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。     

贵州石灰岩和砂岩地区C4和C3植物营养元素的化学计量对N/P比值波动的影响

陆地生态系统植物的生长受到营养元素氮(N)和磷(P)的可利用性的限制。已有的证据表明营养元素的相对丰度将控制生态系统的营养元素循环和能量流动的速度。文章提出如下假设:为了适应环境的变化,植物具有可伸缩性地调整营养元素含量的能力,也就是营养元素化学计量比值变化的能力,植物N/P比值波动的影响不仅来源于N对P的相对可利用性的变化,也来源于其他营养元素化学计量的变化,尤其是与Ca的化学计量的变化。为了验证上述假设,本研究利用3种C₄植物和11种C₃植物,研究了植物N/P化学计量比值的波动随N与Ca和P与Ca化学计量的变化模式:对C₄植物来说,N/P比值的波动主要受生物量P与Ca化学计量变化的影响;而对C₃植物来说,则同时受N与Ca和P与Ca化学计量变化的控制,它们之间的相对控制能力的大小将决定植物N/P比值波动的变化梯度,C₄植物和C₃植物的N/P比值的波动都要受土壤pH值的影响。本研究对了解物种丰度和N对P的相对可利用性、N与Ca,以及P与Ca的化学计量之间关系具有重要意义。     

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。     

H2O2在α-Fe2O3表面非均相氧化SO2机理的模拟研究

通过密度泛函理论模拟了H_2O_2和SO_2气体在矿物氧化物(α-Fe_2O_3)表面上的非均相反应,研究了H_2O_2和SO_2在α-Fe_2O_3(001)表面的吸附机制和氧化机制。研究结果表明,SO_2、H_2O_2均在α-Fe_2O_3(001)表面通过Fe原子进行吸附,H_2O_2相比于SO_2优先吸附在α-Fe_2O_3(001)表面,且H_2O_2在表面的赋存形式趋向于两个·OH形式吸附。通过二者共吸附的局域态密度、差分电荷密度、Mulliken电荷布局分析结果发现,SO_2和H_2O_2的共吸附形式是通过H_2O_2产生的·OH吸附在α-Fe_2O_3(001)表面,同时SO_2被H_2O_2产生的·OH氧化[S(SO_2)-电荷布局:0. 79 e→1. 32 e; O(H_2O_2)-电荷布局:-0. 77 e→-1. 11 e]形成·OH+SO_2团簇。模拟结果表明大气微量气体H_2O_2能够在矿物氧化物表面介导SO_2吸附并促进SO_2的转化,为理解H_2O_2在大气中非均相氧化SO_2的反应过程提供了理论依据。     

黄土高原地区晚中新世以来陆地植被C3/C4植物相对丰度演化研究进展

晚中新世以来陆地生态系统中C3/C4植物相对丰度的演化历史是国际地学界关心的热点问题。我国黄土高原地区也有数个剖面开展了相关的研究,然而基于土壤碳酸盐碳同位素的研究结果在C4植物扩张开始的时间、过程、区域和全球一致性、C4植物相对丰度的空间梯度等主要的地质历史事实以及该区域C4植物扩张的主要驱动因素等方面的认识均存在较大的差异,这可能表明了代用指标本身存在的问题。而来自动物化石的碳同位素研究结果与碳酸盐碳同位素研究结果同样差异比较大,认为直到第四纪时期,C4植物才成为区域植被当中一个重要组分。从代用指标可靠性以及时间分辨率2个方面考虑,建议在后续的研究工作中,大力加强有机质碳同位素方面的研究,进一步查明黄土高原地区晚中新世以来C4植物扩张的历史和可能的驱动机制。     

