喀斯特石灰土-灌丛系统主要养分含量分布特征研究---以贵阳花溪杨中石灰土-灌丛系统Ca、Mg、 K 、P为例

本论文通过对贵州贵阳花溪杨中喀斯特山区的植被调查与土壤样品分析, 研究土壤-植被中Ca、Mg、 K、P分布特征、变化规律及其影响因素，并在此基础上尝试Ca同位素的预处理研究，以期为喀斯特地区土壤-植被中Ca、Mg、 K、P（尤其是Ca）的生物地球化学循环研究奠定基础，同时为植被演替、物质循环研究和退耕还林还草的人工恢复提供植物自身的营养依据。本次研究取得如下认识： 1.受石灰岩母岩控制，土壤样品元素含量的特征为：CaO>MgO>K2O> P2O5。同一元素沿海拔变化有一定的相关性，并且相关性随元素的不同存在差异：随海拔高度的增加CaO含量有升高的趋势，而MgO 、K2O、Na2O含量都有所降低。表层土壤中K2O-Na2O含量正相关变化，CaO-K2O含量负相关变化。并且从土壤表层到底层在剖面-1中随深度增加，CaO、MgO、K2O含量升高，而P2O5的含量则有上升的趋势。土壤中元素的上述分布特征主要与石灰岩的风化成土作用过程中不同分化程度土壤Ca的淋失和来自高处的富钙雨水输入有关。 2.喀斯特生态环境富钙的这一特点对喀斯特灌丛植物的种类成分和营养元素含量有很大影响。地貌部位、海拔高度对植物Ca、Mg 、K、P含量也有不同程度的影响。植物Ca、Mg 、K、P含量由高到低依次为：Ca > K > Mg >P。苔藓与其它植物比较， Ca、Mg、 K、P的含量都小于其它三类较高等的植物，这一现象与其自身的生物学特性有关：苔藓植物组织结构简单，不具备发达的输导组织，不具备真正的根系，不利于从土壤等基质中吸收营养。在、灌草、灌木、藤本三类植物营养元素之间Ca –P含量具有负相关变化，Mg –P含量具有正相关变化；在所分析的植物种，P- K含量变化呈正相关，并且植物叶片Ca/K比值随着P含量的增加而显著地以指数形式减小。这是因为植物体内的K和P对于Ca来说起着平衡离子（counter ion）的作用。 3. 生境中基岩裸露和土体浅薄的特点，极大地制约了喀斯特灌丛的发育，喀斯特生境的富含钙的特点对喀斯特灌丛植物的种类成分和元素含量有很大的影响。但是杨中灌丛群落植物Ca、Mg、K、P含量和对应土壤CaO、MgO、K2O和P2O5含量相关性不明显。植物Ca、Mg、K、P元素虽主要来源于土壤，但因其含量受元素地球化学性质、植物种类、土壤元素对植物有效态的含量等因素的制约，而使植物元素含量和土壤元素的含量没有明显的相关性． 4.从Ca同位素的预处理研究来看，离子交换分离法对去除样品中的杂质效果较好。在以后测定过程中，有利于增强离子流稳定性和强度, 提高测量精度和准确度，与沉淀法相比较，此法适宜作为钙同位素样品的前处理方法。 关键词： 喀斯特 石灰土-灌丛系统 Ca、Mg、K、P含量分布 钙同位素 环境地球化学

