贵州茂兰板寨水域水生植物δ~(13)C特征及光合作用固定HCO_3~-碳量估算

为研究水生植物光合作用对岩溶碳汇的贡献,选取板寨河水域为研究区,分冬季和夏季测定典型水生植物的生物量以及各采样点水生植物碳同位素组成(δ13 C值),并利用水生植物稳定碳同位素与碳酸酐酶间的关系建立的二端元模型,估算板寨河水生植物光合作用的固碳量。结果发现夏季生物量小于冬季生物量,水生植物的δ13 C值变化在-35.45‰~-24.62‰之间,其中挺水植物的δ13 C值最大,平均为-27.89‰,其次为沉水植物,平均为-29.96‰。浮水植物的δ13 C值最低,平均为-32‰,受流速、CO2浓度、光合途径等影响引起同种水生植物间同位素差异。水域水生植物固定下的HCO-3碳量为19.52tc/(a.km2),其利用HCO-3作为无机碳源进行光合作用的比例平均为47.84%,显示出巨大的固碳潜力,是全球岩溶碳汇的一个重要组成部分。     

贵州茂兰板寨水域水生植物δ^13C特征及光合作用固定HCO3^-碳量估算北大核心CSCD

为研究水生植物光合作用对岩溶碳汇的贡献,选取板寨河水域为研究区,分冬季和夏季测定典型水生植物的生物量以及各采样点水生植物碳同位素组成(δ13 C值),并利用水生植物稳定碳同位素与碳酸酐酶间的关系建立的二端元模型,估算板寨河水生植物光合作用的固碳量。结果发现夏季生物量小于冬季生物量,水生植物的δ13 C值变化在-35.45‰^-24.62‰之间,其中挺水植物的δ13 C值最大,平均为-27.89‰,其次为沉水植物,平均为-29.96‰。浮水植物的δ13 C值最低,平均为-32‰,受流速、CO2浓度、光合途径等影响引起同种水生植物间同位素差异。水域水生植物固定下的HCO-3碳量为19.52tc/(a.km2),其利用HCO-3作为无机碳源进行光合作用的比例平均为47.84%,显示出巨大的固碳潜力,是全球岩溶碳汇的一个重要组成部分。     

中国西部、东北地区湖泊沉积物中碳酸盐碳、氧和有机碳同位素组成及与环境的响应

湖泊沉积物中碳酸盐碳、氧和有机质碳同位素组成受湖泊环境介质的控制,可以有效地指示环境演化过程。通过对中国东北和西部青藏高原、新疆现代湖泊表层沉积物的碳酸盐的碳、氧同位素组成(δ13C、δ18O)、有机碳同位素组成(δ13Corg),以及有机质含量(TOC)、C/N分析研究,发现当湖泊中以浮游植物来源有机母质为主时,其δ13Corg为-30‰~-23‰;以硅藻为主的藻类来源时,δ13Corg为-30‰~-16‰;以挺水植物来源,δ13Corg为-30‰~-24‰;沉水植物来源,δ13Corg为-24‰~-16‰;以水生植物和陆生植物来源为主时,δ13Corg为-30‰~-20‰;当以陆生植物来源为主时,其δ13Corg为-26‰~-24‰。当西北地区半封闭湖泊表层沉积物中碳酸盐含量大于30%时,湖泊表现出δ13C、δ18O之间较好的正相关性,TOC主要以内源有机质来源为主。     

