青藏高原现生禾本科植物的δ13C与降水的关系研究

青藏高原是世界上海拔最高的高原,自然地理环境极为复杂,研究其土壤以及植被的有机碳同位素对于解释地质记录的环境意义、研究青藏高原地区古环境变化具有重要意义。吕厚远等(2001)对青藏高原198个表土有机碳同位素进行了分析,发现3500m以下有机碳同位素值随海拔高度增加而变轻,3500mk以上有机碳同位素值随海拔高度增加而变重,显示出有机碳同位素复杂的变化趋势。旺罗等(2003)对青藏高原现生禾本科植物的研究结果显示植物叶片的碳同位素值随海拔高度增加而变重,     

海拔高度的变化对青藏高原表土δ13Corg的影响

通过对青藏高原193个表土样品的有机碳同位素分析，表明碳同位素值主要分布在-28.57‰～-15.08‰的范围，平均值为－23．57‰。在海拔3 500m以下，同位素随海拔高度的增加逐渐变轻，从－20．5‰逐渐减少到－28．5‰左右；3500m以上，同位素随海拔高度的增加呈现相反的趋势，从－28．5‰逐渐增加到－15．0‰左右。按照森林－灌丛－高山草甸－草原－荒漠草原－荒漠－高寒荒漠的顺序，表土有机碳同位素是逐渐变重的。初步认为CO2分压和温度协同变化导致了有机碳同位素随海拔高度变化的分布格局。     

黄土高原西部地区末次冰期和全新世有机碳同位素变化与C3/C4植被类型转换研究

文章利用黄土高原西缘代表性的塬堡剖面有机碳同位素数据,估算了末次冰期以来地表植被中C₃/C₄植 物的相对丰度,指示出研究区域末次冰期几乎为纯粹的C₃植物,而全新世为C₃植物占优势的C₃和C₄混合植被类 型。温度是控制中国黄土高原C₄植物是否发生的关键性气候因素,末次冰期向全新世转化过程中存在的某“阈值 温度”控制了两种植被类型的存在。全新世土壤有机碳同位素偏正于末次冰期,符合前人研究得到的认识。末次 冰期间冰段(MIS3)至盛冰期,土壤有机碳同位素为偏正变化趋势,符合现代C₃植物本身随气候条件改变的碳同位 素组成变化。研究表明,利用黄土-古土壤有机碳同位素进行古气候变化研究,不能只将有机碳同位素简单的解 释为C₃/C₄植物相对丰度的变化,在单一植被类型下,还需要考虑植物本身碳同位素组成随气候条件的变化;另外, 研究还说明,我国黄土高原不同地区同时段土壤有机碳同位素值可以不同,其变化可以不具有相同的趋势,因此, 简单将有机碳同位素偏正归因于夏季风增强是值得商榷的。     

中东亚干旱半干旱区C3植物δ13 C值的分布 及其对气候的响应*

植物化石和土壤中的有机质碳同位素指标常用来反映古气候的变化,然而碳同位素这个指标在特定地区反映气候的定量关系缺乏检验。研究剖面选择自中国的秦岭(34°14'24″N,106°55'30″E)到蒙古人民共和国北部,接近贝加尔湖地区(51°35'08″N, 100°45'49″E)的研究剖面线,选择了3种C₃植物(Artemisia scoparia, Ajania achilleides 和 Artemisia frigida),在剖面线上沿南北方向上每隔4'到5'采取一个样点,共选取161个C₃植物茎叶样品进行了δ¹³ C值测定。同时收集了剖面线附近气象站的降水、气温等资料,用插值方法得到每个采样点的气温、降水数据。分析表明:C₃植物的δ¹³ C值分布范围为-30 ‰ ~-22 ‰ ,其平均值为-26.81 ‰ ,该平均值较全球C₃植物δ¹³ C平均值偏正。通过对比C₃植物δ¹³ C与年均温、年均降水量、生长季节的干燥度等随纬度的变化规律,发现C₃植物δ¹³ C、年均降水量、生长季节的干燥度有非常一致的变化趋势,而C₃植物δ¹³ C和年均温不具有一致性。通过一元回归分析也同样发现C₃植物δ¹³ C与年均降水量呈线性负相关关系(y=-0.0077x-24.838,n=161,R²=0.4418,p=0.01),与生长季节的干燥度呈线性正相关关系(y=0.7328x-28.806,n=161,R²=0.3685,p=0.01),而与年均温度没有明显的相关关系(y=-0.0461x-26.756,n=161,R²=0.0232,p=0.01)。在本研究区C₃植物δ¹³ C对年均降水量和生长季节的干燥度响应十分显著,而对温度的响应不明显。研究区具有明显的降水和温度的梯度分布特征,是验证植物碳同位素与气候关系的理想场所,而土壤中的有机质碳同位素与其地面上的植物碳同位素息息相关。研究也说明,在本研究区或其他气候植物组合相似的地区可以利用古土壤中的有机质碳同位素来定量或半定量地反映古气候的变化。     

