阿拉善沙漠全新世鈣質(zhì)根管形成機(jī)制及其古環(huán)境指示意義：來(lái)自微觀(guān)形態(tài)學(xué)證據(jù)

李卓侖，高有紅，李若蘭，王乃昂，朱瑞霞

蘭州大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院 蘭州大學(xué)冰川與沙漠研究中心，蘭州 730000

0 引言

鈣質(zhì)根管(Calcareous root tubes/rhizoliths)是陸生高等植物在生物沉積作用下，形成于存在土壤水分季節(jié)性虧損的干旱和半干旱地區(qū)石灰質(zhì)土壤中的次生碳酸鹽結(jié)殼[1-5]。在黃土—古土壤序列[6-8]、海岸沙丘[9-11]以及干旱內(nèi)陸地區(qū)[12-15]均有報(bào)道。年代學(xué)研究結(jié)果表明全新世時(shí)期鈣質(zhì)根管的14C年代結(jié)果在千年尺度可靠性較高[4,16-17]，并且形成時(shí)間遠(yuǎn)小于其他次生碳酸鹽[18]。此外，鈣質(zhì)根管具有純的生物成因源特征[5,19]。上述研究揭示了鈣質(zhì)根管具有分布廣泛、測(cè)年結(jié)果可靠性較高、環(huán)境指示意義相對(duì)明確等優(yōu)勢(shì)，是建立千年尺度環(huán)境演變序列的良好材料，已被廣泛應(yīng)用于古環(huán)境重建中[20-22]。因此，對(duì)鈣質(zhì)根管深入研究，有望為古環(huán)境重建提供新的信息載體，亦可為區(qū)域古環(huán)境變化研究提供新的證據(jù)。

雖然前人對(duì)鈣質(zhì)根管的分類(lèi)[1,23]和形成機(jī)制[6,18,24]等方面進(jìn)行了研究，但由于鈣質(zhì)根管分布地區(qū)自然環(huán)境特征的差異性、不同環(huán)境下形成的鈣質(zhì)根管外觀(guān)結(jié)構(gòu)的特殊性，導(dǎo)致對(duì)鈣質(zhì)根管的形成機(jī)制研究存在較大的爭(zhēng)議。此外，其環(huán)境指示意義也有待于進(jìn)一步的深入研究。以阿拉善沙漠鈣質(zhì)根管為例，其在巴丹吉林沙漠、騰格里沙漠和烏蘭布和沙漠都有大量的分布[15]，高尚玉等[25]認(rèn)為騰格里沙漠鈣質(zhì)根管產(chǎn)自砂質(zhì)古土壤中的蝕余堆積；陳建生等[26]認(rèn)為巴丹吉林沙漠鈣質(zhì)根管是由地下水中的碳酸鹽重結(jié)晶作用形成。但不同的觀(guān)點(diǎn)則認(rèn)為阿拉善沙漠鈣質(zhì)根管主要是由于氣候濕潤(rùn)時(shí)期高降水量所形成的，可以指示濕潤(rùn)氣候[4,12]。這些分歧無(wú)疑造成了鈣質(zhì)根管的形成機(jī)制及其環(huán)境指示意義在該區(qū)域尚不明確，限制了其在古環(huán)境重建中的應(yīng)用。同時(shí)，上述分歧的存在對(duì)鈣質(zhì)根管是否具有明確的古環(huán)境指示意義提出了需要進(jìn)一步深入探討的問(wèn)題。

基于上述，本研究以近10年已采集的32組阿拉善沙漠全新世鈣質(zhì)根管樣品為基礎(chǔ)，采用掃描電鏡分析的方法，明確該區(qū)域鈣質(zhì)根管的微觀(guān)特征并以此探討該區(qū)域鈣質(zhì)根管的形成機(jī)制及其古環(huán)境指示意義，為沙漠腹地古環(huán)境研究提供新的信息載體。

