黄土高原现代土壤和古土壤有机碳同位素对植被的响应

黄土高原古土壤碳同位素与古植被的关系是一直未能很好解决的问题. 其中一个主要原因是由于对该地区现代C₄/C₃植被分布特征与现代土壤碳同位素组成之间的关系缺乏足够的了解. 初步研究了黄土高原主要植物及现代土壤碳同位素组成, 对比了现代土壤和黄土-古土壤序列的有机碳同位素组成变化特征. 结果表明: 黄土高原现代植被以C3植物为主, C₄植物主要来自适宜在暖湿条件下生长的禾本科植物(如白羊草Bothriochloa ischaemum和狗尾草Setaria viridis等). 森林土壤的碳同位素组成δ ¹³C值明显低于黄土塬面的碳同位素组成, 现代土壤的碳同位素组成与现代植被的分布是一致的. 根据此关系推断: 在相对暖湿的古土壤阶段(间冰期)C₄草本植物比例增加, 在相对干旱的黄土阶段(冰期)灌木和C₃草本植物比例增加.     

晚第四纪科尔沁黄土堆积的Rb-Sr地球化学特征及古气候变化

在科尔沁沙地南缘选取了两个典型的风成黄土-古土壤序列,对其记录的Rb-Sr地球化学特征进行了分析。结果表明,Rb-Sr含量变化与黄土高原黄土-古土壤序列相似,但Rb含量小于黄土高原,Sr含量则相反,可能是因为研究区距源区较近,粒径较粗,加之气候干冷,化学风化强度较弱造成的。总体而言,我国东北地区黄土Rb/Sr值作为反映东亚夏季风强弱变化的替代性指标是可行的。综合分析认为,晚第四纪科尔沁地区古气候存在多次明显的干湿变化,特别是在108~144、233±21和86±7 ka前后,气候较为暖湿;在261±32 ka前后,极为干冷,甚至出现沙漠化过程。晚第四纪科尔沁沙地的古气候变化,是东亚季风强弱变化的反映,也可能是全球气候变化在我国东北地区的体现。     

光释光测年揭示浑善达克沙地中世纪暖期和小冰期环境变迁与人类活动的关系

为了深入了解中世纪暖期和小冰期浑善达克沙地环境变迁与人类活动的关系,对沙地5个具有代表性的风成砂——砂质土剖面序列进行了光释光测年研究。结合粒度、磁化率、烧失量等气候替代性指标及地层中的文化遗存分析,得到了浑善达克沙地近2ka来的环境变迁记录: 距今1.45~1.10ka和0.83~0.58ka,浑善达克沙地发育砂质土层,气候温暖湿润,与中国唐朝暖期和元朝暖期相对应,欧洲此时经历了中世纪暖期,该地自然环境条件比较优越,旱作农业文化发展。距今1.10~0.83ka和0.58~0.20ka,浑善达克沙地发育浅黄色砂层,气候干旱寒冷,沙丘活化,分别与我国宋辽和清朝冷期相对应,其中宋辽冷期是中世纪暖期的气候波动,清朝冷期则对应于欧洲小冰期,游牧文化发展。浑善达克沙地地层序列、气候替代性指标及其所保存的人类文化遗存揭示了自然环境与人类活动的相互关系。2ka以来,气候经历了暖湿与冷干的交替变化,自然环境变化影响了人类生产生活方式。沙地气候事件可能对我国相应时期朝代的兴亡产生过重大影响。     

最近800ka洛川黄土剖面中Rb/Sr分布和古季风变迁

对洛川剖面中Rb和Sr分布规律的研究表明不同时代的黄土和古土壤中Rb和Sr分布特征存在明显差别 ,按Rb/Sr比值可以清晰地区别出剖面中的黄土层和古土壤层 ;在风化成壤过程中Rb是稳定组分 ,Sr是活动性组分 ,Rb/Sr比值的变化反映了风化成壤作用的强度 ,因而实际上记录了夏季风环流强度的大小 ;剖面中最近 80 0kaRb/Sr比值时间序列与SPECMAP十分吻合 ,揭示了全球冰量大小可能是控制夏季风环流强度变化的主要动力学因素 .     

中国中部南洛河流域地貌、黄土堆积与更新世古人类生存环境

本文结合最近获得的新资料,对南洛河流域的地貌、黄土沉积和更新世环境进行综合分析。结果表明,南洛河上、中游地貌表现为河流峡谷和山间盆地相间分布的特征,盆地中河流阶地发育; 下游为平缓的山前平原和低山丘陵。黄土在全流域的山顶、河流阶地和盆地等各种地貌部位均有分布。黄土沉积受地形影响较大,上游黄土堆积速率低、颗粒细; 在下游有风道直通的地方,黄土堆积速率高、颗粒粗。在不同地貌部位,黄土开始堆积的年代不同,黄土底界的年代从早更新世到晚更新世均有所见。对埋藏旧石器的年代研究表明,南洛河流域的古人类活动从早更新世晚期(约800ka)开始,到晚更新世后期(约30ka)结束,期间有多期遗存。初步的孢粉和有机碳同位素分析表明,这里曾是森林草原景观,冰期时,乔木植被以松属为主,C4类型草本减少; 而间冰期时,乔木植被以松属-榆科占主导地位,C4类植物增多。古人类在黄土堆积期和古土壤发育期都可能在这个地方活动,但这一认识需要更多的证据支持。丰富的石制品分布和较为连续的黄土沉积,使南洛河流域成为理解更新世人类行为与环境的重要区域。     

