湖泊沉积碳酸盐氧同位素影响因素的定量评估

湖泊自生碳酸盐δ18O是重建湖泊演化历史的重要代用指标,然而由于湖泊沉积物质来源的多元性和沉积过程的复杂性,所获沉积物碳酸盐的δ18O往往具有多解性.在嘎顺诺尔古湖相沉积小狐山剖面,其剖面590 ～500cm层段湖泊沉积物碳酸盐矿物中的方解石逐渐被白云石取代,同时碳酸盐δ18O呈现异常偏重趋势,其幅度达6.1‰.本文以此为例,通过对沉积物碳酸盐矿物类型和碳酸盐δ18O的分析,结合沉积物粒度、TOC和有机碳同位素等代用指标,对碳酸盐δ18O的影响因素进行了定量评估.对小狐山剖面而言,结果显示湖水蒸发浓缩效应和碳酸盐矿物相变均会导致碳酸盐δ18O发生变化,其中碳酸盐矿物相变引起的分馏作用是影响δ18O发生非环境效应的最主要因素之一.小狐山剖面沉积物中白云石较方解石富集δ18O约7.65‰～ 11.02‰,由此估算白云石与方解石之间的分馏作用可以解释δ18O波动约70％.本文研究结果揭示了自然条件下生成的不同碳酸盐矿物相变存在氧同位素分馏,在进行古环境重建的过程中必须对此进行重视和评估.     

云南阳宗海流域过去13000年植被演替与森林火灾

以云南阳宗海1020 cm长的湖泊沉积物岩芯为研究对象,由7个木屑和树叶残体样的AMS14C测年建立岩芯年代框架,以18~19 cm间隔获取52个样品作花粉/炭屑分析,重建了阳宗海流域过去13000年的植被、气候以及森林火灾历史。研究结果表明,过去13000年植被演替、气候变化和森林火灾可分为5个阶段:1)13200~11000 cal.a B.P.,植被以常绿、落叶阔叶混交林为主,气候温凉湿润,森林火灾多发,后期(12300~11000 cal.a B.P.)随着温度和湿度的降低,森林火灾发生愈加频繁;2)11000~8000 cal.a B.P.,松林扩张,阔叶林缩小,气候较上阶段温暖偏干,森林火灾发生次数明显降低;3)8000~5000 cal.a B.P.,松林和常绿阔叶林占优势,且出现暖热性的枫香林,流域内气温升至13000 cal.a B.P.以来的最高值,湿度进一步降低,但森林火灾发生频率低;4)5000~800 cal.a B.P.,松林扩张至最盛,常绿阔叶林收缩,落叶阔叶林成分增加,气温和湿度均明显下降,森林火灾发生频率有所增加;5)800 cal.a B.P.至今,松林和常绿阔叶林收缩,落叶阔叶成分增加,草本植物中禾本科迅速上升,可能与人类活动有关,森林火灾发生频率低。阳宗海花粉/炭屑记录重建的植被、气候和森林火灾史表明,在滇中地区,落叶阔叶成分易引起森林火灾,冷气候导致多发的森林火灾,冷干气候是宜森林火灾发生的气候条件。     

滇中易门地区富硒土壤物质来源及其天然富硒野生菌初步研究

不同地区、不同层位土壤中硒含量分布不均匀,依据局部富硒土壤线索开发不同的天然富硒食品是发展当地特色农业研究的一个重要方向。云南省1∶25万昆明—玉溪多目标地球化学调查及云南1∶5万二街幅等四幅区域地质调查项目资料显示,尽管云南省表层土壤总体相对贫硒,但在滇中易门普家村—铜厂乡—西山村—狮子山—禄丰土官镇一带局部低山丘陵地区存在约400 km~2的富硒土壤,土壤硒平均含量达0.54μg/g,而普家村菜子山一带土壤硒含量最高达136μg/g;各地球化学剖面均显示出硒元素呈现出表聚性规律,硒元素在表层土壤中均大于深层土壤,而深层土壤硒含量则大于母岩硒含量,不同的基岩岩性硒含量表现出炭质板岩大于泥质板岩大于粉砂质板岩大于白云岩,与炭质、黏土质、泥质、有机质呈正相关性。并据此线索在当地新发现了大批天然富硒微生物(野生菌)及蔬菜。初步研究表明当地富硒土壤的形成与特定地质背景有关,而生产天然富硒野生菌及蔬菜的土壤环境相对优越。     

