210PBex沉积通量突发增大对湖泊生产力的指示--以程海为例

210Pb沉积计年的基本假设是大气沉降并经由湖水转入沉积物的210Pbex通量稳定.当沉积速率相对稳定时,沉积物中210Pbex的比活度将随沉积年代呈指数衰减.湖泊水体中的210Pbex主要随有机微粒的沉降而进入沉积物.如果湖泊水体中有机质沉积通量出现突发增大时,则可能显著地增大210Pbex被清洗而转入沉积物的通量.这种突发性清洗效应,一方面显然不符合210Pb沉积计年的基本前提; 另一方面可能指示湖泊水体初级生产力的明显变化.根据云南程海近代沉积物210Pbex垂直剖面的特殊变化,对这一问题进行讨论.沉积物柱芯于1997年6月采自程海深水湖区.137Cs比活度垂直剖面呈现出3峰特征,给出了可靠的计年结果并显示出近几十年间沉积物堆积的稳定性.而210Pbex比活度垂直剖面呈现出特异的峰值分布,并与Corg垂直剖面相似.这一现象可能与制约210Pbex转入沉积物的机制有关.程海沉积物中Horg/Corg和Corg/Norg原子比平均值分别为5.51和7.04,表明其有机质主要源于内生藻类残骸.根据沉积物有机质"沉降-降解-堆积"的3阶段特征,模拟计算出1970年以来有机碳Corg的沉积通量(F(Corg)).不同年代210Pbex的沉积通量(F(210Pbex))与F(Corg)显示出很好的同步关系.特别是1972～1974年和1986～1989年的两个时段,二者同步增大.F(Corg)的变化导致F(210Pbex)的变化; F (210Pbex)的变化在一定程度上反映出湖泊生产力的历史变化.     

运用228Ra-NO-3法测定南沙海域的新生产力

运用MnO₂纤维富集-²²⁸Ac b计数法测定了南沙海域两个测站3个时间点水柱的²²⁸Ra比活度, 得其值介于0.38至 3.60 Bq×m^-3. 发现²²⁸Ra的分布能满足稳态条件. 采用一维稳态模型, 以²²⁸Ra-NO^- ₃法测得测站NS97-43, NS99-53(T₁)和NS99-53(T₂)的新生产力分别为4.4, 5.1和5.7 mmolC·m^-2·d^-1. 结合初级生产力的文献报道值, 计算得南沙海域的f比介于0.12~0.15.     

南沙海域表层水中210Po/210Pb不平衡及其海洋学意义

对南沙海域表层水中溶解态(<0.45 mm)和颗粒态(>0.45 mm)²¹⁰Po和²¹⁰Pb进行了研究. 结果表明, 南沙海域表层水中溶解态和颗粒态²¹⁰Po平均比活度分别为0.61 Bq/m³(n = 24)和0.43 Bq/m³ (n = 23). 溶解态和颗粒态²¹⁰Pb 平均比活度分别为1.66 Bq/m³ (n = 24)和0.23 Bq/m³(n = 23). 颗粒态²¹⁰Pb比活度约占总²¹⁰Pb比活度的12%, 与开阔大洋相应值吻合; 而颗粒态²¹⁰Po占总²¹⁰Po的比例约40%, 明显高于开阔大洋和富营养海域. 根据稳态不可逆模型得到总²¹⁰Po和²¹⁰Pb的停留时间分别为0.82 和1.16 a. 清除过程中²¹⁰Po和²¹⁰Pb的平均分馏因子由清除速率常数法和固-液分配系数法计算分别为5.42和6.69, 揭示了²¹⁰Po和²¹⁰Pb从溶解相清除至颗粒相的过程中发生了明显的分馏. 进一步的研究证明了南沙海域²¹⁰Po和²¹⁰Pb的分馏主要由微生物控制, 与富营养海域的分馏机制不同: 在富营养海域, 浮游植物颗粒和粪粒充当²¹⁰Po和²¹⁰Pb清除和迁出过程的主要载体, ²¹⁰Po和²¹⁰Pb的分馏主要发生于浮游植物颗粒和粪粒对两核素的清除过程; 在寡营养南沙海域, 由于浮游植物颗粒和粪粒的相对贫乏, 使微生物对²¹⁰Po的清除作用相对突出, 并在此过程中使²¹⁰Po和²¹⁰Pb产生明显的分馏效应. 这与寡营养的马尾藻海的研究结果极为相似, 进一步证实寡营养海域和富营养海域²¹⁰Po生物地球化学行为和循环路径的差异. 这表明²¹⁰Po可能是研究与微生物有关的海洋学过程, 尤其是研究硫族元素(S, Se, Te和Po)生物地球化学循环的有用示踪剂.     