桂林会仙岩溶湿地水化学昼夜动态变化 及其影响因素

岩溶区地表河流与岩溶湖水化学的动态变化及水生植物固碳作用的研究,有助于加深对岩溶作用的生物地球化学过程特性,即短时间尺度属性的认识。本文利用自动化高精度在线监测和高密度取样,探讨岩溶湖(地下河水补给)水化学的昼夜动态变化及不同水生植物的影响。受气温和水生植物光合作用的影响,白天水温、pH、溶解氧、无机碳同位素值呈同步上升,而Ca2+、HCO-3含量、电导率下降。沉水植物群落分布区水化学等指标昼夜变幅大于挺水植物群落分布区,水温、pH、Ca2+、HCO-3、溶解氧、无机碳同位素值在挺水植物区的昼夜变化幅度分别为442 °C、065、18 mg/L、08 mmol/L、1402 mg/L、-2.27‰(δ13CV-PDB),在沉水植物区则分别上升到632 °C、143、24 mg/L、15 mmol/L、2386 mg/L、-5.03‰(δ13CV-PDB),说明沉水植物区的钙沉降与固碳效率更高。结果可为深入认识岩溶湿地水生生态系统,估算岩溶区水生植物固碳潜力奠定科学基础。     

敦煌伊塘湖沉积物有机碳同位素揭示的末次盛冰期以来湖面变化

对甘肃敦煌伊塘湖沉积物进行了野外钻探采样,采用光释光测年技术确定了沉积物的年代,测定了总有机碳含量(TOC)、碳氮比(TOC/TN)和有机质稳定碳同位素组成(δ13℃org)等环境代用指标.结果表明,23ka至今,湖区沉积物δ13℃org在-27.84‰～-22.86‰之间变化,可与TOC对比.干旱气候条件下湖泊沉积物的δ13℃org变化主要受到沉水植物和挺水植物含量变化的控制,生长于较深水的沉水植物δ13Corg值偏正,而生长于较浅水的挺水植物δ13℃org值偏负;另外,部分时期有外源陆生植物产生的有机质输入,影响沉积物的碳同位素值.总体上,干旱区湖相沉积物δ13Crg值可指示湖水面的变化、间接指示气候干湿变化.δ13Corg变化的时间序列显示出明显的冰期-间冰期变化,从末次盛冰期到全新世暖期可将伊塘湖的环境演化分为4个阶段:23～ 13ka是一个气候不稳定时期,整体呈冷干并且湖面水位偏低,但后期有转暖的趋势;13～9ka为冰期向全新世暖期的过渡阶段;9～5ka整体湖面水位偏高、气候暖湿,含有短时间的干事件;5ka至今有变干的趋势.23ka以来,伊塘湖区的湖泊环境演化受全球大气环流与水汽输送路径控制.     

可可西里古湖泊沉积物有机碳δ13C变化特征及其影响因素

文章选择青藏高原腹地可可西里边缘地区古湖泊为研究对象,通过对湖泊沉积物有机碳、氮和粒度等分析,对中更新世以来BDQ06孔湖泊沉积物有机碳同位素的波动特征及其影响因素进行了分析。结果表明:湖泊沉积物有机质以湖泊自生植物为主,有机碳同位素的大小主要指示挺水植物与沉水植物的比例,进而指示湖泊水体大小的变化。沉积物C/N值较低时;碳同位素偏重阶段,湖泊沉积物以沉水植物为主,植物主要利用水中溶解的CO₂进行光合作用,因此有机碳同位素偏正,指示湖泊水体较大,环境条件较好;碳同位素偏负阶段,湖泊沉积物以挺水植物和浮游生物为主,植物主要利用大气中CO₂作为碳源,类似于C3植物,碳同位素偏轻,指示湖泊水体较小,气候偏干。其中在岩芯的部分层位有机碳δ13C曲线出现几个明显偏低的位置,对应的C/N>10,说明此时段有大量陆源高等植物进入湖泊,并不是由挺水植物和浮游植物所造成的。     

贵州山区石灰土与黄壤土壤有机质δ13C值剖面分布差异研究

以贵州两种主要土壤类型石灰土和黄壤为例,分析了森林植被下植物优势种、枯枝落叶、土壤有机质的稳定碳同位素组成、土壤有机碳含量、pH值和粘粒含量.结果显示,两种土壤类型有机质含量和δ13C值的剖面分布具有显著差异石灰土剖面土壤有机碳含量均大于10 g/kg,最大值为表层土(71 g/kg);黄壤剖面中有机碳含量为2.9～44.3 g/kg.剖面自上而下,石灰土剖面有机质δ13C值为-24.1‰～-23.0‰,黄壤剖面有机质δ13C值为-24.8‰～-21.9‰.土壤类型、土壤pH值、粘粒含量对贵州山区土壤有机质含量和δ13C值剖面分布有重要影响.     