HONO在γ-Al2O3(110)表面非均相氧化SO2机理的第一性原理研究

为研究亚硝酸(HONO)在γ-Al_2O_3(110)表面非均相氧化SO_2的机理,基于密度泛函理论(density functional theory,DFT)的第一性原理计算了SO_2和HONO在γ-Al_2O_3(110)表面的吸附机制和氧化机制。结果表明,SO_2以分子的形式吸附在完整或缺陷的γ-Al_2O_3(110)表面,而HONO仅在完整表面上以分子的形式存在。表面氧缺陷的存在不仅会增强SO_2和HONO的吸附强度,而且能诱导HONO在含氧缺陷表面的分解(HONO→NO+·OH)。通过局域态密度(partial density of states,PDOS)和Mulliken电荷布局分析表明,HONO的分解遵循Haber-Weiss机制。当SO_2和HONO共同吸附在氧缺陷表面时,HONO分解产生·OH,氧化SO_2形成HOSO_2团簇分子。该研究不仅有助于理解HONO在矿物氧化物表面氧化SO_2的作用,而且为解释大气硫酸盐气溶胶的形成提供了理论依据。     

青藏高原现生禾本科植物的δ13C与海拔高度的关系

文章通过分析青藏高原4种C3禾本科植物碳同位素值随海拔高度的变化,发现穗三毛(Trisetumspicatum),垂穗鹅观草(Roegnerianutans),紫花针茅(Stipapurpurea),垂穗披碱草(Elymusnutans)的碳同位素值随海拔高度增加而变重的趋势明显,平均每增高1km变重1.37‰,其中Trisetumspicatum和Roegnerianutans的碳同位素值随海拔高度增加而变重的趋势更为显著。研究认为温度和大气CO₂分压是引起C3植物碳同位素值随海拔高度变化的主要因素。另外,研究发现一些C4植物的生长高度可以达到海拔4000m以上,最高可达海拔4520m。     

植物硅酸体研究及其在第四纪地质学中的应用

第三系及其以上地层中广泛存在着大量由陆生高等植物所产生的植物硅酸体。由于源自不同植物的硅酸体具有不同的形态类型组合,因此沉积物中硅酸体组合的研究,不仅可以划分对比地层,而且可通过古植被恢复来探讨古生态环境,这方面的作用在第四纪地质研究中已得到成功的应用。此外,硅酸体内赋存的有机
碳的同位素研究可以使地质时代和古气候研究达到定量或半定量化。     

CaCO3生物矿化的研究进展——有机质的控制作用

生物CaCO₃是自然界分布最广泛的一类生物矿物,其组成除了无机相的CaCO₃外,还含有少量的有机质,包括水可溶(SM)和水不可溶有机质(IM),SM富含阴离子基团,是控制CaCO₃结晶的重要因素之一。通过有机—无机界面分子识别,有机质选择性地与CaCO₃晶体特定方向的面网相互作用,从而对CaCO₃的生长、形貌、多型及结晶学定向等产生明显的控制作用。有机—无机界面的分子识别机制包括静电、晶格几何匹配和立体化学互补等。仿生矿化的研究为进一步深入了解生物矿化的机理及制造高级复合材料提供了新的方法。     

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。     

煤储层中裂隙充填物的特征及其研究意义

煤储层中裂隙充填物主要是围岩裂隙中的水溶液与煤中有机显微组分热解产生的以气相为主的流体相互作用的产物,它们相互作用带的位置对煤层气藏封闭保存条件的影响至关重要。若无机充填物仅发育于封闭围岩之中,则其相应的煤层气藏的封闭条件好,含气饱和度高;反之,若在煤储层的裂隙中发育大量无机充填物,则煤层气藏的封闭条件差,含气饱和度低。此外,充填物还堵塞了煤储层中裂隙的通道,使渗透率降低。     

