重庆芙蓉洞洞穴沉积物δ13C、δ18O特征及意义

利用重庆芙蓉洞内各种新老沉积物的δ13C、δ18O以及对洞穴内的滴水、池水和洞外泉水的长期观测结果,发现芙蓉洞内的次生沉积物中氧同位素变化整体一致,处于稳定温度下(16℃)的平衡分馏状态。而且洞内滴水和池水的氧同位素也相当一致,反映了外界大气降水中氧同位素的年平均状态。芙蓉洞内各种沉积物中碳同位素变化范围很大,从0‰~-11‰均有分布。由于芙蓉洞内各种滴水以及池水中溶解无机碳(DIC)的δ13C变化约在-8‰~-11‰,显著偏轻于部分洞穴沉积物中的δ13C。通过研究从洞穴滴水到形成次生化学沉积物这个过程中的可能影响洞穴沉积物中碳同位素变化的因素,例如：洞穴温度、滴水高度和速率、CO2脱气、生物作用、矿物同质异相转换等,同时参考芙蓉洞内连续生长达37 ka的FR5石笋的碳同位素记录,发现以上可能的影响因素都不能完全解释芙蓉洞内次生沉积物中碳同位素的异常偏重现象。虽然芙蓉洞内广泛存在文石与方解石共存的次生沉积物,但是综合分析表明这些沉积物的氧同位素处于平衡分馏状态,可以用来进行古气候研究。不过在利用石笋碳同位素解释古环境变化时需要慎重,特别是在讨论由文石或文石—方解石混合构成的次生沉积物时。     

贵州纳朵洞洞穴水化学性质和δ~(13)C_(DIC)特征及其影响因素研究

文章对2013年4月至2014年5月期间贵州关岭纳朵洞四处滴水(D3、D4、D10、D11)和一处池水(DC)进行了动态监测,逐月采集洞穴水样品,分别测定样品的稳定碳同位素组成和水文地球化学参数,探讨了纳朵洞洞穴水化学性质、δ~(13)C_(DIC)值变化特征及其之间的相关性。结果表明:(1)洞穴水在监测期间相对方解石为过饱和水,且正在沉积碳酸盐,而在雨季洞穴水SIc降低,PCO_2升高;(2)洞穴水的溶解无机碳同位素值(δ~(13)C_(DIC))呈现显著的季节变化规律,夏季值偏轻,冬季偏重,可以较好的响应外界环境变化;(3)5个监测点洞穴水同期的δ~(13)C_(DIC)值存在较大差异,洞穴水δ~(13)C_(DIC)值分别与其相应的Ca~(2+)、Mg~(2+)、HCO~-_3、EC和SIc等水文地球化学指标之间存在较好的相关关系,受到不同程度土壤淋溶、基岩溶解以及前期方解石沉淀(PCP)的共同作用。因此,结合水文地球化学过程分析洞穴次生沉积物中碳同位素携带的环境信号,将提高对δ~(13)C解译的准确性。     

芙蓉洞洞穴水离子浓度和元素比值变化特征及其环境意义

通过对芙蓉洞2006年3月—2009年2月期间泉水和洞穴滴水、池水的地球化学指标监测,结合当地的器测数据,初步认为洞穴滴水的Sr2+、Ca2+、Mg2+浓度及其比值既取决于环境降水和温度的变化,也受到上覆岩土作用的影响。芙蓉洞外山上的6#泉水Ca2+平均浓度为45.81mg/L,洞内1#、3#滴水Ca2+的平均浓度64.59mg/L,2#和4#池水中由于Ca2+沉积,浓度下降到24.74mg/L,下降了大约61.7%。Mg2+和Sr2+的浓度在泉水、滴水和池水中的变化规律与Ca2+基本一致。各种水体中Cl-的浓度变化幅度较小,平均浓度为1.72±0.2mg/L。岩溶水与基岩作用时间长短以及运移过程中Ca2+的前期沉积作用对各元素与离子含量变化具有重要作用。旱季Ca2+的前期沉积作用和雨季基岩的溶蚀及雨水的稀释作用主导着岩溶水中Mg/Ca与Sr/Ca的变化,这些指标能对干旱和洪涝等极端气候事件做出响应。      

