大兴安岭中部摩天岭泥炭地对近250年大气环流、水文及碳累积变化的泥炭记录

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东北地区位于东亚夏季风影响的最北端,对气候变化反应十分敏感。东北地区接收来自西风的大量水汽,但来自黄海的水汽量变化决定了东北地区夏季的干湿变化。西太平洋副热带高压的位置和强度对东北地区水汽来源比例有较强的调节作用。然而,对于西太平洋副热带高压调节的水汽来源比例、东北地区水文特征及气候对泥炭地碳累积影响的敏感程度尚不明确。本文选取大兴安岭中部的摩天岭山地泥炭柱芯为研究对象,通过对泥炭地进行物理指标(含水量、烧失量、灰分)分析、植物大化石鉴定、泥炭藓纤维素δ13 C和δ18 O同位素分析及AMS14C测年技术,探讨了泥炭地的碳累积动态变化;结合Clymo模型对泥炭柱芯数据进行拟合,分析泥炭地碳累积模式对于气候变化的响应;同时,重建研究样地过去250年以来的水分变化及大气环流。得出以下主要结论:(1)运用14C放射性技术建立大兴安岭中部摩天岭地区2个泥炭柱芯(MTL18-C1和MTL19-C1)的百年时间尺度年代框架。基于泥炭柱芯MTL18-C1和MTL19-C1两根较长的泥炭柱芯数据数据,计算出大兴安岭摩天岭山地近现代碳累积速率变化范围为是45-600 g C m-2year-1,时间加权平均值为137 g C m-2year-1。通过与其他地区中高纬度泥炭地相比,摩天岭泥炭地碳累积速率及泥炭累积速率较高。(2)利用Clymo模型对摩天岭地区泥炭柱芯MTL18-C1和MTL19-C1泥炭柱芯进行泥炭输入率和泥炭分解率的分析。得到泥炭地输入率为:362-415 g OM m-2year-1,泥炭地分解率为0.009-0.0045 year-1。与其他中高纬度泥炭地进行对比,发现摩天岭泥炭地输入率较高,分解率较低。研究样地较低的泥炭分解率是由于泥炭藓作为优势种;同时,较低的土壤温度也降低分解率、提高有机质保存和泥炭累积的可能性。(3)根据11个AMS14C测年数据建立大兴安岭中部泥炭地125cm泥炭钻芯(MTL19-C1)可靠的年代框架,共获得103个高分辨率的泥炭钻芯α-纤维素碳的时间演化序列。泥炭藓在干燥的气候条件下,水膜较薄,更大程度排斥大气CO2中的13 C,导致δ13 C数值较低,反之亦然。因此,大兴安岭中部地区δ13 C指示泥炭地干湿变化。通过与呼伦贝尔湖湖面积及呼伦贝尔地区树轮重建的标准化降水蒸发指数数据对比,发现蒸发效应对于东北地区干湿程度具有重要影响。(4)结合大兴安岭中部摩天岭山地泥炭地对同一泥炭钻芯α-纤维素碳、氧同位素的记录,结果显示δ13 C和δ18O记录呈现正相关关系,消除蒸发富集作用对于氧同位素组成的影响。因此,泥炭藓纤维素δ18O最可能反映水汽来源的变化。通过与西太平洋副高位置的变化比较分析,当西太平洋副高向西移动,大兴安岭中部水汽主要来自于西风,由于水汽运输距离较长,沿途产生的降水使得水汽中的18O逐渐贫化,δ18O数值较低;而太平洋副热带高压的位置可能与太阳总辐射有关。气候较为干燥时,泥炭藓由于水膜效应δ13 C较低,反之亦然。可以看出大兴安岭中部地区泥炭藓纤维素碳、氧同位素呈现正相关的必然性。(5)结合泥炭柱芯测定的多种指标,将大兴安岭近250年水文气候及大气环流变化划分为以下几个阶段:1750-1800 AD(125-108 cm):气候较为干燥。TOC含量下降,DBD含量上升。δ18O数值较低;δ13C数值呈现下降趋势,指示较干的气候环境。此时太阳总辐射值较高。1800-1830 AD(108-100 cm):气候较为湿润。δ18O数值较高;δ13C数值较高,指示较湿润的气候环境。此时西太平洋副热带高压位置偏东,太阳总辐射值偏低。1830-1890 AD(99-79 cm):气候较为干燥。δ18O数值较低,指示较干的气候环境。此时,西太平洋副热带高压位置西移、太阳总辐射偏高。1890-1920 AD(78-70 cm):气候较为湿润。此阶段金发藓消失,泥炭藓含量上升。TOC含量上升,DBD含量下降。δ18O数值较高;δ13C数值较高。太平洋副热带高压东移;太阳总辐射值较低。1920-1960 AD(69-57 cm):气候较为干燥。δ13C数值较低;δ18O数值呈现下降趋势;西太平洋副热带高压位置向西移动;太阳总辐射值上升。1960-1987 AD(56-32 cm):气候较为湿润。δ18O数值呈现上升趋势;δ13C数值较高;RERCA数值增大,泥炭发育较快;树轮重建的内蒙古东侧温度较低;蒸发效应减弱;同时,此阶段呼伦湖的湖面积增大;西太平洋副热带高压位置向东移动;1987-2019 AD(31-0 cm):气候较为干燥。由阿尔山气象站数据显示,1987 AD开始气温上升;δ13C数值下降;δ18O数值较低;内蒙古东侧温度升高;蒸发效应加强;呼伦湖面积减小;西太平洋副热带高压位置向西移动;
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