項(xiàng)目名稱： 泥炭纖維素同位素代用氣候指標(biāo)與全新世氣候演變

推薦單位： 貴州省

項(xiàng)目簡(jiǎn)介： 本項(xiàng)目屬于地球科學(xué)的基礎(chǔ)研究領(lǐng)域－全球環(huán)境變化研究領(lǐng)域，獲國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)兩項(xiàng)重點(diǎn)和一項(xiàng)面上項(xiàng)目資助。

距今約11000年以來的這段時(shí)期稱為全新世。了解全新世氣候演變的歷史和驅(qū)動(dòng)機(jī)制，對(duì)認(rèn)識(shí)當(dāng)前面臨的氣候變化，預(yù)測(cè)未來發(fā)展趨勢(shì)，制定可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略有重要意義。本項(xiàng)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(shí)間序列，作為全新世氣候變化的一種新的代用指標(biāo)，以此研究全新世氣候變化及人類的適應(yīng)。獲得如下成果：

本項(xiàng)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(guó)際上長(zhǎng)期以來認(rèn)為從泥炭的氧同位素組成中不可能提取出氣候變化信號(hào)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(fēng)強(qiáng)度代用指標(biāo)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(xué)問題提供了新的證據(jù)；重建了過去12000年印度洋夏季風(fēng)和東亞夏季風(fēng)演變歷史；發(fā)現(xiàn)兩季風(fēng)強(qiáng)度突然變化與高北緯度氣候變化之間存在緊密關(guān)聯(lián)的重要現(xiàn)象；提出一個(gè)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(duì)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(jìn)了測(cè)定有機(jī)質(zhì)中氧同位素組成的技術(shù)；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(jìn)了泥炭環(huán)境同位素地球化學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展。

本項(xiàng)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(guó)際著名學(xué)者發(fā)表專題評(píng)論給予很高評(píng)價(jià)；被聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化研究小組(IPCC)專家報(bào)告，瑞士皇家氣象研究所的氣候評(píng)價(jià)報(bào)告等權(quán)威文件引用；美國(guó)CO2和全球變化研究中心主辦的著名在線學(xué)術(shù)雜志《CO2 Science 》4次發(fā)表評(píng)述介紹上述成果；并被4部國(guó)外英文專著引用；本項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)室已多次接待國(guó)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(guān)研究工作。

主要發(fā)現(xiàn)點(diǎn)： (一).核心發(fā)現(xiàn)點(diǎn)

1.闡述泥炭纖維素氧同位素組成(δ18O)與地表溫度的關(guān)系，率先發(fā)表時(shí)間長(zhǎng)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(biāo)作出重要貢獻(xiàn)。(環(huán)境地球化學(xué)。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(fēng)強(qiáng)度的敏感代用指標(biāo)，其原理可用夏季風(fēng)帶來的水汽含量變化對(duì)C3植物葉面氣孔的開合程度，及對(duì)C3植物利用CO2過程中的碳同位素分餾效應(yīng)的影響來解釋，發(fā)展了利用泥炭δ13C指標(biāo)重建古氣候的理論。(環(huán)境地球化學(xué)。No.2,10論文)

3.金川泥炭δ18O時(shí)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(yáng)黑子周期及太陽(yáng)輻射準(zhǔn)兩年波動(dòng)的諧波周期等值；發(fā)現(xiàn)在百年至千年時(shí)間尺度上東亞夏季風(fēng)強(qiáng)度與太陽(yáng)活動(dòng)之間有緊密相關(guān)：太陽(yáng)活動(dòng)減弱，溫度降低，東亞季風(fēng)降雨增強(qiáng)。反之亦然。這些成果提供了太陽(yáng)活動(dòng)影響全新世氣候的新證據(jù)。(環(huán)境地球化學(xué)。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?bào)w并測(cè)定其纖維素的δ13C值；重建過去12000年印度洋夏季風(fēng)的演變歷史；揭示印度洋夏季風(fēng)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(duì)應(yīng)的重要現(xiàn)象。(環(huán)境地球化學(xué)。No.3,10論文)

5. 測(cè)定哈尼和大九湖泥炭纖維素δ13C值，重建過去12000年?yáng)|亞夏季風(fēng)的演變歷史；提出一種新的學(xué)術(shù)觀點(diǎn)：認(rèn)為東亞夏季風(fēng)與印度洋夏季風(fēng)對(duì)全球變化可能有不同的響應(yīng)，相應(yīng)于北大西洋區(qū)域變冷，發(fā)生9次浮冰事件時(shí)，印度洋夏季風(fēng)突然明顯減弱，而東亞夏季風(fēng)突然明顯增強(qiáng)。(環(huán)境地球化學(xué)。No.4論文)