洞穴现代沉积物δ13C值的生物量效应及机理探讨:以贵州4个洞穴为例

在贵州选择一组植被退化系列的4个洞穴系统(荔波凉风洞、都匀七星洞、镇宁犀牛洞和安顺将军洞)为具体研究对象,对其地表植被生物量、植被和洞穴现代沉积物的δ13C值进行了对比分析.结果显示洞穴现代沉积物的δ13C值与生物量有着很强的负相关关系,说明洞穴沉积物的δ13C值在空间上可能存在生物量效应,与洞穴石笋所揭示的时间序列上的生物量效应相对应.根据已有的数据和认识,推断这种生物量效应主要由地表植被δ13C值及土壤CO2δ13C值的微生物作用共同控制:在地表植被生物量较大变化情况下,沉积物δ13C值的生物量效应主要受植被δ13C值变化主导;而在地表植被生物量较小变化的情况下,沉积物δ13C值的生物量效应主要受微生物作用主导,而植被δ13C值变化的影响相对较弱.     

桂林凉风洞洞穴空气及滴水水化学对区域环境的响应

针对广西桂林凉风洞洞穴空气（CO2、δ13CCO2）和滴水的物理、化学指标（水温、电导率、pH、Ca2+、HCO3-）开展一年监测。结果表明:受到洞穴上覆土壤层CO2的影响,洞穴空气CO2和δ13CCO2分别呈现出明显夏季高、偏轻,冬季低、偏重的季节性变化规律;各个监测点CO2和δ13CCO2存在差异的主要因为是受到洞穴内部结构的阻隔作用,以及土壤层CO2在岩溶表层带不同滞留时间的影响,但是δ13CCO2变化相对于CO2对于外界环境的响应更加灵敏,且不同季节洞穴的通风模式差异使得洞穴空气CO2影响因素存在差异,夏季土壤CO2为主要影响因素、冬季大气CO2为主要影响因素。与此同时,洞穴滴水水化学指标也均表现出明显季节性变化特征。虽然雨季携带进入管道或裂隙的CO2增加,但是与表层岩溶带“老水”混合使其整体上呈现为缓慢上升。桂林地区季节性干旱使得洞穴顶部入渗水补给量减少,导致对围岩的溶解量相对降低,使其成为水化学指标快速下降的主要影响因素。此外,每个滴水点的水化学指标变幅因其径流路径的不同存在差异。      

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。     

全球碳循环研究中的δ13C方法及其进展

随着分析技术的进步,δ13C观测在全球碳循环研究中越来越受到重视。在讨论关于碳循环中δ13C的Suess效应、分布特征和同位素分馏等基本概念的基础上,结合现有的观测事实,介绍应用δ13C辨别碳的源汇问题的方法,通过比较不同KeelingPlot方法分析该方法在研究大气CO2背景特征中的意义。着重讨论δ13C在研究大气C...     

沙坡头没蒿和柠条叶片δ13C 和 N 含量的季节变化特征

通过对腾格里沙漠东南缘沙坡头人工固沙区油蒿和柠条叶片稳定碳同位素分辨率（△）和N 含量的测定，研究了不同种植方式下油蒿和柠条叶片△ 和 N 含量的季节变化及其关系。结果表明：在不同种植方式下，两种植物的△ 与 N 含量在不同月份之间均存在显著差异。油蒿叶片 △ 极显著高于柠条的：在不同种植方式下，油蒿单种下 △ 显著高于混种，柠条则反之。 油蒿叶片 N 含量极显著低于柠条的：不同种植方式下柠条叶片 N 含量无显著差异，而单种油蒿叶片 N 含量则显著低于混种。在 △ 与 N 含量的关系中，柠条叶片 △ 与 N 在两种生境、单种和混种下均极显著正相关，雨明柠条叶片 N 含量可以作为其 △ 与 N 含量的季节变化及其关系在不同微生境有所差异。     