不整合分析及其在陆相盆地构造研究中的意义

讨论了3个问题,即不整合分析及其在研究陆相盆地的形成和演化中的意义;不整合分析及其与构造运动和盆地改造的关系;与不整合有关的圈闭类型。通过上述的不整合分析,可以获得以下结论：正旋回地层的超覆(或上超)是在拉张或中性构造背景中产生的,而反旋回地层的退覆和削截一不整合则是在挤压构造环境中发育的;复合递进型同构造不整合与内陆前陆盆地边缘挤压隆起的加速和减速上升有关。根据不整合面下被削截岩层的构造变形和侵蚀厚度可以推断出由构造运动所造成的盆地改造程度和与不整合有关的地层圈闭类型。     

洞穴碳酸钙微层理在中国的首次发现及其对全球变化研究的意义

研究我国北部季风气候区石笋的微生长层及其气候意义，在北京石花洞石笋中发现微生长层。通过年代测定、气候事件控制分析，初步提出了石笋微层的年层时标含义及层厚变化主要响应降水变化的气候意义。试图利用微层的层厚－降水响应关系，重建北京地区最近1130年来干湿变化的年分辨率趋势，通过功率谱分析发现136年、50年、16～18年、11年、5．8年的降水周期变化。     

Carboxylic acid distribution patterns of temperate C3 and C4 crops

Agricultural grasses cover a major part of the land surface in temperate agro-ecosystems and contribute significantly to the formation of soil organic matter. Crop-derived lipids are assumed to be responsible for fast carbon turnover in soils. Differences in lipid distribution patterns between crops following C₃ and C₄ photosynthesis pathways have rarely been described, but could be useful for source apportionment of crop-derived input into soils or sediments. The distribution of long chain n-carboxylic acids (C₂₂, C₂₄, C₂₆) reveals significant differences between crop plants following either the C₃ or the C₄ photosynthetic carbon fixation pathway. The plant compartments leaves, stems and roots of C₄ plants contain relatively large proportions (> 40%) of n-C₂₄ carboxylic acid when compared to C₃ plants. These reveal larger relative proportions of n-C₂₂ and n-C₂₆ acids, whose relative abundance is subject to change between different plant compartments and during the growing season. The carboxylic acid ratio [CAR = n-C₂₄/(n-C₂₂ + n-C₂₆) carboxylic acids] provides distinct ratios for C₄ (> 0.67) and C₃ crops (< 0.67) and can thus be used as a molecular marker for the differentiation of crop plant biomass. In combination with the bulk stable carbon isotopic composition (δ¹³C) the CAR can be used as a tool for the estimation of the C₄ derived carbon proportion in soils or sediments.     

次生紫硫镍矿氧化膜成分的研究及意义

紫硫镍矿(Ni,Fe)₃S₄往往是镍黄铁矿表生蚀变作用的产物,分布在氧化带以下到潜水面附近。由于它易于氧化、淋失,故不易形成有工业价值的矿床,但在气候干燥地区,如我国甘肃金川地区,氧化速度减慢,特别是化学风化作用微弱,表面氧化膜隔离硫化镍与空气的连系,从而得以保持成为矿床。     

青藏盐湖沉积物中粘土矿物的初步研究

青藏高原是我国盐湖分布的主要地区之一。对该地区盐湖沉积物中的粘土矿物,前人未进行过系统研究。近年来,作者对柴达木盆地盐湖中的粘土矿物做过一些工作。本文报道了该区49个湖区约200个样品的粘土有关资料,其中包括藏北某些半咸水湖和盐湖周围的某些土壤和泥样的有关资料。文中对含粘土矿物的碎屑沉积物的岩性、粘土矿物类型、粘土化学组分以及粘土资料在盐湖形成演化过程中的地质意义等方面进行了初步讨论和总结。     

火山事件沉积粘土岩的研究及其意义

火山事件沉积粘土岩是新兴事件沉积学的一部分.本文首先说明火山事件沉积粘土岩的概念,并暂定名为火—沉粘土岩.对其成因问题、主要类型和研究现状作扼要介绍,着重指出研究方法和现存的问题,最后阐明其研究意义和发展远景。