植硅体稳定同位素生物地球化学研究进展

植硅体形态鉴定与组合分析广泛应用于古环境重建和农作物起源分析等.鉴于植硅体的抗腐蚀、抗降解,易保存,锢囚的碳不易污染,且保存了植物的原始信息等特性,其有机地球化学研究日益被重视.植硅体稳定同位素分析表明植硅体是植物通过吸收单硅酸,以蒸腾作用为主要动力,在植物的不同部位发生同位素分馏淀积形成,其稳定同位素组成具有丰富的植物生理和环境信息.植物不同部位植硅体稳定同位素组成具有差异,其含量和硅、氧同位素值沿蒸腾流通常有增加的趋势.沉积物植硅体碳同位素分析不仅可以用于恢复草本的C3、C4植物生物量的比例,并且有可能重建古大气的碳同位素构成,是三者中最具有潜力的考古学、古环境研究的指标.植硅体有机化学组成分析,特别是类脂物分析,有利于认识植硅体碳同位素值相对于总有机碳偏负,C3、C4草本植硅体同位素差值范围缩小的原因.     

植硅体碳与陆地生态系统碳循环：机遇和挑战

植硅体在形成过程中能够包裹植物有机碳,是已被证明的一种非常有潜力的大气CO₂封存方式,对于增加陆地生态系统碳汇和延缓温室气体效应带来的全球变暖具有重要意义,因此受到了学术界的广泛关注。简要回顾了植硅体碳的研究历史和现状,并着重从植硅体碳长期变化入手,探讨了植硅体碳与陆地生态系统碳汇存在的问题与挑战,以及近来有关植硅体碳存在被严重高估的论点。同时指出为了更加准确地估算植硅体碳汇,应充分考虑植硅体包裹碳能力的差异、植硅体碳来源、植硅体稳定性、土壤中植硅体碳含量衰减速率以及植硅体提取方法等在植硅体碳的长期变化中的作用,进一步提高植硅体碳在陆地碳汇研究中的地位与重要性。     

棕榈科植硅体形态分析及其环境意义

植硅体分析在古环境、古生态、环境考古、植物分类等众多领域研究中逐渐显示出其重要的作用,其应用潜力依赖于现代植硅体形态基础研究工作的深入。文章主要针对我国热带、亚热带地区常见的棕榈科15个属20个种植物进行了植硅体形态鉴定和多项形态参数(大小、突起等)的测量分析,同时对旅人蕉科的白花扇芭蕉、蝎尾蕉科的黄芭蝎尾蕉、苏木科的无忧树进行了对比研究。结合聚类分析方法把植硅体形态分为5个大的类型,棕榈科植硅体主要包括刺球形、水母形和草帽形3种形态。白花扇芭蕉植硅体呈褶球形,黄芭蝎尾蕉植硅体呈飞梭形,无忧树不含有植硅体。同时,给出了不同类型形态参数的大小和范围,为利用棕榈科植硅体等进行古环境研究提供了基础。     

碳酸盐岩红土植硅体记录的指示意义

选取广西桂林市雁山碳酸盐岩红土剖面,对红土中的植硅体类型、分布及含量进行了定量分析。发现:(1)表土植硅体形态多样、含量丰富,含量从剖面表层向下迅速减少,20cm及其以下植硅体含量极少或没有;(2)除了0~0.1m内有植硅体富集外,其他深度再也没有发现新的植硅体富集层;(3)受淋滤和生物扰动作用影响,植硅体可能出现向下10~20cm的运移,但运移对其形态和大小没有明显的选择性,植硅体形态组合受运移影响不大,能够很好地反映上覆植被的组成和所处地区的气候总体特征;(4)研究区植硅体富集于红土表层,且为剖面中的唯一富集层,是红土形成过程植硅体运移的反映,支持了红土的碳酸盐岩风化成因;(5)植硅体运移选择性不明显的特点,为利用碳酸盐岩红土植硅体客观分析和重建古环境提供了基础和可能。      

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。     

西藏拉萨河现代河漫滩及一级阶地沉积物植硅体组合特征

摘　要　通过测制西藏拉萨桑达乡第四系剖面,系统采集并分析了植硅体样品,根据植硅体的形态分类及组合、温暖指数等特征,划分为５个植硅体组合带:组合带Ⅰ为齿型—平滑棒型、石屑型、网脊块状,反映气温温凉;组合带Ⅱ为长方型—平滑棒型、多面体型,显示气候转暖;组合带Ⅲ为长方型、齿型—平滑棒型组合带,显示气候干旱的特点;组合带Ⅳ为长方型—亚铃型、齿型—平滑棒型、多面体型组合带,反映此时气候温暖潮湿;组合带Ⅴ为齿型、帽—平滑棒型、多面体型、石屑组合带,显示气候寒冷的特点。最后在总结分析该区植硅体特征的基础上,对拉萨桑达地区第四纪古植被、古环境进行了探讨。     

植硅体研究及其应用的讨论

植硅体是填充于高等植物细胞组织中的非晶质含水二氧化硅颗粒，记录了它所起源的植物细胞的特征，可以在土层或沉积物中很好地保存下来。通过植硅体的形态鉴定和确定组合带，可以恢复古植被、讨论植物群落演替，推断第四纪古气候环境及其变迁，指导地层划分对比。结合数学方法可以进一步计算出各种古环境气候的参数值，从而用以研究气候波动和发现气候事件，进行全球对比研究。在考古学、土壤学、农学和医学等领域，植硅体也得到了广泛的应用。     

