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南矶山湿地植硅体-植被群落演变分析与近代气候重建研究

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南矶山湿地植硅体-植被群落演变分析与近代气候重建研究

作者：刘星辰南昌工程学院

学位级别：硕士

沉积物植硅体组合分析已成为解译区域第四纪古环境重建研究的重要手段,而开展植硅体组合现代过程研究才是科学客观认识其环境意义及进行古环境恢复研究的根本基石。本文以南矶山湿地为研究对象,共选取了来自7个湖泊19个(其中表土17个、... 详细信息

沉积物植硅体组合分析已成为解译区域第四纪古环境重建研究的重要手段,而开展植硅体组合现代过程研究才是科学客观认识其环境意义及进行古环境恢复研究的根本基石。本文以南矶山湿地为研究对象,共选取了来自7个湖泊19个(其中表土17个、沉积柱状样2个)可代表区域气候变化的土壤样点。通过古湖沼学方法分析了南矶山湿地土壤样品中的理化指标(总有机碳、pH、氧化还原电位)及古环境代用指标(植硅体),结合Pb放射性元素测年建立的沉积深度-年代时间序列框架及流域近代气候数据,利用去趋势对应分析(DCA)、主成分分析(PCA)、聚类分析(CA)、因子分析(FA)及逐步回归分析(SRA)等分析方法,探讨了南矶山湿地南部表土植硅体组合及典型植被群落的对应关系,获取了影响植硅体空间分布的主要环境因子,进一步揭示了近代不同时间节点下气候变化及植被演替的空间分布格局。主要研究内容及结果如下:(1)通过岩性分析及理化性质分析可知研究区域土壤为黄褐色粘土、粉质黏土及灰黑色粘土,且TOC含量和氧化还原电位随着深度增加而不断减少,pH则随深度增加而增加,粉砂质粘土明显影响了短细胞植硅体的保存。(2)通过对南矶山湖泊湿地表土及沉积物共75个样品的植硅体提取鉴定后发现,共统计到方型、长方型、扇型、十字型、哑铃型、多铃型、短鞍型、长鞍型、抬高鞍型、齿型、帽型、尖型、平滑棒型、刺棒型、突起棒型、工字型、三棱柱型和球型等19种植硅体类型,总数可达19997粒,其中表土植硅体4248粒,沉积物中植硅体15749粒。(3)多元统计分析(DCA和PCA)显示影响植硅体空间分布的主要变量为温度和湿度,分别占总解释因子的39.29%,26.48%,且根据湿地中南荻-菰和南荻-芦苇群落中植硅体组合发现,不同植被群落对应下的植硅体组合类型存在明显差异。(4)在近百年的环境变化下,战备湖典型植被群落由苔草-南荻群落转变为南荻-菰群落,上北甲湖典型植被群落由苔草等湿生植被群落转变为南荻-芦苇群落。(5)运用因子分析及逐步回归分析建立了植硅体-气候转换函数:并使用F检验进行校准发现,年均气温、年降水量、年均相对湿度和年均风速等气候因子与植硅体含量变化呈现良好相关性(P定量赋值后,结合不同年代真实的气候因素对比分析,同时运用聚类分析将两个沉积剖面植硅体组合带分别分为3个阶段,总体而言,南矶山湿地近百年来气候变化趋势为暖干-暖湿-冷湿的结构特征。

关键词：南矶山湿地植硅体空间分布特征古气候定量重建

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金藻孢囊在水环境变化研究中的应用

地理科学进展 2022年第2期41卷 351-360页

作者：白雪陈旭中国地质大学(武汉)地理与信息工程学院武汉430078 中国地质大学(武汉)流域关键带演化湖北省重点实验室武汉430074

金藻孢囊是金藻生殖过程的特有产物,在淡水环境中广泛存在,其硅质外壳易在沉积物中保存。金藻孢囊的孔、领、环带以及表面纹饰特征是其鉴定分类的主要依据。金藻孢囊对水环境变化响应敏感,因而被广泛应用于水环境变化研究中,包括古温度... 详细信息

金藻孢囊是金藻生殖过程的特有产物,在淡水环境中广泛存在,其硅质外壳易在沉积物中保存。金藻孢囊的孔、领、环带以及表面纹饰特征是其鉴定分类的主要依据。金藻孢囊对水环境变化响应敏感,因而被广泛应用于水环境变化研究中,包括古温度和古水文重建、水体富营养化和酸化评估等领域。已有的研究主要集中在北美和欧洲地区,其他区域研究相对较少。相比于其他生物指标,金藻孢囊鉴定相对复杂,不利于其广泛应用。因此,未来应优化金藻孢囊鉴定分类方法,提高鉴定统计效率。其次,加强金藻孢囊的现代过程调查,尤其在欧洲和北美以外的地区,以揭示全球不同地区金藻孢囊多样性及其生态属性。在此基础上,加强金藻孢囊在泥炭地环境演变、生物地理学等研究领域的应用。

