阿拉善沙漠全新世钙质根管形成机制及其古环境指示意义:来自微观形态学证据

阿拉善沙漠腹地广泛分布着全新世时期的钙质根管。虽然已有研究将其应用于古环境重建工作,但对其形成机制尚缺乏明确认识并且存在较大的分歧,这些分歧限制了其在古环境重建中的应用,同时对钙质根管是否具有明确的古环境指示意义提出了需要进一步深入探讨的问题。对阿拉善沙漠32组全新世钙质根管进行了扫描电镜分析,观察了钙质根管中是否具有方解石结晶垫和钙化细丝等明确生物成因的微观结构。研究结果显示:全部32组样品中均发现了方解石结晶垫结构或钙化细丝结构,其中20组样品发现了方解石结晶垫结构; 19组样品发现了钙化细丝结构。证实了植物根系和根围微生物活动参与了该地区钙质根管的形成。阿拉善沙漠钙质根管的形成主要是由于土壤水分的季节性亏损,在蒸发作用的影响下,土壤中的次生碳酸盐在植物根系周围形成了管状的沉积,而非由地下水重结晶作用形成的。由于阿拉善沙漠钙质根管在形成过程中,不仅受到了土壤含水量以及蒸发量的影响,还受到植物根系和微生物作用的影响。因此,钙质根管中记录了区域古环境和古植被信息,是沙漠腹地古环境重建良好的信息载体。可从钙质根管中提取古环境信息,重建沙漠腹地古气候以及古植被的变化。但是对沙漠腹地湖泊周围的丘间洼地和局地滞水环境下形成的钙质根管,更多的指示了一种局地土壤水分环境而非区域古气候环境。本研究为沙漠地区古气候变化提供了新的重建材料和证据,并拓展了干旱区古气候和古环境变化的研究领域。

阿拉善沙漠植物钙质根管:形态特征、分类及其环境指示意义

在系统总结前人对植物钙质根管定义及形成机制的基础上,采用形态学方法对阿拉善沙漠26组不同形态的植物钙质根管进行了分类,初步统一了我国植物钙质根管的定义及其分类;通过统计阿拉善沙漠不同类型植物钙质根管在全新世的数量分布,探讨了其分布特征可能蕴含的古环境意义。结果表明,植物钙质根管是陆生植物形成的次生碳酸盐结壳,包括钙质根套、绕根结核、根模具、根导管和根状结核五种类型。其中钙质根套和绕根结核的形成受到植物生长及其根围微生物活动的影响,而根模具、根导管和根状结核的形成则不受上述作用的影响。据此将阿拉善沙漠植物钙质根管分为钙质根套和绕根结核两种类型。这两类植物钙质根管在不同时期的相对数量百分比能够指示植物钙质根管形成时期有效湿度的高低,绕根结核数量百分比较高能够指示较高的有效湿度,而钙质根套数量百分比较高则指示了较低的有效湿度。因此,从植物钙质根管中能够提取丰富的古环境信号,并将其运用于沙漠地区的古环境研究中。

腾格里沙漠东南缘三种植物钙质根管化学性质研究

干旱地区土壤具有独特的性质,其土壤剖面中的水盐运动变化也是如此,而植物钙质根管的形成就是水盐运移的结果.通过野外观测、采样,在腾格里沙漠东南缘随机采集了12组植物钙质根管以及不同坡位地表风积沙样品,测量上述样品的速效氮、速效钾、速效磷、Ca离子、有机质含量及pH值,以探究土壤水盐运移对植物钙质根管分布和形成的影响.结果显示:植物钙质根管的分布规律与不同坡位风积沙的化学性质差异无直接联系;三种植物钙质根管中钙质根套的化学性质最接近地表风积沙;植物钙质根管中速效磷、Ca离子和有机质含量明显高于风积沙样品,而速效氮含量、pH值与地表风积沙无明显差别.通过对比分析植物钙质根管的化学性质,发现植物钙质根管的形成可能指示了相对湿润的气候环境.

阿拉善高原沙漠地区植物钙质根管的矿物组成特征

在阿拉善高原地区,植物钙质根管的成因及其是否具有一定的环境指示意义,目前尚存在较大争论。分析该区域植物钙质根管的矿物组成,可以为植物钙质根管的成因提供新的证据解释。本文通过近5年的野外考察,先后采集了巴丹吉林沙漠、腾格里沙漠及乌兰布和沙漠腹地33组植物钙质根管和33个地表风积砂样品,通过X衍射的方法,分析了上述样品的矿物组成。结果显示:上述沙漠地区植物钙质根管和地表风积砂中矿物组成以硅酸盐矿物、氧化物和氢氧化物矿物、碳酸盐类矿物为主,没有明显的区域差异。其中碳酸盐类矿物均以方解石为主,较少含有其他盐类矿物,并且植物钙质根管中碳酸盐类矿物百分含量明显高于地表风积砂中碳酸盐类矿物的百分含量。因此,单纯的地下水重结晶作用无法解释本研究区内植物钙质根管中盐类矿物的组成以及碳酸盐类矿物的来源,并且在研究区内现代气候条件不利于植物根系的钙化和钙质根管的形成。植物钙质根管应是地质历史时期的产物,指示了相对湿润的气候条件。

腾格里沙漠植物钙质根管Sr／Ca比值揭示的全新世千年尺度有效湿度变化

在阿拉善高原广泛分布不同地质历史时期的植物钙质根管，探索从这些植物钙质根管中提取可靠的环境信号并进行古环境重建，是一项具有一定指示意义的工作。本文共采集了腾格里沙漠14组全新世植物钙质根管样品，在14C测年结果的基础上，通过x射线荧光光谱法对其进行元素测定，结果显示：8～5cal．kaB．P．阶段植物钙质根管中Sr／Ca比值较高；5～2cal．kaB．P．阶段时Sr／Ca比值较小。本文尝试用植物钙质根管中Sr／Ca比值的变化和植物钙质根管时间分布，重建该区域全新世千年尺度上的有效湿度变化：早全新世时期（8cal．kaB．P．之前）气候干旱，中全新世时期（8～5cal．kaB．P．）气候湿润，晚全新世时期（5～2cal．kaB．P．）气候由湿润转向干旱。上述重建结果与腾格里沙漠猪野泽地区以及毗邻的石羊河中游红水河地区的全新世千年尺度有效湿度变化重建结果基本一致，说明植物钙质根管中的Sr／Ca比值可以指示腾格里沙漠地区全新世千年尺度的有效湿度变化。因此，可以从植物钙质根管中提取可靠的古环境信号并将其应用于古环境重建研究中。