大气CO2浓度增加对中国区域植被蒸腾的影响

近几十年来,人类活动带来的化石燃料燃烧和工业过程引起了全球大气CO2浓度的显著增长,带来了一系列生态和环境问题,其中对地表蒸散发的影响就是一个重要方面.地表蒸散发及其分量植被蒸腾是能量和水量平衡的重要组分,直接影响着陆气相互作用和水循环系统.由于大气CO2浓度增加可通过减小叶片气孔导度从而抑制植被蒸腾,为量化这一影响,基于碳水耦合的蒸散发模型PML-V2和CMIP6的大气CO2浓度时空序列驱动数据,分别进行了考虑和不考虑大气CO2浓度逐年增加情况下的2组植被蒸腾模拟试验.通过对比2组结果分析了2001-2014年大气CO2浓度增加对中国区域植被蒸腾的影响.研究结果显示,在季节上,夏季大气CO2浓度增加对植被蒸腾的抑制作用最小,冬季最大;在数量级上,2001-2014年大气CO2浓度引起植被蒸腾变化在0～5％;不同生态系统比较而言,森林、耕地和灌丛生态系统受CO2浓度增加引起植被蒸腾的减小量较大,14年间减小量为15～20mm/a,而草地下降最小,约5 mm/a;在空间上,我国中东部受影响最大;CO2浓度引起植被蒸腾变化最敏感的区域是我国东南部地区.     

用树轮δ13C重建1685年以来的大气CO2浓度变化趋势

对采自浙江西天目山地区的3株柳杉树盘,交叉定年后,测定了3株树轮δ13C的年序列,分析了3株树轮δ13C序列中所含的共同环境变化信息。用二项式拟合法去除气候因素引起的3个δ13C序列的高频变化,得到3个低频变化序列。分析了theLowDome冰芯记录的大气CO2浓度与树轮δ13C序列低频变化趋势的关系,建立了相应的转移函数,重建了天目山地区1685年以来大气CO2浓度变化。结果表明:用3株树轮δ13C序列重建的结果有较好的一致性,并与南极冰芯的记录及前人研究结果有很好的吻合。这一结果表明用同一地区不同树木个体的树轮δ13C序列的低频变化序列可以重建出基本一致的大气CO2浓度变化历史。     

增温、施氮、CO2浓度升高对羊草(C3)、芦苇(C4)植硅体组合的影响

研究未来全球变暖和氮沉降下C3、C4植物植硅体的变化规律,对松嫩草原优势群落演替方向的预判、古植被及古气候的重建和全球环境变化的预测等工作具有重要意义.本文选取松嫩草原的优势物种羊草(Leymus chinensis,C3)和芦苇(Phragmites communis,C4),对其进行模拟增温、施氮、CO2浓度升高处理,研究叶片部位植硅体的组合规律及形态变化特征,试图寻找在改变某一单一环境要素条件下,C3、C4植物所含各类型植硅体百分含量及形态的变化规律,以探究C3、C4植物植硅体对不同环境因素响应的异同.结果显示:CO2浓度升高、增温对羊草植硅体发育具有促进作用,对芦苇植硅体发育起抑制作用;氮素过高对羊草和芦苇植硅体的发育都不利,但增温能减轻施氮对羊草植硅体的负面效应.棒型、板型、方型、块状、蜂窝状植硅体对模拟增温、施氮、CO2浓度升高反应敏感,可作为指示环境变化的新指标.     

从树轮纤维素δ13C序列看树木生长对大气CO2浓度变化的响应

在新疆昭苏树轮碳同位素组成研究的基础上，初步分析了近280a以来云杉内外CO2浓度比（Ci/Ca)，云杉内部CO2浓度（Ci)和水分利用效率（A／g)的变化，结果表明，在整个分析时段内Ci/Ca相对恒定在0．52左右，暗示树木生长对大气CO2浓度升高的基本响应策略；Ci和A/g都有较明显的升高趋势，说明可能有更多的碳被固定在树木之中，进一步分析表明，它们的这种趋势与大气CO2浓度变化有关，从另一个侧面证明了人类活动释放的碳有一部分被树木吸收。     

干旱半干旱区CO2浓度升高对生态系统的影响及碳氮耦合研究进展

大气CO2浓度升高已成为全球备受关注的环境问题.CO2排放量的增加加剧了地球表层的温室效应,也对生态系统的结构和功能产生了重要影响.生态系统对CO2浓度升高的响应是一个长期的过程.在干旱半干旱区,CO2浓度的升高对生态系统生产力、植物、土壤和微生物等都有影响,尤其改变了生态系统中的碳循环,并加剧了生态系统对氮的需求.碳...     