关键词：金藻孢囊古湖沼学水环境变化定量重建

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伊朗黄土高原表土磁性特征与古气候指示意义

第四纪研究 2022年第1期42卷 261-271页

作者：魏海涛陈发虎兰州大学资源环境学院西部环境教育部重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院青藏高原研究所高寒生态重点实验室北京100101

全球变化研究中的现代过程研究越来越成为定量重建工作的先决前提,而由于如黄土等气候记录载体沉积分布的全球性与沉积环境的多样性,更需要就具体的研究区进行有针对性的现代过程工作以最大程度地保证重建工作的可靠性。西起地中海、东... 详细信息

全球变化研究中的现代过程研究越来越成为定量重建工作的先决前提,而由于如黄土等气候记录载体沉积分布的全球性与沉积环境的多样性,更需要就具体的研究区进行有针对性的现代过程工作以最大程度地保证重建工作的可靠性。西起地中海、东至帕米尔的广大区域是丝路文明演化的关键地区,其过去气候变化也是了解北半球中纬度气候演化与机制的重要拼图。本研究即采集位于该区之里海东南缘的伊朗黄土沉积区域的现代表土,并联系气候要素考察其磁性特征的空间变化。结果显示主要分布于冬春季节的年均降水其变化控制了亚铁磁性矿物的空间分异,包括次生超细颗粒含量变化与磁赤铁矿化程度,典型的磁学参数如百分频率磁化率值的变化可以定量记录年均降水值的变化。结合相关关系函数,可以为该区过去降水变化的定量重建提供准备并为进一步理解区域气候系统演化与机制提供支持。

关键词：伊朗黄土高原丝绸之路核心区百分频率磁化率定量重建表土现代过程地中海气候

阿尔山地区近300年来brGDGTs记录的温度变化与火山喷发记录之间的关系

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第四纪研究 2021年第1期41卷 88-98页

作者：卢嘉欣姚远朱泽阳孙春青伍婧刘嘉麒河北地质大学地球科学学院河北石家庄050031 西安交通大学全球环境变化研究院陕西西安710054 中国科学院地质与地球物理研究所中国科学院新生代地质与环境院重点实验室北京100029 中国科学院地球科学研究院北京100029 中国科学院大学北京100049

火山活动被认为是影响全球温度百年到千年时间尺度上变化的最主要因素。本研究对我国东北阿尔山地区鹿鸣湖的一支长约85 cm沉积物中支链甘油二烷基甘油四醚类化合物(br GDGTs)相关指标进行分析和计算,重建了近300年来阿尔山地区的生长季... 详细信息

火山活动被认为是影响全球温度百年到千年时间尺度上变化的最主要因素。本研究对我国东北阿尔山地区鹿鸣湖的一支长约85 cm沉积物中支链甘油二烷基甘油四醚类化合物(br GDGTs)相关指标进行分析和计算,重建了近300年来阿尔山地区的生长季节(5~9月)温度变化。结果显示近300年来,研究区生长季温度的平均值在13.8℃左右,温度变幅为3.0℃左右。18世纪到20世纪初,阿尔山地区生长季温度呈波动趋势,20世纪初至20世纪90年代从14.0℃左右持续下降到了12.0℃,降温趋势较好地响应了大型火山喷发事件发生频率的增加,20世纪90年代之后表现出较为明显的增温趋势。相关性分析的结果表明近300年来大型火山喷发事件的发生频率和阿尔山地区的生长季温度变化有较好的相关性,火山喷发事件是阿尔山地区百年尺度上生长季温度变化的重要控制因素。

关键词： brGDGTs 生长季节温度定量重建火山喷发记录阿尔山地区

定量转换函数在人类世湖泊水环境变化研究中的应用

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地球科学进展 2024年第5期39卷 504-518页

作者：孙信尧张科林琪沈吉南京大学地理与海洋科学学院江苏南京210023 中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与流域水安全重点实验室江苏南京210008

近现代(1950年)以来,全球湖泊系统普遍面临水生态环境挑战,利用转换函数可定量重建湖泊水环境自然基线和演化历史,评估人类活动的影响程度并为生态修复提供合理目标。从转换函数构建及应用的基本流程入手,围绕pH值、总磷、溶氧量、透明... 详细信息

