大兴安岭泥炭沼泽中黑碳δC-13记录及其古环境意义

Black carbon (BC) is one kind of mixture organic carbon, produced by incomplete combustion of fossil fuels and biomass. BC and the BC-δC-13 were already used for reconstructing regional paleoenvironment characters. However, complex plants communities and combustion ways in peatland increase difficulty of paleoenvironment characters reconstructed by BC-δC-13. In this project, peatlands in the north of the Great Hinggan Mountain which located at the monsoon margin were selected as study region. Based on the peatland environmental and ecological characters, typical peatland plants were selected for incomplete combustion experiment and identify the influence of combustion temperature on δC-13 in incomplete combustion residual. Combine the BC-δC-13 in incomplete combustion residual with peatland ecological factors, finding the relationship between BC-δC-13, plant communities and ecological factors. Compare variation of BC-δC-13 in peat cores with regional paleoenvironment characters, evaluating the sensitive of BC-δC-13 in peat cores under the changing of regional climate and human activities. Finally, revealing the paleoenvironment implication BC-δC-13 in peat soils and reconstructing the regional paleoenvironment characters in Great Hinggan Mountain. This study provide a theoretical basis and necessary data for how to use BC-δC-13 in peat soils to reconstruct paleoenvironment characters.

黑碳是一类由生物质和化石燃料在不完全燃烧的情况下产生的含碳混合物，利用黑碳及其δC-13含量的变化对区域古环境重建的研究工作已经逐渐展开。由于泥炭沼泽地表植被和火烧方式复杂，增加了泥炭沼泽中黑碳δC-13含量重建区域古环境的不确定性。因此本次项目拟以位于我国季风边缘区的大兴安岭北部泥炭沼泽为研究对象，通过对该地区典型泥炭沼泽植被及其生境的调查，结合模拟不完全燃烧实验，了解典型泥炭沼泽植被在不同燃烧温度下产生的黑碳中δC-13含量特征，建立泥炭沼泽中黑碳δC-13含量与植被群落及其生境之间的联系；对比区域古环境特征，评估泥炭柱芯中黑碳δC-13记录对区域气候变化和人类活动的响应程度。最终明确泥炭沼泽中黑碳δC-13记录的古环境意义以及通过黑碳δC-13记录重建大兴安岭地区近2000年来的环境变化，为通过泥炭沉积中黑碳δC-13记录重建区域古环境特征提供必要的理论和数据支持。

黑碳是一类由生物质和化石燃料在不完全燃烧的情况下产生的含碳混合物，由于其化学性质稳定可长期保存在沉积环境中，因此黑碳逐渐被用于重建区域古环境的研究工作。本项目围绕我国大兴安岭泥炭沼泽中黑碳δ13C含量开展深入研究，选取该地区典型泥炭沼泽植被开展不完全燃烧实验，了解泥炭沼泽典型植被在不同燃烧环境下产生的黑碳δ13C含量特征，并深入探索黑碳δ13C含量的古环境指示意义。研究结果表明，燃烧过程对黑碳δ13C含量影响并不显著，干冷的气候环境会导致植物中δ13C含量的降低并因此导致这一时期形成的黑碳δ13C含量也随之降低。相比于黑碳沉积通量，黑碳δ13C含量对区域环境变化更加敏感，可用于指示人类活动影响较弱时期的古环境特征。利用AMS 14C和210Pb构建年代深度模型，并重建了大兴安岭东西两侧泥炭沼泽中近千年来黑碳δ13C含量变化。研究发现东亚夏季风和中亚西风共同影响大兴安岭地区的气候特征并导致不同区域的泥炭沼泽所记录的古气候特征存在明显差异。由于人为源排放的黑碳δ13C含量与C3植物源不完全燃烧产生的黑碳δ13C含量相似，随着近百年来人为源黑碳排放量的增加，难以直接通过黑碳δ13C含量的变化直接区分黑碳的来源。利用与黑碳同源产生的多环芳烃的已经成熟的源解析手段，并结合黑碳δ13C含量变化进行检验，可以有效的区分近百年来人类活动影响较强时期的黑碳来源。除黑碳δ13C含量以外，黑碳中依旧保存了大量的理化信息（例如反射率、化学结构、热稳定性等）有望成为古环境研究中重要代用指标。在项目执行期间已经初步发现可以利用黑碳的化学结构和热稳定性等指标对黑碳的来源进行更加精准的解析，并有望成为用于重建历史时期环境变化、植被演替、野火强度等信息的古环境代用指标之一。研究结果弥补泥炭沼泽中黑碳古环境记录研究的不足，为进一步深入挖掘黑碳古环境指示意义提供可靠地研究方法和研究理论。