海洋生物碳泵(BCP)与古气候的关系是碳循环研究的一个核心科学问题。本文利用罗斯海沉积物总有机碳(TOC)和一些重要的类脂化合物所隐含的生态学特性,即那些可引起海底沉积碳库组成和海洋BCP(包括生物泵BP和微型生物碳泵MCP)效率改变的...海洋生物碳泵(BCP)与古气候的关系是碳循环研究的一个核心科学问题。本文利用罗斯海沉积物总有机碳(TOC)和一些重要的类脂化合物所隐含的生态学特性,即那些可引起海底沉积碳库组成和海洋BCP(包括生物泵BP和微型生物碳泵MCP)效率改变的分子生物标志物,从罗斯海现代海洋出发,追溯到末次冰期以来(27~0.6 ka BP)古海洋生物碳泵演化(重点讨论BP和MCP)及其与一些重大地质事件的联系。研究结果表明:(1)罗斯海表层沉积物中相对高的TOC和较低C/N比值、以及正构烷烃色谱峰型、主峰碳、分子组合特征低碳数和高碳数比值(L/H)和(nC_(21)+nC_(22))/(nC_(28)+nC_(29))比值、低碳烃(nC_(15)+nC_(17)+nC_(19))、中碳烃(nC_(21)+nC_(23)+nC_(25))和高碳烃(nC_(27)+nC_(29)+nC_(31))、细菌(BrGDGT)和较低的陆源土壤指标(BIT)一致性表征海源有机质贡献占主导地位,通过海洋BP和MCP效应将内源有机碳输送到海底进行长期储存;Pr/Ph比值结合Ph/nC_(18)和Pr/C_(17)比值均表明表层沉积物为还原-强还原性的缺氧环境,有利于海底储存有机碳,同时还与海冰消融关系密切。(2)利用低温校正公式TEXL_(86)^(L)-SST[式(2)]反演现代的海洋表层温度(SST),并与WOA-SST(3月)表层水体温度较接近(R^(2)=0.78,p<0.01,n=15);同时利用TEXL_(86)^(L)-SST-2重建罗斯海JB03岩芯末次冰期以来的古海洋温度在-0.74~2.86℃范围(平均为1.03℃),接近现代南极罗斯海夏季温度。(3)JB03岩芯记录年代为27.27~0.6 ka BP,分为末次冰盛期(27.3~21 ka BP)、末次冰消期(21~11.7 ka BP)和全新世(11.7~0.6 ka BP)3个地质历史时期。末次冰期古海洋受冰盖和海冰限制作用的影响,初级生产力低下、沉积速率仅为0.45 cm/ka、Pr/Ph比值、Ph/nC_(18)和Pr/nC_(17)反映沉积环境氧化性较强、不利于MCP和BP储碳,在寒冷气候时段碳储量潜力降低;进入全新世暖期,冰架退缩解体,温暖的气候条件有利于浮游植物生产力和硅藻增加、浮游动物增加及影响粪便物质组成和提高沉降速率,促进有机碳向深海的输送加快,海底沉积为弱还原-弱氧化环境,有利于碳保存;硅藻生物量提高就意味着硅质泵加强,进而微生物活性增强、促进古菌和细菌生长,因而微生物总量-GDGTs、产甲烷古菌或广古菌-GDGT-0、奇古菌-Crenarchaeol生物量大大提高,显示罗斯海全新世以来古海洋BP和MCP作用大大加强,且古海洋BP与现代海洋均以硅藻/硅质泵为绝对主导。研究还发现,罗斯海末次冰期和全新世以来的古海洋BP和MCP储碳效率变化均与古海洋地质事件,即全球性大尺度的气候变化有关,这个碳库的大小与气候冷暖之间存在对应关系,罗斯海古海洋调节大气CO_(2)的能力,尤其在全新世暖期最强,这对于认识全球气候变化的海洋调控机制具有重要的科学意义。展开更多
耦联水生光合作用的碳酸盐风化碳汇是全球碳循环的重要组成部分,而生物碳泵效应是稳定碳酸盐风化碳汇的关键机制.河流筑坝后,生物碳泵效应的变化、控制因素及对水化学影响的研究甚少.本研究对2个喀斯特筑坝河流平寨水库和红枫湖进行系...耦联水生光合作用的碳酸盐风化碳汇是全球碳循环的重要组成部分,而生物碳泵效应是稳定碳酸盐风化碳汇的关键机制.河流筑坝后,生物碳泵效应的变化、控制因素及对水化学影响的研究甚少.本研究对2个喀斯特筑坝河流平寨水库和红枫湖进行系统采样,以研究河流筑坝后生物碳泵效应的变化、控制因素及对水化学的影响.研究结果表明,入库河流的水化学变化不明显,而2个水库的水化学则表现出显著的季节变化特征,具体表现为水库的水温和pH均呈现出夏季高、冬季低的变化特征,而电导率(EC)、HCO-3浓度和p CO 2则表现出夏季低、冬季高的季节变化特征.以叶绿素a(Chl.a)浓度和溶解氧(DO)饱和度指代的生物碳泵效应则是在夏季最强、冬季最弱.生物碳泵效应利用溶解性无机碳(DIC),形成有机质并释放出氧气,是造成夏季水库pH值和DO饱和度升高,电导率(EC)、HCO-3浓度和p CO 2降低的主要因素.空间上,水库的Chl.a浓度及DO饱和度均大于河水,EC、HCO-3浓度和p CO 2均小于河水,这表明河流筑坝后,由于水库的“湖泊化”导致水库的生物碳泵效应显著提高.通过对Chl.a与碳、氮和磷浓度及化学计量比的相关性分析发现,平寨水库和红枫湖的生物碳泵效应受到碳施肥的影响.平寨水库和红枫湖水库生物碳泵效应碳施肥机制的发现,表明在喀斯特地区,生物碳泵效应不仅受到氮磷元素的控制,也受到碳元素的控制,因此在富营养化湖泊治理时,也应考虑碳的影响.展开更多
