短期原油污染致使冻土活动层细菌群落显著改变——以加格达奇冻土活动层为例

生物降解与土著微生物群落结构、功能及其变化密切相关. 目前, 对于东北冻土土壤中的适冷降解菌了解不足. 新建成的中俄输油管道穿越中国东北的多年冻土区, 为相关研究提供了契机. 实验利用454高通量测序分析了加格达奇冻土活动层土壤在受控原油污染前后的微生物群落结构. 结果显示: 污染后的Proteobacteria和Firmicutes相对丰度显著升高, 优势类群包括Alicyclobacillus、Sphingomonas、Nevskia以及Bacillus. 群落以芳烃降解菌或者耐受油污环境的细菌为主. 这种变化与原油(尤其是芳烃)组分的生态毒害作用有关. 较高浓度的原油污染下, 群落中可耐受油污环境的细菌丰度相对更高.     

微生物在低温地球化学过程中的作用

目前,低温地球化学的着眼点主要在纯物理化学作用下的地球化学行为,而对于微生物在低温地球化学中的作用,并未引起足够的重视。实际上,在微生物学的研究中,已发现有微生物与元素溶出、迁运、富集相关的许多实例。微生物虽微小,但具有非凡的适应环境变化的能力,因而在大气、水域(地表水、浅部地下水、海水)、土壤、岩石的表层广泛分布。低温地球化学作用中的温度、压力、pH、Eh等物化条件相当大的范围内,正是微生物生长繁殖的环境。特别是在常温常压下,元素的溶出速度极其缓慢,而当微生物参与时,可以大大加快某些元素的溶出和富集的速度。可见,微生物在低温地球化学中的作用是不能忽视的。 1.微生物生长的物理化学因子     

近10 a来冻土微生物生态学研究进展

冻土微生物在冻土生物地球化学循环中起着重要的作用, 并且在一定程度上可以指示全球气候变化. 在全球气候变暖的背景下, 研究冻土微生物群落特征及其与环境因子变化的关系是当前热点研究领域. 系统综述了冻土微生物群落的复杂性以及其影响因素、 冻土微生物生态功能及其对碳氮循环的反馈机制、 冻土微生物对环境气候变化的响应机理, 旨在为研究冻土微生物对全球气候变化的响应及其在生态系统中的作用提供参考.     

多金属矿山环境中矿物的微生物分解及环境效应研究进展

多金属矿山矿物的分解不仅可以形成酸矿水,而且可释放大量有害元素,造成严重的环境污染.在矿物分解、元素释放、迁移、沉淀和富集过程中微生物起了非常重要的作用.在总结微生物分解矿物的机制、微生物-矿物界面作用及生物膜在矿物分解过程中所起的作用基础上,概述了酸矿水中微生物群落的特征和种系演化,对矿山环境金属硫化物生物氧化释放的有害元素的微生物地球化学循环过程以及重金属元素对微生物氧化作用的影响做了系统的论述并讨论了微生物在环境修复中的作用.     

极端微生物的多样性及应用

极端微生物是一类适应极端环境相对隔离进化的微生物,占据对生命而言接近极限的生态位,在形态结构、生理生化、分子进化机制等方面具有特殊性.文中综述了极端微生物的分布和分类特点,对嗜热、嗜冷、嗜酸、嗜碱、嗜盐和嗜压微生物等六大类群分别进行描述,并分别叙述了其具有的极端环境活性物质和应用价值.     

天山冻土耐冷菌的分离与产低温酶菌株的筛选

在4℃条件下,从天山乌鲁木齐河源区的多年冻土中分离到36株耐冷菌.通过进一步的形态与生理生化特性的研究,发现大多数菌株为革兰氏阴性杆菌,最适生长温度在22℃左右,在37℃下不生长.这些菌株除氨苄青霉素外,对卡那霉素、四环素、和氯霉素都没有抗性.并从中筛选得到11株、3株、11株、8株在4℃下分别具有产低温蛋白酶、低温淀粉酶、低温脂酶、低温纤维素酶特性的耐冷菌.最后,对耐冷菌的环境适应性进行了初步分析.     

