希腊北部两万年间气候、植被、土地利用三者间的相互作用

上一期《易科泰样芯分析技术应用案例》,我们介绍了利用高光谱成像技术、高效液相色谱结合CoreScanner XRF技术通过对沉积物样芯叶绿素a（chl-a）和脱镁叶绿素a（phe-a）等成分的分析，建立高分辨率和亚层级的模式方法及成果，本期案例将介绍利用高光谱成像技术（HSI）结合CoreScanner XRF技术通过对湖泊沉积物样芯中的叶绿素a、细菌脱镁叶绿素a以及特征代理元素Ti、Br、Zr的分析建立推断气候-植被-土地利用三者间的相互作用关系。
 

希腊北部缺乏有关植被、火灾和土地使用历史的详细资料，Sylvia Gassner等人（2019）利用SPECIM SCS高光谱成像技术和ITRAX XRF CORESCANNER技术分析了希腊北部Limni Zazari湖泊沉积物（长度6米），使用最先进的多代理古生态方法，以重建过去2万年间的气候变化、土壤侵蚀、植被演变和火灾历史，重点在于关注土地利用及其对侵蚀和湖泊富营养化的影响。研究结果发表于2019年《Vegetation History and Archaeobotany》（20,000 years of interactions between climate, vegetation and land use in Northern Greece）。
 

科研人员使用Specim PFD-xxV10E高光谱单样芯扫描系统（68 μm/pixel, spectral resolution 2.8 nm; camera slit width 30 μm; spectral sampling 1.57 nm）对新鲜沉积物半芯进行高光谱成像（HSI）扫描，对叶绿素a、细菌脱镁叶绿素a和黏土矿物等建立相应的3个光谱指数进行分析。使用ITRAX XRF扫描仪（瑞典Cox公司）在伯尔尼大学地质科学研究所通过XRF扫描评估地球化学成分，配备了铬X射线管。0.5 cm 分辨率下对溴（Br），钛（Ti）和锆（Zr）三种元素进行了分析，因为Br通常在有机物中富集，可以代表沉积物有机碳，Ti和Zr则作为流域陆源沉积物输送的标志。（同类相关研究还见于Martin Grosjean等，Hyperspectral imaging: a novel non-destructive method for investigating sub-annual sediment structures and composition; Antonin Van Exem等，Hyperspectral core logging for fire reconstruction studies.）
 

研究结果表明，大约20000年前（公元前18050年），该地区为茂密的草原所覆盖，约在公元前12550年，森林开始扩展，公元前6250年后，出现持续的农业活动；公元前1550年后，人类活动对森林的干扰导致无林区的扩展，公元前1100年铁器时代开始后，草地面积扩展，而最近500年以来这种人类活动压力加剧。进入本世纪以来，农牧活动导致原生植被的萎缩。下图为研究人员利用单样芯高光谱成像分析系统和CORESCANNER XRF样芯分析系统对湖泊沉积样芯所做的分析结果。

HSI高光谱技术和XRF所作的花粉汇总与选定分类单元的比较图