喀斯特山区植物碳同位素组成特征及其对水分利用效率的指示——以贵州花溪杨中小流域为例

测定了贵州喀斯特山区灌丛12种主要植物叶片的δ13 C值,研究了植物叶片碳同位素组成特征,并分析了植物的水分利用效率。结果表明: 该区植物叶片的碳同位素组成的变化范围为- 26. 98‰～ - 29. 15‰ ,平均值为- 28. 14‰。研究区δ13 C值的分布相对均匀,除高于我国热带雨林区植物外,低于其它地区。此外,植物的碳同位素组成存在较大的种间差异,生境的变化对植物的碳同位素组成有着一定的影响,但不同植物种对生境的响应不同。植物的δ13 C值从生长初期到末期有降低的趋势,但不同植物种的变化趋势存在差异。植物δ13 C值随海拔的增加而增大,但不同植物种δ13 C值随海拔增加的程度存在差异。不同植物种之间的水分利用效率不同,相同植物种在不同的生境条件下其水分利用效率也有差异。植物生长初期的水分利用效率要比后期的高; 高海拔处植物水分利用效率要比低海拔处植物的高。      

东海泥质区单体正构烷烃的碳同位素组成及物源分析 *

利用气相色谱(GC)和气相色谱/同位素比值质谱(GC/IRMS)对东海近岸泥质区、济州岛西南泥质区和冲绳海槽北部表层沉积物中正构烷烃的单体碳同位素组成及分布进行了分析。结果显示东海不同泥质区典型海洋藻类源正构烷烃C₁₉同位素组成基本相似,在-27.4 ‰ ~-28.0 ‰ 之间,平均为-27.7 ‰ 。典型海洋水生植物源C₂₃同位素组成在-28.5 ‰ ~-31.6 ‰ 之间,平均为-30.5 ‰ ,碳同位素组成从近岸泥质区到冲绳海槽北部逐渐变重,表明海槽区与陆架区海洋水生植物种类有所不同。陆架区长链正构烷烃(C₂₅~C₃₁)部分随着碳数的增加,其同位素组成逐渐变轻,但海槽区这一变化不大,显示陆架区的陆源高等植物蜡具有相似的物源,而冲绳海槽北部由于黑潮主干区和黑潮分支(对马暖流)对陆架沉积物进入深海的控制性阻隔作用,其物源与陆架区区别较大。现代输入东海的陆源植物以C₃植物为显著优势,C₃植物对近岸泥质区北部、近岸泥质区南部、远端济州岛西南泥质区和冲绳海槽北部陆源植物的贡献分别为83 % ,95 ％,75 % 和70 % 。     

温度影响东北地区更新世植被变化的黄土记录

温度、降水(湿度)和大气CO2含量被认为是影响C3植物生长的主要因素。大量的现代植物和土壤有机质碳稳定同位素(δ 13 C)研究表明, 温度升高可使C3植物的碳同位素变重(正), 降水增多(湿度增大)和大气CO2含量升高可使C3植物的碳同位素偏轻(负); 同时, C4 植物可明显地影响土壤的有机碳同位素组成。基于这些认识, 以前对黄土高原的黄土-古土壤序列有机质碳同位素和植被组成变化进行过不少研究。但是, 相关的研究在我国东北地区的黄土中还未开展。本文对我国东北地区厚度36m的喀喇沁旗牛样子沟黄土-古土壤剖面进行了间隔10cm的采样和总有机碳含量(TOC)、有机质稳定碳同位素的测试分析。结果表明, 在间冰期发育的古土壤有机质含量高、δ 13 C值偏正; 反之, 在冰期堆积的黄土有机质含量低、δ 13 C值偏负。通过分析表明, 研究区的植被类型是以C3植物占主导地位, C4植物对土壤有机质δ 13 C变化的贡献有限, 并且气候变化具有冰期-间冰期季风气候变化的特点, 据此推断温度是决定东北地区植被碳同位素组成变化的主要因素, 超过了降水(湿度)和大气CO2含量对植被(植物碳同位素组成)变化的反向影响。这一发现揭示了温度对我国东北地区长时间尺度植被变化的控制作用。这些认识对于在未来全球变暖背景下, 东北地区的林木和小麦、大豆、水稻等C3作物的种植有借鉴意义。     

