黄河下游叶蜡正构烷烃的物源指示意义

黄河作为输沙量和有机碳输送通量最大的河流之一,在区域生物地球化学及全球碳循环过程中发挥了至关重要的作用.目前,关于黄河总颗粒有机碳的通量、组成、来源及其季节变化已开展了大量研究,但针对不同时空尺度上分子生物标志物的研究仍然较少.本文重点研究了黄河下游不同季节(汛期、非汛期),不同类型载体中叶蜡正构烷烃的分子组成及氢同位素比值.结果表明:岸边表土中叶蜡正构烷烃的分子指标反映了其上覆植被的输入;汛期悬浮物的正构烷烃分子指标体现出黄土高原不同地质时期土壤的混合特征,而受水动力条件影响,非汛期悬浮物表现出相应的季节性差异;另外,考虑气候因素影响,利用正构烷烃氢同位素对汛期悬浮物中单子叶植物的输入进行了半定量化估算.本研究一定程度上为黄河有机质的物源研究中叶蜡指标的应用提供了新的见解.

植物亲缘关系影响植物叶蜡正构烷烃的含量和分布特征

沉积物中的长链正构烷烃主要来自陆生高等植物叶蜡,在古环境重建中有着广泛应用。植物叶蜡正构烷烃的含量和分布特征受植物遗传因素控制。尽管前人对遗传因素的影响有报道,但还没有学者从植物系统进化发育学的角度来揭示植物的亲缘关系对植物叶蜡正构烷烃含量和分布特征的影响。为此,本研究选择了气候差异显著的北京东灵山(温带半湿润气候)和宁夏沙坡头(温带干旱气候)作为植物样品采集地点,于2004~2019年每年9月中旬进行样品采集,通过超声提取法分离植物叶片的叶蜡正构烷烃并进行测定。结果显示,两个地区相同科的植物主峰碳(C_(max))分布相似,叶蜡正构烷烃总量(Σalk)和碳优势指数(CPI)存在显著性差异(p<0.05),东灵山Σalk和CPI的平均值分别是393μg/g和12,沙坡头是952μg/g和15。两个地区的平均碳链长度(ACL)没有显著性差异(p>0.05),东灵山的ACL是29.4,沙坡头是29.6。本研究还发现东灵山和沙坡头地区都存在着不同科植物之间的叶蜡正构烷烃含量和分布特征具有显著差异,同一科不同属植物间差异相对较小,同一属不同种植物之间基本一致的规律,表明植物正构烷烃在植物间的分布基本上符合生态位保守理论,即亲缘关系越近的植物其叶蜡正构烷烃分布特征越相似,呈现出较强的系统发育保守性。由于两个地区都存在这样的规律,说明该规律不会受到局地气候环境的影响,具有普适性的意义。这在古环境重建中的意义是,当利用沉积物正构烷烃信号重建古环境时,除了考虑气候变化对植物叶蜡正构烷烃的直接影响,也应考虑气候变化会导致植物种类发生变化,从而改变正构烷烃含量和分布特征,最终影响沉积物中的正构烷烃信号。另外,沉积物正构烷烃信号与其他指标,如孢粉相结合,有可能提供植物群落结构变化的准确信息。

全球尺度海拔高度对陆地高等植物的叶蜡正构烷烃δD值的影响初探

野外研究表明叶蜡δD_(n-alkane)值可以作为古高度重建的代用指标.然而,由于缺乏全球范围叶蜡δD_(n-alkane)值对高度的分析,限制了全球范围内叶蜡δD_(n-alkane)值作为古高度重建代用指标的可靠性.基于全球植物叶蜡δD_(n-alkane)值的数据库,分析了陆生高等植物叶蜡δD_(n-alkane)值随海拔高度的变化.叶蜡δD_(n-alkane)值随高度增加而下降的趋势对应于降水δD(δDprec)值随高度的变化,表明叶蜡δD_(n-alkane)值可以有效记录δDprec值的变化.当消除纬度效应时,全部植物叶蜡δD_(n-alkane)-高度的递减率为(-1.01±0.10)‰(100m)^(-1),而双子叶植物和单子叶植物分别为(-1.03±0.13)‰(100m)-1和(-0.47±0.13)‰(100m)^(-1).我们的研究证实了利用叶蜡δD_(n-alkane)值获取全球古高度变化的指标是可靠的,全球叶蜡δD_(n-alkane)-高度的整体递减率为叶蜡未调查区域提供了古高度重建的一种选择.

