元素地球化学揭示的长江中游鄱阳湖地区中更新世以来粉尘堆积的物源特征及其环境意义

位于长江中游的鄱阳湖地区深受东亚季风影响,因其特殊的地理、地貌与水文、水系特征,自中更新世以来随着冬季风的加强,在大姑组、九江组砾石层之上风成堆积广泛发育。该区域中、上更新统表现为网纹红土、均质红土和下蜀黄土的独特沉积序列,厘清这三套独特沉积序列的物质来源对于我们认识东亚季风演化及其区域环境响应至关重要。本文选择了长江中游鄱阳湖地区10个典型剖面,基于<20μm颗粒组分的元素地球化学特征,研究了该地区中、上更新统粉尘堆积的特点,并将其与黄土高原西峰黄土和东秦岭黄土做了对比分析。研究认为,长江中游鄱阳湖地区这套独特的沉积序列,元素特征基本相似,具有贫Co、Pb,富Zr、Hf,低Eu/Eu^*(0.53~0.62)、LaN/YbN(4~8)、Ta/Zr(0~0.006)、Nb/Zr(0~0.09),高Y/Ho(28~30)、Zr/Hf(36~48)等特点,与黄土高原与东秦岭黄土有显著区别。基于Hf-Th-Co、Th-Sc-Zr/10和Th-Sc-La蜘蛛图投影分析,鄱阳湖地区第四纪粉尘物质的源岩接近于石英岩类,为被动大陆边缘构造背景下的产物,显著区别于黄土高原与东秦岭黄土(源岩接近于页岩,形成于大陆岛弧构造背景)。进一步分析认为,网纹红土、均质红土的母质均与区域下蜀黄土类似,推测它们均来自于其冬季风上风方向的长江或赣江的古河谷漫滩,这套独特的沉积序列是第四纪以来长江中游现代格局的水系贯通后,冬季风增强,吹蚀大江大河广阔的古河谷漫滩而形成的区域粉尘堆积的结果;是湿热的亚热带季风区对于中更新世以来在轨道尺度上冬夏季风均加强的背景下独特的区域响应。     

赣北风沙-粉尘堆积体系元素地球化学变化特征及其对黄土物源示踪意义

粉尘的搬运与堆积过程,理论上是不同粒径的岩屑与矿屑颗粒被风力分选并依次沉降的过程,而元素在不同粒级的岩屑与矿屑的富集程度有所差异;因此,对岩屑与矿屑颗粒分选,在一定程度上是对地球化学元素的分选。因此,基于元素地球化学对黄土粉尘示踪研究中,单一节点或(和)剖面均不具有对粉尘源区的严格代表性,通过比较单一节点或剖面的元素地球化学而进行物源示踪的方法往往存在较大的不确定性。本文通过对中亚热带赣北鄱阳湖地区芙蓉-周溪一带的风沙-粉尘堆积体系常量和微量元素的多维度统计分析,发现地球化学元素及其元素对均存在系统性的分选与分异特点。稳定元素(如Al、Ti、Zr、Nb、Lu、Hf、Ta)及其元素对随距物源区的远近呈现线性、指数或对数等的单向变化特点,其变化幅度在沉积体系中可达31%~42%;在二维和三维散点图中其元素对的投影轨迹,是一个有方向的线状或者带状区域。这表明,风沙-粉尘堆积体系内元素地球化学从上风向到下风向是单调变化的,传统上基于元素地球化学的黄土粉尘物源示踪,通过判断投影区域的远近而进行示踪分析,在理论上有一定缺陷。初步建议,未来的元素地球化学示踪应避免单一剖面元素示踪的方法,而应根据粉尘堆积体系的分布情况系统采样,通过揭示粉尘堆积体系元素地球化学的系统特征来开展基于地球化学元素的黄土粉尘物源示踪研究。     

中国南方网纹红土元素地球化学特征及其对网纹化过程的指示意义*

中国南方网纹红土是在季风气候条件下形成的一种特殊地层,对重建南方第四纪气候环境具有特殊重要的意义,但长期以来对网纹化过程的物化特点缺乏足够的认识。对江西九江、彭泽与湖南岳阳3个剖面的黏土质网纹红土中白色网纹和红色基质分离后进行了地球化学元素、游离铁含量等测试,结果表明:(1)白色网纹中,发生了Fe、Mn、Th、Ga、Cu、Zn、Co、Ni、Cr、 V等元素的显著亏损,SiO₂、Zr、Hf及轻稀土元素的显著富集,游离铁含量较低;红色基质中则完全相反;(2)网纹中Fe²⁺含量较高,基质中含量较低,揭示了网纹倾向于还原环境,基质倾向于氧化环境。研究认为网纹和基质这种氧化还原差异,是Fe、Mn、Co、Ni、Cr、V、Zn、Th、Ga、Cu等元素在网纹中游离淋失,并在基质中的沉淀富集,造成Zr、SiO₂及轻稀土等在网纹中的相对富集、在基质中“稀释”而呈现亏损的主要原因。     