长江口沉积物碳氮元素地球化学特征及有机质来源分析

根据对长江口水下三角洲上部(CJ16)和口门浅滩(CJ19)柱状样的粒度、总有机碳(TOC)、总氮(TN)和有机碳同位素(δ13C)以及长江口表层样TOC的测定,得出其粒度及碳氮元素特征,利用C/N和δ13C分析有机质来源及不同来源的贡献率。研究结果表明:(1)沉积物中有机碳含量在0.19%～1.17%之间,CJ16柱中有机碳含量比CJ19柱略高;总氮含量均比较少,且变化幅度小;C/N比值在5～17间变化;CJ16柱的δ13C值在24.70‰～22.86‰间变化,CJ19柱为24.88‰～22.37‰,且CJ19柱δ13C值在36 cm以上段较下段明显增大,推测可能与南汇边滩互花米草(C4植物)的引种有关;(2)长江口表层沉积物TOC的含量范围为0.17%～1.16%,平均值为0.52%;(3)粒度特征显示长江口主要以粉砂和粘土为主,砂含量较少,粒度与长江口TN、TOC含量有较好的相关性;(4)C/N和δ13C值的特征均显示该区有机质为陆源和海洋混合,利用C/N比值估算出来自陆源的有机碳比例在CJ16柱约为40%,而在CJ19柱中约为60%;根据δ13C值估算出CJ16柱陆源和海源两种有机质来源几乎是各占一半的比例,CJ19柱来自陆源的有机碳占总有机碳的60%,与用C/N比值法测得的结果较一致。上述结果显示长江口的不同空间位置碳氮元素分布特征不同,沉积记录受到粒度、河口区物源的影响,还受到陆源和海源不同有机质来源输入的影响。     

含挺水植物和沉水植物水流紊动特性

在一定的水动力条件下,不同水生植物对水流结构改变的程度及对底泥再悬浮的影响由于其形态结构的差异有所不同.在玻璃水槽中铺设太湖底泥并种植天然沉水植物(水蕨)和挺水植物(菖蒲),通过水槽实验,用三维声学多普勒流速仪ADV对植物段紊流特性进行测量研究,分析含水生植物明渠水流的水力特性及底泥再悬浮规律.结果表明:含沉水植物和挺水植物明渠水流的垂向流速分布各自遵循不同的规律;其紊动强度和雷诺应力具有明显的各向异性特性;在沉水植物冠层交界处及挺水植物的茎杆和枝叶分叉处,紊流强度及雷诺应力均出现最大值;在一定条件下沉水植物和挺水植物均能抑制底泥再悬浮,但当雷诺数达到一定数值时,水生植物的存在反而加剧了底泥的再悬浮,与挺水植物相比,沉水植物对底泥再悬浮的抑制效果要更好.     

贵州龙里高山草原泥炭沉积年代、速率及其有机碳同位素记录

通过对贵州龙里高山草原泥炭进行加速器(AMS)14C测年和有机碳的测定,获得泥炭层底部0.90 m和0.55 m处年龄分别为(7 933±33)a B.P.和(7 733±28)a B.P.,计算出泥炭层堆积速率为1.75 mm/a。获得泥炭层δ13C为-28.9‰～-26.6‰,平均为-27.8‰,说明植被以C3植物为主,与现在坪台沼泽上苔藓繁盛相似。结合其他地区的气候记录推断,研究区泥炭发育于相对温暖湿润的气候环境,是全新世大暖期的第一个暖湿期形成的产物。     