季节性低温胁迫下陇东黄土高原油污土壤环境因子对耐冷混合菌场地生态修复的响应

为了揭示季节性低温胁迫下陇东黄土高原油污土壤环境因子对耐冷混合菌场地生态修复的响应机制,利用自主筛选构建的耐冷石油降解混合菌在甘肃省庆阳市庆城县马岭镇长庆油田陇东油泥处理站开展了为期7个月的场地修复实验,采用常规方法测定了不同季节土壤理化特性、酶活性和微生物群落特性等环境指标。结果表明：（1）在季节性低温胁迫下（9-11月）M2组（耐冷混合菌处理组）月平均降解率明显增加（P<0.01）,JZJ+M1组（金盏菊联合常温混合菌处理组）和M2组累计TPH降解率分别为15.37%±3.51%和28.64%±4.12%。（2）M2组土壤脱氢酶和多酚氧化酶在低温季节（LT）活性最高,且温度和处理存在显著交互作用（P<0.01）。在土壤营养元素方面,无论何种处理方式（JZJ+M1和M2）二者含量均为RT（常温季节）高于LT（P<0.05）,同时明显高于CK组（P<0.05）。（3）M2组土壤微生物群落Shannon-Wiener指数和均匀度指数在LT高于RT（P<0.05）。（4）NMDS和Pearson相关性分析结果显示,M2组在低温季节具有较高TPH降解率主要与土壤多酚氧化酶、脱氢酶、单月TPH降解率（μ2）和Shannon-Wiener指数有关,且均呈极显著正相关关系。通过分析环境因子的季节响应,优化场地修复在低温环境的降解条件、加速低温期石油烃降解速率,以期为陇东地区低温耐冷混合菌场地生态修复技术的推广应用提供参考和基础数据资料。     

微生物对冻土生境的适应以及对全球变化和寒区工程扰动的响应:进展与展望

多年冻土这一极端的生境中,温度、营养物质、冻融过程等因素深刻影响和限制着冻土中微生物生理、代谢途径和生态结构.低温胁迫下,冻土中微生物从形态、生理和生化水平发展了特殊的耐受机制.冻融过程对细胞产生直接危害,并通过调节水盐、营养条件输送而间接地影响微生物活动.寒区工程扰动下垫面和周边一定范围内冻土的水、热、力学平衡,由此也改变了微生物赖以生存的微环境,破坏了地表植被和下伏冻土中微生物的联系.寒区油气管道泄漏后严重地污染土壤,并毒害和抑制冻土中微生物.冻土区微生物数量及生物多样性的波动与冻土的后生冷生作用以及生物地球化学循环密切相关.它们可能记录了冻土的发育、全球变化和生态环境变迁的重要信息.全球变暖背景下,冻土区微生物对有机碳和温室气体的束缚、吸收、运移和最终排放发挥着重要的作用,在全球碳氮循环和对气候系统的反馈中扮演重要角色.     

漠河盆地科学钻探井MK-1地下冷环境中嗜热微生物的多样性分析

在漠河盆地科学钻探井MK-1地下110m冷环境样品中发现大量嗜热微生物存在的证据,针对这些冷环境中的嗜热菌进行了克隆文库分析和分离培养,分别用细菌和古菌16SrDNA引物PCR扩增.结果表明:未发现古菌16SrDNA存在,而嗜热细菌与栖热菌属(Thermus),地芽孢杆菌属(Geoba-cillus)和厌氧芽孢杆菌属(Anoxybacillus)有较近的亲缘关系,通过分离培养分离出3种地芽孢杆菌属(Geobacillus)的细菌,其相似度均为100%.嗜热微生物多存在于地下温暖有机质丰富的生态系统中,了解它们的来源、分布机制及其多样性对于能源和资源的寻找在一定程度上具有指示意义.     

微生物(有机)白云石成因模式研究进展与思考

白云石的成因机制一直是地球科学领域备受争论的议题.传统研究多认为白云石为次生成因.新近提出的"微生物(有机)白云石模式"认为该矿物在微生物或有机物作用下可以从溶液中直接沉淀,从而为白云石的成因研究提供了新思路.总结了该模式近20年来取得的重要进展,并指出尚待弥补的环节.微生物的催化机理主要表现为其代谢作用可提高胞外微环境中白云石的饱和度,同时其携带负电荷的细胞外壁可作为白云石晶体的成核位点.微生物成因白云石呈球状、哑铃状和花椰菜形等外貌.高盐度有利于微生物介导低温白云石沉淀,而硫酸根扮演的角色则仍需进一步验证.最新的研究表明微生物胞外聚合物有助于Mg~(2+)摆脱水合作用的束缚,是微生物催化白云石形成的关键.非微生物源的羧基化合物也可通过与胞外聚合物类似的途径在白云石饱和溶液中促进低温白云石形成.微生物(有机)成因白云石为原白云石,而非有序白云石.目前对微生物(有机)成因白云石在成岩改造中的演化过程仍然缺乏认识,是"微生物(有机)白云石模式"的缺失环节,亟待完善.     

