东北地区典型土壤植硅体的迁移、保存规律及其古环境应用

发布时间：2017-12-14 18:34

  本文关键词：东北地区典型土壤植硅体的迁移、保存规律及其古环境应用

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【摘要】：古气候变化是科学界关注的热点问题之一,而植硅体作为古气候的有效代用指标之一,在古气候研究中的作用越来越凸显。但是,由于植硅体现代过程研究不足的限制,古气候信息解译的准确性受到严重影响。因此,本论文基于“现代表土植硅体-植被-气候”间的转化关系,通过系统开展东北地区139个样点,10类典型土壤中植硅体来源、迁移和保存等现代过程的研究,利用相关数理统计方法探索了典型土壤与地上植物群落植硅体间的数量关系和典型土壤植硅体的迁移规律;结合气候因素和土壤理化性质,厘清了典型土壤植硅体保存差异性机制;在此基础上,基于植硅体迁移、保存性校正了表土植硅体,构建了东北地区校正后的表土植硅体-降水转换函数,并初步定量重建了东北地区晚冰期以来的古降水序列。得到了以下主要结论:(1)东北地区典型土壤植硅体组合特征较为接近,均以短细胞植硅体、棒型和尖型为主,同时,植硅体-降水指数在温带地区典型土壤间均具有适用性,当干旱指数和水分胁迫指数分别大于0.45和0.24时,该区植被主要为草甸草原,为温带地区地层中该指数的应用提供了依据。但不同类型土壤间其植硅体组合和指数仍存在差异,这一结果弥补了单纯考虑不同植物群落下表土植硅体组合的差别在古气候重建中的不足。且地带性土壤植硅体的含量和植硅体-降水指数对年均降水量的响应更为敏感,说明了依据地带性土壤植硅体进行古气候重建的可靠性。(2)东北地区典型土壤与地上相应群落的植硅体组合间存在一定对应性,表土植硅体约保留了7.14%的地上现生植物信息,但不同类型土壤间所保留的植物信息量有所差别,暗棕壤、栗钙土和沼泽土中保留植物信息偏多,其他土壤类型则较少。同时,基于植硅体-植被指示性指数、相关系数和R值,土壤中不同类型植硅体的植被指示性和保存特征均明显不同,且同一类型植硅体的植被指示性和保存特征在不同类型土壤间也有所差别。此外,土壤植硅体的植被指示性受土壤中植硅体的保存性、群落植硅体产量等多因素的影响,土壤中植硅体越易于保存,其植被指示性也越强。该结果为基于植硅体重建古气候精度的提高提供了理论基础,也为硅的地球化学循环研究提供了数据支撑和新的研究思路。(3)依据相关植硅体迁移指数,东北地区自然土壤剖面中约有22%的植硅体发生了垂直迁移。同时,六类典型土壤间植硅体的垂向迁移量是不同的,黑钙土和栗钙土中植硅体的垂向运移最弱,暗棕壤和白浆土居中,黑土和冲积土最强,故针对不同类型土壤中植硅体的应用,应视情况具体分析,植硅体运移较小的土壤类型能够较客观、精确地用于重建古气候。且土壤中不同类型植硅体的垂向迁移量也不尽相同,植硅体的大小及长宽比对其垂向运移具有重要影响(长度30μm,长宽比2和长度20μm,长宽比2的植硅体类型的垂向迁移量要大于长度30μm,长宽比2的植硅体类型),但其影响程度却弱于年均降水量。(4)气候因素——年均降水量和土壤理化性质同时影响着土壤中植硅体的迁移和保存。在二者的综合作用下,典型土壤中植硅体的保存主要受控于年均降水量、土壤pH、土壤黏粒和土壤有机质。但不同类型植硅体保存的主要影响因素略有不同,其中,短细胞植硅体的保存主要依赖于土壤黏粒,棒型的保存主要受控于年均降水量、土壤pH和土壤黏粒,而块状的保存则显著受到年均降水量和土壤pH的影响。该结果对于陆地硅的生物化学循环乃至全球硅生物地球化学循环机制的研究具有重要意义,同时也可为古气候的恢复提供参考依据。(5)基于植硅体保存性校正后的表土植硅体组合特征能够更好地代表地上植物群落信息和气候变化。同时,依据校正后的表土植硅体-降水转换函数定量重建了长白山晚冰期以来的古降水序列,印证了全新世期间发生的若干次气候干旱事件,对气候事件的识别较为准确,并很好地表征了晚冰期以来东亚夏季风的演化。结合太阳辐射量和厄尔尼诺的频率变化,东亚夏季风总体上可能主要受控于太阳辐射,但高纬冰盖、冰川融水以及植被的正反馈作用对东亚夏季风也有重要的调控作用,且在晚全新世,其可能还受到ENSO现象的影响。
【学位授予单位】：东北师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：Q914

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本文编号：1288956