河西走廊中部沙漠植物δ13C值的特点及其对水分利用效率的指示

通过分析河西走廊中部沙漠中几种木本植物叶片或同化枝的稳定碳同位素比率(δ13C)和碳同位素辨别力(Δ),以其作为水分利用效率(WUE)的指示,研究了本区沙漠植物叶片或同化枝δ13C值的季节变化特点,以及不同生境和不同水分状况下δ13C值的差异,并比较研究了绿洲防护林树种及绿洲作物.结果表明: 梭梭和沙拐枣同化枝的δ13C值分别为-14.31‰和-14.82‰,Δ值在5‰～6‰之间; 柠条、泡泡刺、花棒和红沙叶片的δ13C值分别为-25.75‰、 -25.79‰、 -26.38‰和-28.05‰,Δ值在16‰～20‰之间.几种沙漠植物长期水分利用效率大小的顺序为: 梭梭≈沙拐枣＞柠条≈泡泡刺≈花棒＞红沙.     

桂江流域河流有机碳特征

通过对桂江流域内植物、土壤碳同位素、河流有机碳含量及同位素进行系统取样测试分析发现,桂江流域C3植物的δ13C范围为-37.89‰~-23.27‰,C4植物δ13 C范围为-14.49‰~-12.00‰。土壤碳库的δ13 C范围为-30.43‰~-11.56‰,平均值为-24.32‰。土壤碳库主要受C3途径植物控制,C4途径植物对土壤碳库的δ13 C影响有限,植物残体转化成土壤有机质的过程中产生有机碳同位素分馏效应,造成土壤有机碳同位素比植物碳库偏重4.42‰。桂江河流DOC分布范围0.68~2.16mg/L,平均值为1.39mg/L。ρ(POC)分布范围0.11~1.14mg/L,平均值为0.37mg/L,DOC/POC的范围1.31~9.04,ρ(DOC)ρ(POC),成为水体有机碳的主要形式。流域水体中δ13CDOC值的范围为-29.682‰~-15.377‰,平均值为-24.810‰;δ13CPOC值的范围为-27.886‰~-24.271‰,平均值为-25.868‰;两者均位于土壤有机碳库同位素范围内,说明河流有机碳主要来源于土壤的机械侵蚀和土壤有机质的降解,受人类生产生活有机废弃物和河流自生浮游植物的代谢分泌物影响小。     

BIOGEOCHEMICAL CYCLE OF RIVERINE CARBON IN THE GUIJIANG RIVER: TRACING WITH 14C AND 13C

基于一个水文年度的月周期性采样分析,用河流悬浮颗粒物的有机碳(POC)和溶解无机碳(DIC)的同位素信号探讨了桂江径流中碳的生物地球化学循环.桂江悬浮颗粒物中POC含量多介于1.70％～14.27％之间,平均为(4.54±2.94)％;河流POC的Δ14C值介于-235.8‰～ -26.7％之间,平均为(-135.38±57.27)‰,没有检出“核爆14C”信号,揭示了较为强烈的流域地表扰动和土壤侵蚀状况.桂江POC的稳定同位素组成(δ13C)变化于-29.92％ - -24.71‰之间,平均为(-26.86± 1.29)‰,这与以C3植物为主的流域生态系统的碳同位素组成一致.桂江颗粒有机质的C/N比多介于5.54 11.53之间,平均为7.97,低于全球河流的平均状况.一方面,土壤有机碳、岩石来源的地质碳及藻类生物量的混合比例决定了桂江河流颗粒有机质的C/N比和Δ14C值;另一方面,微生物群落对水体有机质的代谢分解作用也在一定程度上改变了有机质的元素和同位素比值.桂江河流DIC的δ13C值变化于-17.22‰～-10.65‰之间,平均为(- 12.95±1.94)‰.冬半年河流DIC(δ13C值平均为-11.47‰)几乎全部来自碳酸盐矿物的化学风化,夏半年土壤硅酸盐矿物的化学风化对DIC(δ13C值平均为- 14.73％)的贡献达28％.     