高寒草甸土壤有机碳储量和CO2通量

选择青藏高原东北隅海北站区的4种高寒草甸土壤进行高分辨率采样, 测定土壤有机碳及其¹⁴C信号; 应用¹⁴C示踪技术探讨高寒草甸土壤有机碳更新周期和CO₂通量. 研究得出海北站高寒草甸生态系统土壤有机碳储量在22.12´104 ~30.75´10⁴ kgC·hm^-2之间, 平均为26.86´10⁴ kgC·hm^-2. 高寒草甸土壤有机碳的更新周期从表层的45~73 a随深度增加到数百年甚至数千年或更长. 高寒草甸生态系统土壤呼吸的CO₂通量变化于103.24~254.93 gC·m^-2·a^-1之间, 平均为191.23 gC·m^-2·a^-1. 土壤有机质分解产生的CO2通量变化于73.3 ~181 gC·m^-2·a^-1之间. 矮嵩草草甸土壤30%以上的有机碳贮存在土壤表层(0~10 cm)的活动碳库中, 土壤有机质更新产生的CO₂占整个剖面有机质更新产生的CO₂通量的72.8%~81.23%. 响应于全球变暖, 青藏高原高寒草甸生态系统土壤有机碳的储量、流量、归宿变化等问题有待进一步研究.     

青藏高原中部全新世气候变化的湖泊沉积地球化学记录

通过青藏高原中部兹格塘错湖泊沉积物总碳(TC)、总有机碳(TOC)、总氮(TN)、总硫(TS)、氢指数(HI)、氧指数(OI)和有机质的碳同位素(δ¹³C_org)等多项指标的综合分析, 在判断沉积物中有机质来源的基础上, 根据各指标的变化特征阐明了各自的气候指示意义, 建立了兹格塘错全新世以来的古气候演化序列. 10100 cal a BP兹格塘错地区进入全新世, 全新世早中期为暖湿气候特征, 在8600~8400和7400~7000 cal a BP发生两次强烈冷事件; 中晚全新世以来气候变冷变干. 这一气候演化过程与其邻近的错鄂的研究结果相近, 代表了青藏高原中部全新世的气候演化特点. 青藏高原中部全新世气候变化主要受太阳辐射控制.     

北冰洋考察区海-气CO2的分布特征和通量研究

利用中国首次北极科学考察中走航观测所获得的北冰洋考察区海-气CO₂分压及相关资料, 分析研究了考察区夏季大气和表层海水中CO₂分压的分布特征, 首次用实测的海-气CO₂资料于多种方法估算了考察区夏季海-气CO₂的通量. 结果表明考察区夏季大气中CO₂分压(Pa)的测值范围在(352~370)×10-6 CO₂·Air-1(单位下同)之间, 平均为358, 平面上具有波因特来的北部海域较高, 其余海域分布较均匀的分布特征; 夏季表层海水中CO₂分压(Pw)测值在98~580之间, 极值之差竟达472, 平均值为242, 比相应的分压(Pa)低116, 呈现西低东高、北低南高的平面分布特征, 并与研究区浮游生物、冰况、水温和环流状况有密切关系. 估算结果表明, 各种计算方法所估算出的碳通量F的平面分布趋势相似, 除考察区东部海域为大气CO₂的弱源区外, 大部分海域都为大气CO2的汇区或强汇区, 但它们的值却有较大差异, 平均值在6.57(Liss法)至26.32 mg CO₂·m^-2·h^-1(¹⁴C法)之间, 最大与最小值之间相差约4倍, 大约分别是全球平均值的2~10倍; 若以Wannikhof系数估算, 本海域的平均碳通量则是Takahashi, Feely等人在本海域模拟估算值的2倍左右.     

