項目名稱： 泥炭纖維素同位素代用氣候指標與全新世氣候演變

推薦單位： 貴州省

項目簡介： 本項目屬于地球科學的基礎研究領域－全球環(huán)境變化研究領域，獲國家自然科學基金委員會兩項重點和一項面上項目資助。

距今約11000年以來的這段時期稱為全新世。了解全新世氣候演變的歷史和驅動機制，對認識當前面臨的氣候變化，預測未來發(fā)展趨勢，制定可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略有重要意義。本項目根據(jù)二氧化碳和水在陸地生態(tài)系統(tǒng)與大氣間交換作用的原理，開發(fā)研究泥炭植物纖維素氧碳同位素時間序列，作為全新世氣候變化的一種新的代用指標，以此研究全新世氣候變化及人類的適應。獲得如下成果：

本項目率先發(fā)表吉林金川和四川紅原等兩條泥炭纖維素氧同位素溫度代用記錄，突破國際上長期以來認為從泥炭的氧同位素組成中不可能提取出氣候變化信號的觀念；論述由C3植物組成的泥炭纖維素的碳同位素組成用作亞洲夏季風強度代用指標的原理；系統(tǒng)揭示了溫度變化的周期，為研究全新世氣候變化的原因這一重大科學問題提供了新的證據(jù)；重建了過去12000年印度洋夏季風和東亞夏季風演變歷史；發(fā)現(xiàn)兩季風強度突然變化與高北緯度氣候變化之間存在緊密關聯(lián)的重要現(xiàn)象；提出一個闡釋這一現(xiàn)象的全球變化概念模型；提出了突然氣候變化對人類古文明發(fā)展可能確有重大影響的泥炭代用氣候記錄證據(jù)；改進了測定有機質中氧同位素組成的技術；研發(fā)出從大批量泥炭樣本中快速提取高純度(99.5%)植物纖維素的方法；促進了泥炭環(huán)境同位素地球化學領域的發(fā)展。

本項目發(fā)表研究論文57篇，合編專著2部。其中SCI收錄16篇, EI收錄3篇。被引用414次，其中被Nature等SCI雜志引用155次。一些成果被國際著名學者發(fā)表專題評論給予很高評價；被聯(lián)合國政府間氣候變化研究小組(IPCC)專家報告，瑞士皇家氣象研究所的氣候評價報告等權威文件引用；美國CO2和全球變化研究中心主辦的著名在線學術雜志《CO2 Science 》4次發(fā)表評述介紹上述成果；并被4部國外英文專著引用；本項目實驗室已多次接待國內(nèi)高校和中科院研究所的博士后，博士和碩士等科研人員來開展相關研究工作。

主要發(fā)現(xiàn)點： (一).核心發(fā)現(xiàn)點

1.闡述泥炭纖維素氧同位素組成(δ18O)與地表溫度的關系，率先發(fā)表時間長度約6000年，分辨率約20-30年的吉林金川和四川紅原等兩條泥炭纖維素δ18O代用溫度記錄，為開拓新的生物分子氧同位素代用溫度指標作出重要貢獻。(環(huán)境地球化學。No.1，10論文)

2. 提出由C3植物組成的泥炭纖維素的碳同位素組成(δ13C)，可用作反映亞洲夏季風強度的敏感代用指標，其原理可用夏季風帶來的水汽含量變化對C3植物葉面氣孔的開合程度，及對C3植物利用CO2過程中的碳同位素分餾效應的影響來解釋，發(fā)展了利用泥炭δ13C指標重建古氣候的理論。(環(huán)境地球化學。No.2,10論文)

3.金川泥炭δ18O時間序列的非等間距譜分析，揭示溫度變化存在86, 93, 101, 111, 127, 132, 140, 155, 207, 245, 311, 377, 480, 590, 820, 1046年的周期，與太陽黑子周期及太陽輻射準兩年波動的諧波周期等值；發(fā)現(xiàn)在百年至千年時間尺度上東亞夏季風強度與太陽活動之間有緊密相關：太陽活動減弱，溫度降低，東亞季風降雨增強。反之亦然。這些成果提供了太陽活動影響全新世氣候的新證據(jù)。(環(huán)境地球化學。No.1,2,5,9,10論文)

4. 從紅原泥炭中分離出單種植物-木里苔草的殘體并測定其纖維素的δ13C值；重建過去12000年印度洋夏季風的演變歷史；揭示印度洋夏季風存在9次百年至千年尺度的突然減弱，并與北大西洋的9次海洋和大氣突然變冷事件一一對應的重要現(xiàn)象。(環(huán)境地球化學。No.3,10論文)

5. 測定哈尼和大九湖泥炭纖維素δ13C值，重建過去12000年東亞夏季風的演變歷史；提出一種新的學術觀點：認為東亞夏季風與印度洋夏季風對全球變化可能有不同的響應，相應于北大西洋區(qū)域變冷，發(fā)生9次浮冰事件時，印度洋夏季風突然明顯減弱，而東亞夏季風突然明顯增強。(環(huán)境地球化學。No.4論文)

6. 提出一個全新世氣候變化的綜合概念模型來闡釋全新世溫度、亞洲季風強度的演變及相互關聯(lián)的機制，認為減弱的太陽活動和北大西洋融冰洪水都可能觸發(fā)地球系統(tǒng)的某些開關，例如觸發(fā)厄爾尼諾現(xiàn)象出現(xiàn)，導致氣候變冷的同時，印度洋夏季風明顯減弱，而東亞夏季風明顯增強。(環(huán)境地球化學。No.3,4,6論文)