重庆芙蓉洞洞穴水DIC-δ13C的变化特征及影响因素

为了研究芙蓉洞滴水和池水中溶解无机碳碳同位素(DICδ13C)的变化特征、影响因素及其气候环境指示意义,于2013年5月-2014年5月对芙蓉洞进行了洞穴监测。结果显示芙蓉洞山体土壤CO2浓度和洞内空气CO2浓度均表现出明显的季节变化特征,夏半年浓度偏高,冬半年浓度偏低,受温度和降水量的共同影响。芙蓉洞5个滴水点的DICδ13C平均值为-8.98 ‰,两个池水点的DICδ13C平均值为-6.98 ‰,池水的DICδ13C比滴水的重2 ‰。对应2013年7月的干旱气候,洞穴水DICδ13C在10月相应出现明显偏重值,偏轻的DICδ13C值则是对湿润气候的滞后响应。洞穴水的DICδ13C变化对地表气候的响应具有明显的滞后期。洞穴水DICδ13C主要受土壤CO2的影响,基岩溶解作用、包气带的开放性等因素也会对洞穴水DICδ13C造成一定的影响。研究结果表明在短时间尺度上,洞穴水DICδ13C变化响应了当地降水量以及地表湿润状况的变化。      

烷烃碳同位素对页岩含气性的指示意义——以四川盆地及周缘龙马溪组为例

以四川盆地及周缘龙马溪组为例,分析了烷烃碳同位素平面分布特征以及倒转情况,定量研究了烷烃碳同位素值与热演化程度、埋藏深度及含气量之间的关系,并探讨了造成不同区块烷烃碳同位素倒转程度差异的主要原因。结果表明:(1)龙马溪组页岩气组分具有典型的干气特征:CH4含量介于95.32%～99.59%,平均为98.44%;C2H6含量较少,介于0.09%～0.74%,平均为0.52%;C3H8含量普遍很低。(2)烷烃碳同位素表现为自盆地边缘向盆地中心逐渐变轻的特征,δ13C1值介于-36.9‰～-26.7‰,平均为-30.27‰;δ13C2值介于-42.8‰～-31‰,平均为-34.9‰;δ13C3值介于-50.5‰～-33.1‰,平均为-37.28‰。(3)整体上,四川盆地及周缘龙马溪组页岩气烷烃碳同位素具有完全倒转(δ13C1δ13C2δ13C3)的特征,页岩气成藏过程中干酪根裂解气与滞留烃裂解气的混合可能是导致烷烃碳同位素发生倒转的主要原因。(4)同位素定量分馏模型显示滞留烃裂解气在页岩气中的占比多大于60%,指示两种裂解气混合比不同是造成烷烃碳同位素倒转程度差异的主要原因;整体上,随滞留烃裂解气含量的增多,δ13C2值减小,烷烃碳同位素倒转程度增大,页岩的含气量也逐渐增加。     

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).     

西峰、洛川黄土碳酸盐根茎体碳同位素分布特征及古环境意义探讨

以往对于土壤碳酸盐根茎体(CR)的形态和碳同位素分析表明其具有纯的生物成因源的特征,被用于指示不同大陆的高分辨率气候变化.为此,本研究选取了位于黄土高原中部的西峰和洛川黄土-古土壤序列,分别采集65个和22个样品.通过湿筛法(80目)分离后,在显微镜下通过细针挑选出根茎体样品进行碳同位素(δ13CCR)的分析,并将结果与总有机质碳同位素(δ13CTOC)、总无机碳酸盐碳同位素(δ13CTIC)、总有机碳含量(TOC％)和磁化率(MS)等多指标进行对比分析.结果表明:西峰剖面的土壤碳酸盐根茎体δ13CCR值的变化范围为-8.6‰～-3.7‰,δ13CTOC值的变化范围为-23.68‰-19.47‰,δ13CTIC值的变化范围为-8.65‰～-4.95‰;洛川剖面的土壤δ13CCR值的变化范围为-8.30‰-3.58‰,δ13CTOC值的变化范围为-23.28‰～-18.72‰,δ13CTIC值的变化范围为-8.50‰ ～-3.78‰;两个剖面末次冰期以来的δ13CCR均没有完全响应MS,TOC和δ13CTOC的变化趋势,表现为在So呈现相反的变化趋势,在L1呈现相似的变化趋势;而与δ13CTIC值在冰期-间冰期尺度上呈现一致的变化趋势和幅度.该结果表明西峰、洛川剖面碳酸盐根茎体碳同位素类似于总无机碳酸盐碳同位素,其影响因素可能较为复杂(如碳酸盐的淋溶迁移、植被的影响、原生碳酸盐等复杂因素的影响),特别是淋滤深度的不确定性.因此,在独立使用黄土碳酸盐根茎体δ13CCR值来重建该地区的古植被(C4/C3)变化信息时要慎重.     

