13万年以来洛川黄土剖面中营养元素的分布及演化规律

洛川剖面以其厚度大，沉积连续，并完整地记录了第四纪以来陆相环境、气候变化的信息而举世闻名，是陆相沉积序列中研究最为成熟的黄土剖面，被定为国际标准的黄土剖面。学者们对黄土剖面经过多年的研究，获得了许多宝贵的成果，例如，磁化率、粒度、地球化学等指标的建立，黄土物质来源问题的探讨，东亚季风变迁的研究，及大气环流模型的建立等等。这些成果在解释全球性尺度上的古气候变化以及在预测未来气候变化趋势上具有重要的理论指导意义。上述成果着重从物理和化学的角度来展开研究的，而如何从生物地球化学的角度来研究局部的气候环境变化及其对全球变化的响应问题，以便更好地弄清楚气候变化的机制、周期性及影响因素，预测未来气候的变化，科学防治环境污染，合理利用自然环境，促进人类社会进步呢。这是目前黄土研究中较薄弱的地方。因此，本文在前人工作的基础上，首次将营养元素的概念较系统地引入到黄土古气候的研究中来，初步讨论了营养元素（C，N，P，K）在洛川黄土剖面中的分布和演化规律，获得了如下凡点新的认识：1．13万年来洛川黄土剖面中有机碳的含量在0.14％-0.54％之间变化，平均含量为0.26％。在时间上，有机碳高一低值的变化特征对应不同的气候时期。干冷气候条件下形成的黄土L1有较低的有机碳含量，湿热气候条件下发育的古土壤有较高的有”机碳含量。在马兰黄土中，间冰阶形成的L1SS1中有机碳含量高于始冰阶和盛冰阶形成的L1LL1、L1LL2中的有机碳含量，表现出低的有机碳含量对应于冷期，高的有机碳含量对应于暖期。有机碳的这种变化特征，与磁化率的变化趋势一致，在一定程度上反映了不同时期植被的发育程度。通过洛川剖面（109°25′E，35°45·N）与段家坡剖面（109°12′E，34°25′N）有机碳的对比可知，在空间上，从黄土高原的西北到东南，同一时期黄土剖面中有机碳的含量呈逐渐增加的变化趋势，这与地理上的气候变化是一致的。因此，时空上有机碳的变化特征反映黄土高原地区东亚夏季风强弱周期性变化的特点。2．洛川黄土剖面中的氮由有机氮、固定钱态氮和速效态氮组成，其中前两者为主要部分，占总氮的95％以上。有机氮占总氮的55％-76％，在181μg·g-15689μg-1之，间变化平均值为299μg-1彭，其在剖面中的分布与有机碳极为相似，在黄土LI中有较低的有机氮，在古土壤S1中有较高的有机氮，并且在马兰黄土中，间冰阶形成的L1SS1中有机氮含量高于始冰阶和盛冰阶形成的L1LL1、L1LL2中的有机氮，其高一低值的分布与黄土一古土壤中冷一暖变化相互对应。有机氮的含量变化在一定程度上也反映了植被的生长发育程度，同样揭示了东亚夏季风对黄土高原的影响。速效性氮（交换性钱态氮和水溶性钱态氮）在洛川黄土剖面中的含量低，主要在Oμg·g-1-11.5μg·-1之间变化，在古土壤51和间冰阶时期形成的弱土壤化黄土LISSI中有较高的值，反映了速效性氮与土壤湿度和粘粒的含量有关。由于速效性氮和固定按态氮在黄土剖面中的振荡幅度不大，总氮的分布基本与有机氮一致，其在黄土剖面中的变化主要受有机氮变化的制约。3．黄土一古土壤层位中固定钱态氮占总氮的24％-43％，其含量在140μg·210μg·g-1之间变化。黄土层中的固定钱态氮含量低于相邻的古土壤。