variations of dissolved inorganic Carbon(DIC) in cave percolation waters(δ13CDIC) and their implications for paleoclimate.Stable carbon isotopic compositions and ions(Ca,Mg,Sr,SO4,Cl etc.) were measured for all samples.The results indicate that there are significant differences among the δ13CDIC values from inter-cave,even inter-drip of intra-cave in the four caves.The δ13CDIC values from the Liangfeng Cave(LFC) is lightest among the four caves,where vegetation type overlying the cave is primary forest dominated by tall trees with lighter average δ13C value(–29.9‰).And there are remarkable differences in δ13CDIC values of different drip waters in the Qixing Cave(QXC) and Jiangjun Cave(JJC),up to 6.9‰ and 7.8‰,respectively.Further analyses show that the δ13CDIC values in cave drip waters are not only controlled by vegetation biomass overlying the cave,but also hydro-geochemical processes.Therefore,accurate interpreting of δ13C recorded in speleothems cannot be guaranteed if these effects of the above mentioned factors are not taken into consideration.