6. 提出一個(gè)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(fēng)強(qiáng)度的演變及相互關(guān)聯(lián)的機(jī)制，認(rèn)為減弱的太陽(yáng)活動(dòng)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(guān)，例如觸發(fā)厄爾尼諾現(xiàn)象出現(xiàn)，導(dǎo)致氣候變冷的同時(shí)，印度洋夏季風(fēng)明顯減弱，而東亞夏季風(fēng)明顯增強(qiáng)。(環(huán)境地球化學(xué)。No.3,4,6論文)

7.紅原和哈尼泥炭δ13C記錄表明，當(dāng)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(shí)，正值印度及東亞夏季風(fēng)突然異常地分別減弱和增強(qiáng)，兩季風(fēng)區(qū)分別出現(xiàn)長(zhǎng)期干旱和洪水，為這一時(shí)期突然氣候變化可能影響人類文明的發(fā)展提供重要?dú)夂虮尘百Y料。 (環(huán)境地球化學(xué)。No.3,4,6,10論文)

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

(二).其他重要發(fā)現(xiàn)點(diǎn)

1.對(duì)鎳管高溫裂解有機(jī)質(zhì)測(cè)定δ18O的方法進(jìn)行重要改進(jìn)，使測(cè)定結(jié)果更準(zhǔn)確和方便，實(shí)驗(yàn)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(shù)。(環(huán)境地球化學(xué)。No.1,2,9論文)

主要完成人： 洪業(yè)湯

1.主持制定項(xiàng)目的研究目標(biāo)，研究?jī)?nèi)容.

2.領(lǐng)導(dǎo)和參加對(duì)泥炭地的全部野外環(huán)境地質(zhì)地球化學(xué)調(diào)查和取樣工作.

3.主持對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和調(diào)查資料進(jìn)行綜合分析研究，對(duì)本項(xiàng)目《主要發(fā)現(xiàn)點(diǎn)》中的第1， 2， 3， 4，5， 6， 7發(fā)現(xiàn)點(diǎn)做出主要的創(chuàng)造性貢獻(xiàn)，作為第一責(zé)任人在《The Holocene》,《Earth and Planetary Science Letters》等地球科學(xué)重要雜志上發(fā)表論文，論述上述各發(fā)現(xiàn)點(diǎn)的具體內(nèi)容。

4.在本項(xiàng)目中的工作量占本人工作量的80%.

洪冰

1.參予制定項(xiàng)目的研究目標(biāo)，研究?jī)?nèi)容； 參加泥炭地的部分野外環(huán)境地質(zhì)地球化學(xué)調(diào)查和取樣工作.

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

3.在本項(xiàng)目中的工作量占本人工作量的80%.

林慶華

1. 參予制定項(xiàng)目的研究目標(biāo)，研究?jī)?nèi)容；參加泥炭地的部分野外環(huán)境地質(zhì)地球化學(xué)調(diào)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(zhǎng)的現(xiàn)代植物及部分泥炭樣品中提取纖維素，并測(cè)定其δ13C值；參與對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和調(diào)查資料的綜合分析研究，對(duì)本項(xiàng)目《主要發(fā)現(xiàn)點(diǎn)》中的第 3， 4， 5， 6， 7發(fā)現(xiàn)點(diǎn)做出重要貢獻(xiàn)，作為主要成員之一在《The Holocene》,《Earth and Planetary Science Letters》等地球科學(xué)重要雜志上發(fā)表論文，論述上述各發(fā)現(xiàn)點(diǎn)的具體內(nèi)容。

3.在本項(xiàng)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(gè)項(xiàng)目的完成作出重要貢獻(xiàn)。

2.通過實(shí)驗(yàn)方法研究測(cè)定了土壤中有機(jī)質(zhì)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(guān)的微生物量碳的季節(jié)變化規(guī)律和釋放規(guī)律；對(duì)本項(xiàng)目《主要發(fā)現(xiàn)點(diǎn)》中的第8發(fā)現(xiàn)點(diǎn)做出主要貢獻(xiàn)，作為第一責(zé)任人在《Biology and Fertility of Soils》等地球科學(xué)重要雜志上發(fā)表論文，論述上述發(fā)現(xiàn)點(diǎn)的具體內(nèi)容。

3.在本項(xiàng)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(zhì)地球化學(xué)調(diào)查和取樣工作.

2.研究改進(jìn)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(yán)格掌控分析測(cè)試實(shí)驗(yàn)的質(zhì)量控制；參與對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和調(diào)查資料的綜合分析研究，對(duì)本項(xiàng)目《主要發(fā)現(xiàn)點(diǎn)》中的第1， 2， 3， 4， 5， 6， 7，9發(fā)現(xiàn)點(diǎn)做出重要貢獻(xiàn)，作為主要成員之一在《The Holocene》,《Earth and Planetary Science Letters》等地球科學(xué)重要雜志上發(fā)表論文，論述上述各發(fā)現(xiàn)點(diǎn)的具體內(nèi)容。

3.在本項(xiàng)目中的工作量占本人工作量的80%.