湖泊沉积物碳氧同位素和介形虫Li/Ca比值与古环境重建

了解过去是认识现在和预测未来的基础。晚全新世是PAGES研究的目标时段之一。寻找和解译最近2000年连续、高分辨率自然记录是古气候研究的热点与难点。本项研究有针对性地选择程海、草海和青海湖开展湖泊沉积物环境记录的精细研究，结合14C、210Pb和137Cs定年，系统探讨了碳酸盐碳氧同位素、纤维素碳氧同位素、有机质碳同位素以及介形虫壳体Li/Ca比值指标的古环境指示意义。 通过研究，本论文取得了如下成果和新的认识： 1. 建立了一套有效的四阶段湖泊沉积物有机质纤维素提取方法（5%NaOH碱洗、5%HCl酸洗、亚氯酸钠和冰醋酸混合溶液漂白以及17.5%NaOH碱洗），红外光谱鉴定提取物为纯的α-纤维素，表明该实验方法是可行的，为今后广泛开展湖泊沉积物纤维素稳定同位素研究打下了坚实基础。 2. 多指标综合辨识了程海和草海沉积物碳酸盐主要是自生碳酸盐。程海和草海沉积物有机质C/N比值结合有机质碳同位素结果表明两湖的有机质分别源于水生植物藻类和大型水草。程海和草海沉积物碳酸盐含量主要反映了湖区温度的变化。 3. 程海、草海沉积物碳酸盐与青海湖沉积物介形虫壳体氧同位素组成均反映了湖区降水/蒸发比。降水/蒸发比大的湿润期，碳酸盐δ18O值小；降水/蒸发比小的干旱期，碳酸盐δ18O值大。程海沉积物碳酸盐碳同位素组成影响因素复杂，除了受大气与湖水之间的CO2交换影响外，还受水生植物光合/吸收作用的影响；草海沉积物碳酸盐碳同位素组成更大的变化范围，反映了湖区水生植物光合/吸收作用的影响，其异常的正值可能指示了湖区细菌参与有机质碳同位素分馏过程。 4. 利用草海沉积物有机质纤维素氧同位素定量恢复了湖水氧同位素组成变化。在此基础上，结合碳酸盐氧同位素组成初步恢复了草海地区过去500年来温度变化历史：草海地区在过去500年明显存在四个冷期，包括1550－1610年，1670－1730年，1770－1870年和1890－1920年冷期，其中前三个发生在传统意义上的现代小冰期时段。与其它记录研究结果的一致性表明纤维素氧同位素结合碳酸盐氧同位素是恢复古温度变化的最有效途径之一，同时也为现代小冰期在中国西南地区的存在提供了湖泊沉积学方面的证据。 5. 不同类型水生植物湖泊，湖泊沉积物有机质δ13C值对湖泊初级生产力变化的响应过程不同。大型水草为主的湖泊（草海），其沉积物有机质δ13C值随湖泊生产力的增大呈现增加的变化趋势；藻类为主的湖泊（程海），其沉积物有机质δ13C随湖泊生产力的增大呈现减小的变化趋势，藻类易降解是导致δ13C值随湖泊生产力的增大呈现减小变化趋势的主要原因。 6. 程海沉积物碳酸盐和有机质碳同位素组成的正相关变化以及草海沉积物碳酸盐和有机质碳同位素组成的负相关变化.表明湖泊生产力变化并不是导致碳酸盐和有机质碳同位素正相关变化的主要原因，湖泊水生植物类型以及湖泊大小均起着重要作用。湖泊沉积物碳酸盐与有机质之间的碳同位素分馏（△δ13C）是一种有效的湖泊生产力指示剂，即使是在有微生物参与有机质碳同位素分馏过程的草海，△δ13C值也反映了湖泊生产力的变化过程。 7. 青海湖沉积物单一种属介形虫壳体胖真星介（Eucypris inflata）Li/Ca比值与气象记录以及邻近地区都兰和祁连山树轮宽度指数恢复的古温度变化序列的对比研究揭示，介形虫壳体Li/Ca比值与温度呈明显的负相关变化（Li/Ca比值高，温度低；Li/Ca比值低，温度高），表明介形虫壳体Li/Ca比值是一种有效的古温度代用指标。 8. 青海湖沉积物单一种属介形虫壳体胖真星介（Eucypris inflata）Li/Ca比值、氧同位素与反映太阳活动的大气14C含量和冰芯10Be含量的一致性变化表明青海湖地区温度和降雨量的同步变化主要受太阳活动控制。