1 區(qū)域概況

阿拉善沙漠位于內(nèi)蒙古北部及甘肅北部，主要包括巴丹吉林沙漠、騰格里沙漠和烏蘭布和沙漠，面積約10×104km2(圖1)。海拔高度1 000～1 500 m左右，地勢(shì)由南向北傾斜，地面起伏不大，僅有少數(shù)山地超過(guò)2 000 m，最低處居延海附近為820 m。高原上有若干相對(duì)高差100～250 m的干燥剝蝕丘陵低山，把高原分割成為許多內(nèi)陸盆地。地表物質(zhì)西部以戈壁為主，東部沙漠面積廣。自然景觀(guān)主要以荒漠草原、流動(dòng)沙丘、戈壁為主。

巴丹吉林沙漠位于雅布賴(lài)鹽湖與雅布賴(lài)山之西北，宗乃山、省道S218公路以西，黑河正義峽出山口、弱水東岸至古日乃湖以東，合黎山、北大山以北，拐子湖、古居延澤以南(圖1)，面積為5.2×104km2，系我國(guó)第二大沙漠[28]。氣候干旱，多年平均降水量由東南向西北逐漸減少，東南部約為120 mm，西北部不足40 mm，沙漠腹地降水量在100～110 mm并且90%以上的降水為單次小于5 mm降水[29]。與世界上其他沙漠明顯不同的是，東南部的高大復(fù)合型沙山，相對(duì)高度一般達(dá)200～300 m，最高的超過(guò)430 m；沙山之間的洼地分布著許多大小不等的永久性湖泊，最大達(dá)1.5 km2，絕大多數(shù)屬礦化度很高的鹽堿湖，還有一定數(shù)量的淡水湖[30-31]。騰格里沙漠位于阿拉善沙漠東南部，介于賀蘭山、祁連山與雅布賴(lài)山之間(圖1)，面積約為4.27×104km2，是中國(guó)第四大沙漠[32]。區(qū)內(nèi)地勢(shì)總體呈現(xiàn)西南高，東北低的趨勢(shì)，海拔1 100～2 000 m。沙漠內(nèi)部分布著眾多湖泊，大小不等，形態(tài)各異，除淡水湖泊之外，還有很多礦化度高的咸水湖及一定數(shù)量的干涸鹽堿湖盆[33]。年平均降水量l25～160 mm。烏蘭布和沙漠位于阿拉善沙漠東部(圖1)，面積約1.1×104km2。包括河套以西、陰山以南一直到賀蘭山以北的大面積流沙地區(qū)，東部與黃河緊鄰。沙漠南部主要為高大沙山，北部以流動(dòng)沙丘、固定—半固定沙壟為主[34]。該區(qū)域年平均溫度為7 ℃，年降水量103 mm，65%年降水主要集中在夏季。

2 材料和方法

2.1 樣品采集

鈣質(zhì)根管廣泛分布在阿拉善沙漠腹地，呈水平或直立狀分布于平沙地與丘間洼地中，并在巴丹吉林沙漠高大沙山上亦有分布[4,15]。本研究分別在巴丹吉林沙漠采集了5組鈣質(zhì)根管樣品，在騰格里沙漠采集了14組鈣質(zhì)根管樣品，烏蘭布和沙漠采集了13組鈣質(zhì)根管樣品，共計(jì)采集了32組全新世鈣質(zhì)根管樣品，采樣位置如圖1所示。樣品的宏觀(guān)形態(tài)描述以及14C年代結(jié)果詳見(jiàn)文獻(xiàn)[15]。

圖1 研究區(qū)示意圖及阿拉善沙漠全新世鈣質(zhì)根管樣品采樣點(diǎn)分布Fig.1 Location of the study area and the Holocene calcareous root tubes sampled in the Alashan Desert

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

掃描電鏡實(shí)驗(yàn)在蘭州大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院Hitachi S-4800掃描電子顯微鏡和MIRA 3 XMU場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡下完成。將已經(jīng)自然風(fēng)干的鈣質(zhì)根管樣品外側(cè)石英砂膠結(jié)物、內(nèi)部碳酸鹽膠結(jié)物、以及全樣鈣質(zhì)根管的橫截面分別使用常規(guī)真空噴鍍法噴金60秒后，放大30～30 000倍之間共14個(gè)倍數(shù)下觀(guān)察并成像。累計(jì)拍攝掃描電鏡圖片433張。

