坡面片蚀泥沙有机碳组分及^(13)C同位素不均匀富集对水动力学参数的响应

[目的]探究片蚀泥沙轻组有机碳(LF_(OC))和重组有机碳(HF_(OC))不均匀富集的水动力学和碳同位素特征,为正确理解水蚀作用下土壤有机碳库变化提供理论与技术支撑。[方法]以陕西省咸阳市杨凌区土为研究对象,采用改进“三区”移动式变坡钢制土槽,结合人工模拟降雨技术,测定径流水动力学参数和泥沙各粒径团聚体有机碳组成及其δ^(13)C值,并辅以棕壤侵蚀泥沙有机碳δ^(13)C值和水力参数,验证土试验结果的准确性。[结果]①雨强和坡度较小时,侵蚀泥沙LF_(OC)和HF_(OC)易发生富集,且相较黏粉粒和微团聚体,大团聚体LF_(OC)与HF_(OC)含量受雨强和坡度的影响更大;②侵蚀泥沙黏粉粒中有机碳δ^(13)C值与其有机碳活跃分数(λ)呈负相关,而其他粒径团聚体有机碳δ^(13)C值与其λ呈显著正相关(p<0.05);③流速与黏粉粒λ显著正相关(p<0.05),雷诺数与各粒径团聚体有机碳δ^(13)C值均呈显著负相关(p<0.01),片蚀过程中流速越大,黏粉粒中LF_(OC)越易于优先输移,而紊流加剧则促进低δ^(13)C值团聚体有机碳的优先输移;④对于侵蚀泥沙黏粉粒,流速和雷诺数越大,其有机碳δ^(13)C值越小,λ越大;对于微团聚体和大团聚体,雷诺数越小,其有机碳δ^(13)C值与λ越大。[结论]片蚀过程中轻重组有机碳流失与流速和雷诺数密切相关。并进一步验证了^(13)C同位素对侵蚀泥沙有机碳示踪的有效性。

中国东北样带草原区植物δ^(13)C值及水分利用效率对环境梯度的响应

测定了中国东北森林 -草原样带草原区 15个常见植物种叶片的 δ1 3 C值 ,并以此作为植物长期水分利用效率的指示值 ,研究了不同植物种的水分利用效率对年均降水量、年均大气温度和海拔高度等环境梯度变化的响应。结果表明 :有相当一部分植物种的 δ1 3 C值和水分利用效率均随年均降水量和年均温增加而呈不同程度的降低趋势(如羊草 (L eymus chinensis(Trin.) Tzvel.)、家榆 (Ulmuspumila L.)、小叶锦鸡儿 (Caragana microphylla L am.)、直立黄芪 (Astragalus adsurgens Pall.)、地榆 (Sanguisorba officinalis L.)和菊叶委陵菜 (Potentila tanacetifolia Willd.ex Schlecht.)等 ) ,随海拔高度增高而呈不同程度的增加趋势 (如扁蓿豆 (Melissitus ruthenicus(L.) Peschkova)、羊草、家榆、小叶锦鸡儿、直立黄芪、地榆等 ) ;而少数几个种 (如达乌里胡枝子 (L espedeza davurica(L axm.)Schindl.) ,麻花头 (Serratula centauroides L.)等 )则与大多数种的情况截然相反 ,另外部分植物种则随环境因子变化不大 (达乌里黄芪 (Astragalus dahuricus(Pall.) DC.)、中间锦鸡儿 (Caragana intermedia Kuang et H.C.Fu)和狭叶锦鸡儿 (Caragana stenophylla Pojark.) ,冷蒿 (Artemisia frigida Willd.)、糙叶黄芪

新疆昭苏云杉树轮纤维素δ^(13)C的气候意义

依据树轮纤维素δ13C测定数据 ,分析了其气候意义 .结果表明 ,树轮Δ 13C与气候诸要素之间有明显的相关性 ,包括降水、相对湿度、温度、日照时间 (或太阳辐射 )等 ,部分原因可归咎于云杉是一种浅根系植物、其生长对气候的变化较为敏感 ,因为它生长过程中所必需的各种养分和水分均是根系吸收的 .分析表明 ,温度与树轮Δ13C的相关性是它们与相对湿度或降水之间交互相关的结果 ,日照时间与树轮Δ13C呈正相关与光呼吸有关 .利用树轮Δ13C与降水之间的函数关系 ,恢复了近 30 0a来新疆昭苏地区的降水变化 ,恢复的系列与历史文献记录和树轮指数所揭示的降水历史有较好的对应性 .