珠江流域20世纪环境变化的叶蜡正构烷烃δ^(13)C沉积记录

分析了珠江口外两个短沉积柱状样的叶蜡正构烷烃单体稳定碳同位素组成(δ^(13)C),讨论了它在揭示年代际尺度上流域环境变化的能力.长链正构烷烃主峰为C_(29)或C_(31),且表现出明显的奇数碳优势,说明这些烷烃主要来自维管束植物的叶蜡.所有的沉积样品中,C_(29)和C_(31)正构烷烃的δ^(13)C值在-28.8‰-31.2‰变化,这与珠江流域以C_3植物为主的陆地生态系统相吻合.两个沉积柱的δ^(13)C时间变化序列是相似的.从20世纪初期到70年代末这段时间都呈现出一个持续减小的趋势.但在随后的大约15年时间里,δ^(13)C值趋势反转,开始不断增大.在校正了大气CO_2浓度上升和δ^(13)Catm下降所带来的影响后,δ^(13)C_(29)记录基本上仍保留了上述变化规律,但在80年代δ^(13)C值的上升趋势表现得更加明显.通过与实测资料比较,我们认为,1980年之前δ^(13)C校正值的轻微减小趋势应该和珠江流域降水量的增加有关,之后的δ^(13)C值上升则很可能是受干旱气候条件以及人为森林砍伐的影响.因此,我们的结果表明,埋藏于珠江口外沉积物中的叶蜡正构烷烃可以很好地反映该流域在过去一个世纪里的气候变化和人类活动情况.

黄土高原中部7-2Ma期间古植被变化的分子化石证据--以赵家川剖面为例

植物叶蜡正构烷烃组分能够在地质体中长久保存,并记录历史时期植被变化的信息。本研究通过对黄土高原中部董志塬西峰地区赵家川剖面古土壤中正构烷烃组分的分析,讨论7～2Ma期间黄土高原植被变化的植物叶蜡组分变化特征及其对气候变化的响应。结果表明:从7.0Ma至3.4Ma,正构烷烃C31/C27和C31/C29比值处于相对低值的波动范围,范围分别为0.5～1.9和0.6～1.3,表明该时期以木本植物占优势的生态格局;在3.4Ma前后,古土壤中保存的古植被叶蜡正构烷烃组分的C31/C27和C31/C29比值有一个明显的增加,分别从0.8变化到2.9,从0.7变化至1.6,即古生态系统中草本植物的相对比例突然增加;从3.4Ma至2.0Ma,正构烷烃C31/C27和C31/C29比值处于相对高值的波动范围,范围分别为1.7～3.3和1.1～1.6,指示该时期木本植物减少,草本植物增加的生态格局。我们推测这个生态系统的变化可能响应晚新生代3.5Ma左右的中国内陆干旱化,并形成了自此以后黄土高原塬面以草原或森林草原为主的自然生态格局。

青藏高原东缘表土正构烷烃δD高度效应及其分馏值的高程变化

稳定同位素高度计极大地促进了全球较大山体隆升历史的研究,然而,古土壤氢氧同位素古高度计获得的古高度结果一般比通过古生物化石获得的要高得多.因此,需要在不同地区深入评估其现代高度关系及其影响因素,借此探讨稳定同位素古高度重建方法的校正.本研究测定了青藏高原东部东亚季风区龙门山29个表土叶蜡正构烷烃氢同位素值(δD_(wax))、22个土壤水氢同位素值(δD_(sw)),以及贡嘎山47个河水氢同位素值(δD_(rw))、55个泉水的氢同位素值(δD_(springw))和2个水文观测站的夏季降水氢同位素值(δD_(p)).龙门山断面表土δD_(wax)值分布在.160~.219‰(其δD_(wax)高程递减率为.18‰km.1(R2=0.83;p<0.0001;n=29),比贡嘎山断面整体上偏正约40‰.气候和水汽来源的区域差异性可能导致了两个地区δD_(rw)值、表土δD_(wax)和ε_(wax)/p值的不同.另外,本研究发现两个断面表土δD_(wax)相对δD_(rw)、δD_(p)和δD_(sw)的分馏值(ε_(wax)/_(rw)、ε_(wax)/p和ε_(wax)/_(sw))整体上随海拔高度的升高而增加(两个断面分别高达34‰和50‰).通过这两个高程断面的表土δD_(wax)、δD_(p)、δD_(rw)(δD_(springw))和δD_(sw)的对比研究,讨论了水汽再循环、冰川融水、蒸散发、植被类型、纬度和山形等因素对ε_(wax)/p值随高程变化的综合影响.因此,在估算高海拔处的古高度时,如果仍然参考有些低海拔处估算的植物的ε_(wax)/p值,那么,以此推导的古降水δD_(p)偏负于实际值,因而高估古高度.

叶蜡单体氢同位素古高程计研究进展

高等植物类脂物广泛分布于土壤、河流和湖泊沉积物中,正构烷烃是植物类脂物的重要组成部分。高等陆生植物叶蜡正构烷烃具有较长的链长(nC_(27)-nC_(33))以及明显的奇偶优势(CPI>5),其氢同位素组成在一定程度上反映了大气降水的同位素特征,对古高程重建具有重要的指示意义。不同地区的现代土壤正构烷烃氢同位素随高程的递减率有所不同,说明地区性的校正是必要的。蒸散富集作用和生物合成作用过程也会影响正构烷烃氢同位素值。在利用长链正构烷烃重建古高程时,需结合古气候、古纬度、古植被等多方面资料综合分析。