鈣質(zhì)根管中方解石結(jié)晶墊結(jié)構(gòu)和鈣化細(xì)絲微觀(guān)結(jié)構(gòu)的形成與植物根系活動(dòng)密切相關(guān)[1,27]，是受到真菌、藍(lán)藻細(xì)菌、地衣、細(xì)菌和植物根系活動(dòng)的影響而由生物作用形成的微形態(tài)結(jié)構(gòu)[35-36]。因此，本文選取方解石結(jié)晶墊結(jié)構(gòu)和鈣化細(xì)絲微觀(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

3 結(jié)果分析

掃描電鏡結(jié)果顯示，本研究中的32組鈣質(zhì)根管樣品全部含有方解石結(jié)晶墊結(jié)構(gòu)或鈣化細(xì)絲微觀(guān)結(jié)構(gòu)。其中20組鈣質(zhì)根管樣品具有方解石結(jié)晶墊結(jié)構(gòu)，占樣品總數(shù)的62.5%；19組鈣質(zhì)根管樣品具有鈣化細(xì)絲微觀(guān)結(jié)構(gòu)，占樣品總數(shù)的59.37%。此外，所有樣品中未發(fā)現(xiàn)鈣化細(xì)胞的存在。在巴丹吉林沙漠的5組樣品中均發(fā)現(xiàn)了方解石結(jié)晶墊結(jié)構(gòu)和鈣化細(xì)絲結(jié)構(gòu)。在騰格里沙漠，有2組樣品既發(fā)現(xiàn)了方解石結(jié)晶墊結(jié)構(gòu)又發(fā)現(xiàn)了鈣化細(xì)絲結(jié)構(gòu)，其余各自有6組樣品分別有方解石結(jié)晶墊或鈣化細(xì)絲結(jié)構(gòu)。在烏蘭布和沙漠，有7組樣品含有方解石結(jié)晶墊結(jié)構(gòu)，其余6組樣品中含有鈣化細(xì)絲結(jié)構(gòu)。這種方解石結(jié)晶墊或鈣化細(xì)絲結(jié)構(gòu)，在不同區(qū)域或不同年代的鈣質(zhì)根管樣品中，并沒(méi)有明顯的分布差別。

方解石結(jié)晶墊結(jié)構(gòu)分布在鈣質(zhì)根管樣品的內(nèi)側(cè)。方解石結(jié)晶墊在形態(tài)上為表面布滿(mǎn)了長(zhǎng)粒狀或針狀的方解石結(jié)晶，結(jié)晶方向隨機(jī)，具有鋸齒狀邊緣(圖2)。巴丹吉林沙漠樣品的方解石結(jié)晶有粒狀方解石結(jié)晶和針狀方解石結(jié)晶兩種類(lèi)型(圖2a，b)：其中粒狀方解石結(jié)晶長(zhǎng)約45～50 μm，直徑約2～5 μm(圖2a)；針狀方解石結(jié)晶長(zhǎng)度小于50 μm，直徑小于5 μm(圖2b)。騰格里沙漠樣品的方解石結(jié)晶墊上的結(jié)晶有米粒狀結(jié)晶和針狀方解石結(jié)晶兩種類(lèi)型(圖2c，d)：米粒狀的結(jié)晶中間粗，兩端細(xì)，其長(zhǎng)約2～7 μm，直徑約0.5～2 μm(圖2c)；針狀方解石結(jié)晶長(zhǎng)度不足5 μm(圖2d)。烏蘭布和沙漠鈣質(zhì)根管方解石結(jié)晶墊上的結(jié)晶則以粒狀方解石結(jié)晶(圖2e)和極細(xì)針狀方解石結(jié)晶(圖2f)兩種類(lèi)型為主：粒狀方解石結(jié)晶(圖2e)與巴丹吉林沙漠方解石結(jié)晶墊上結(jié)晶形態(tài)相似，極細(xì)針狀方解石(圖2f)直徑小于5 μm。

