中国季风边缘区、青藏高原和新疆干旱区有机碳同位素现代过程研究

发布时间：2017-05-09 09:00

  本文关键词：中国季风边缘区、青藏高原和新疆干旱区有机碳同位素现代过程研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：按照每个采样点在一定空间(约1-2 km2)范围内,在不同植被类型和地貌部位等位置采集十余个样品,然后混合成一个样品的采样策略,对我国的内蒙古高原、黄土高原北缘、青藏高原和新疆干旱区的28°N至51°N之间的107个采样点进行了表土和食草动物粪便样品的采集,并从表土当中提取了植物残体样品。对这些表土样品进行了总有机碳(TOC)和总有机氮(TON)含量的测量,并分别对表土、植物残体和食草动物粪便样品进行了总有机质碳同位素(δ13C)的测量。此外,从植物残体样品以及食草动物粪便样品中提取了α-纤维素,并进行了α-纤维素(后文简称纤维素)碳同位素(δ13C)的测量。对这些分析测试所获取的数据以及采样点相应的气候数据(温度和降水量)进行了相应的分析,得到以下一些主要认识。研究区的表土、植物残体和食草动物粪便,三者的总有机质δ13C数据表明:该区域的植被主要以C3植物为主,C4植物占的比例并不大;研究地点的植被大致可分为两种类型,少部分样品点是C3/C4混合植被类型,大部分样品点可视为纯C3植被类型。上覆植被为C3/C4混合植被类型的样品点的总有机质δ13C数据与年均温之间具有比较显著的正相关关系,表明C4植物的相对丰度随着年均温的升高而增加;上覆植被为单一C3植物类型的总有机质δ13C数据与年均降水量之间具有比较显著的负相关关系,年均降水量每增加100 mm,表土和食草动物粪便总有机质δ13C值偏负约0.3‰。在中东亚区域和全球范围尺度上,通过对从文献当中收集的大量的植物和表土的总有机质δ13C数据的分析,其结果也表明:反映C4相对丰度变化的表土总有机质δ13C与年均温之间具有极显著的正相关关系,进一步说明了温度是影响C4植物相对丰度变化的主要气候因素;无论是现代C3植物还是单一C3植被类型下发育的土壤,其总有机质δ13C数据均随着降水量的增加而逐渐偏负。这说明我们研究区的结果,与中东亚和全球尺度得到的结果是一致的。对研究区的表土、植物残体和食草动物粪便的总有机质δ13C数据进行对比,结果表明:表土和植物残体之间的δ13C分馏幅度(Δ13Csoil-litter)值分为两种情况,一种是当表土总有机质δ13C总体相对偏正时,表土的总有机质δ13C相对植物残体更为偏负,原因可能与土壤中木质素的含量以及C4植物相对分解速率较快有关。已有研究结果表明,在黄土/古土壤序列当中,古土壤对应的间冰期往往C4植物相对丰度较高,但考虑到由于C4植物相对分解速率较快,从而可能导致黄土地层有机质δ13C有一定幅度的偏负,进而导致C4植物相对丰度有可能被低估,这是相关古气候研究需要慎重考虑的方面;另一种是当表土总有机质δ13C总体相对偏负时,表土的总有机质δ13C相对植物残体更为偏正,平均偏正约1.4‰,这与表土相对食草动物粪便的总有机质δ13C偏正的情况下,扣除动物粪便与植物之间的δ13C分馏影响之后,得到的表土相对来源植物的δ13C平均偏正1.5‰的结果基本一致。显然这种偏正与植物残体降解过程中的微生物的新陈代谢有关。通过不同植物类型的分析,得出降水量是影响这种分馏幅度变化的主要气候因素。降水量越多,表土相对于植物残体的总有机质δ13C偏正的幅度越小。这样一个潜在的应用是,在黄土/古土壤地层中,由于古土壤层和黄土层分别是不同的气候条件背景下发育形成的,古土壤层发育于气候更为湿润的时期,黄土层形成于气候更为干旱的时期,这样古土壤层和黄土层可能需要考虑使用不同的δ13C分馏幅度来重建过去C3/C4的相对丰度。对中东亚区域和全球的表土相对于来源植物的δ13C分馏幅度的分析,结果表明中东亚区域的Δ13Csoil-plant的平均值为1.8‰,全球的平均值为3.8‰,研究区的平均值1.4‰与中东亚区域的结果相差不大,也没有超出全球的平均结果。另外,沿不同纬度带的分析结果,表明气候(温度和降水量)不是影响中东亚区域和全球的Δ13Csoil-plant变化的主要因素。对研究区的植物残体和食草动物粪便的纤维素δ13C的分析结果表明,在C3/C4混合植被类型下,植物残体和食草动物粪便纤维素δ13C随着年均温的增加而逐渐偏正,这与表土、植物残体和食草动物粪便的总有机质δ13C的研究结果是一致的,同样说明了温度是影响C4植物相对丰度增加的主要气候因素;在纯C3植被类型的情况下,植物残体和食草动物粪便的纤维素δ13C随着年均降水量的增加而逐渐偏负,这与表土、植物残体和食草动物粪便的总有机质δ13C的研究结果一致。值得注意的是,植物残体的纤维素δ13C与气候因素之间的关系不显著,可能受到了其他因素的影响。我们的研究结果,可为在我国内陆地区,进一步开展与过去C3/C4相对丰度的变化以及相应的古植被,古环境,古气候变化相关的研究,提供多方面的现代过程研究结果的参照。本项研究所获得的相关样品,还可用于开展其他的相关研究,如所获得的植物残体和食草动物粪便样品的纤维素样品可用于氢/氧同位素的相关研究。本项研究所收集的全球尺度的大量的现代植物和表土总有机质δ13C数据,也可为其他的研究所分析和利用。
【关键词】：表土 植物残体 食草动物粪便 总有机质 纤维素 碳同位素
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P593
【目录】：