中国西北极端干旱区水文与湖泊演化及其巴丹吉林沙漠大型沙丘的形成

地表径流和地下水循环是维持中国西部现今极端干旱区绿洲、湖泊和地下水位变化的绝对主导因素。极少的年降水量和年际—季节降水分布的不均性、强烈的蒸发、蒸腾作用,稀少而水量有限的地表径流和人类活动的影响及其过度的水资源利用是导致目前自然景观和生态环境恶化的根本原因。不仅如此,在这样一个大的气候背景条件下,人类不合理、不科学的活动可以夸张的放大和加速生态系统的恶化程度和速度,而要维持、改善和修复已破坏的生态环境则需长期不懈的努力和巨大的人力、资金投入。地质断裂带不但具有蓄水、导水的作用,还具有隔水作用;断裂体系中含水量的丰寡与断裂的性质（张性或压性）、发育的地质部位和年代等因素有关。断裂构造对水的这种蓄—导—隔作用,在不同地理单元是不同的：在地势较高的部位以导为主,在低洼的地方则以蓄为主,而在前二者之间的过渡区则以导—隔为主。额济纳盆地地下水位变化和水资源（或潜在水资源）量的大小是以地表径流补给为主、地下水为辅,是区域蒸发、蒸腾和水资源利用之间平衡过程的表现;而在巴丹吉林沙漠区,特别是其东南部众多的湖泊区则是以地下水补给为主,加之以古水为辅。虽然我们还不十分清楚巴丹吉林沙漠内部高大沙丘和湖泊形成时期的相互作用和依存关系,但是我们却有足够的证据证明高大沙丘形态的维持与湖泊之间不存在必然的因果关系。直接通过阿尔金山断裂体系对额济纳盆地和巴丹吉林沙漠、腾格里沙漠水量的贡献是否真正存在还缺乏地质证据或者至少是十分有限。对中国西部干旱—极端干旱区水资源进行科学而深入、系统而规范、全面而统一的调查和规划,调整和协调,采用科学的流域管理模式,利用生态修复、动态调控、工程保障等措施对于维持整个流域生态环境的稳定和持续发展、维系中下游,特别是酒泉基地和额济纳绿洲是十分必要而迫切的。对于巴丹吉林沙漠东南部地下水和湖泊水的开发和利用的设想既不利于该区生态环境的维持和改善,也缺乏科学依据和工程的可行性。西北干旱—极端干旱区水文循环和水量是气候环境决定的,不仅现代如此,过去也是如此。     

琼州海峡成因初探

在琼州海峡中存在3条与其走向相同的北东东-近东西向深部断裂以及若干与之斜交的其他方向的断裂.它们主要活动于新第三纪.这些断裂所构成的破碎带,位于先成的由于南海扩张向南北挤压而形成的雷南琼北之间的近东西向构造低地中.在第四纪的历次间冰期期间,由于海面的相对抬升而被淹,又因海流的侵蚀不断加大其深度并堆积了相应时代的沉积物.至冰后期海面最后一次上升,琼州海峡才形成现今的面貌.海峡的形成过程表明,一个较大规模的构造地貌实体,一般都要经过复杂的内外动力的塑造过程,不仅要综合考虑内外营力的作用,还要考虑和区分在不同的地质时期以何种作用为主.     

青藏高原中部兹格塘错沉积物中厌氧光合细菌叶绿素的发现及意义

位于青藏高原中部的兹格塘错是中国为数不多的典型半混合型湖泊之一,其稳定的分层特征使水生生态系统中出现若干相对独立的微生物群落.兹格塘错表层沉积物中发现的细菌脱镁叶绿素a(bacteriophaeophytin a,Bph-a)证实了厌氧光合细菌(anoxygenic phototrophic bacteria,APB)群落的存在.研究指出,该细菌群落主要集中分布在永滞层顶部至化跃层底部的狭窄范围内,形成APB薄层,是细菌叶绿素a(bacteriochlorophyll a,Bchl-a)的主要生产区域.厌氧光合细菌死亡后在湖底经变质作用,Bchl-a脱镁(Mg~(2+))形成Bph-a.APB总生产力高低主要受光照度控制,因此,沉积物中Bph-a高值对应化跃层变浅的暖期,低值对应冷期,而零值则表示湖泊半混合状态消失,水体完全混合,对应极端寒冷的气候或湖泊水位大幅降低的时期.利用沉积物中Bph-a含量变化,可以重建兹格塘错湖泊分层及区域气候变化历史.在湖泊现代过程、重建气温-湖泊分层-APB生产量-沉积物Bph-a含量变化四者关系充分研究的基础上,具有定量重建古气温的潜力.     

湖泊沉积物XRF元素连续扫描与常规ICP-OES分析结果的对比及校正--以兹格塘错为例

岩芯X荧光光谱扫描仪(XRF)可以无需破坏样品,直接通过对剖开岩芯表面扫描获知沉积物的元素化学组成,但目前少有关于XRF连续扫描方法测试结果精度和准确性的研究.本文以高原封闭咸水湖泊兹格塘错湖相沉积岩芯为研究对象,利用XRF方法进行了高分辨率连续扫描,同时在岩芯不同层位选取了60个样品利用ICP-OES方法进行元素测定...     