近现代(1950年)以来,全球湖泊系统普遍面临水生态环境挑战,利用转换函数可定量重建湖泊水环境自然基线和演化历史,评估人类活动的影响程度并为生态修复提供合理目标。从转换函数构建及应用的基本流程入手,围绕pH值、总磷、溶氧量、透明度、水位、盐度和温度这几种水环境参数,综合梳理了生物—湖泊水环境定量转换函数在人类世湖泊流域中的典型应用案例,从不同角度考察了湖泊自然水生态环境受人类扰动而发生改变的速率、幅度以及演化过程与机制。最后,讨论了定量转换函数方法目前存在的不足,并从新载体开发和多指标体系构建、大样本训练集和机器学习、加强生物指标的现代生态学研究以及转换函数与生态系统模型的结合4个方面,针对性地提出几点展望,以进一步提升转换函数性能,并扩大其应用范围,为后续研究提供参考。

关键词：湖泊水环境湖泊沉积转换函数定量重建环境演化人类世

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白洋淀硅藻分布及其与水环境的关系

生态学报 2010年第17期30卷 4559-4570页

作者：李亚蒙赵琦冯广平刘海明王宇飞首都师范大学北京100048 中国科学院植物研究所北京100093 北京自然博物馆北京100050

记录了白洋淀不同水域发现的硅藻85个种、变种及未定种,隶属于22个科31个属,其中小环藻属(Cyclotella)、菱形藻属(Nitzschia)、美壁藻属(Caloneis)和舟形藻属(Navicula)等为优势类群。在白洋淀东北部景区水域,以梅尼小环藻(Cyclotellame... 详细信息

记录了白洋淀不同水域发现的硅藻85个种、变种及未定种,隶属于22个科31个属,其中小环藻属(Cyclotella)、菱形藻属(Nitzschia)、美壁藻属(Caloneis)和舟形藻属(Navicula)等为优势类群。在白洋淀东北部景区水域,以梅尼小环藻(Cyclotellameneghiniana)为主;污染严重的入库河道水域,以半裸具席藻(Sellaphora seminulum)和蓝绿舟形藻(Navicula veneta)为代表;村落水域,以菱形藻属、舟形藻属硅藻为主;航道水域,以颗粒沟链藻(Aulacoseira granulata)为代表;荷塘以弯棒杆藻(Rhopalodia gibba)为代表;而鱼池以菱形藻属硅藻为主。典范对应分析(canonical correspondence analysis,CCA)显示水体总磷浓度(total phosphorus,TP)和pH是影响白洋淀硅藻种群分布的重要因素。利用欧洲硅藻数据库对白洋淀TP和pH做了定量重建,TP为0.13-0.25 mg/L,pH为6.92-7.23,此估测值极为接近实测值。

关键词：白洋淀硅藻水体环境总磷 pH 定量重建

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东北长白山泥炭地硅藻-水位埋深转换函数

地理科学 2024年第8期44卷 1459-1469页

作者：徐双余卜兆君黄咸雨彭佳李俊璐陈旭中国地质大学(武汉)地理与信息工程学院区域生态过程与环境演变湖北省重点实验室东北师范大学地理科学学院/长白山地理过程与生态安全教育部重点实验室

本研究基于2016、2019和2021年夏季在东北长白山地区7处泥炭地采集的160个表层样品和环境因子数据，结合表层样品硅藻分析，构建了硅藻属种与环境因子数据库，该数据库包括64个硅藻属种和11个环境变量。优势硅藻属种组合沿水位埋深梯度(... 详细信息

本研究基于2016、2019和2021年夏季在东北长白山地区7处泥炭地采集的160个表层样品和环境因子数据，结合表层样品硅藻分析，构建了硅藻属种与环境因子数据库，该数据库包括64个硅藻属种和11个环境变量。优势硅藻属种组合沿水位埋深梯度(0～66 cm)呈现明显分异，偏典范对应分析结果表明，水位埋深单独解释了硅藻组合数据总方差的8.4%，远大于其他环境因子的单独解释份额。基于此，选取加权平均模型和最大似然估计模型构建硅藻-水位转换函数。不同模型分析结果显示，典型回归耐受值降权加权平均模型构建的硅藻-水位转换函数表现最佳，剔除残差大于20%水位梯度(13.2 cm)的样品后进行留一法交叉检验，该模型的推导值与实测值相关系数最大和推导误差最小。本文构建的硅藻-水位转换函数为定量反演长白山地区泥炭地过去水位变化提供了新的有效方法。