高山寒漠带水文、生态和气候意义及其研究进展

高山寒漠带在青藏高原和天山地区的面积比率约为20%~30%,在高海拔山区面积分布广阔,是山区流域降水的高值区,下渗迅速,产流系数高,是山区流域的主要产流区。由于其海拔高、气温低、地形陡峭、植被稀疏,是重要的水文功能区和极端寒区生态脆弱区,附生在其中的稀疏植被和低温微生物是高山生命带的重要组成部分,对气候变化也有指示意义,但国内相关研究很少。人类活动对高山寒漠生境植被的影响比低海拔区要小,因而为我们提供了一个可以进行气候变化效应比较监测的机会。提出高山寒漠带在我国冰冻圈水文、生态和气候等方面的重要性,并对相关进展进行初步总结,建议将高山寒漠带作为一个特殊的生态、气候和水文功能区,专门进行研究。     

A new site from the Spanish Middle Pleistocene with cold-resistant faunal elements: La Parte (Asturias,Spain)

The La Parte (Asturias) northern Spain site contains a cold-adapted mammal faunal assemblage that corresponds to a level radiometrically dated to a minimum age of 150 ka. It represents the most ancient site with cold resistant fauna in the Iberian Peninsula.Among the species recorded in La Parte, Coelodonta antiquitatis and Rangifer tarandus represent the typical cold-adapted large mammal association.The presence of the woolly rhino at La Parte provides relevant environmental information about the Mammoth Steppe. This species was not as abundant in the Middle Pleistocene as during the Late Pleistocene, when its cold-adapted features can be studied from an evolutionary perspective. The remains attributed to R. tarandus suggest an open steppe ecosystem.The presence of Marmota sp. is also confirmed in La Parte. A first interpretation would suggest an alpine or periglacial ecosystem, but based on recent results which do not support the correlation between phylogeny and climatic tolerance for extant species of Marmota (López and Cuenca, 2002. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 186, 311), we propose the presence of this rodent suggests an open landscape with cold conditions.The rest of the taxa included in the La Parte assemblage (Crocuta crocuta, Panthera leo, Cervus elaphus, Megaloceros cf. giganteus, Bison priscus and Equus caballus) are usually associated with typical cold-adapted faunas, but they are also found in woody temperate zones so they do not characterize by themselves a cold period. The faunal association from La Parte suggests a combination of steppic and open woodland ecological conditions.     

冻土工程与环境研究的新进展——第八届国际冻土工程会议回顾

2009年10月在西安召开第八届国际冻土工程会议, 就冻土地区工程设计与建设、季节冻土区工程冻害防治、冻土物理力学特性、 模型发展及其应用、寒区气候、环境及冷生变化、多年冻土水文学、寒区水资源和土地应用等主要议题进行了广泛交流, 报告了近年来冻土工程与环境研究方面的一些新进展. 从冻土工程设计、施工和评价、普通冻土研究、冻土的物理力学性质、冻土模型发展及应用、 气候变化及冰冻圈环境等方面对该次会议交流的成果进行了总结. 与会研究者认为今后的研究一方面要加强理论研究、工程措施机理研究;另一方面要加强寒区环境对气候变化的响应及反馈、以及环境变化与冻土工程措施之间的相互作用研究.     

寒区旱区特色数据集管理与共享应用

以中国寒区旱区特有的自然背景为研究基础,将40多年针对寒区旱区自然资源、生态环境、工程建设、经济建设等研究中积累的大量的特色数据进行分类。从方便数据采集和数据应用出发,将专业特色数据以关系数据、空间数据、二进制数据和文本数据的形式分三级数据库群结构组建成寒区旱区资源环境研究特色数据集。从共享机制和共享技术两方面对数据共享的几个主要因素进行了说明。同时就如何在以高性能计算和网络为核心开展深层次的数据服务方面,从数据平台建设、基于Web的远程计算和数据网格3个方面进行了尝试。     

基于计算流体力学的寒区土壤水热耦合模型研究

土壤水文过程（水分运移和传热）及其对气候变化的响应是寒区水文学的前沿问题。然而,冻土的存在使得寒区土壤水文过程变得极其复杂。此外,寒区自然环境恶劣,较难获取长时间序列和高分辨率的野外观测资料。近年来,充分利用已有的观测数据,构建寒区土壤水热耦合模型,并开展相应的数值模拟研究,已成为理解寒区土壤水文物理过程,揭示其动力学机制的重要途径。基于寒区土壤水文物理过程和计算流体力学方法,构建了高分辨率、适用于完全饱和状态下的寒区土壤水热耦合模型,且自主研发了相应的数值求解器和软件包。随后,通过一系列完全饱和状态下的验证算例,如经典的一维传热方程解析解、被广泛应用的二维基准测试算例和室内土柱冻结实验等,对已构建的模型进行了系统的检验。模型模拟结果与解析解、基准算例的结果以及实验数据相比,均有较好的一致性,表明该模型较为准确且高效地模拟了寒区土壤在完全饱和状态下的水分运移和传热过程,尤其能够精细刻画冻土水-冰相态变化等关键过程,有望成为研究寒区土壤水文过程的有力工具。     

寒区冻土环境与工程环境间的相互作用

从冻土环境和工程环境相互作用着手 ,分析了青藏公路建设过程中的冻土环境破坏、环境保护状况及冻土环境保护对工程建设的重要性 ,同时对正在拟建的青藏铁路 ,阐述了人类经济活动对冻土环境和工程环境的影响 ,并初步提出寒区冻土、工程环境质量监测、管理和评价系统的设计框架.     