全新世中期相对稳定的长江水位造成约3000年的湖泊沉积缺失

长江中下游地区浅水湖泊密布,全新世该区湖泊沉积的模式还不清晰。本研究在长江中下游的南漪湖、升金湖和菜子湖这3个湖泊开展了多钻孔AMS^14C测年工作,测年结果显示这些湖泊沉积地层中广泛出现长时间尺度的沉积物缺失。南漪湖湖泊钻孔的沉积物14C年龄介于5668~7828cal.aB.P.,菜子湖湖泊钻孔的沉积物^14C年龄介于6221~7929cal.aB.P.,升金湖围垦区钻孔14C年龄介于6302~7049cal.aB.P.。结合该地区以往湖泊钻孔研究资料,发现全新世长江中下游两岸洼地湖泊存在较广泛的6~3ka的沉积间断。结合长江水位重建资料,笔者提出关于全新世湖泊沉积存有长期间断的新认识:即6~3ka,长江水位相对平稳,湖泊沉积物虽有堆积,但易于被侵蚀搬运造成沉积间断;与此对应的是,在约8~7ka,海面上升造成长江水位较快上升,由于顶托作用,湖泊沉积物持续堆积;在约3ka以来,由于人类活动的影响,以及长江水位的进一步上升,湖泊沉积物也易于堆积,但在一些湖区沉积物也会被侵蚀。在6~3ka之间湖泊沉积物易于被侵蚀的一个可能原因是该时段长江上游来沙来水减少,自然堤易被破坏,对两岸湖泊洼地的封堵作用减少,使得湖泊泥沙易被侵蚀入江。     

基于无人机航摄影像的喀斯特地区裸岩信息提取及景观格局分析

喀斯特地区不同石漠化等级的结构和格局是实现区域石漠化治理的重要基础信息,受技术手段的限制,目前这方面的研究进展仍非常缓慢。随着无人机技术的快速发展,高精度的地表信息获取越来越方便、且成本较低。本研究利用无人机影像,对比了基于像元的非监督和监督分类方法以及面向对象的分类方法在裸岩信息提取中的表现,发现面向对象分类结果具有更高精度。基于获得的裸岩分布信息的研究结果表明：① 岩石平均斑块面积与裸岩率呈负相关的关系,岩石斑块个数与裸岩率呈正相关关系;② 通过对比不同裸岩率（11%、20%、29%和48%）基质的景观斑块指数、景观形状指数和景观破碎度指数对不同裸岩率的景观分布的影响,从而表明了在不同的石漠化地区随着裸岩率的增加,岩石形状指数与岩石破碎度指数均逐渐增加,进而表明石漠化程度越严重;③ 裸岩率不同的地区表现不同的分布形态和斑块特征,裸岩率越高,岩石越破碎,斑块分布较为分散。小尺度斑块景观格局与区域的生态过程有着重要关系,开展小尺度景观格局的研究会深化区域尺度石漠化发展过程的理解。石漠化地区的小尺度斑块景观格局变化影响区域的生态过程,对以后的石漠化过程以及未来石漠化演变的发展有重要的启示作用。     

赣北鄱阳湖地区土塘剖面第四纪红土地球化学特征及古气候意义

赣北鄱阳湖地区土塘剖面发育第四纪红土,自下而上可分为强网纹红土层、弱网纹红土层、微网纹红土层、均质红土层和下蜀黄土层。基于常量元素、粒度分析数据以及前人年代框架,初探土塘剖面化学风化特征及其古气候意义。(1)土塘剖面粒度组分均一,常量元素含量相近,风化淋溶强烈。(2)土塘剖面各地层间化学风化强度存在差异:下蜀黄土层为初期的去Na、Ca阶段;均质红土层为中期的去K阶段;微网纹红土层由去K阶段向去Si阶段过渡;网纹红土层已完全进入晚期去Si阶段。剖面常量元素的相对迁移能力为:Na₂O>MnO₂>CaO>P₂O₅>MgO>K₂O>SiO₂>Al₂O₃>TiO₂>Fe₂O₃。(3)中更新世以来赣北鄱阳湖地区气候总体上由暖湿趋于干冷,期间伴随多个明显的干湿旋回佐证强烈的淋溶与干湿交替作用是网纹红土发育的重要驱动因子。     

Hysteresis in sap flow and its controlling mechanisms for a deciduous broad-leaved tree species in a humid karst region

The critical zone(CZ) represents the intersection of the biosphere with the atmosphere, hydrosphere and lithosphere.Understanding the hydrological processes and human impact factors on the CZ is fundamental to sustainable water resources management for agroforestry. Transpiration(T) is an important component of terrestrial evapotranspiration(ET), and understanding the time lag(TL) between vegetation transpiration and meteorological factors can improve our knowledge of the mechanisms of vegetation adaptability to a changing environment. However, the controlling factors on the TL remain poorly understood. Therefore, the objective of this study is identifying the temporal dynamics of key controlling factors on the TL, using a typical deciduous broad-leaved tree species(Zenia insigins Chun) of CZ in subtropical humid karst regions. This species is used as an example to explore the characteristics of the TL between SF(sap flow) and hydro-meteorological forcing. Sap flow in these 6 trees was monitored using the thermal dissipation probes(TDP). Results showed that:(1) the peak of diurnal sap flow generally lagged behind PAR but preceded Ta(air temperature), RH(relative humidity) and VPD(vapor pressure deficit), with the mean TL of-67.4 min(PAR), 90.5 min(Ta), 91.6 min(RH) and 92.9 min(VPD), respectively;(2) TL had no significant relationships with the daily mean meteorological factors and soil moisture, but was highly(R~20.66) correlated to CRs(changing rates of meteorological factors) in the morning;(3) At seasonal scale, the sap flow rate and TL both were controlled by the seasonality of precipitation and temperature. Overall, the seasonality of the TL was caused by plants' high water loss and strongly active physiological response in hot seasons, leading to close stomata earlier than in cold seasons;(4) The reason why CRs proposed can explain the TL better than mean values of metrological factors is that the CRs considered the distribution and change processes of metrological factors in the daytime. This study may be helpful for understanding the physiological response of vegetation to climatic change, and may be useful for constructing models to simulate transpiration processes more accurately during a day.