关键词：硅藻指标典范对应分析加权平均模型水位埋深定量重建

青藏高原湖泊纹层孢粉记录的过去2000年雨季时长和雨季降水时空变化

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中国科学：地球科学 2024年第3期54卷 808-820页

作者：崔安宁吕厚远侯居峙刘兴起徐德克中国科学院地质与地球物理研究所新生代地质与环境院重点实验室北京100029 中国科学院地球科学研究院北京100029 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049 中国科学院青藏高原研究所环境变化与地表过程重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100049 首都师范大学资源环境与旅游学院北京100048

青藏高原雨季时长及雨季降水量的长尺度定量重建,是揭示高原西风、季风时空演变规律及其生态环境效应的关键,其中准确判断高原雨季的起止时间是研究难点.本文通过寻找降水拐点的方法确定了高原不同地点的雨季起、止时间,并计算了雨季时... 详细信息

青藏高原雨季时长及雨季降水量的长尺度定量重建,是揭示高原西风、季风时空演变规律及其生态环境效应的关键,其中准确判断高原雨季的起止时间是研究难点.本文通过寻找降水拐点的方法确定了高原不同地点的雨季起、止时间,并计算了雨季时长和雨季降水量,建立了表土孢粉组合与雨季起止时间、雨季时长和雨季降水量的转换函数,重建了具有年纹层沉积特征的高原北部库赛湖区和中部江错湖区过去2000年来的雨季起止时间、雨季时长和雨季降水量变化.结果表明,过去2000以来,库赛湖区雨季降水序列记录了5次高降水时段:AD580~680、AD1000~1100、AD1200~1450、AD1550~1780、AD1920至今,其普遍对应雨季天数长的时段;江错湖区雨季降水序列记录了4次高降水时段:AD80~500、AD800~950、AD1250~1450、AD1780至今,其与雨季天数长的时段在AD1000以前对应良好,在AD1000后关系不明确.在空间上,高原雨季降水呈现出“南北同湿”、“南北同旱”、“南湿北旱”和“南旱北湿”四种模式,其中“南北同湿”可能与异常强盛的夏季风有关,“南北同旱”与弱西风和弱季风有关,“南湿北旱”与强季风和弱西风有关,“南旱北湿”与弱季风和强西风有关.本文从雨季降水的角度揭示了高原2000年来雨季起止时间、雨季时长及雨季降水量的时空演变模式,为进一步认识西风、季风耦合作用提供了自然背景的支持.

关键词：青藏高原过去两千年雨季时长雨季降水量定量重建

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甘肃北山早白垩世似银杏化石的发现:兼论甘肃侏罗-白垩纪古大气CO_(2)变化

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地球科学 2024年第1期49卷 209-223页

作者：任文秀韩磊吴光涛唐德亮孙柏年吴靖宇兰州大学地质科学与矿产资源学院甘肃兰州730000 甘肃省地质调查院甘肃兰州730000 现代古生物学和地层学国家重点实验室(中国科学院南京地质古生物研究所) 江苏南京210008

银杏类化石的微细构造是定量估算古大气二氧化碳浓度的良好材料.首次报道了甘肃北山中口子盆地早白垩世赤金堡组似银杏属化石,通过宏观和微观特征对比将其鉴定为Ginkgoites sibirica.利用气孔比率法定量重建Hauterivian-Barremian期的... 详细信息

银杏类化石的微细构造是定量估算古大气二氧化碳浓度的良好材料.首次报道了甘肃北山中口子盆地早白垩世赤金堡组似银杏属化石,通过宏观和微观特征对比将其鉴定为Ginkgoites sibirica.利用气孔比率法定量重建Hauterivian-Barremian期的古大气CO_(2)浓度为766~1 277 ppmv.结合前人数据,利用光合气体交换模型定量重建了甘肃省早侏罗世-早白垩世古大气CO_(2)浓度及变化趋势,侏罗纪普林斯巴期(Pliensbachian)、阿林期(Aalenian)、巴柔期早期(Early Bajocian)、巴柔期晚期(Late Bajocian)的古大气CO_(2)浓度分别为1 136 ppmv、927 ppmv、643 ppmv和785 ppmv;早白垩世Hauterivian-Barremian期的CO_(2)浓度为548 ppmv.结果显示早、中侏罗世二氧化碳浓度较高,向白垩纪呈下降趋势,早白垩世早中期达到低点后呈现缓慢波动上升;早白垩世晚期达到顶点,然后缓慢下降.研究表明光合气体交换模型可作为恢复古气候变化的有效手段.

关键词：似银杏属古大气CO_(2) 光合气体交换模型定量重建中生代古气候