圖2 阿拉善沙漠全新世鈣質(zhì)根管方解石結(jié)晶墊微觀(guān)特征a，b.巴丹吉林沙漠鈣質(zhì)根管的方解石結(jié)晶墊；c，d.騰格里沙漠鈣質(zhì)根管的方解石結(jié)晶墊；e，f.烏蘭布和沙漠鈣質(zhì)根管的方解石結(jié)晶墊Fig.2 Micromorphology (calcite crystal cushion) of the calcareous root tubesa, b. sampled from the Badain Jaran Desert; c, d. sampled from the Tengger Desert; e, f. sampled from the Ulanbuh Desert

鈣化細(xì)絲微觀(guān)結(jié)構(gòu)由菱形方解石構(gòu)成，在鈣質(zhì)根管結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)和外側(cè)均有分布。巴丹吉林沙漠樣品中鈣化細(xì)絲長(zhǎng)約0.4～6 μm，寬約0.1 μm，與粒狀和塊狀的鈣化結(jié)晶均勻相交分布(圖3a)；長(zhǎng)粒狀鈣化細(xì)絲長(zhǎng)約1.5～5 μm，直徑約0.3～0.7 μm，與長(zhǎng)粒狀方解石結(jié)晶之間緊密膠結(jié)(圖3b)。騰格里沙漠鈣質(zhì)根管鈣化細(xì)絲表面粗糙，最長(zhǎng)可達(dá)165 μm，直徑4～6 μm(圖3c，d)。烏蘭布和沙漠片狀鈣化細(xì)絲結(jié)構(gòu)分布于鈣質(zhì)根管結(jié)構(gòu)外側(cè)，表面粗糙，具有折角，長(zhǎng)約4～60 μm，寬約1～6 μm(圖3e，f)。

在路徑規(guī)劃中，需先對(duì)環(huán)境信息進(jìn)行描述。由于復(fù)雜的海面環(huán)境導(dǎo)致算法不能直接被利用，采用坐標(biāo)法建立海平面二維模型，并將復(fù)雜的海面地理信息進(jìn)行簡(jiǎn)化，把障礙物適當(dāng)擴(kuò)大安全距離，轉(zhuǎn)化成簡(jiǎn)單的封閉幾何圖形(見(jiàn)圖1)。圖1a)地圖位于印度尼西亞附近海域，由部分島礁組成中心經(jīng)度為123°38′，緯度為01°57′；圖1b)地圖在坐標(biāo)平面內(nèi)以黑色部分表示障礙物，(0，0)為起始點(diǎn)，(40，40)為目標(biāo)點(diǎn)。

4 討論

4.1 鈣質(zhì)根管的形成機(jī)制

在不同區(qū)域鈣質(zhì)根管的形成機(jī)制可能存在一定差異。生長(zhǎng)在酸性中和度較高的石灰質(zhì)土壤和鹽堿土壤中的植物會(huì)通過(guò)根系的呼吸作用，呼出CO2，同時(shí)交換周?chē)寥乐械腃a2+和H+供植物生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)所需，并溶解周?chē)寥乐械牡V物質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)元素。礦物質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)元素逐漸在植物根部表皮細(xì)胞中沉淀膠結(jié)并形成鈣化細(xì)胞[6]，即細(xì)胞內(nèi)鈣化機(jī)制，無(wú)微生物活動(dòng)的參與。