树木年轮δ^(13)C值及其对我国北方大气CO_2浓度变化的指示意义

本文采样分析了承德市油松年轮中δ１３Ｃ值自工业革命以来的变化，用以揭示我国北方大气ＣＯ２浓度的变化规律。结果表明：承德市油松年轮中的δ１３Ｃ值自１８１０年以来平均下降了０．８３９‰，下降范围０．６８２‰～１．１２０‰，指示了大气ＣＯ２浓度逐渐升高的特点。δ１３Ｃ值与历史时期全球大气ＣＯ２浓度之间存在显著相关关系（ｒ＝－０．５６０９，Ｐ＜０．０１）。应用树木年轮δ１３Ｃ值与大气ＣＯ２浓度之间的关系式，推测出我国北方大气ＣＯ２浓度从工业革命以前的约２７８．４μｍｏｌｍｏｌ－１上升到目前的３４０μｍｏｌｍｏｌ－１。从而为我国的全球变化研究提供了ＣＯ２浓度历史变迁方面的证据。

鼎湖山森林土壤^(14)C表观年龄及δ^(13)C分布特征

本文结出鼎湖山五棵松、庆云寺和坑口 ３个森林土壤剖面有机碳１４Ｃ表观年龄，该地区成壤过程持续时间约为 ５００～ １０００ａ；最大１４Ｃ表观年龄分别为 ５ ５７２± ９４ａＢ．Ｐ．， ８ ６６３±１１２ａＢ．Ｐ和２８８３±７７ａＢ．Ｐ．３个剖面有机碳及其δ１３Ｃ变化均可分成２段：表面至约４０ｃｍ段，δ１３Ｃ变化范围分别为－２７４‰～－２４．１‰，－２７．５‰～－２２．２‰和－２４．４‰～－２０．１‰，有机碳含量变率大，有机质由“活动型”有机碳构成 ５约４０ｃｍ至约１６０ｃｍ段，δ１３Ｃ和有机碳趋于稳定，有机质由“稳定型”有机碳构成。剖面有机碳δ１３Ｃ平均值不但可用于Ｃ３，Ｃ４植被之区分，还可用于阔叶林、针叶林等植被类型之区分。

甘肃马衔山平车前叶片δ^(13)C的海拔和时间差异

以甘肃马衔山自然生长的平车前为材料 ,比较了不同海拔高度和不同月份下叶片δ13C的变化。结果表明 ,随海拔的升高 ,叶片δ13C值增大 ;生长初期叶片δ13C也高于生长后期叶片 δ13C值 ,并且叶片 δ13C具有年间差异。叶片 δ13C值的这种变化也许与植物对环境的适应有关。

环境因素对天目山柳杉树轮δ^(13)C方位分布的影响

应用方差分析、经验正交函数、合成分析 ,研究了天目山柳杉 (Cryptomeriafortunei)树轮中δ13C随方位的分布特征。应用相关分析探讨了这种分布特征的年际差异与环境因素的关系。结果表明 :树轮δ13C值有显著方位差异和年际变化 ,不同方位的差异可以用 4个基本角分布型表示 ,其中一型表示各方位δ13C比多年平均值偏大 ,其中北 (N)、西 (W)、西南 (SW)、南 (S)较平均值偏大约 0 .5 ,而其余 4个方位偏大不到 0 .2 ;二型各方位也较多年平均值偏大 ,但各方位差异不大 ,除N方位较小外 ,其余均在 0 .2～ 0 .4之间。三型为各方位δ13C较平均状况偏小 ,其中西北(NW)、东北 (NE)方位约偏小 0 .4,其余方位偏小 0 .2～ 0 .3。四型表现为NE、东 (E)、东南 (SE)与平均状况一致 ,西北(NW )方位较平均状况偏大约 0 .1,N方位偏小 0 .2 ,其余 3个方位则偏小约 0 .3。而其年际变化既可用这 4个角分布型的更替表示 ,也可以用第一、二主成分表示。δ13C的第一主成分与前一年 8～ 12月降水量负相关 ,与当年 1～ 3月降水正相关。第二主成分与前一年 8月至当年 1月的 6个月平均气温正相关。不同的角分布型与不同的气候状态相联系。一型出现的有利气候条件是 :R8～ 12 少、R1～ 3 多、T3～ 7低并且T8～ 1高 ;