开放洞穴环境变化特征及其影响因素:以桂林凉风洞为例

通过对桂林凉风洞洞穴内、外温湿度、pCO2进行连续高频监测,发现洞穴温度受大气度温影响呈现出季节性变化规律。由于受到洞穴结构的阻隔作用影响,洞穴由外向里的温度变化幅度逐渐变小,并且响应的时间存在季节性差异。监测数据表明:洞穴内部温度的季节性变化幅度明显低于洞外气温变化幅度。比较洞内、外温度的时间序列发现,在季节尺度上洞穴温度升温阶段滞后时间长（与外部通风的气温流动交换慢）,降温阶段滞后时间短（与外部通风的气温流动交换快,呈现突变特征）,这可能与不同季节洞穴内部结构的“缓冲作用”的强弱变化有关。该洞穴空气中pCO2存在明显的夏季高、冬季低的季节性变化特征。并且外界大气环境季节性变化和洞穴上覆动植物的季节性活动,使得洞穴pCO2主控因素也存在季节性差异。      

沙坡头油蒿和柠条叶片δ13C和N含量的季节变化特征

通过对腾格里沙漠东南缘沙坡头人工固沙区油蒿和柠条叶片稳定碳同位素分辨率(△)和N含量的测定,研究了不同种植方式下油蒿和柠条叶片△和N含量的季节变化及其关系.结果表明:在不同种植方式下,两种植物的△与N含量在不同月份之间均存在显著差异.油蒿叶片△极显著高于柠条的:在不同种植方式下,油蒿单种下△显著高于混种,柠条则反之.油蒿叶片N含量极显著低于柠条的:不同种植方式下柠条叶片N含量无显著差异,而单种油蒿叶片N含量则显著低于混种.在△与N含量的关系中,柠条叶片△与N在两种生境、单种和混种下均极显著正相关,说明柠条叶片N含量可以作为其△的替代指标;而油蒿叶片△与N在单种下为正相关,混种及两种生境分别呈不显著正相关及弱的负相关关系,表明植物叶片△与N含量的季节变化及其关系在不同微生境有所差异.     

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.     

山东沂源九天洞洞穴环境变化监测分析

为改善九天洞洞穴环境质量及保护洞穴景观提供科学依据,2006年5月1—5日和2006年7月28—30日曾两度对该洞的洞穴空气温度、湿度、CO2浓度和游客量的变化进行实地监测。结果表明,九天洞CO2浓度受游客数量影响,具有明显累积效应,其中灵霄玉塔（测点11）CO2浓度最高,日平均值为11250ppm;CO2浓度之高,国内外颇为罕见;而洞穴温度兼受洞穴滴水及洞穴形态的影响,具有一定的变化幅度;洞穴湿度除了受天气影响外,游客呼吸对封闭洞段湿度增大也有一定的贡献作用。      

不同海拔祁连园柏树轮和叶片δ13C值的变化

测定了不同海拔的祁连园柏(Sabina przewalskii)树轮和叶片δ13C值以及叶片光合色素、可溶性糖和氮含量.结果表明: 树轮δ13C值重于叶片δ13C值, 并且没有明显的海拔趋势; 叶片δ13C值与叶片光合色素含量明显负相关, 但与叶片氮含量和可溶性糖含量没有相关关系; 近50 a来树轮δ13C值越来越低, 尽管不同海拔的树轮δ13C值的下降程度存在差异.叶片和树轮δ13C值的变化可能主要受气孔运动的影响, 近50 a来树轮δ13C值的下降是由于人类活动造成的.     