文摘海洋生物碳泵(BCP)与古气候的关系是碳循环研究的一个核心科学问题。本文利用罗斯海沉积物总有机碳(TOC)和一些重要的类脂化合物所隐含的生态学特性,即那些可引起海底沉积碳库组成和海洋BCP(包括生物泵BP和微型生物碳泵MCP)效率改变的分子生物标志物,从罗斯海现代海洋出发,追溯到末次冰期以来(27~0.6 ka BP)古海洋生物碳泵演化(重点讨论BP和MCP)及其与一些重大地质事件的联系。研究结果表明:(1)罗斯海表层沉积物中相对高的TOC和较低C/N比值、以及正构烷烃色谱峰型、主峰碳、分子组合特征低碳数和高碳数比值(L/H)和(nC_(21)+nC_(22))/(nC_(28)+nC_(29))比值、低碳烃(nC_(15)+nC_(17)+nC_(19))、中碳烃(nC_(21)+nC_(23)+nC_(25))和高碳烃(nC_(27)+nC_(29)+nC_(31))、细菌(BrGDGT)和较低的陆源土壤指标(BIT)一致性表征海源有机质贡献占主导地位,通过海洋BP和MCP效应将内源有机碳输送到海底进行长期储存;Pr/Ph比值结合Ph/nC_(18)和Pr/C_(17)比值均表明表层沉积物为还原-强还原性的缺氧环境,有利于海底储存有机碳,同时还与海冰消融关系密切。(2)利用低温校正公式TEXL_(86)^(L)-SST[式(2)]反演现代的海洋表层温度(SST),并与WOA-SST(3月)表层水体温度较接近(R^(2)=0.78,p<0.01,n=15);同时利用TEXL_(86)^(L)-SST-2重建罗斯海JB03岩芯末次冰期以来的古海洋温度在-0.74~2.86℃范围(平均为1.03℃),接近现代南极罗斯海夏季温度。(3)JB03岩芯记录年代为27.27~0.6 ka BP,分为末次冰盛期(27.3~21 ka BP)、末次冰消期(21~11.7 ka BP)和全新世(11.7~0.6 ka BP)3个地质历史时期。末次冰期古海洋受冰盖和海冰限制作用的影响,初级生产力低下、沉积速率仅为0.45 cm/ka、Pr/Ph比值、Ph/nC_(18)和Pr/nC_(17)反映沉积环境氧化性较强、不利于MCP和BP储碳,在寒冷气候时段碳储量潜力降低;进入全新世暖期,冰架退缩解体,温暖的气候条件有利于浮游植物生产力和硅藻增加、浮游动物增加及影响粪便物质组成和提高沉降速率,促进有机碳向深海的输送加快,海底沉积为弱还原-弱氧化环境,有利于碳保存;硅藻生物量提高就意味着硅质泵加强,进而微生物活性增强、促进古菌和细菌生长,因而微生物总量-GDGTs、产甲烷古菌或广古菌-GDGT-0、奇古菌-Crenarchaeol生物量大大提高,显示罗斯海全新世以来古海洋BP和MCP作用大大加强,且古海洋BP与现代海洋均以硅藻/硅质泵为绝对主导。研究还发现,罗斯海末次冰期和全新世以来的古海洋BP和MCP储碳效率变化均与古海洋地质事件,即全球性大尺度的气候变化有关,这个碳库的大小与气候冷暖之间存在对应关系,罗斯海古海洋调节大气CO_(2)的能力,尤其在全新世暖期最强,这对于认识全球气候变化的海洋调控机制具有重要的科学意义。
文摘耦联水生光合作用的碳酸盐风化碳汇是全球碳循环的重要组成部分,而生物碳泵效应是稳定碳酸盐风化碳汇的关键机制.河流筑坝后,生物碳泵效应的变化、控制因素及对水化学影响的研究甚少.本研究对2个喀斯特筑坝河流平寨水库和红枫湖进行系统采样,以研究河流筑坝后生物碳泵效应的变化、控制因素及对水化学的影响.研究结果表明,入库河流的水化学变化不明显,而2个水库的水化学则表现出显著的季节变化特征,具体表现为水库的水温和pH均呈现出夏季高、冬季低的变化特征,而电导率(EC)、HCO-3浓度和p CO 2则表现出夏季低、冬季高的季节变化特征.以叶绿素a(Chl.a)浓度和溶解氧(DO)饱和度指代的生物碳泵效应则是在夏季最强、冬季最弱.生物碳泵效应利用溶解性无机碳(DIC),形成有机质并释放出氧气,是造成夏季水库pH值和DO饱和度升高,电导率(EC)、HCO-3浓度和p CO 2降低的主要因素.空间上,水库的Chl.a浓度及DO饱和度均大于河水,EC、HCO-3浓度和p CO 2均小于河水,这表明河流筑坝后,由于水库的“湖泊化”导致水库的生物碳泵效应显著提高.通过对Chl.a与碳、氮和磷浓度及化学计量比的相关性分析发现,平寨水库和红枫湖的生物碳泵效应受到碳施肥的影响.平寨水库和红枫湖水库生物碳泵效应碳施肥机制的发现,表明在喀斯特地区,生物碳泵效应不仅受到氮磷元素的控制,也受到碳元素的控制,因此在富营养化湖泊治理时,也应考虑碳的影响.