40Ar/39Ar年代学国际国内标样的对比标定

对四个⁴⁰Ar/³⁹Ar年龄测定中常用的国际标样Ga1550, MMhb-1, Lp-6, Bern 4M (以Ga1550为基准样)和一个国内标样BT-1(以Lp-6为基准样)进行了对比标定. 不同样量的重复测定论证了MMhb-1样品的不均匀性, 得到了该样品的年龄平均值为519.8 Ma; Bern 4M 和Lp-6的测定结果表明它们具有稳定的⁴⁰Ar^*/³⁹Ar_k(F值), 所得的年龄结果接近它们的K-Ar年龄值: Lp-6 = 127.7 Ma; Bern 4M = 18.2 Ma; BT-1的年龄谱、Ca/K和Cl/K谱以及反等时线的分析表明, 这一样品的化学相均匀稳定, 样品封闭良好, 初始Ar组成接近大气值, 年龄值重复性好且稳定, 它的全熔年龄、阶段升温总气体年龄、坪年龄和反等时线年龄在误差(2σ)范围内无差别, 本研究推荐28.7 Ma为BT-1的标定值. 讨论了北京49-2原子能反应堆的中子通量变化情况, 结果表明该反应堆中子通量梯度变化大且不稳定, 须较多的标准样进行监测; 测定了该反应堆³⁷Ar_Ca和³⁹Ar_K的产率比系数(Ca/K转化系数)为1.78, 该值不同于以前报道的2.0, 这可能和后期49-2反应堆的改造有关.     

210Pb和137Cs定年技术在湖泊沉积物中的应用与问题

湖泊沉积记录研究对了解流域侵蚀、揭示区域气候环境变化及人类活动影响、建立外生地球化学循环模式等均具有重要意义.放射性同位素~(210)Pb和~(137)Cs组合定年法是百年尺度湖泊沉积记录研究的首选方法,在过去几十年中得到了广泛应用,大力推动了湖泊沉积记录的高分辨率气候环境变化研究的开展.然而,如何理解和选择适用的计算模式来尽可能地提高定年准确度目前仍存在争议,这在一定程度上限制了该方法的应用.鉴于上述问题,本文基于本实验室近年来从青藏高原获取的若干支代表性湖芯的定年结果,从样品前处理、仪器及测试、数据分析及计算等全过程对~(210)Pb、~(137)Cs定年原理和方法进行了较为系统的阐述;在此基础上,提出了~(210)Pb定年样品封装原则,探讨了高纯锗γ谱仪在放射性活度测量中的影响因素,并建立了准确有效的比活度校正方法;明确指出了恒定初始浓度模式(constant initial concentration,CIC)可用于计算沉积物每层的年龄,而不是部分研究中认为的平均沉积速率,这对于深刻理解该定年模式并提供准确的定年结果具有重要的参考意义.同时,通过对比两种放射性核素的分布特征发现,相对于~(210)Pb而言,~(137)Cs更容易发生垂向迁移进而影响其时标准确性,这需引起研究者的充分重视,因此,当二者定年结果出现明显差异时,建议以~(210)Pb定年结果为准.     

海洋沉积磷的减少与冰期大气CO2降低的联系

从南海北部陆坡沉积物中提取的有关磷的环境与生物地球化学信息显示, 陆源磷对海洋的供应量是基本恒定的, 不同深度磷含量的变化是受气候和环境变化影响的结果. 根据沉积物中磷与碳酸钙、Cd含量随深度变化的趋势相反, 以及通过化学平衡计算得到的海水中CO₂与PO₄^3&#8722;的消长关系, 表明了海洋沉积磷的积累与大气CO₂的变化相关联, 沉积磷的积累量减少和碳酸钙含量增加, 可能是导致冰期大气CO₂浓度降低的一个关键性因素.     