另一種觀(guān)點(diǎn)則認(rèn)為，在干旱環(huán)境條件下，土壤溶液沿植物根部移動(dòng)的過(guò)程中Ca2+會(huì)積累在根圍并被轉(zhuǎn)化成碳酸鹽，在蒸發(fā)作用下碳酸鹽圍繞著植物根系沉淀形成了管狀的膠結(jié)[5]。與此同時(shí)，植物根系和根圍的微生物向根圍釋放CO2和黏液，并且植物根系在死亡腐爛期間，微生物降解亦能向周?chē)h(huán)境釋放大量的CO2，上述植物根系以及微生物活動(dòng)產(chǎn)生的CO2與有效水結(jié)合形成碳酸，溶解根圍的含鈣礦物進(jìn)一步形成碳酸鹽沉淀，并且植物根系釋放的黏液有利于膠結(jié)周?chē)寥佬纬蓤?jiān)硬的外殼。此機(jī)制即為根圍鈣化機(jī)制。根圍鈣化機(jī)制發(fā)生在植物活著和腐爛期間，并需要有植物根系活動(dòng)和根圍微生物的參與。并且，與其他次生碳酸鹽相區(qū)別的是，由于受到真菌、藍(lán)藻細(xì)菌、地衣、細(xì)菌和植物根系活動(dòng)等生物作用的影響，加快了次生碳酸鹽的沉淀[35-36]，使鈣質(zhì)根管的形成時(shí)間遠(yuǎn)小于非生物成因的次生碳酸鹽[37]。

圖3 阿拉善沙漠全新世鈣質(zhì)根管鈣化細(xì)絲微觀(guān)結(jié)構(gòu)a，b.巴丹吉林沙漠鈣質(zhì)根管的鈣化細(xì)絲結(jié)構(gòu)；c，d.騰格里沙漠鈣質(zhì)根管的鈣化細(xì)絲結(jié)構(gòu)；e，f.烏蘭布和沙漠鈣質(zhì)根管的鈣化細(xì)絲結(jié)構(gòu)Fig.3 Micromorphology(calcified filaments) of the calcareous root tubesa, b. sampled from the Badain Jaran Desert; c, d. sampled from the Tengger Desert; e, f. sampled from the Ulanbuh Desert

前人的研究表明，鈣質(zhì)根管中方解石結(jié)晶墊結(jié)構(gòu)和鈣化細(xì)絲微觀(guān)結(jié)構(gòu)的形成與植物根系活動(dòng)密切相關(guān)[1,27]，由生物作用形成[35-36]。本研究結(jié)果表明，所有樣品中均未觀(guān)測(cè)出鈣化細(xì)胞的存在，表明阿拉善沙漠鈣質(zhì)根管的形成，與植物細(xì)胞內(nèi)的鈣化無(wú)關(guān)。相反，方解石結(jié)晶墊結(jié)構(gòu)或鈣化細(xì)絲結(jié)構(gòu)在全部鈣質(zhì)根管樣品中均存在，表明了根圍微生物活動(dòng)參與了鈣質(zhì)根管的形成過(guò)程。Lietal.[22]對(duì)本研究的鈣質(zhì)根管樣品中有機(jī)地球化學(xué)分析結(jié)果顯示，阿拉善沙漠鈣質(zhì)根管中含有大量以C16為主峰的短鏈正構(gòu)烷烴，揭示了微生物作用對(duì)鈣質(zhì)根管的形成具有重要的影響。這也證明了鈣質(zhì)根管的形成不是受到細(xì)胞鈣化機(jī)制的影響。換言之，阿拉善沙漠鈣質(zhì)根管的形成過(guò)程伴隨著微生物活動(dòng)作用，即符合根圍鈣化機(jī)制。

李卓侖等[38]研究指出，阿拉善沙漠鈣質(zhì)根管碳酸鹽礦物主要以方解石為主，不含文石，是典型的次生碳酸鹽。陳建生等[26]曾認(rèn)為，巴丹吉林沙漠鈣質(zhì)根管主要是由地下水重結(jié)晶作用所形成。但值得注意的是，從目前已采集的40余組鈣質(zhì)根管樣品的14C年代結(jié)果分布，其主要在MIS 3a階段和全新世中晚期，并無(wú)小于1 cal kyr B.P.的年代結(jié)果[4,15]。即使考慮了14C測(cè)年結(jié)果的誤差，單純的地下水重結(jié)晶作用仍無(wú)法解釋為何在該區(qū)域未有近1 ka時(shí)期的鈣質(zhì)根管的形成，同時(shí)也無(wú)大量現(xiàn)代鈣質(zhì)根管的形成。