浑善达克沙地地表沉积物有机碳同位素组成 与植被-气候的关系

研究现代地表沉积物有机碳同位素与植被-气候的关系,对于重建过去气候变化过程有重要意义。然而,对于气候变化幅度大、生态环境脆弱的浑善达克沙地,尚缺少相关的研究。本研究对浑善达克沙地进行了全面采样,对42个地表样品进行了有机碳同位素分析。结果表明,浑善达克沙地表土有机碳同位素(δ13C)介于-25.0 ‰ ~-19.4 ‰ 之间,平均为-22.2 ‰。通过两端元方法估算,研究区C4生物量介于0~46% 之间,平均为17.9%,与前人的C4植被调查结果有很好的可比性。相关分析表明,C4生物量与年降水量呈显著负相关关系,而与温度关系不大,这表明在该地区年均温差异较小的情况下,降水可能是控制C4植物生物量的主要因素; 另外,推测也可能是研究区C3生物量的变化主导地表有机碳同位素的变化。建立的δ13 C-年降水量转换函数,预期可用于重建浑善达克沙地全新世降水量的变化。     

山西榆社-太谷盆地上新世中晚期的植被与环境

山西中、东部的榆社、太谷盆地发育了良好的上新世河湖相地层，其丰富的植物、鱼类和哺乳类化石为我们提供了一个古植被和古环境研究的理想场所。根据榆社盆地磁笥年表以及化石组合特征，榆社、太谷盆地约为5．5MaBP以来的套沉积、榆社张村组与太谷小白组的沉积时代相当，大约形成于3．5－2．3MaBP。从大约4．4MaBP开始，较高含量的云杉、冷杉花粉显示研究区已有暗针叶林生长，从3．5MaBP开始，暗针叶林有了较大的发展，存在大面积的暗针叶林纯林。大致从上新世中期的4．4MaBP开始，气候已经开始变冷，并有较明显的干湿波动，蒿、藜为主的干草原大约从2．3MaBP开始繁盛，表明研究区转变为干冷气候。     

晚第四纪中国北方沙地风沙沉积的Zr/Rb比值特征及意义

Zr/Rb比值因不受后期成壤作用影响,在黄土高原黄土堆积中可作为较好的冬季风气候替代性指标。与黄土沉积相比,中国北方沙地的气候变化研究相对较弱,能够敏感反映沙地气候变化的替代性指标仍处于探索阶段。本文选取东亚季风控制区的毛乌素沙地、浑善达克沙地和科尔沁沙地11个典型的风成沉积序列,对Zr/Rb比值及其意义进行了研究。通过全岩样品Zr、Rb元素含量、Zr/Rb比值与平均粒径和>63 μm的粗颗粒百分含量对比分析,发现在毛乌素沙地,Zr/Rb比值与粗颗粒百分含量和平均粒径成正相关关系,与黄土高原的变化趋势相似,可作为冬季风强度的替代性指标。而在浑善达克沙地和科尔沁沙地,虽然Rb含量在砂质古土壤层中随着细颗粒物质的增加而增大,与毛乌素沙地的变化相同;但是,Zr含量也表现出增加趋势,导致Zr/Rb比值变化趋势与毛乌素沙地相反。其主要原因可能是沙地所处的构造地貌单元不同,物源区存在差异。因此,Zr/Rb比值作为冬季风的替代性指标在不同沙地应用需要慎重分析。     

风化成壤对原始粉尘粒度组成的改造证据

对现代粉尘、黄土、古土壤、红粘土全样和对应石英样的粒度分析结果表明,现代粉尘和对应石英样的粒度组成最为相似,而其它经历了风化成壤改造后的全样,粒度组成发生了不同程度的变化,其中以古土壤和红粘土样尤为显著。全样和石英样品的平均粒径比值变化,反映了原始粉尘经风化成壤改造而细化的程度,可能与夏季风强度关系密切。灵台剖面L₆以来的黄土—古土壤序列的磁化率、全样和石英样平均粒径及其比值变化对比表明,在冰期-间冰期旋回时间尺度上,全样和石英样平均粒径记录的冬季风变化特征类似,但在千年时间尺度上,平均粒径比值和石英样的平均粒径变化则揭示出东亚季风具有更高频次的变率特征。     

全球沙漠变化的气候影响

沙漠是重要的地表景观,其变化影响着人们的生产和生活.但是,目前对全球沙漠变化的规律及其气候影响了解有限.本文使用气候再分析数据和遥感产品,分别计算了全球沙漠的面积变化,分析了不同气候因子对沙漠变化的影响,并利用CMIP6(Coupled Model Intercomparison Project 6)模式结果,估算了未来全球沙漠变化趋势.结果表明,全球沙漠面积约17.64×10⁶km²,占陆地面积的12%;在20世纪80年代末到90年代快速减小,其中主要发生在北非和澳大利亚; 21世纪初沙漠开始缓慢扩张.气候干旱区面积存在年代际波动,各气候区干旱指数(AI)与沙漠面积变化有明显差异.相关性分析表明,降水增加对沙漠面积变化有直接影响;潜在蒸发、温度和湿度与沙漠面积呈明显相关关系,风速变化与沙漠面积的关系存在区域性差异. CMIP6模式结果表明,在ssp245和ssp585情景下, 21世纪全球沙漠都将有不同程度的扩张,其中,亚洲、非洲和澳大利亚沙漠扩张最多,而北非南部沙漠将会缩小、北非沙漠北移.