近百年来枝角类群落响应洱海营养水平、外来鱼类引入以及水生植被变化的特征

近几十年来,以大型湖泊为代表的云南部分湖泊受人类活动的持续影响出现了生态环境的明显变化.洱海作为云南面积第2大淡水湖泊,经历了多重环境压力(富营养化、外来鱼类引入、水生植被退化等)的影响.在湖泊现代监测数据面临时段较短、缺乏连续记录的背景下,湖泊沉积物的连续记录可以提供湖泊生态环境变化的长期历史并可用于生态响应模式的识别.以目前处于富营养水平的洱海为研究对象,应用湖泊沉积物记录进行多指标分析,探讨多重环境压力影响下洱海枝角类群落的长期变化特征以及影响因素,并与已有研究成果和现代监测数据进行对比,探讨了枝角类群落对环境压力响应的空间差异性.通过分析沉积物枝角类记录,重建了近百年来洱海枝角类群落的变化历史,结果表明过去100年来,枝角类的生物量总体呈增加趋势,尤其从1990年左右开始,象鼻溞生物量显著增加,物种相对组成出现明显变化(如Bosmina longispina被B.longirostris取代).同时象鼻溞的生物量、壳长与触角长度在1990s初期有明显降低的趋势,与同期外来鱼类(如银鱼)引种成功的时间一致.限制性聚类分析结果表明,枝角类群落结构的变化有3个主要阶段:1990s以前,底栖枝角类为群落的主要组成;1990—2000年左右,浮游枝角类(以象鼻溞为主)在枝角类群落结构中的比例迅速增加;从2000年以后,枝角类群落组成以浮游枝角类为主.同时,枝角类数据的主成分(PCA)分析显示,仅有PCA主轴1呈现显著的变化且解释了群落结构变化的61.64%,进一步分析表明水生植被变化可能是驱动枝角类变化的主要环境梯度,如底栖枝角类生物量减少响应了湖泊水生植被的退化.与已有研究对比表明,浅水湖区沉积物记录的枝角类生物量在1970s急剧增加与1980s急剧降低等现象并没有被深水区的沉积物记录所反映,指示了洱海生态系统的变化模式存在空间差异性.同时象鼻溞个体大小的变化模式反映了外来鱼类引入导致的鱼类捕食压力的变化.总之,本文揭示了枝角类群落结构与生物量的长期变化,反映了洱海富营养化过程、水生植被的退化与外来鱼类引入的长期驱动影响,因此对洱海的生态管理与修复工作应考虑多个环境压力的影响并加强对湖泊生态系统的评价.     

京津冀地区空气质量时空分布特征及其相关性分析

随着城市化的发展,伴随而来的空气质量问题已成为众多环境问题中被广泛讨论与关注的话题。为深入了解空气质量形成机理、探讨空气污染因子的分布特征,以2015年全国监测站点空气质量数据为基础,提取京津冀地区空气质量数据,从时间、空间、时空变化3个角度出发,研究NO2、SO2、PM2.5、CO、O3、PM10六种空气污染因子以及空气质量指数(AQI)的时空分布特征,并分析各个污染因子之间以及与AQI的相关性。分析结果表明:京津冀地区空气质量时空分布特征差异较大,北部地区AQI明显低于南部地区,夏秋两季空气质量普遍好于春冬两季;AQI与NO2、PM2.5、CO呈明显正相关,与O3呈不明显的负相关,O3与AQI相关性较小。分析结果可为京津冀地区空气质量的防控与预测提供理论基础。     

机载WIDAS地表观测的BRDF原型反演算法验证

地表反照率表征地面对太阳辐射的反射能力,在地表能量平衡中起着重要的作用。2008年黑河的WATER实验中,针对机载红外广角双模式成像仪(WIDAS)观测角度小的特点,发展了一种基于MODIS二向性反射分布函数(BRDF)原型估算WIDAS反照率的算法。然而,在2012年黑河HiWATER实验中,WIDAS的观测角度范围由早期30°观测天顶角升级为最大观测天顶角52°,这一改造对数据预处理(辐射定标、大气校正和多角度配准)产生影响,使WIDAS数据出现明显的噪声,为WIDAS地表反照率的反演带来新挑战。针对新问题,采用新的地表观测数据,进一步验证了BRDF原型算法反演机载WIDAS反照率的能力。为了获取准实时BRDF先验知识,基于核驱动模型和各向异性平整指数(AFX)首先准实时提取了实验区5种MODIS的BRDF原型;然后,将其作为先验知识应用到黑河WIDAS机载数据的反照率反演中;最后,利用实验区的反照率实测数据进行算法验证。本研究比较了3个算法处理该问题的能力:(1)基于BRDF原型作为先验知识的算法;(2)完全基于核驱动的全反演算法;(3)基于朗伯假设的方法,通过算法对比分析,可更好地分析验证算法(1)的性能。结果表明:(1)BRDF原型算法反演精度最高且稳定,尤其是当观测数据位于垂直主平面时,全反演算法由于缺少大角度观测数据的约束,更容易出现异常值;BRDF原型算法的最大绝对误差为0.034,相对于全反演算法和朗伯假设方法精度分别提高了约18%和71%;(2)针对2012年黑河机载WIDAS观测噪声较大的新问题,BRDF原型反演算法表现出了良好的抗噪声性能。通过对WIDAS反照率反演和验证进一步表明,在多角度观测数据信息量不足以进行全反演,且观测受噪声影响较大时,BRDF原型作为先验知识,提供了一种有效解决该问题的手段,对提高反照率反演的精度、增强反演的稳定性有重要作用。