贡嘎山现代植物叶蜡脂肪酸氢同位素组成及对海拔变化的响应

文章探讨了贡嘎山东坡不同海拔高度植物和土壤饱和脂肪酸的δDwax值,结果显示,土壤δDwax值与海拔显著负相关(R2=0.71),与前人报道的贡嘎山东坡土壤水、土壤正构烷烃δD值与海拔间的关系存在相同的趋势。植物δDwax值与海拔间的关系与土壤水及土壤相似,但相关性不明显(R2=0.11),然而,研究结果显示木本植物和草本植物的δDwax值随海拔变化存在明显的差异,总体上草本植物的氢同位素要更负。贡嘎山木本植物、草本植物和土壤的εwax-sw值随海拔的变化波动较小,但木本植物的加权平均δDwax值和εwax-sw值(土壤水和叶蜡之间的氢同位素分馏系数)比草本植物大约偏正38‰和43‰,表明它们各自对随海拔高度降水同位素变化有不同的响应。也即,沿海拔植物δDwax值同时受降水δD值和植物类型两个因素控制。因此,结果揭示土壤δDwax值随海拔的变化与木本植物和草本植物存在相同的趋势,木本植物的δD值比草本植物大约偏正了38‰,这个趋势显示植物类型的变化将不可避免的影响土壤饱和脂肪酸δDwax值与海拔间的关系。由于植物类型随海拔增加会有较大的变化,建议利用饱和脂肪酸δDwax值重建古海拔前需要对植物类型进行评估。     

兰州盆地44～15Ma地层的有机碳同位素记录

沉积物中有机碳同位素组成是重建古环境变化的有效指标,但陆地长序列的有机碳同位素记录目前较为罕见.本文选取兰州盆地已具古地磁测年的永登剖面(厚度为330～1310m部分,年代介于44～ 15Ma)进行了有机碳同位素分析,结果表明44Ma开始其值先逐渐偏重后变轻(平均-24.6‰),至33.2Ma突然变重后维持相对稳定的高值(平均-23.7‰),再至25.5Ma后又变轻(-24.4‰),与全球氧同位素从长期演化趋势以及事件上均呈现出较一致的对应关系,即与温度之间存在负相关.这表明兰州盆地中始新世-中中新世期间有机碳同位素变化可能受控于全球温度变化,温度的改变可能影响了陆源C3植物与湖泊内生沉水和挺水植物对有机质的相对贡献比例,确切的机制理解有待其他指标的辅助研究.     

中国北方Ｃ３植物碳同位素组成与年均温度关系

本文对不同温度条件下生长的藜、独行菜、魁蓟和平车前4种常见的C3植物的δ^13C进行了分析，结果发现这4种C3植物的δ^13C组成都表现出随年均温度下降而变重的趋势，其中藜和独行菜的碳同位素组成对温度变化的响应相对要较其他两种植物强烈得多，同时还发现藜、独行菜和魁蓟的δ^13C组成与年均温度有显著线性相关，平车前碳同位素组成与年均温度 没有显著的相关性。表明藜、独行菜和魁蓟的 δ^13C组成可作为年均温度的替代性指标，平车前的δ^13C 组成不能作为年均温度的替代性指标。     

西宁黄土堆积记录的最近13万年高原季风气候变化

青藏高原对于大气的热力和动力作用形成了高原季风气候现象.青藏高原东北部西宁盆地位于高原季风控制区,末次间冰期以来的黄土堆积记录了高原季风气候变化过程.对西宁盆地湟水阶地上的黄土堆积进行了地貌观查、地层对比和探槽及探井采样,完成了热释光和光释光测年,测量了古地磁定向样品以及磁化率、频率磁化率、CaCO3含量和粒度等古气候代用指标.结果表明,西宁黄土堆积记录的高原夏季风环流在相当于深海氧同位素阶段5e特别强,在5a和5c阶段接近于阶段3.高原夏季风和冬季风变化存在位相差以及冬季风强的时候夏季风不一定弱,夏季风弱的时候冬季风不一定强的变化模式.     