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。     

祁连山青海云杉树轮δ~(13)C的时空变化及其气候意义

通过分析祁连山自东向西5个样点青海云杉年分辨率的树轮碳同位素比率(δ13 C),评价在大气CO2浓度日益增加的背景下青海云杉长期水分利用效率的变化及其对气候变化的响应.最长树轮δ13 C年表为189a,最短112a(1891-2003年).选择了5个样点的公共区间进行分析(1891-2003年).结果表明:祁连山青海云杉δ13 C序列之间显著相关,但是远离山脉主体的两条δ13 C序列与其余序列相关关系较弱.随着大气CO2浓度的持续增加,所有样点青海云杉水分利用效率均表现出显著的提高,但在祁连山腹地的青海云杉水分利用效率提高的幅度低于其它样点.以树轮碳同位素分馏(Δ13 C)和干旱指数之间的相关关系为基础,重建了研究区域1891-2003年期间的干旱历史.其中,20世纪20年代末30年代初和最近10a的两次最严重的干旱分别是由降水减少和气候变暖引起的.     

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).     

桂林毛村岩溶区与碎屑岩区林下土壤碳迁移对比及岩溶碳汇效应研究

桂林毛村岩溶地下河流域位于桂林市东南30km的潮田毛村,流域面积约10km<'2>,为开展岩溶区、碎屑岩区土壤碳迁移对比研究,选择具代表性的林下棕色石灰土、红壤剖面各一个开展以月为观测周期的土壤呼吸排放CO<,2>速率、同位素动态变化及其土壤剖面不同层位CO<,2>浓度时空分布的动态观测,进而分析岩溶动力系统中土壤碳迁...     

河北临城白云洞洞穴旅游对洞穴CO2 浓度及温度的影响

河北临城白云洞碳酸钙景观极其丰富但风化严重.2000年"五一"黄金周对白云洞的客流量、温度、洞穴空气中的CO2浓度进行了系统的观测研究,并在8月、10月旅游淡季进行了对比观测.研究结果表明,洞穴旅游活动对洞穴的温度和CO2浓度的变化有主控作用.白云洞在"五一"长假游开始前最低CO2浓度为600ppm, "五一"这一天当游客量达到 5800人时,大洞厅中的CO2达到4400ppm,温度提高了1.1℃,而狭小洞厅中CO2浓度可达到5800ppm,温度提高了2.3℃.当洞穴旅游高峰连续维持多日时,洞穴中的CO2还会累积增加.如5月2日的游客达到4000多人时,狭小洞厅CO2达到7000ppm.旅游高峰期,洞穴CO2往往经过一个晚上的扩散和流动后,也回不到本底值.但洞穴温度的累积不很明显.     

沙坡头不同微生境下油蒿和柠条叶片δ13C的季节变化及其对气候因子的响应

通过对沙坡头人工固沙区不同微生境和种植方式下固沙植物油蒿(Artemisia ordosica)和柠条(Caragana korshinskii)叶片稳定碳同位素比率(δ13C)的测定,研究了该区油蒿和柠条叶片δ13C差异及其季节变化,并探讨了不同气候因素对植物δ13C的影响.结果表明:柠条δ13C显著高于油蒿(P＝0.003),即柠条的水分利用效率高于油蒿.在生长季内两种植物δ13C变化因种类及种植方式不同而异,除混种柠条的δ13C在整个生长季呈降低趋势外,单种柠条、单种油蒿和混种油蒿的δ13C均呈降低-升高-降低的变化趋势,均在7月份达最高值,即水分利用效率在7月份达最高.油蒿和柠条的δ13C因生境不同表现出明显的差异:引种圃的油蒿和柠条的δ13C分别低于水分平衡场;水分平衡场内单种柠条的δ13C高于混种,油蒿则反之;植物叶片含水量与δ13C的变化呈相反变化趋势.两种植物的δ13C逐月变化量(Δ13Cm)与气象因子的响应程度因其种类而异,其中油蒿Δ13Cm与月降雨量、月均相对湿度和水汽压负相关,与温度正相关,但均未达显著水平;柠条叶片Δ13Cm与温度极显著正相关,表明柠条生长对温度敏感,而油蒿则对水分和温度均有一定程度的响应.     

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。