倒数第二次冰消期西太平洋边缘海地区δ^(13)C值快速负偏事件及其成因

南海地区NS93- 5柱样在倒数第二次冰消期出现浮游有孔虫壳体δ13C值快速负偏 (幅度达 1 .7‰ ) ,来自世界各大洋的深海记录和来自北美洲、欧洲、中国等地的陆相记录均指示当时存在大体同步的δ13C值变化表明 :倒数第二次冰消期时存在一次全球尺度的δ13C值快速负偏事件 ,δ13C值在约 0 .1 31MaB .P .达到负偏极值 ,其负偏幅度多在 0 .5‰～ 1‰ ,局部地区负偏幅度 >2‰。当时δ 1 3C值的变化呈突然快速负偏、而后指数曲线状缓慢回返 ,而且δ 1 3C值的突然快速负偏对应大气甲烷浓度快速增加、全球快速升温及冰盖开始快速消融等特点 ,表明大洋环流格局的变化引起海底天然气水合物突然失稳分解并释放大量甲烷可能是其直接成因 ,释放地点推测是在西太平洋边缘海地区。

不同海拔祁连园柏树轮和叶片δ^(13)C值的变化

测定了不同海拔的祁连园柏(Sabinaprzewalskii)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50a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50a来树轮δ13C值的下降是由于人类活动造成的.

中国南方灯影峡期海洋碳酸盐岩原始δ^(13)C和δ^(18)O组成及海水温度

中国南方灯影峡期(晚前寒武纪)是白云岩广泛发育的海洋碳酸盐沉积时期,在灯影组中部发育从海水直接沉积、沉淀的原生白云岩,目前仍保留其原始组构特征。从40个原生白云石(岩)中测得:泥晶白云石的C值为3.64‰,O值为-1.17‰(n=6);藻白云岩的C值为3.52‰,O值为-1.86‰(n=15);海水纤状白云石胶结物C值为2.90‰,O值为-2.65‰(n=8);海水刃状白云石胶结物的C值为2.96‰,O值为-2.41‰(n=8);泥晶纹层和海水纤状白云石胶结物的C值为2.79‰,O值为-3.13‰。40个岩样的C平均值为3.25‰±0.44‰,O平均值为-2.12‰±0.98‰(均以PDB标准)。对于灯影峡期海相白云岩的原始C和O值,不采用所有样品的平均值,而是采用原生白云石沉积物与海水白云石胶结物C值和O值两个图示分布区重叠部分的最重同位素值,即:C值为4.43‰(PDB标准),O值为-0.62‰(PDB标准),将其作为灯影峡期海洋碳酸盐岩的原始同位素组成。对海水原生白云石胶结物包裹体盐度进行了测定,海水O计算值为2.90‰(SMOW标准),用原始O值计算的原生白云石形成时的海水温度为40.8℃。这说明中国南方灯影峡期的海洋为炎热的较高的海水温度环境。

鼎湖山地区人类活动对马尾松年轮13C/12C的影响

南亚热带鼎湖山自然保护区的非核心地带的旅游活动和附近工厂区污染气体的排放，影响了马尾松年轮中的δ１３Ｃ值和空气ＣＯ２的δａ值。旅游点年轮的δ１３Ｃ值自１９６５～１９９２年以年均－０．０２６‰速率下降，１９８０～１９９２年年均下降速率增至－０．０４４‰。工厂点的马尾松年轮δ１３Ｃ则随时间而递增，气体污染改变了δ１３Ｃ值的年际变化图式。１９８０～１９９２年，对照点、旅游点和工厂点空气ＣＯ２浓度年均增高速率分别为０．６８，０．９８和２．３０μＬ／Ｌ。１９９４年空气ＣＯ２的δａ值在旅游点和工厂点比对照点低－０．１８‰和－０．４４‰。