冻融循环条件下生境基材中三种功能微生物数量变化规律研究

为揭示高寒地区典型生境基材中功能微生物数量变化的规律,以黄棕壤土为试验土样,在两种初始含水率条件下,分别制备客土、植被混凝土以及加菌植被混凝土三种不同类型的生境基材进行冻融循环模拟试验,探讨生境基材类型、初始含水率和冻融循环次数对基材中功能微生物数量的影响。试验结果显示：三种基材中功能微生物数量均受冻融循环影响显著,且随冻融循环次数增加总体呈"下降~上升~下降"趋势;冻融循环过程中,三种基材中功能微生物总量存在显著性差异,排序为：加菌植被混凝土 > 植被混凝土 > 客土,且固氮、解钾微生物数量显著低于解磷微生物;含水率为22%的基材中功能微生物总量普遍高于含水率为18%的基材。研究结果表明,加菌植被混凝土的肥力、抗冻性相比客土和植被混凝土有一定程度提升,但仍需对现有功能菌剂配方加以改进,以适应高寒地区冻融环境。     

中国冻土地下水研究现状与进展综述

冻土地下水系统不仅在寒区水文循环中扮演着重要的角色,同时也在寒区水文过程和地表过程及其科学研究中起到了集蓄、融冻和泄流等至关重要的作用。近几十年随着全球气候变暖及人类活动（寒区工程量）的增加,冻土退化趋势显著,这一过程改变了寒区的水文地质条件,导致地下水动态特征发生显著变化,从而引起一系列的生态环境变化。近些年,诸多学者通过构建水热耦合模型来研究冻土地下水的运动机理、分布状况和季节动态,促进了寒区地下水理论知识的发展,推动了寒区水文地质知识体系的进步。本文主要针对目前我国多年冻土区地下水的研究现状进行了分析、整理、归纳,为进一步研究气候变化下地下水系统的发展与演变,以及对生态环境的影响提供参考依据。     

基于WEP-L模型的寒区流域径流演变模拟及归因分析

寒区在我国分布广泛,且多为我国主要江河的源头区,其水循环演变会对地区乃至全国的水资源情势产生重要影响。针对寒区冻土作用下特殊的水文特性,研究选择松花江、黄河、黑河、长江、雅鲁藏布江流域内5个典型寒区流域,采用改进的WEP-L模型模拟分析了寒区径流在1960—2010年的时空变化规律。同时,基于水文模拟法,设计不同气候变化与土地利用情景对各寒区流域径流变化进行了归因分析。研究表明：WEP-L针对不同的寒区流域逐月径流过程,取得了较好的模拟效果,NSE（纳什效率系数）基本在0.7以上,相对误差控制在±15%内。5个流域的径流量变化趋势表现为弱显著性,但是黄河流域（唐乃亥以上）和黑河流域（莺落峡以上）的基流指数显著增加,说明这两个流域的河川基流占比不断增加,主要原因可能在于冰川融雪的增加。除了松花江流域（阿彦浅以上）外的四个寒区流域的气候变化对径流的影响较高,贡献率达到78%以上,是径流演变的主导作用。研究结果有助于增强对寒区水循环和水资源演变的认识,为应对未来变化环境下寒区水问题提供参考。     

多年冻土区线性工程的生态环境影响研究现状与展望

在多年冻土区,线性工程（公路、铁路、输油管线、输电线路等）的修建和运营对沿途周边的冻土热状态、土壤理化性质、水文过程以及陆面过程产生显著影响,生态环境发生明显改变并对冻土的工程稳定性产生显著影响。冻土工程作用下的生态环境变化是冻土学近年来研究的热点之一,通过文献综述,对冻土区线性工程的主要特征,以及近几十年来工程影响下冻土环境和植被变化研究进展与现状进行了总结和归纳,在此基础上,探讨了多年冻土区工程建设存在的主要生态问题。目前,生态环境各要素对工程的反馈研究十分丰富,但是生态环境要素与工程相互作用的机理、过程的研究还需完善。在以后的研究中应重点拓展有效的监测手段,为冻土区生态环境监测和研究服务;同时,在深入理解寒区工程建设对生态环境作用机理、过程基础上,积极开展冻土区工程环境容量阈值评估以及生态环境变化预测研究,为寒区大规模工程建设与生态环境和谐发展提供理论支持与对策建议。