论岩溶作用对全球碳循环的意义与碳汇效应——兼对《对<中国岩溶作用产生的大气CO2碳汇分区估算>一文的商榷》的答复

岩溶作用促进大气二氧化碳汇过程不仅局限于碳酸盐岩地区,而是涉及全球陆地地质岩石地区,因此以前仅考虑岩溶面积计算的岩溶碳汇量偏低,需要以河流流域为单元全面计算全球岩溶碳汇效应。除了产生河流溶解无机碳被带入海洋外,岩溶作用还可通过水体生物吸收形成颗粒有机碳以及在岩溶土壤中固定有机碳等方式形成碳汇,因此,岩溶地质过程固碳形式多样。其中,仅全球水生生物固定岩溶水重碳酸根产生的有机碳近0.5Gt,生态恢复可促进岩溶土壤有机碳固定及岩溶流域碳汇,我国西南石漠化治理工程至少可增加岩溶碳汇2~3亿t,如果重视岩溶增汇技术的应用,全球岩溶碳汇效应将非常显著。所以,岩溶碳汇研究意义重大,岩溶碳汇效应更不可忽略。      

硫酸参与的长江流域岩石化学风化速率与大气CO2消耗

流域的岩石化学风化过程是全球碳循环中的重要环节。以往的流域水化学碳汇通量估算大多是基于碳酸的风化作用。而实际上,硫酸和碳酸一样,也参与了流域碳元素的地球化学循环,从而对全球碳循环过程产生影响。长江流域水体近几年出现酸化现象,大部分河段SO42-和Ca2+含量增高,其对应的岩石风化过程和大气CO2消耗速率也发生变化。文章对长江干流及主要支流2013年不同季节的离子组成进行监测,利用水化学平衡法和Galy估算模型,对长江流域岩石化学风化速率和CO2消耗通量进行了估算,对硫酸参与下的长江流域岩石风化和碳循环过程进行了分析。结果表明,长江流域水体离子主要来源于硅酸盐岩风化和碳酸盐岩风化。其中碳酸盐岩风化对河水离子贡献率为92%。在硅酸盐岩广泛分布的赣江流域,碳酸盐岩风化离子贡献也达85%。分析表明,硫酸参与了长江流域的岩石风化过程,对水体中离子产生一定影响。硫酸的参与加快了碳酸盐岩的化学风化速率,平均提高约30%,但是使流域大气CO2消耗速率降低。在不考虑蒸发岩溶蚀作用下,平均从516×103 mol/km2·a降至356×103 mol/km2·a,降低约31%。在各支流中,硫酸对乌江流域碳酸盐岩的风化和碳循环的影响最大,而对雅砻江的影响最小,这与乌江流域的含煤地层、矿床硫化物及大气酸沉降有关。     

珠江流域碳酸盐岩与硅酸盐岩风化对大气CO2汇的效应

对珠江流域11个测站的河水1个水文年4次取样进行水化学和同位素测试分析,揭示无论是碳酸盐岩区还是硅酸盐岩区,岩石风化均使河流的离子成分以HCO3-、Ca2+、Mg2+为主,碳酸盐岩风化溶蚀速率和由碳酸盐岩风化溶蚀引起的大气CO2消耗量分别为27.60 mm/ka和540.21x103mol/(km2?a-1),是硅酸盐岩风化速率和由硅酸盐岩风化引起的大气CO2消耗量的10.8倍和6.7倍,说明碳酸盐岩风化是流域碳汇过程及效应的主体。由于有利的水热条件和高的碳酸盐岩面积比例,珠江流域平均岩石风化速率和由岩石风化作用引起的大气CO2消耗量分别为30.15mm/ka和620.36×103mol/(km2?a-1),为全球60条河流平均值的2.6倍。     