7.紅原和哈尼泥炭δ13C記錄表明，當西亞古文明、印度哈拉潘文明衰落及東亞龍山、良渚文化突然消失時，正值印度及東亞夏季風突然異常地分別減弱和增強，兩季風區(qū)分別出現(xiàn)長期干旱和洪水，為這一時期突然氣候變化可能影響人類文明的發(fā)展提供重要氣候背景資料。 (環(huán)境地球化學。No.3,4,6,10論文)

8.對CO2和水在陸－氣系統(tǒng)中的交換等地球化學行為進行探索，發(fā)現(xiàn)氣溫、濕度對土壤微生物量碳濃度的影響關系，土壤微生物量碳濃度與土壤中可溶性有機碳含量的反相關等。(環(huán)境地球化學。No.7,8論文)

(二).其他重要發(fā)現(xiàn)點

1.對鎳管高溫裂解有機質測定δ18O的方法進行重要改進，使測定結果更準確和方便，實驗成本更低；研發(fā)出從大批量泥炭樣本中快速提取高純度(99.5%)纖維素的技術。(環(huán)境地球化學。No.1,2,9論文)

主要完成人： 洪業(yè)湯

1.主持制定項目的研究目標，研究內(nèi)容.

2.領導和參加對泥炭地的全部野外環(huán)境地質地球化學調查和取樣工作.

3.主持對實驗數(shù)據(jù)和調查資料進行綜合分析研究，對本項目《主要發(fā)現(xiàn)點》中的第1， 2， 3， 4，5， 6， 7發(fā)現(xiàn)點做出主要的創(chuàng)造性貢獻，作為第一責任人在《The Holocene》,《Earth and Planetary Science Letters》等地球科學重要雜志上發(fā)表論文，論述上述各發(fā)現(xiàn)點的具體內(nèi)容。

4.在本項目中的工作量占本人工作量的80%.

洪冰

1.參予制定項目的研究目標，研究內(nèi)容； 參加泥炭地的部分野外環(huán)境地質地球化學調查和取樣工作.

2.完成從紅原泥炭中挑選木里苔草殘體，提取纖維素并測定其δ13C值；完成哈尼、大九湖、柴窩鋪泥炭纖維素的δ13C的測定；參加對金川泥炭纖維素δ18O值的校正測定工作；參與對實驗數(shù)據(jù)和調查資料的綜合分析研究，對本項目《主要發(fā)現(xiàn)點》中的第1， 3， 4， 5， 6， 7發(fā)現(xiàn)點做出重要貢獻，作為主要成員之一在《The Holocene》,《Earth and Planetary Science Letters》等地球科學重要雜志上發(fā)表論文，論述上述各發(fā)現(xiàn)點的具體內(nèi)容。

3.在本項目中的工作量占本人工作量的80%.

林慶華

1. 參予制定項目的研究目標，研究內(nèi)容；參加泥炭地的部分野外環(huán)境地質地球化學調查和取樣工作.

2.完成從紅原、哈尼、大九湖、柴窩鋪泥炭地上生長的現(xiàn)代植物及部分泥炭樣品中提取纖維素，并測定其δ13C值；參與對實驗數(shù)據(jù)和調查資料的綜合分析研究，對本項目《主要發(fā)現(xiàn)點》中的第 3， 4， 5， 6， 7發(fā)現(xiàn)點做出重要貢獻，作為主要成員之一在《The Holocene》,《Earth and Planetary Science Letters》等地球科學重要雜志上發(fā)表論文，論述上述各發(fā)現(xiàn)點的具體內(nèi)容。

3.在本項目中的工作量占本人工作量的80%.

樸河春

1.完成大部分泥炭樣品纖維素的分離提取工作，為整個項目的完成作出重要貢獻。

2.通過實驗方法研究測定了土壤中有機質腐爛分解過程中的碳同位素變化規(guī)律；闡明土壤中與氣候因素相關的微生物量碳的季節(jié)變化規(guī)律和釋放規(guī)律；對本項目《主要發(fā)現(xiàn)點》中的第8發(fā)現(xiàn)點做出主要貢獻，作為第一責任人在《Biology and Fertility of Soils》等地球科學重要雜志上發(fā)表論文，論述上述發(fā)現(xiàn)點的具體內(nèi)容。

3.在本項目中的工作量占本人工作量的70%.

朱泳煊

1.參加泥炭地的全部野外環(huán)境地質地球化學調查和取樣工作.

2.研究改進鎳管裂解裝置；研發(fā)出從大批量泥炭樣本中快速提取高純度纖維素的方法；嚴格掌控分析測試實驗的質量控制；參與對實驗數(shù)據(jù)和調查資料的綜合分析研究，對本項目《主要發(fā)現(xiàn)點》中的第1， 2， 3， 4， 5， 6， 7，9發(fā)現(xiàn)點做出重要貢獻，作為主要成員之一在《The Holocene》,《Earth and Planetary Science Letters》等地球科學重要雜志上發(fā)表論文，論述上述各發(fā)現(xiàn)點的具體內(nèi)容。

3.在本項目中的工作量占本人工作量的80%.