鈣質(zhì)根管是一種次生碳酸鹽的沉積[27,39]，這一特點(diǎn)限制了鈣質(zhì)根管形成所需的水分條件，即除需要有微生物活動(dòng)的參與外，還需要滿(mǎn)足土壤水分的季節(jié)性虧損前提，才能夠形成鈣質(zhì)根管這種類(lèi)型的次生碳酸鹽的沉積[27,39]。當(dāng)降水量過(guò)高會(huì)導(dǎo)致土壤水分的強(qiáng)烈下滲而無(wú)法形成次生碳酸鹽的沉積；當(dāng)降水量過(guò)低，低土壤含水量無(wú)法溶解方解石并產(chǎn)生碳酸鹽溶液。因此，土壤含水量過(guò)高和過(guò)低均會(huì)影響鈣質(zhì)根管的形成。已有研究表明[5,40-41]次生碳酸鹽沉積往往發(fā)生在年降水量小于500 mm的地區(qū)，在多年平均降水量為150～400 mm 地區(qū)分布最為廣泛。Lietal.[4]對(duì)阿拉善沙漠鈣質(zhì)根管形成所需的降水量閾值研究認(rèn)為，其鈣質(zhì)根管形成時(shí)，多年平均降水量可能在200 mm以上。阿拉善沙漠位于中國(guó)北方干旱區(qū)，該地區(qū)表層土壤中的水分含量主要受控于降水量的多寡，并存在明顯的季節(jié)性土壤水分虧損[29，42]。由于該地區(qū)年降水量多在150 mm以下，導(dǎo)致了低土壤含水量無(wú)法溶解方解石更無(wú)法產(chǎn)生碳酸鹽溶液，亦即無(wú)法形成鈣質(zhì)根管。因此，該地區(qū)已發(fā)現(xiàn)并報(bào)道的鈣質(zhì)根管均為地質(zhì)歷史時(shí)期的產(chǎn)物[4,12,15,25-26]，尚未有關(guān)于現(xiàn)代鈣質(zhì)根管大量分布的報(bào)道。

綜上，阿拉善沙漠鈣質(zhì)根管的形成主要是由于土壤水分的季節(jié)性虧損，在蒸發(fā)作用的影響下，土壤中的次生碳酸鹽在植物根系周?chē)纬闪斯軤畹某练e。而非由地下水重結(jié)晶作用形成的。

4.2 古環(huán)境指示意義

在阿拉善沙漠地區(qū)，鈣質(zhì)根管的形成除受到生物因素的影響外，還受到土壤含水量(或降水量)以及蒸發(fā)量的控制。因此，鈣質(zhì)根管的形成過(guò)程會(huì)記錄當(dāng)時(shí)的古氣候特征。在全新世中期，該區(qū)域夏季降水量較現(xiàn)代增加[43]，蒸發(fā)量較現(xiàn)代偏低，氣候相對(duì)濕潤(rùn)，在騰格里沙漠和巴丹吉林沙漠腹地湖泊水位較高，形成了全新世高湖面和泛湖期[44-46]。在此氣候背景下，土壤水分會(huì)形成季節(jié)性虧損，有利于鈣質(zhì)根管的形成。Lietal.[15]統(tǒng)計(jì)分析了阿拉善沙漠34組全新世鈣質(zhì)根管的時(shí)間分布頻率，其中62%的鈣質(zhì)根管分布在全新世中期(8.0～5.0 cal kyr B.P.)，與該地區(qū)其他代用指標(biāo)所揭示的氣候相對(duì)濕潤(rùn)特點(diǎn)相一致。這一結(jié)果一方面揭示了該區(qū)域鈣質(zhì)根管的形成受到氣候因素(有效濕度)的影響：氣候相對(duì)濕潤(rùn)時(shí)期有利于鈣質(zhì)根管的形成，氣候干旱時(shí)期則不利于鈣質(zhì)根管的形成；另一方面亦表明，干旱沙漠地區(qū)鈣質(zhì)根管具有明確的古環(huán)境指示意義：大量鈣質(zhì)根管的存在可以指示氣候相對(duì)濕潤(rùn)時(shí)期，并且鈣質(zhì)根管的時(shí)間分布頻率可以指示區(qū)域有效濕度的變化[15]。但是由于太濕潤(rùn)和太干旱氣候條件下，均不利于次生碳酸鹽的積累和鈣質(zhì)根管的形成[5,40-41]，因此鈣質(zhì)根管可能無(wú)法指示極端的氣候事件。此外，沙漠腹地湖泊周?chē)那痖g洼地和局地滯水環(huán)境下的土壤含水量往往會(huì)相對(duì)較高，因此即使在干旱氣候條件下局地滯水環(huán)境下亦可能形成少量的鈣質(zhì)根管[15]，這種鈣質(zhì)根管更多的指示了一種局地土壤水分環(huán)境而非古氣候環(huán)境。故而，單個(gè)鈣質(zhì)根管具體的環(huán)境指示意義需要結(jié)合沉積地層以及沉積環(huán)境進(jìn)行詳細(xì)的分析[15]，才能確定其指示的是局地環(huán)境還是一個(gè)區(qū)域環(huán)境。