北京石花洞石笋500年来的δ￣（13）C记录与古气候变化及大气CO2浓度变化的关系

通过对采自北京石花洞石笋近５００年来分辨率为３～５年的δ１３Ｃ记录的研究,我们发现水动力条件的改变和近代大气ＣＯ２浓度的改变均对石笋的δ１３Ｃ值有影响,当气候湿润,降雨量增加时,洞穴包气带水的下渗速度加快,在石灰岩裂隙中滞留的时间缩短,ＣａＣＯ３的溶解量减少,造成渗出δ１３Ｃ水的值变轻。包气带水的补给速度增加,也可能使得溶液的ＣＯ２分压降低,造成石灰岩ＣａＣＯ３溶解减少。另外,洞内滴水和渗出水中ＣＯ２的逸出量与供水速度呈反比。滴水速度加快,ＣＯ２逸出量相对降低,沉淀出来的ＣａＣＯ３的δ１３Ｃ值偏轻。通过与δ１８Ｏ记录的对比,δ１３Ｃ记录也反映３０～４０年降雨量变化的周期,为这一地区夏风变化的规律提供佐证。近５０年来的δ１３Ｃ记录,反映了人类活动造成大气ＣＯ２浓度升高的现象。从１９４０年到现今,石笋的δ１３Ｃ值从－６．７‰降低到－８．１‰,降低速率每年为－０．０２８‰,直接反映了这一时期大气ＣＯ２的δ１３Ｃ值的变化。这一结果与其它研究相吻合。利用精细的、分辨率高达几年的δ１３Ｃ记录可以为岩溶作用与碳循环的研究提供有效手段。      

本溪水洞洞穴空气CO2浓度与温、湿度的空间分布和昼夜变化特征

洞穴空气CO2浓度是影响洞穴次生化学沉积物沉积和溶蚀的重要因素之一。基于对本溪水洞洞穴空气CO2浓度、温度和湿度连续两个昼夜的系统观测结果,结合洞外大气CO2浓度、温度和湿度数据,初步分析了本溪水洞洞穴空气CO2浓度空间分布特征和昼夜变化规律：（1）洞穴空气CO2浓度自洞口开始快速增高至一定深度后趋于稳定,这个快速升高的距离与不同季节洞穴交换能力有关,秋季大约是370 m。洞穴CO2浓度稳定区的空间差异可能主要与洞穴结构和裂隙发育情况有关,在洞体变小的倚天长剑景点附近出现峰值,而在洞体变大的石瀑布景点和游客无法进入的源头区出现低谷。（2）观测期间,洞穴空气CO2浓度总体上呈递降趋势,基本上与游客数量有关。（3）在洞穴空气CO2浓度急剧上升的近洞口段,洞穴空气CO2浓度每个昼夜出现两个峰值,分别对应正午12时和午夜前后。本溪水洞洞穴空气CO2浓度的这种变化特点,受游客与工作人员的呼吸排放和洞穴与大气间的气体交换作用的双重影响。     

南海西北部珊瑚礁记录所反映的新构造运动*

珊瑚礁是发育于热带海洋环境中由生物作用和地质作用共同形成的地质体,具有独特的新构造运动意义。南海西北部珊瑚礁记录所反映的新构造运动主要有火山活动、地壳升降运动和地震活动等。珊瑚礁区第四纪火山活跃,到现代已停止活动,部分火山构成珊瑚礁的基座,个别出露海面为火山岛;地壳升降运动差异较大,雷州半岛西南部珊瑚礁呈上升趋势,上升率为0.02~0.05mm/a;西沙群岛等岛礁地壳运动则呈下降趋势,下降率为-0.07~-0.10mm/a,岛礁中的造礁石珊瑚生长率、礁顶和灰沙岛的堆积率均相当于或大于地壳下降率与现代海平面上升率的总和;南海西北部珊瑚礁区内地震活动较强,尤其是1994年12月31日和1995年1月10日在雷州半岛西南部海域发生了6.1级和6.2 级地震,这两次地震对该区珊瑚礁的发育有较大的影响。     