影响C4草本植物C/N比值变化的因素与土壤有机C积累的关系

文章对采自贵州从低海拔的东部到高海拔的西部且大致平行的石灰岩和砂岩两地带均生长的3种C₄草本植物,即巴茅(Miscanthusfloridulus)、白茅(Imperatacylindrica)和类芦(Neyraudiareynaudiana),以及相对应的土壤表层样品,进行了营养元素和C同位素组成分析;研究营养元素含量随着海拔的不同而出现的变化趋势,以及这些元素之间的相互协变作用,尤其是Ca和N之间的相互协变作用对植物的N含量、C/N比值和^δ13C值的影响,以了解植物的C/N比值(指示植物残留物质量的一种标志)与土壤有机C积累的关系。研究结果表明,植物的N含量和^δ13C值具有随海拔的上升而显著增大趋势,而植物的C/N比值在砂岩地区虽有减小的趋势,在石灰岩地带则没有。对所研究的C4草本植物来说,在土壤pH值为5.8的中性条件下显示出Ca的最大吸收,因此,Ca与其他营养元素之间的协变模式在两种土壤类型中表现出相反的倾向,并存在土壤交换性Ca的边界浓度:当土壤可交换性Ca的含量为2.24mg/g,相应土壤的pH值在5.8以下时,随着土壤可交换性Ca浓度的增大,植物的N含量上升,而植物的C/N比值会显著降低;当Ca在边界浓度以上时,随着土壤可交换性Ca浓度的增大,植物的N含量下降,而植物的C/N比值有增加的趋势。由此可见,植物残留物的N含量和C/N比值受Ca元素含量的相     

青藏高原北部新生代湖相碳酸盐岩碳氧同位素特征及古环境意义

对青藏高原北部地区新生代陆相地层中湖相碳酸盐岩进行了系统采样分析，以碳氧同位素作为古环境和古气候变化的替代指标,试图从古湖泊演化的角度，阐明高原新生代早期环境演变历史和过程。研究结果表明，该区所有分析样品中生物碎屑灰岩类样品的δ¹⁸O和δ¹³C显示最低值，反映它们沉积在一个水体滞留时间短的开放性淡水湖泊系统中。泥晶灰岩类样品的δ¹⁸O和δ¹³C之间具有正相关关系，表明它们发育在蒸发作用明显的封闭性咸水湖泊体系中，而叠层石灰岩类明显富集13C可能与微生物活动有关。从始新世到渐新世至中新世，湖相碳酸盐岩δ¹⁸O值具有逐渐增大的趋势，δ¹³C则由古近纪的负值变为新近纪的正值，反映该区古湖泊系统经历了一个由开放到封闭的过程，预示古近纪到新近纪之交高原古气候格局发生了重大变革。     

新疆罗北洼地湖相沉积物有机碳同位素的变化序列及其古环境意义

测定了新疆罗布泊地区湖相沉积物CK-2钻孔样品的总有机碳含量（TOC）及其同位素组成、碳酸盐含量和C/N比值等环境代用指标,以及石膏矿物的质谱-铀系年龄。测试结果表明,20～9kaB.P.期间沉积物δ13Corg.在-23.4‰～-16.1‰之间波动且阶段性明显,与TOC呈现良好的相关关系,整体变化趋势同南极Dome C冰芯中记录的全球大气CO2浓度一致;C/N比值表明有机碳来源主要是陆生高等植物。因此大气CO2浓度变化是影响20～9kaB.P.期间罗布泊湖相沉积物δ13Corg.值变化的主导因素,周围山体上C3/C4植物相对生物量的变化则是另一重要因素。依据δ13Corg.的变化序列将此时间段湖区古环境的演化分成6个阶段:20.0～14.1kaB.P.期间受到末次盛冰期的影响,气温偏低,湖水丰沛;14.1～13.3kaB.P.是一个气候不稳定期,冷暖波动较频繁,但以暖为趋势;13.3～12.8kaB.P.期间经历了一段冷期,于12.8kaB.P.结束了末次冰期,随后气候开始转暖至11.8kaB.P.;其后气温再次变冷并维持到10kaB.P.;最后从10kaB.P.进入全新世暖期。δ13Corg.序列明显向偏负方向变化,表明该地区变暖的趋势相当明显。罗布泊地区日益干旱化是全球气候变化的结果,尤其是受到全球CO2浓度的不断升高所制约。     

4000aB.P.前后降温事件与中华文明的诞生

4000aB .P .前后降温事件是世界上许多地区全新世人类演化史上的重要转折点之一 ,也是导致古埃及、两河流域和印度河流域等地区世界古文明衰落的主要原因。在中国 ,该降温事件导致了中原周围地区五大新石器文化的衰落和终结 ,但却加速和促进了中原地区以夏朝建立为标志的中华文明的诞生.     