树轮α-纤维素δ^(13)C角分布及其气候含义

利用从中国天目山和庐山采集的 4株树轮样 ,分析了树轮沿不同方位δ1 3C的变化特点 ,讨论了角分布的成因。结果表明 ,树轮在不同方位上的木质α 纤维素δ1 3C值不同 ,而且各方位上δ1 3C的差异与分析期间历年平均值的年际差异在量级上大致相当。对各方位δ1 3C作方差分析表明 ,各方位存在显著性差异 ,说明δ1 3C的角分布具有独立意义。对其中一棵柳杉树轮δ1 3C角分布与气候要素的相关分析表明 ,不同方位的δ1 3C值与年、季节和月降水及温度相关 ,从而使树轮可记录信息分辨率提高、信息量增大。用树轮δ1

青藏高原东部典型高山植物叶片δ^(13)C的季节变化

通过对青藏高原高寒草甸生态系统28种高山植物叶片不同月份稳定碳同位素组成的测定,研究植物δ 13C值在不同季节变化及其与环境之间的关系,试图找出影响δ 13C值变化的关键环境因子.结果表明植物δ 13C值在不同月份间有显著性差异 P<0.01 ,生长初期 6月 δ 13C值明显高于生长末期 8月 .植物的δ 13C值变化主要是由于温度和降水引起的,随温度和降雨量降低而偏重.另外,不同生长期植物叶片的成熟度可能对植物δ 13C的变化有一定的贡献.不同种植物稳定性碳同位素值变化差别很大,反应了不同植物对环境变化的不同响应.

从树轮б^(13)C序列中提取大气б^(13)C信息的可行性研究

工业革命以来化石燃料的大量使用和森林的过度砍伐,引起大气CO2浓度大幅度增加,但同时由于"Suess"效应,大气δ13C值却在不断下降。研究大气δ13C值的变化历史,不仅有助于预测其今后的趋向,而且可以用来了解碳循环的自然变率和校正全球碳预算模型。由于直接的仪器测量从1978年才开始,因此便产生了各种各样的替代方法。利用树轮δ13C值重建古大气δ13C值的变化就是其中的一种,但树轮δ13C值容易受到外界环境因子的影响,从树轮δ13C值中得到的大气δ13C值存在很大的差异。本文分析了树木生长季(5—9月)温度和降水对树轮δ13C值序列变化趋势的影响。结果表明,温度和降水对树轮δ13C序列的趋势变化没有明显的影响,树轮δ13C值近几十年来下降的趋势主要反映的是大气CO2浓度的增加引起的"Suess"效应。但自然灾害的发生和树轮δ13C值的边材效应可以改变这种结果,如新疆昭苏树轮δ13C值和年轮宽度分别在1969年和1967年突然升高以及青海祁连树轮δ13C值在1990年后上升。

河西走廊中部沙漠植物δ^(13)C值的特点及其对水分利用效率的指示

通过分析河西走廊中部沙漠中几种木本植物叶片或同化枝的稳定碳同位素比率(δ13C)和碳同位素辨别力(Δ),以其作为水分利用效率(WUE)的指示,研究了本区沙漠植物叶片或同化枝δ13C值的季节变化特点,以及不同生境和不同水分状况下δ13C值的差异,并比较研究了绿洲防护林树种及绿洲作物.结果表明:梭梭和沙拐枣同化枝的δ13C值分别为-14 31‰和-14 82‰,Δ值在5‰～6‰之间;柠条、泡泡刺、花棒和红沙叶片的δ13C值分别为-25 75‰、-25 79‰、-26 38‰和-28 05‰,Δ值在16‰～20‰之间.几种沙漠植物长期水分利用效率大小的顺序为:梭梭≈沙拐枣>柠条≈泡泡刺≈花棒>红沙.