南海北部造礁珊瑚碳同位素的时空变化及其影响因素

海南岛东岸和南岸两个礁区采集了3个活体滨珊瑚,沿珊瑚生长轴线切样进行月分辨率的氧碳同位素分析,目的是研究珊瑚碳同位素组成在季节、年际和年代际3个时间尺度上的变化与季风气候的联系.结果表明,珊瑚的δ18O值的季节性变化和年际变化在全年都基本上受表层海温的控制,基于这一相关变化可以建立同位素序列的时间标尺.在同位素的时间序列上,珊瑚δ13C值季节性变化与日照基本同步.由于日照变化主要受大气顶部太阳理论日照和云量变化的控制,而理论日照在某一地点随时间的变化是规律的,所以,云量变化是珊瑚碳同位素组成季节变化的主要因素.过去30年珊瑚δ13C值最明显的年代际变化特征是1986～1987年δ13C值的突然减小事件,这一事件与日照的变化在时间和统计特征上都有一致性,但与云量变化关系不大,可能与其他因素引起的日照变化有关.现代滨珊瑚碳同位素组成普遍存在着变小的趋势,这种年代际变化与大气CO2同位素变化一致,两者在机理上成因关系也说明,近代珊瑚碳同位素组成变小的趋势与大气CO2的变化有关.不同海区的珊瑚同位素记录对比显示,海水及其中的有机物的碳同位素组成决定着珊瑚δ13C值季节变化性在空间上的分异特征,它们在很大程度上受淡水注入量的影响;同时,日照起主要作用的光合作用也对珊瑚δ13C值的变化在空间上的分异有一定的贡献.     

末次冰期以来南海北部沉积有机碳记录及其古植被环境信息

末次冰期以来南海北部深海沉积物中陆源植被碎屑来源及其指示的植被类型变化等一直存在争议。正构烷烃比值、正构烷烃碳同位素(δ13Calk)及总有机碳同位素(δ13CTOC)等有机碳指标的应用可能为之提供新的证据。南海北部MD05-2905岩芯中正构烷烃比值C31/C27,C31/(C31+C27+C29)和ACL(长链烷烃平均链长)等呈现末次冰期高,全新世低的变化,指示末次冰期草本植物相对增多,全新世木本植物较多。δ13CTOC及δ13Calk均呈现末次冰期相对偏正,全新世偏负的变化,指示C4植物在冰期增多,间接印证草本植物的增多。末次冰期,由于相对冷干的气候、大气CO2浓度的降低,以及低海平面导致陆架的广阔出露,均有利于更多草本植物的生长。末次冰消期及全新世随着温度的升高及降水的增多,森林植被发育,C3植物相对较多。该岩芯碳同位素结果与南海北部孢粉结果的对比表明,南海北部深海沉积中正构烷烃指标指示南海北部周边较大区域范围的植被变化信息。     

南海南部礼乐滩及其邻域活动断裂分析

单道和多道地球物理调查表明南海南部礼乐滩及其邻域的活动断裂主要有NE和NW向2组。礼乐滩珊瑚礁区主要分布有NE向断裂系,于晚白垩纪-早古新世华南东南陆缘的一次张性构造运动形成,强烈活动于晚白垩世早古新世,晚第三纪以来继承性活动,以张剪性断裂为主,现今活动性中等至弱。NW向断裂主要分布在巴拉望岛附近海域中,以张剪性断裂为主,具有走滑性质,切割至基底,强烈活动于早中新世至上新世,第四纪仍有活动,均为弱活动断裂。SN向断裂只有零星分布。该区历史上有火山活动纪录,地震活动较少。     

南海全球变化研究进展

本文以文献资料和作者的工作成果,简略回顾了近年来南海海域全球变化研究的若干重要进展,其中包括:南海深海区已经初步建立了约33Ma以来的年代地层学框架,查明了一系列长时间尺度的环境变化阶段、轨道演化周期及其转型(如"中更新世革命")、突发环境事件(如大火、火山、玻璃陨石事件)和短时间尺度的非轨道事件(如"新仙女木事件"、H事件和D/O事件)以及高分辨率环境演化记录。文中还指出需要加大南海的研究力度,以利于查明全球变化中的海-陆-气相互作用及其动力学机制。      

中更新世气候转型期南海北部和南部的气候变化差异

选取大洋钻探ODP184航次在南海北部采集的1144站为研究材料,通过分析中更新世0.4～1.4Ma期间506个样品中浮游有孔虫氧、碳稳定同位素的变化特征,并与南海南部ODP 1143站和西太平洋暖池ODP 807站的同位素资料进行比较,发现南海北部的氧、碳稳定同位素及其差值的变化响应中更新世气候转型事件,在中更新世距今约0.9Ma之后100ka的偏心率周期明显增强。在中更新世气候转型之前,南海北部、南海南部和赤道西太平洋都呈现出典型的热带气候特征,具有岁差和半岁差的气候周期;转型之后,随着北半球冰盖的进一步扩张,南海北部受东亚冬季风增强的影响而导致温度下降、温跃层变深,但南海南部与赤道西太平洋的温度变化较小且温跃层变浅,说明同属季风区的南海北部和南部对气候变化的响应有所不同。     