植硅体在河流硅输送中的作用

高等植物产生的植硅体是古气候和古环境研究的重要手段,也是陆地硅循环中重要的硅的储库;植硅体通过河流的跨区域输送在全球硅的生物地球化学循环中起着重要作用,是区域硅循环研究的重要载体,然而这方面的关注却很少。河流输送的生物硅大致分为自源和异源两种类别。"自源"生物硅主要包括河流水体本身自生浮游植物(主要是淡水硅藻)产生的硅质颗粒;"异源"生物硅主要由流域土壤的侵蚀输出到河流的植硅体所构成。流域地表过程是使得部分土壤中的植硅体进入河流的主要途径,并成为河流生物硅输送中重要的形式,这对河流-河口水循环体系的硅生物地球化学循环过程产生了重要的影响,但人们对河流输送的植硅体在硅循环中的作用的研究还不够。文章着眼于陆海相互作用研究,以河流中水体携带的植硅体为中心,总结了河流植硅体输送在地表水体硅循环系统中贡献的研究进展,分析了长江与黄河植硅体入海通量与河口行为及对近海海洋环境的影响。最后,对未来河流输送的植硅体参与硅循环研究可能需要加强的科学问题提出了建议。     

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。

     

松嫩草原典型群落对应表土植硅体组合特征

植硅体在草原古植被重建中具有重要意义和巨大潜力。对松嫩草原的57个表土样品植硅体从形态类型、组合两方面进行分析,通过DCA（Detrended Correspondence Analysis）排序确定各形态类型的生态意义,判别分析实现了较精细水平上的群落类型判别。研究结果表明：松嫩草原典型群落对应表土植硅体组合多以平顶帽型为优势类型;弱齿型和多齿型指示相对湿润的环境,针茅哑铃型能够指示针茅群落,简单哑铃型能够指示较干旱的环境且对应于羊草、冰草等群落,较高含量的硅质突起指示苔草属群落。判别分析结果将57个表土样品划分为4组：灌丛群落、非禾草草本植物群落、C₃禾草群落以及C₄禾草群落,各自的正确率分别为85.7%、89.5%、79.2%和85.7%,总正确率为84.2%。本项研究对理解松嫩草原植硅体的环境意义,为恢复区域古植被提供了现代过程依据,以期在日后通过沉积物植硅体分析得到稍高精度的古植被重建结果。

     

福建省不同水系与入海口沉积物化学成分对比

通过对比福建省各个河口、海湾沉积物与其物源区水系沉积物元素含量,发现微量元素在浅海环境中的富集系数K(Ni)＞K(Cr)＞K(As)＞K(Cu)＞K(Zn)＞K(Pb)＞K(Hg)＞K(Cd),揭示各元素的迁移机制有所不同;有些区域富集系数偏离平均值较多,反映出有些元素有额外的输入,最有可能是人为污染的叠加。     

中国花岗岩类和世界花岗岩类平均化学成分的对比研究

中国花岗岩类的出露面积,约占我国陆地总面积的10％。依据12265个样品求出中国花岗岩类的总平均化学成分;并结合Daly,Nockolds和Beyc等花岗岩类样品,近似地求出世界花岗岩类的总平均化学成分。以此为背景,显示出中国花岗岩类富SiO2、Na2O和K2O的区域特征。     

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。     

甘肃西峰晚第三纪红粘土的化学组成及化学风化特征

通过对甘肃西峰红粘土样品的地球化学研究,发现其碳酸盐含量较高,而Si、Al、Fe等元素含量相对较低。为消除碳酸盐的影响,样品经酸溶处理后其化学组成十分均一,反映物质来源的一致性。稀土元素以及微量元素分布形式揭示出红粘土与第四纪黄土-古土壤风成成因的相似性。研究表明,红粘土的化学风化尚处于脱Ca、Na为主的早期阶段;CIA值和酸不溶物中的Na/K比及Rb/Sr比参数一致地指示了红粘土化学风化程度高于第四纪的黄土和古土壤,反映出晚第三纪以来黄土高原的气候由相对温暖湿润向第四纪逐渐变干变冷演化的总趋势。      

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。     

大气颗粒物源解释研究综述

大气物源研究是多学科共同探讨的较为复杂的问题.它对污染物的追踪、污染物的最终解释和评价具有重要意义,并为大气质量控制和环境管理提供合理依据.大气物源研究主要集中在颗粒物矿物学特征、化学成分及同位素组成等几个方面,并用数理统计方法建立起两者的相关关系,据此判别和解释大气污染物的来源.本文从矿物组成和形貌特征、标志性化学成分及同位素示踪等3个方面对近10余年来的研究成果进行较为系统的阐述.     

缅甸翡翠矿石化学成分及其意义

通过对翡翠矿石化学成分研究，我们可以了解翡翠类质同象关系的存在、划分翡翠矿石类型、探讨翡翠呈色机理，特别是对其微量元素和稀土元素进行研究，证明物质来源于蛇绿岩化橄榄岩以及可能的成矿环境，对进一步加强翡翠研究和指导翡翠找矿起到极其重要的作用。