甲烷及其同系物δ^(13)C值反序排列特征的数值模拟与非生物成因天然气藏探讨

本文采用数值模拟的方法对天然气中甲烷及其同系物的δ１３Ｃ排序特征进行了研究，结果表明：两种具正序分布特征的生物成因天然气混合后可产生具反序分布特征的天然气。相应地，两种具反序分布特征的非生物成因天然气混合后也可产生具正序分布特征的天然气。对于前者而言，作为混合的两个端元天然气，它们必须具有不同的成因或来源，或它们是明显不同的演化阶段的产物。关于松辽盆地昌德气藏若干口天然气井甲、乙、丙、丁烷碳同位素排序特征的讨论表明，用两种生物成因天然气混合的观点很难解释这种反序排列。

玉米生长和光合作用对土壤呼吸δ^(13)C的影响

在玉米盆栽试验期间,运用碱吸收法采集土壤呼吸样品,转化成碳酸钡后,运用质谱法测定其δ13C值,以研究玉米生长和光合作用对土壤呼吸δ13C值的影响。结果表明,在玉米生长下,土壤呼吸的δ13C值随玉米生长时期而变化,变化在-14.57‰^-12.30‰之间,呈喇叭期>成熟期>开花期,而在裸土下,土壤呼吸的δ13C值在-19.34‰^-19.13‰之间,不随时间发生显著变化。开花期土壤呼吸δ13C值降低的主要原因是光合产物土壤输入的下降和根系活性的降低,成熟期玉米土壤呼吸δ13C值的增加主要是由于衰老死亡根系的分解腐烂。玉米生长下,无论开花期还是成熟期,白天土壤呼吸的δ13C值显著大于夜间;玉米植株遮光处理后,土壤呼吸的δ13C值显著降低。该试验结果证明玉米生长和光合作用显著影响土壤呼吸的δ13C值,在玉米生长期间,土壤呼吸主要来自于新近合成的光合产物。

天目山柳杉树轮δ^(13)C对华东地区降水序列的重建

对采自天目山的柳杉树轮进行交叉定年后 ,得到树轮的δ1 3C年序列。将δ1 3C年序列去除大气 CO2 的影响 ,保留其高频振荡部分。利用华东地区部分气象站的降水资料 ,通过主成份分析 ,分析了降水与树轮δ1 3C之间的关系。考虑滞后效应 ,利用回归方法重建了过去一百多年来的华东地区不同时段的降水序列 ,并分析其变化特征。

若尔盖盆地RM孔自生碳酸盐δ^(18)Ο、δ^(13)C记录所揭示的环境演化特征

利用湖泊自生碳酸盐δ１８Ο、δ１３Ｃ指标，研究了青藏高原东部边缘若尔盖盆地９０万年来的环境演化特征，划分了２３个气候阶段，并与黄土记录及深海记录进行了比较。结果显示，各记录９０万年来气候演化阶段及变化趋势具有较好的可比性，但环境特点也存在较大的差异。表明９０万年来若尔盖地区气候变化具有全球一致性的同时也存在有明显的区域特征。ＲＭ孔记录显示在２３、１７、１２等阶段暖而不湿，而１８、１６等阶段冷而不干，钻孔记录揭示的６阶段环境特征也是不同于其它任何记录。另外，在７００—４８０ｋａＢ．Ｐ．时段气候以冷湿暖干为主，明显不同于此时段前后各期的气候特征，也与黄土高原黄土—古土壤系列所揭示的冷干暖湿型气候格局形成鲜明的对照，显示了明显的区域特征。

中国典型城市垃圾填埋场甲烷δ^(13)C特征研究

城市垃圾填埋场是全球甲烷源中具有可削减意义的重要人为甲烷源。甲烷13C同位素特征是区域和全球甲烷源源强恒算的一个重要定量因子。研究测得中国阿苏卫垃圾填埋场甲烷δ13C特征值的一般范围为-54 9‰～-49 0‰,反映出了城市垃圾填埋场普遍的甲烷δ13C特征。研究表明,在排气系统方面与国外垃圾填埋场的结构差异和特定的场地条件,使阿苏卫垃圾填埋场排气系统和覆土层排放的甲烷都经历了相当程度的氧化,二者的甲烷δ13C特征值差异并不显著,普遍略重于国外相应研究结果,显示出较为显著的氧化特征。