应用137Cs示踪技术破译黄土丘陵区小流域坝库沉积赋存的产沙记录

根据 泥沙的¹³⁷Cs和粘粒含量变化，厚28.12 m的云台山沟坝库沉积剖面，区分出44次洪水沉积旋迴。剖面中部旋迴27的¹³⁷Cs含量最高，加权平均值12.65 Bq&;#8729;kg^-1，为1963年沉积；向上、向下¹³⁷Cs含量逐渐降低，次顶部旋迴2.15Bq&;#8729;kg^-1，底部旋迴0.92Bq&;#8729;kg^-1。通过坝库修建、运行历史，旋迴泥沙¹³⁷Cs含量的变化，次洪水产沙量和降水资料的对比分析，确定了这些洪水沉积旋迴的对应暴雨。云台山沟1960－70年期间，共发生产沙洪水44次，产沙2.36×10⁶m³。年产沙次数1－10次不等，1961－1964年为多雨年份，秋季降水多，年产沙洪水7-10次；1960、1965－1969和1970年为少雨年份，每年仅1－3次洪水。年均产沙模数1.29×10⁴t&;#8226;km-2&;#8729;a^-1，略高于甘谷驿水文站以上延河上游的同期产沙模数1.11×10⁴t&;#8226;km^-2&;#8729;a^-1，略低于相邻的安塞纸坊沟1980年前的实测产沙模数1.40×10⁴t&;#8226;km^-2&;#8729;a^-1 。年产沙模数和汛期降水量（6～9月）相关较好。     

干旱区湖泊沉积物中过剩210Pb的沉积特征与风沙活动初探

过剩~(210)Pb不仅是沉积物年龄测定的重要手段,而且是环境示踪的一种主要方法,干旱区湖泊主要为封闭湖泊,其沉积物所接受的过剩~(210)pb沉积在大气沉降背景外,主要受风沙侵蚀来源的影响.因此,较高的过剩~(210)Pb沉积通量有可能与区域风沙活动有关.本文在对比分析近几年来发表在各期刊中的湖泊~(210)Pb数据的基础上,计算各个湖泊多年平均过剩~(210)Pb的沉积通量并与大气过剩~(210)Pb沉降背景比较,从而初步确定中国北方干旱区风沙活动的可能区域.然后对所确定的典型风沙多发区,利用过剩~(210)Pb模式(PF-CRS)计算沉积物沉积速率,并与相应区域的"尘暴"记录对比,进而论证该方法在指示风沙活动方面的可靠程度.     

白令海盆pCO2分布特征及其对北极碳汇的影响

利用中国首次北极科学考察期间所观测到的白令海及楚克奇海表层海水CO₂分压(pCO₂)的变化及其异常, 研究了白令海盆pCO₂的分布特征及与周围水文环流的相关关系. 结果表明, 与具有高生产力的白令海陆架区不同, 在白令海盆观测区内, 叶绿素整体水平较低, 生物作用不是pCO₂空间分布的主要调控因子, 而水文环流要素呈现出重要影响, 是典型的高营养盐低叶绿素(HNLC)海区. 研究表明, 白令陆坡流(Bering Slope Current; 后变性为阿纳德尔流, Anadyr Current)对白令海盆pCO₂空间分布也产生了重要影响. 从HNLC的白令海盆流过来的白令海亚北极水, 将补充西北冰洋夏季几乎耗尽的表层营养盐, 有利于浮游植物的生长, 增强对大气CO₂的吸收能力, 形成有机碳汇; 另一方面, 注入白令海的淡水来源的无机碳在白令海没有向深海输出, 多数会通过阿拉斯加沿岸流注入北冰洋, 形成一个重要的无机碳汇, 这两大碳汇都在北极对全球变化的响应中起着十分重要的反馈作用.     