土壤中碳酸鹽溶液沉淀形成管狀膠結(jié)的過(guò)程中，由于受到蒸發(fā)作用的影響，土壤溶液中的元素往往會(huì)發(fā)生化學(xué)分異過(guò)程，故而鈣質(zhì)根管中的化學(xué)元素比值可以很好的記錄當(dāng)時(shí)的環(huán)境信息[47]。譬如，在降水較多、土壤水分充足的條件下，離子半徑較小的Ca會(huì)比Sr更容易遷移，Ca會(huì)先被土壤水溶解達(dá)到飽和，Sr則會(huì)繼續(xù)溶解。故土壤中水分含量越高、土壤水中Sr的含量越高。因此，鈣質(zhì)根管中Sr/Ca比值即可以指示有效濕度的變化[47]。此外，由于鈣質(zhì)根管的形成受到了植物根系以及微生物作用的影響，故而在形成過(guò)程中可以記錄當(dāng)時(shí)的植被信號(hào)[22,37,48]。Lietal.[22]研究表明，阿拉善沙漠鈣質(zhì)根管中正構(gòu)烷烴主要來(lái)源于高等植物的根系和微生物，高等植物中的正構(gòu)烷烴主要以C27為主，揭示了沙漠腹地中全新世以來(lái)主要以木本植被為主的特點(diǎn)。因此，鈣質(zhì)根管中的有機(jī)地球化學(xué)特征往往可以揭示沙漠腹地的古植被特征。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)阿拉善沙漠鈣質(zhì)根管的微觀(guān)形態(tài)分析，明確了阿拉善沙漠鈣質(zhì)根管的形成機(jī)制，證實(shí)了植物根系和根圍微生物活動(dòng)參與了該地區(qū)鈣質(zhì)根管的形成。阿拉善沙漠鈣質(zhì)根管的形成主要是由于土壤水分的季節(jié)性虧損，在蒸發(fā)作用的影響下，土壤中的次生碳酸鹽在植物根系周?chē)纬闪斯軤畹某练e。而非由地下水重結(jié)晶作用形成的。

阿拉善沙漠鈣質(zhì)根管在形成過(guò)程中，不僅受到了土壤含水量以及蒸發(fā)量的影響，還受到植物根系和微生物作用的影響。因此，鈣質(zhì)根管中記錄了區(qū)域古環(huán)境和古植被信息，是沙漠腹地古環(huán)境重建良好的信息載體。我們可以從鈣質(zhì)根管中提取古環(huán)境信息，重建沙漠腹地古氣候以及古植被的變化。但是對(duì)沙漠腹地湖泊周?chē)那痖g洼地和局地滯水環(huán)境下形成的鈣質(zhì)根管，更多的指示了一種局地土壤水分環(huán)境而非區(qū)域古氣候環(huán)境。

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