现代土壤碳、氢、氮同位素与海拔高度关系的初步探讨

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本文选取了青藏高原北部拉脊山海拔2200-4000m范围内的土壤样品作为研究对象,分析了碳酸盐含量、土壤有机碳、氮同位素组成、碳、氮含量等指标的变化规律,同时还结合前人对正构烷烃氢同位素的研究,探讨了这些指标对海拔梯度的响应。由于海拔梯度伴随着水热状况的梯度变化,因此海拔对这些指标的影响实际反映了气候因子的综合影响。主要得出以下结论:  1、拉脊山地区的表土碳酸盐含量较低,平均值为5.68%,不同海拔梯度碳酸盐含量变化幅度大,在0.17%-14.34%之间。低海拔地区碳酸盐含量整体偏高(12.32%-14.34%),南坡土壤碳酸盐含量随海拔上升整体呈降低的趋势,这可能与拉脊山土壤含水量随海拔的上升逐渐增大造成的淋滤作用加强有关,同时,植被生物量也是影响碳酸盐含量的一个重要因素。北坡碳酸盐含量基本维持在2%左右,对海拔梯度的响应不灵敏。  2、土壤有机碳同位素组成δ13C值偏负,变化范围是-21.9‰~-26.8‰,平均值约为-25.0‰。拉脊山土壤有机质碳同位素组成δ13C整体呈现低海拔区域(<3000m)δ13C值相对高海拔区域(>3000m)偏高,高低海拔之间土壤有机质碳同位素组成δ13C差值在2‰左右。在3000m以上,南、北坡土壤δ13C变化趋势一致,随海拔上升逐渐升高,这可能是大气CO2分压降低导致的。高海拔和低海拔区域有机质δ13C值的差异表明在拉脊山地区土壤有机质碳同位素组成对上覆植被类型具有指示意义。  3、土壤氮同位素组成δ15N值在1.2‰-8.5‰之间,由于同时受到温度、湿度、以及人类活动等的影响,氮同位素对海拔高度的响应较复杂。δ15N对海拔的响应有三种模式:海拔3200m以下,土壤δ15N随着海拔的上升逐渐下降,造成这种响应模式的主要控制因素是土壤含水量;而海拔在3200-3500m之间,土壤氮同位素随着海拔的增加呈现先增加后降低的趋势,土壤温度是造成这种一现象的主要原因;海拔3600m以上区域,土壤氮同位素值δ15N随海拔的上升逐渐增加,在这一海拔范围内氮沉降可能是影响土壤氮同位素组成的主要因素。  4、土壤有机碳含量在2.0%-11.8%之间,平均值为7.6%;土壤氮含量在2.2%-16.5%之间,平均值为6.6%,随着海拔的增加均呈现逐渐增加的趋势。同时,土壤有机碳、氮含量之间呈显著正相关性,表明了拉脊山地区土壤碳、氮具有相似的分布规律并较好地响应了海拔高度的变化。土壤水热条件和植被变化是影响土壤有机碳、氮含量分布的最重要因素。因此,土壤有机质组成及含量能够反映拉脊山不同海拔梯度的植被和气候信息,具有指示意义。  5、高等植物叶蜡中的正构烷烃氢同位素能够记录大气降水的氢同位素组成,并根据大气降水与海拔之间的关系,开展古海拔重建工作。但是在进行古海拔恢复工作之前,需要考虑降水和叶蜡氢同位素之间的分馏系数εwax-p,当这个分馏系数可被定量化或者随海拔变化较小时,降水同位素组成δDP和古海拔的不确定性才能最小化。所以在对恢复点进行古海拔恢复时,需要找出影响氢同位素分馏的因素。大气降水对叶蜡氢同位素组成δDwax起主导作用,植被类型对δDwax有着重要作用,其他因素如:相对湿度、温度变化、光照时间等都对δDwax有着一定的影响。
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