现代洞穴次生化学沉积物稳定碳同位素的生物量效应

过去大多数对洞穴次生化学沉积物稳定碳同位素环境替代指标的研究均表明，碳同位素值的高低指示着地表植被C4/C3比率的大小，但包括申请者在内的一些科研工作者最新的研究却发现，碳同位素值并非完全由上述因素控制，地表植被生物量（或覆盖度）也扮演着重要角色。申请者抓住碳同位素的这种生物量效应还需进一步研究证实的科学问题，通过在贵州荔波选择7个生物量大小大致等距（原始森林、一般乔木林、乔灌混合林、灌木林、灌草丛、草本和石漠化）且有对应较为理想洞穴系统作为研究对象，分别调查它们的总生物量大小（地上和地下生物量之和），同时采集植被、土壤有机碳、土壤水、滴水和现代洞穴沉积物等，利用14C方法并结合水化学等分析，最大限度地排除非生物量因素的影响后，判别和提炼稳定碳同位素值与生物量之间的相互关系，探索洞穴沉积物碳同位素的生物量效应，为利用洞穴次生化学沉积物稳定碳同位素环境替代指标恢复和重建古生态环境提供依据。

本项目对贵州四个洞穴系统进行监测和采样，包括主要植物、土壤CO2、土壤水、基岩、泉水、滴水及其对应的沉积物，以了解洞穴渗流水无机碳同位素变化特征及其古气候意义，以及对比分析影响洞穴滴水及其沉积物氧同位素变化的因素。对样品进行了稳定碳同位素、各种离子浓度（Ca, Mg, Sr, SO4, Cl等）、氢氧同位素等测定。稳定碳同位素的结果显示，不同洞穴间、甚至同一洞穴不同滴水点间稳定碳同位素差异明显。凉风洞（LFC）滴水碳同位素是四个洞穴中最轻的，其上覆植被为原始森林（高大乔木），植被平均碳同位素最轻（–29.9‰）。在七星洞（QXC）和将军洞（JJC）中，不同滴水点间碳同位素值差异非常显著，分别达6.9‰和7.8‰。进一步分析表明，洞穴滴水无机碳同位素不仅受洞穴上覆植被生物量影响，还受水文地球化学过程控制。因此，如果不考虑上述诸多影响因素，精确的石笋碳同位素解译是难以保证的。另一方面，氢氧同位素的结果表明，滴水及其沉积物中氧同位素不仅受当地大气降水同位素控制，而且还不同程度地受蒸发作用、水文过程和水化学作用影响。具体地，四个洞穴中，氢氧同位素值的变化幅度从大气降水到土壤水，再到洞穴滴水逐渐降低，均质化过程非常明显。在某种条件下，洞穴次生化学沉积物氧同位素可用作高分辨率（季节，甚至月份）古气候变化研究，如LFC和QXC。然而，对于像JJC和犀牛洞（XNC），其可能就无法进行高分辨率的研究，最多也只能是年分辨率，特别是XNC。四个洞穴中次生沉积物中包裹体（水）的同位素组成与当地大气降水线（LMWL）之间的关系对评估当地气候和环境是有潜力的。