石笋因分布广泛、沉积连续、生长时间跨度大、定年精确等优点，已成为第四纪古气候和古环境重建的重要载体之一。在石笋气候代用指标开发上，使用作为广泛的当属氧同位素。与之相比，无机碳同位素应用比较有限。一般地，石笋无机碳同位素被解译为洞顶植被。实际上，石笋中沉积的碳酸盐碳同位素与洞顶植物之间的关系被一些洞外-洞内过程所干扰，这些过程主要是脱气、地下水缝隙中碳酸钙沉淀。因此，在利用石笋无机碳同位素来重建洞顶植被变化之前，我们需要确证洞内过程对无机碳同位素的影响程度。然而，目前还没有公认的验证方法。石笋中保存的微量的有机质可以充当解决此难题的新途径。　　 石笋中有机质主要是腐殖酸，包括富里酸和胡敏酸，通常以分子量较小的富里酸为主。这些有机酸也是石笋受激发后形成荧光的主要原因之一。腐殖酸是植物残体经微生物降解形成的缩聚物。腐殖酸活性较低，不易被微生物降解，因而在从洞顶土壤向洞内传输过程中不会发生显著的碳同位素分馏，也即石笋中保存下来的富里酸保存着洞顶植被的碳同位素信息。而洞穴滴水中主要的无机碳也来自土壤植物呼吸产生的CO2，因而石笋中保存的富里酸和碳酸盐都记录了地表植被的碳同位素信息。如果两者的碳同位素组成具有较好的相似性，则说明无机碳同位素可以反映洞顶植被变化。反之，则说明受洞内过程影响显著。对于后面这种情况，可以尝试通过建立无机碳同位素和有机碳同位素的差值来推测是哪种洞内过程在影响无机碳同位素。基于以上认识，本论文国内外首次开展石笋中富里酸提取和碳同位素分析的研究工作，主要目标是通过富里酸碳同位素(有机)和碳酸盐碳同位素(无机)的对比，验证碳酸盐碳同位素与植被之间的关系，并建立无机碳和有机碳同位素之间的差值，进一步讨论影响无机碳同位素的主要因素。　　 本项研究选择位于清江流域的和尚洞来开展。在和尚洞开展本研究有以下优点:其一，清江流域位于我国东部季风区，对季风气候非常敏感;其二，和尚洞具有半封闭的特点，十分适合古气候研究，尤其适合考察有机和无机碳同位素组成变化;其三，和尚洞内生长有几根巨型石笋，生长连续，时间跨度较大;其四，本人所在研究团队已经在和尚洞开展了近10年的现代过程调查，涉及洞项植被、土壤、滴水，也对HS-4和HS-6等两个石笋进行了详细的氧同位素和无机碳同位素研究，这些为本工作提供了良好的基础材料。　　 本论文取得了以下主要认识:　　 1.对和尚洞洞顶土壤、围岩及滴水展开了红外光谱分析，证明石笋中保存的主要是富里酸，这与分子荧光分析得到的结论相似。富里酸主要来自洞顶土壤，围岩的贡献较弱。　　 2.对和尚洞滴水脂肪酸展开了为期2年的跟踪监测。结果显示，滴水中脂肪酸以来自微生物的低碳数化合物为主(＜C20)，主要来自地表土壤及洞穴内部微生物的贡献。进一步的分离显示，脂肪酸主要富集于颗粒态(＞0.7μm)，说明颗粒物(主要是粘土物质)是洞穴系统脂肪酸搬运过程中的重要载体。脂肪酸比值(尤其是nC16∶1/nC16∶0和nC18∶1/nC18∶0)的季节性变化与外界温度的变化同步，在较冷的季节，nC16∶1/nC16∶0和nC18∶1/nC18∶0表现出较高的比值，在较温暖的季节，上述比值表现出较低的比值。这种变化与微生物自身的生理活动有关。微生物可以通过改变自身细胞膜中脂肪酸的组成来适应外界温度的变化。此项研究说明，脂肪酸参数如nC16∶1/nC16∶0和nC18∶1/nC18∶0是较好的温度指标。　　 3.根据石笋中富里酸的含量特点，本论文对国际腐殖酸协会提供的参考方法进行了适当简化，只富集富里酸。在前人的研究基础上，通过条件实验的优化，我们建立了富里酸提取和碳同位素分析方法。重现性评估发现，该实验方法能够定量提取反映石笋原始的富里酸碳同位素。　　 4.HS-4富里酸碳同位素的变化范围为-22.001‰至-25.82‰，均值为-24.18‰。从总的趋势来看，9-6 ka时段δ13CFA值逐步变负，6-1kaBP逐渐变正，从1ka至今又逐步变负。最顶部的一个样品(年代为距今12年)δ13CFA值为-25.37‰，这与本次分析的两个洞顶土壤富里酸δ13CFA值接近。HS-6石笋δ13CFA变化范围为-23.343‰至-25.247‰，平均值为-24.18‰。HS-6的变化模式与HS-4比较相似。　　 5.将HS-4近9ka来的富里酸碳同位素记录与当地或邻近区域的降水记录和温度记录进行了对比。结果显示，温度对富里酸碳同位素的影响比较弱。富里酸碳同位素记录与降水记录有较好的对应性，但有些时段对应性比较差。这反映出降水很可能不是富里酸碳同位素的唯一影响因素。从植物生理来讲，直接的影响因素很可能是相对湿度，受温度和降水的共同控制。因而，石笋中富里酸碳同位素是一个潜在的湿度的替代指标。　　 6.将HS-4富里酸碳同位素记录与无机碳同位素记录相对比，两者的变化模式差异较大。这说明，和尚洞石笋无机碳同位素不仅受地表植被的影响，洞穴缝隙和洞内过程的影响同样重要。综合考虑了洞内多种过程对无机碳同位素的影响程度，根据富里酸碳同位素和无机碳同位素结果，计算得△13C，认为其主要受洞内脱气过程的影响。在相对湿度较低的时期，洞内的相对湿度也较低，从而导致滴速较慢，形成碳酸钙沉淀时沿生长层面逃逸的CO2较完全，无机碳同位素分馏程度增大，因而△13C偏正，反之△13C偏负。　　 本项工作充分说明，在缺乏其他证据的前提下，将石笋碳同位素无机碳同位素直接解译为洞顶植被的变化具有较大的风险性，需要引入其他指标如石笋富里酸碳同位素来加以验证。同时，对于一些无机碳同位素受洞内过程影响的洞穴石笋，可以通过无机碳同位素和有机碳同位素的差值来探讨无机碳同位素的主要影响因素。