南海北部5万年来的表层海水盐度及东亚季风降水

为了探讨末次冰期以来南海北部区域降水变化对东亚夏季风强度变化的响应,利用南海北部191PC柱状样有孔虫壳体氧同位素和镁钙比值,重建了过去5万以来的表层海水温度和海水氧同位素变化。通过分析南海北部淡水收支的主要影响因素,认为夏季风降水是本研究站位海水盐度的主要影响因素,而海平面变化导致的冲淡效应变化并非主导因素。基于此前提,将剩余海水氧同位素作为区域降水变化的指标,结果表明,南海北部降水量与东亚季风强度在50~10kaB.P.间变化趋势较一致,10kaB.P.以来则呈相反的变化趋势。本文通过对比分析南海和西太平洋相关站位的古盐度变化、东亚陆地的干湿变化,结合数值模拟结果,认为50~10kaB.P.之间,北半球大陆冰盖对东亚夏季风的影响较强,东亚内陆和南海北部降水同时响应北半球高纬气温变化,表现出冷事件时降水少而暖事件时降水多的特点。而在10kaB.P.以来,南海北部和华南地区降水量与东亚季风强度变化趋势相反,表现出东亚-西北太平洋区域降水量分布的海陆差异特征。此现象与中全新世南北半球夏季辐射量不对称变化和海陆热容差异导致的温度、水汽重新分布有关。     

南海中、南部断裂体系及其构造意义

中新生代时期,欧亚板块、太平洋-菲律宾海板块、印度-澳大利亚板块等几大板块之间的相对运动和相互作用,导致南海中、南部形成复杂的断裂体系和构造格局。本文利用两种主要的解释方法在该海域识别出断裂达数百条之多,以张性正断层为主。按其发育规模可分为三级:一级断裂为板块缝合线、俯冲带、大型裂谷带和走滑带;二级断裂一般延伸上百公里并切穿沉积基底,断距较大,往往控制其两侧的地层发育;三级断裂规模相对较小,主要在新生界内发育,与邻近的二级断裂有明显的成因联系。依据断裂的分带性将区内的断裂构造体系划分为西缘断裂体系、西南缘断裂体系、东南缘断裂体系、东缘断裂体系、岛礁区断裂体系和海盆断裂体系。本区断裂的发生发展过程与构造活动密切相关,不同的断裂发育期次反映了不同的区域构造活动。本区断裂发育期次可分为三期,其发育时间为第一期(K -E2 )、第二期(E3 -N2 )和第三期(N3 -Q)。     

南海南部地洼区新构造运动及其动力学机制

本文根据南海南部地洼区的岩石圈动力学环境，把本区新构造运动类型划分为拉张型、挤压型、平移剪切型和旋动型，并对其构造演化与动力学模式进行了初步分析。     

南海现代浮游有孔虫的垂直分布及其古海洋学意义

本次工作利用2013年基金委开放航次获得的南海北部13个站位65个浮游生物拖网样品, 初步鉴定出22个浮游有孔虫属种, 基本以热带暖水种为主, 冷水种仅零星出现。其中, 浮游有孔虫表层水种Globigerinoides ruber和Globigerinoides sacculifer主要生活在0~50m水层; 次表层水种Neogloboquadrina dutertrei生活在0~100m水层、Pulleniatina obliquiloculata则主要生活在50~150m水层。温跃层结构变化对G. sacculifer、N. dutertrei影响明显, 当温跃层变深时, 这两种浮游有孔虫生活水深随之变深; 反之, 其生活水深变浅。优势种G. ruber、G. sacculifer(wo)、G. sacculifer(w)、N. dutertrei和P. obliquiloculata壳体的δ18O平均值分别是-3.08‰、-2.68‰、-2.62‰、-1.86‰和-1.52‰, 壳体δ18O随着其生活水深逐渐增大, 指示了海洋上层水体的垂向温度梯度变化; 而壳体的δ13C平均值分别是-0.06‰、0.71‰、1.02‰、0.45‰和-0.40‰, 呈现先增大后减小的特征, 与上层水体中的叶绿素等营养物的垂向变化相关。因此, 浮游有孔虫表层水种和次表层水种之间的δ18O和δ13C差值可以用来指示温跃层和营养物跃层深度的变化。