• 中文摘要3-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-22
• 1.1 有机碳同位素应用于古气候研究的原理及问题10-13
• 1.2 有机质碳同位素指标的气候指示意义研究进展13-16
• 1.3 植物残体降解过程中的碳同位素分馏幅度及主要影响因子问题16-19
• 1.4 植物纤维素碳同位素的研究进展19-20
• 1.5 硕士论文选题依据及主要的研究工作20-22
• 第二章 研究区区域概况、野外采样及实验室分析22-43
• 2.1 研究区自然地理概况22-26
• 2.1.1 地理位置22-24
• 2.1.2 土壤、植被与气候条件24-26
• 2.2 野外样品采集26-35
• 2.3 样品前处理和分析测试35-37
• 2.3.1 样品预处理35
• 2.3.2 表土样品前处理35-36
• 2.3.3 植物残体和食草动物粪便样品纤维素的提取36
• 2.3.4 TOC、TON和碳同位素的测量36-37
• 2.4 实验数据的质量分析37-43
• 第三章 中国季风边缘区、青藏高原和新疆干旱区总有机质碳同位素变化特征及其可能气候指示意义43-66
• 3.1 动物粪便样品碳同位素43-46
• 3.2 表土、植物残体和食草动物粪便总有机质碳同位素46-49
• 3.3 研究区总有机质碳同位素与气候条件之间的关系49-54
• 3.4 中东亚和全球总有机质碳同位素与气候条件之间的关系54-64
• 3.5 小结64-66
• 第四章 植物残体降解过程中的碳同位素变化特征及其主要影响因素66-90
• 4.1 研究区表土相对于植物残体和动物粪便的碳同位素变化特征66-70
• 4.2 研究区表土相对于植物残体和动物粪便的碳同位素变化的主要影响因素70-81
• 4.3 中东亚和全球表土相对于植物的碳同位素变化特征81-82
• 4.4 中东亚和全球表土相对于植物的碳同位素变化的主要影响因素82-88
• 4.5 表土相对于来源植物的碳同位素变化的意义88-90
• 第五章 中国季风边缘区、青藏高原和新疆干旱区纤维素碳同位素变化特征90-98
• 5.1 表土中植物残体和动物粪便纤维素碳同位素变化特征90-92
• 5.2 表土中植物残体和动物粪便纤维素碳同位素与气候条件之间的关系92-96
• 5.3 小结96-98
• 第六章 结论与展望98-101
• 6.1 初步结论98-100
• 6.2 展望100-101
• 参考文献101-109
• 在学期间的研究成果109-110
• 致谢110-111
• 附件 1111-114
• 附件 2114-156
• 附件 3156-199

  本文关键词：中国季风边缘区、青藏高原和新疆干旱区有机碳同位素现代过程研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：352168