内蒙古半干旱草原CO2排放通量日变化特征及环境因子的贡献

利用静态暗箱法对内蒙古半干旱羊草草原2001~2002年不同物候期原状群落与土壤呼吸通量日变化进行了野外定位试验研究, 并就水热因子(气温、表层地温、土壤表层含水量)及生态因子(地上活体现存量、地下生物量、凋落物现存量)对原状群落和土壤呼吸通量日变化规律及日呼吸量差异的贡献进行了相应的统计分析. 结果表明: 原状群落和土壤呼吸具有明显的日变化规律, 不同物候期呼吸通量的日变化模式基本相同, 环境因子的变化通常只对CO₂排放强度产生影响, 而对草地CO₂排放通量的日变化模式影响较小; 整个羊草草原在不同物候期原状群落日呼吸总量的变化范围为1.34~10.13 g·m^&#8722;2, 土壤日呼吸总量的变化范围为0.98~5.17 g·m^&#8722;2; 原状群落呼吸和土壤呼吸通量的日变化均与气温及地表温度显著相关(p<0.05)或极显著相关(p<0.01), 而与表层5 cm以及10 cm土壤温度相关性较弱; 多元回归分析表明, 不同物候期原状群落日呼吸量的差异约80%是由地上活体现存量的差异引起的, 其余各因子的变化能够共同解释原状群落日呼吸量变化的20%左右; 而不同物候期土壤日呼吸量的变异约有83%左右是由0~20 cm地下生物量的变化引起的, 此外, 表层土壤含水量也是影响羊草草原土壤日呼吸量变异的重要环境因子, 但其与土壤日呼吸量的偏相关系数未达到0.05的显著性水平.     

近10 a中国对流层NO2的变化趋势、时空分布特征及其来源解析

利用卫星遥感资料, 分析了1997~2006年中国对流层NO₂的变化趋势和时空分布特征以及来源解析. 研究发现中国近10 a来对流层NO2垂直柱密度具有明显的增长趋势. 东部地区近10 a的NO₂垂直柱密度平均值(9.3×10¹⁵ molec/cm2)是西部地区(0.6×10¹⁵ molec/cm₂)的15倍, NO₂污染最严重的地区主要集中在京津冀、长江三角洲、珠江三角洲以及四川盆地等人口聚居和工业发达的地区, 与人口的分布有密切的关系. 由于气象因素、人居和自然环境等因素的差异, 东部和西部地区对流层NO₂浓度季节变化具有明显不同的特征, 东部地区在冬季浓度最高, 而西部地区在夏季达到极大值. 还分析了几个典型的超大城市对流层NO₂垂直柱密度变化趋势, 上海以每年~20%的增长速率呈线性上升趋势, 增长率最高. 卫星遥感同地面实测资料的比较和验证表明, 大城市对流层NO₂垂直柱密度与近地面的NO₂浓度呈现一致的变化趋势, 且与机动车保有量的变化有显著的相关性, 表明剧烈的人为工业和经济活动对对流层NO₂的来源有重要的贡献.     

东太平洋沉积物中粘土组分的REEs和εNd: 粘土来源的证据

对东太平洋中国多金属结核调查区表层非钙质沉积物中的粘土组分进行了粘土矿物、稀土元素(REEs)及钕(Nd)同位素测定. 结果表明, M/I(蒙脱石/伊利石比值)、ΣREE(稀土总量)、LREE/HREE (轻重稀土比值)及δ Ce(铈异常值)能够有效指示粘土矿物的成因. 当粘土组分的M/I>1, δ Ce<0.85, ΣREE> 400 μg/g, LREE/HREE≈4, REEs配分模式与深海沉积物相似时, 表明粘土组分中含有较多的自生蒙脱石, 为陆源-自生混成粘土组分; 当粘土组分M/I<1, δCe = 0.86~1.5, ΣREE = 200~350 mg/g, LREE/HREE≈6, REEs配分模式与中国大陆黄土相似时, 为陆源粘土组分. 粘土组分的ε_Nd值(或¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd比值)能够示踪陆源粘土矿物的源区. 根据ε_Nd值将粘土组分分为4种类型:Ⅰ型粘土组分, ε_Nd = &#8722;8~&#8722;6, 陆源粘土矿物主要来自北美河流物质;Ⅱ型粘土组分, ε_Nd = &#8722;9~&#8722;7, 陆源粘土矿物主要来自东亚大陆和北美河流沉积; Ⅲ型粘土组分, ε_Nd=&#8722;6~&#8722;3, 陆源粘土矿物来自中东太平洋火山岛屿和东亚大陆; Ⅳ型陆源粘土, ε_Nd=&#8722;13~&#8722;12, 陆源粘土矿物来自东亚大陆来源的风成物质. 陆源-自生混成粘土组分呈斑点状分布, 反映了东太平洋板块内存在火山或热点活动. 陆源粘土组分大面积分布, 表明东太平洋海底粘土矿物主要来自陆源.     