18.5kaB.P.以来东北四海龙湾玛珥湖全岩有机碳同位素记录及其古气候环境意义

结合含水量、TOC含量和TOC/TN比值变化曲线,18·5kaB·P·以来的四海龙湾玛珥湖沉积物全岩有机碳同位素组成（δ13CTOC）记录可划分为3个阶段:1)末次冰期晚期（18·5～14·7kaB·P·）,δ13CTOC值偏正,变化范围为-29·50‰～-26·18‰,平均值约为-28·10‰;2)末次冰消期（14·7～11·7kaB·P·）,δ13CTOC值显著偏负,变化范围为-33·92‰～-28·40‰,平均值约为-31·75‰,在δ13CTOC值变化曲线上表现为一个低谷,但在类似YoungerDryas的冷干事件期间（12·7～11·7kaB·P·）,δ13CTOC值再次显著偏正,最高可达-28·4‰;3)全新世以来（11·7kaB·P.至今）,δ13CTOC值变化幅度不大（-30·85‰～-27·37‰）,基本上都在平均值-29·1‰左右。研究表明,大气CO2浓度变化是影响18·5kaB·P·以来四海龙湾玛珥湖δ13CTOC值变化的主导因素。     

海南岛万泉河口沉积物有机碳、 氮同位素的特征及其环境意义*

对海南岛万泉河口沙美内海柱样K3和K4沉积物进行生物地球化学指标总有机碳(TOC)、总氮(TN)、有机碳同位素(δ¹³ C)、氮同位素(δ¹⁵ N)的分析,以及²¹⁰ Pb定年了解其近代变化特征,追踪沉积物有机质来源的变化,提取沉积环境演变及人类活动的信息。K3中TOC的变化介于0.51 ％ ~1.12 ％ ,K4变化介于0.43 ％ ~1.49 ％ ,而其随时间的变化反映了流域内人类活动的历史。17世纪TOC含量明显增加记录了明末清初开始流域内广泛种植农作物的活动,19世纪以来TOC含量逐渐增加,至现代达最高值,对应了工业革命以来人类活动的增强。K3和K4的δ¹³ C值变化分别在-24.38 ‰ ~-21.02 ‰ 之间和-24.74 ‰ ~-20.17 ‰ 之间,δ¹⁵ N值变化分别在2.20 ‰ ~4.62 ‰ 之间和2.39 ‰ ~5.02 ‰ 之间,映证了本区沉积物有机质是陆源物质和海洋物质混合的特点。明末清初开始流域内广泛种植玉米等农作物造成δ¹³ C值增加和δ¹⁵ N值减少; 自19世纪以来至现在,该区的经济活动增加,人口的持续增长,尤其是近50年来化肥农药的大量使用,造成陆源输入的有机碳含量大幅增加,使δ¹³ C值减少和δ¹⁵ N比值增加。 δ¹³ C值自19世纪以来就逐渐变轻,说明陆源和海洋有机碳的比例发生了变化,较轻的陆源有机碳比例相对增加,较重的海洋有机碳比例相对减少,反映了玉带滩沙坝的增长、沙美内海封闭、海水交换作用减少的状况。C/N比值分别从底部的16.19和17.36到顶部减小为11左右,自19世纪以来呈明显减小的趋势也反映了沙美内海泻湖自生的藻类有机质供应越来越多,也说明了其逐渐封闭、水动力条件越来越弱,与外海的交换作用逐渐减少的状况。     

青海湖冰后期以来古气候波动模式的研究

本文根据青海湖QH-16A近代沉积物岩芯中介形虫壳体的δ¹⁸O、δ¹³C、Mg/Ca和Sr/Ca值分析,讨论了青海湖区12,000年以来的气候特征。利用氧、碳同位素的相关性和相对温度、盐度变化曲线建立了青海湖区冰后期以来的气候波动模式,划分出5个气候期和23个气候阶。通过与布列特-谢尔南德冰后期气候方案对比,证实该气候波动模式具有世界性。