石笋新的古生态指标：富里酸碳同位素

With the high precise U-Th dating method and high resolution, stalagmite is one of the most important archives for paleoclimate reconstructions in the Quaterary. Stalagmite calcite carbon isotope is easily affected by internal processes, which brings a little difficulty for its interpretation. On the contrary, stalagmite fulvic acids, with the similar carbon source with inorganic carbon, preserve their carbon isotopic signatures during the transportation from soil to groundwater and finally to calcite. Thus the carbon isotope of fulvic acids has a promising potential to act as a paleoecology proxy. However, our knowledge about how the carbon isotope of stalagmite fulvic acids responds to climate change is very poor. This proposal plans to conduct modern investigation of the carbon isotope compositions in cave system, especially the seasonal variations in surface soils and dripping waters in Heshang Cave. The aim is to illustrate the relationship between fulvic acid carbon isotope and the soil ecosystem, and how carbon isotope of stalagmite fulvic acids responds to the seasonal to annual climate changes in Heshang Cave.Through this study, we have the potential to establish a novel stalagmite-based paleoecology proxy. In addition, this study can provide additional evidence to support the paleoclimate interpretation of stalagmite calcite inorganic carbon isotope signals.

石笋具有定年准确、分辨率高等优点，是重要的古气候研究载体。在众多的石笋古气候替代指标中，无机碳同位素因容易受到较为复杂的洞内过程影响，解译有一定困难。而石笋富里酸与石笋无机碳具有相似的来源，因其同位素信息是以有机化合物分子的形式在土壤-石笋之间传输的，受洞内过程影响较小，可以用来反映洞顶土壤生态变化，是潜在的古生态指标。但目前对石笋富里酸碳同位素响应生态、气候变化的机理还缺乏系统的认识。本项目将开展洞穴现代过程观测及室内模拟实验，对洞穴系统中富里酸的形成及传递过程进行综合调查，示踪富里酸碳同位素在形成及运移过程中的变化，尤其关注表层土壤及洞内滴水中的季节性变化，探明石笋富里酸碳同位素的信号来源及主要影响因素，全面认识石笋富里酸碳同位素与洞顶生态系统之间的关系及其对气候变化响应的可能机制。该项目的成功实施，将建立新的石笋古生态指标，同时还可以为更好的解译石笋无机碳同位素的古气候意义提供依据。

石笋有机质在石笋碳库中占的比率很小，但却是石笋古生态最具有潜力的指标。在前期研究基础上，我们开展了洞顶表土和洞内滴水酸溶有机质碳同位素（δ13CASOM）季节性监测，研究了滴水荧光强度旬际尺度和石笋同步荧光波长的百年至千年尺度的变化，探讨石笋有机质碳同位素及荧光特征与生态和环境之间的联系。研究取得主要进展：.1.洞顶土壤剖面δ13CASOM在深部（20cm以下）比较稳定，且不同季节的情况也非常相似。同期采集的HS-4滴水点滴水样品δ13CASOM比表土偏负，且变化幅度更大。这反映出，可溶有机质在洞穴系统搬运过程中发生了变化。经过一系列微生物降解作用，使得易分解且碳同位素偏正的亲水基团被优先降解，而不易被分解且碳同位素偏负的憎水基团相对富集在滴水。.2.建立了一种改进的滴水同步荧光分析方法。通过加入抗坏血酸，可以在一定程度上抑制滴水中荧光强度较弱的有机质对主要荧光峰（主要是类富里酸物质）的干扰，且能在一定pH范围（9-4）内获得较为稳定的同步荧光强度值。.3.对采自2011年1月至2013年5月的HS-4石笋滴水点滴水（采样间隔为10天）进行了同步荧光分析。结果显示，滴水同步荧光强度显示出明显的年际变化。其与温度、降水都有一定的相关性，反映了荧光强度与有机质含量的正相关关系，进而反映了荧光强度与微生物降解程度的关系。.4.对HS-4石笋9000年来的同步荧光波长的古生态意义进行了讨论，认为其主要受荧光物质的结构、分子量影响。将HS-4石笋9000年来的同步荧光波长和其δ13CASOM进行对比，两者有一定的负相关性（r= -0.3,p< 0.01）。这反映出同步荧光波长与δ13CASOM可能受到共同的因素的影响。我们认为是微生物活动对土壤可溶有机物的降解过程。即温度高、相对湿度低的时候，有利于微生物降解，最终导致较大的荧光波长和较负的δ13CASOM；相反，温度低，相对湿度大的时候，不利于微生物降解，从而导致较小的荧光波长和较正的δ13CASOM。两个指标共同反映出，自9000年来，和尚洞地区的气候是由暖干到冷湿的变化过程。