重庆新崖洞XY2石笋δ18O记录的57~70 ka BP古气候变化及其对D-O和H事件的反映

重庆新崖洞XY2石笋57~70 ka BP之间的高分辨率δ¹⁸O记录在相当于冰芯记录中的D-O 18暖事件时期, 复现了冰芯记录中的“缓慢变冷, 快速变暖”的气候转换特征. δ¹⁸O在59和64 ka BP分别有极小值, 反映气候相对暖湿, 夏季风较强; 而在60 ka BP有极大值, 夏季风较弱. 它们分别对应于北半球高纬度记录中的Dansgaard-Oeschger(D-O)17至18暖事件以及Heinrich 6(H6)冷事件. 这与葫芦洞(Hulu)MSL石笋的记录相当一致, 但是两者与董歌洞(Dongge)D4石笋的记录差异较大. 这说明石笋δ¹⁸O记录在反映夏季风变化时, 空间上既有相似之处, 又有明显差别. 要取得中国东部夏季风变化的整个格局, 多地点多记录的研究工作是十分必要的. 此外与深海氧同位素记录不同的是, 高分辨率石笋δ¹⁸O记录均显示在MOIS4的最冷时期(64~65 ka BP)中国东部地区的气候对应于D-O18暖事件, 说明海陆相的气候变化是有差异的.     

红松和长白松针叶暗呼吸对连续4个生长季高浓度CO2处理的响应

以开顶箱法研究了高浓度CO₂对长白山两种针叶树—红松和长白松针叶暗呼吸作用的长期影响. 对两个树种连续4个生长季进行700和500 μmol·mol^{-1 CO₂处理, 同时设接受大气CO₂浓度(约350 μmol·mol-1 CO₂)的开顶箱为对照, 在CO₂处理的第2, 3和4个生长季分别测定了针叶的暗呼吸速率. 结果表明: CO₂处理的第2个生长季, 高浓度CO₂下红松和长白松针叶暗呼吸速率增加, 可能与碳氮含量变化有关; CO₂处理的第3个生长季, 高浓度CO₂条件下生长的红松针叶暗呼吸速率增加, 长白松针叶的暗呼吸速率下降, 两树种呈不同响应主要与植株的生长速率不同有关; CO₂处理的第4个生长季, 红松和长白松针叶的暗呼吸速率均受高浓度CO₂抑制. 第3个生长季通过改变测量CO₂浓度, 发现高浓度CO₂对长白松针叶暗呼吸作用的短期效应与长期效应呈现一致性, 红松不完全相同. 红松和长白松针叶的暗呼吸作用对高浓度CO₂的响应与CO₂处理时间及植株个体的生长发育阶段有关, 暗呼吸速率的变化是CO₂直接作用与长期驯化共同作用的结果, 不能用短期的测定结果预测针叶暗呼吸对高浓度CO₂响应的长期效应.}     

蓝藻水华对羽摇蚊(Chironomus plumosus)幼虫N2O排放通量的影响

底栖动物是湖泊生态环境的重要组成部分,在泥水界面氮循环中扮演着重要的作用,是一个潜在的N_2O排放源,但其在富营养化湖泊中N_2O排放机制还不清楚.通过室内微宇宙实验,采用气相色谱和现代分子生物学相结合的技术,研究蓝藻存在时底栖动物摇蚊幼虫排放N_2O特征及其内在生物学机制.结果显示底栖动物羽摇蚊幼虫(Chironomus plumosus)肠道是N_2O排放的主要场所,约占活体释放通量的77%.蓝藻存在时羽摇蚊幼虫的N_2O排放通量减少60%左右,肠道内细菌多样性明显下降,肠道中β-变形菌相对丰度增加21%,δ-变形菌相对丰度减少62%,从而改变肠道内细菌群落结构;同时肠道内nir S基因多样性显著增加,出现较多的nir S型反硝化菌的表型,硝酸盐的还原作用得到增强.研究结果有助于揭示富营养化湖泊底栖动物摇蚊幼虫的环境效应,丰富湖泊氮素生物地球化学循环的新过程.