喀斯特漏斗坡地土壤有机碳特征、风化侵蚀及稀土元素分析

以西南喀斯特地区喀斯特漏斗坡地2个土壤剖面为研究对象,通过测定土壤部分物理化学属性、土壤有机碳含量分布特征、δ^13C值、几种土壤化学风化指标及稀土元素参数特征,探讨土壤侵蚀和沉积过程中土壤有机碳及其稳定碳同位素的动态变化及分布特征,同时利用土壤δ^13C值反演了C3/C4植被的变化历史。结果显示,山腰和山脚2个土壤剖面样品的土壤有机碳含量范围分别为4.17%~8.91%和2.37%~6.33%,山腰含量较高;δ^13C值变化范围分别为.18.9‰^-15.6‰和.22.1‰^-17.0‰,均随土壤深度的增加先增大后减小;利用土壤δ^13C值反演C3/C4植被的变化历史,2个剖面表现出相似的变化趋势;Na/K比值与ICIA的变化特征呈显著的负相关关系,R^2分别为0.67和0.98,表明该类红土中Na/K比值不仅能代表风化强度,且可能与侵蚀大小有关;常用的土壤风化发育指标表现为很好的协同作用,显示剖面土壤的形成是由基岩化学风化而成;稀土元素球粒陨石标准化之后显示Ce异常,Eu负异常,2个剖面δCe变化趋势基本一致,表明2个剖面经历了相似的风化迁移过程。     

祁连山青海云杉叶片δ~(13)C特征及其与生理指标关系

以祁连山青海云杉叶片为研究对象,通过测定叶片稳定碳同位素比率(δ13C)、叶片含水量(LWC)、脯氨酸含量、灰分含量、碳含量、氮含量、碳氮比、土壤含水量(SWC)等指标,探讨不同水分梯度下叶片δ13C的控制因子.结果表明,祁连山青海云杉叶片δ13C值在-28.9‰～-25.4‰之间变化,平均值为-27.3‰.沿河西走廊从东到西的干旱梯度(降水量逐渐减少),叶片δ13C表现出偏正的趋势.叶片δ13C与LWC和脯氨酸含量呈显著正相关关系,与灰分含量、SWC显著负相关.叶片δ13C值在青海云杉种内分布稳定,主要是由自身的遗传特性所决定,同时与生长环境条件也有一定的关系,其中土壤可利用水分是最主要的限制因子.叶片灰分含量是δ13C值的可选择性替代指标.     

大巴山前缘五峰组-龙马溪组干酪根碳同位素特征与有机质类型

大巴山前缘五峰组-龙马溪组有机质类型组成存在较大争议。在万源曹家、城口周溪、巫溪田坝、巫溪白鹿和巴东两河口等地区采集代表性样品进行有机碳含量、成熟度和干酪根碳同位素分析。五峰组-龙马溪组δ13C组成分布为-31.1‰~-28.2‰,田坝地区δ13C最轻,两河口地区δ13C最重。大巴山前缘干酪根类型是碳同位素组成的主要控制因素,有机质成熟度和有机碳含量影响较小。当有机质处于高成熟演化阶段,有机碳含量越高,δ13C组成偏轻;有机质处于过成熟演化阶段,有机碳含量越高,δ13C组成偏重,变化幅度小于1.2‰。按照干酪根碳同位素组成划分干酪根类型原则,大巴山前缘五峰组-龙马溪组有机质类型为I型(腐泥型)和Ⅱ1型(腐殖腐泥型)。