硝酸盐氮氧稳定同位素分馏过程记录的海洋氮循环研究进展

海洋生态系统中的氮素生物地球化学循环主要是由微生物的代谢过程来驱动的,包括氮固定、氮同化、硝化以及反硝化和厌氧氨氧化过程,这些过程都伴随着不同程度的氮氧同位素的分馏,直接影响着海洋硝酸盐中的氮氧稳定同位素组成.因此,通过检测海洋硝酸盐中的氮氧稳定同位素信号,就可以捕捉到海洋中发生的具体氮素循环过程.细菌反硝化法是这一研究最有力的手段,通过细菌的作用把硝酸盐中记录的氮氧稳定同位素信号转化到N2O中,再通过痕量N2O的同位素质谱测定和分析,准确地反映海洋中发生的氮素转化过程.硝酸盐氮氧稳定同位素分馏过程为深入理解海洋氮循环提供了一个重要的工具,有力推动了海洋氮素生物地球化学的研究,在近10年来取得了重要进展.     

喀斯特系统生物地球化学循环及对全球变化的响应

生物地球化学循环是地球系统物质循环的核心,是维系地表生态系统稳定和人类社会可持续发展的重要基础。然而,气候变化以及人类的过度干扰可能会显著改变表层地球系统中的生物地球化学循环过程,尤其是脆弱的喀斯特生态系统。特殊的多孔隙关键带结构也加速了喀斯特地区物质循环及其对外界环境变化的响应,影响了不同尺度的物质循环和生物地球化学过程。本研究主要综述了宏观尺度（气候变化）、中尺度（人类活动）和微观尺度（微生物活动）的环境变化对喀斯特地区生物地球化学循环的影响。结果表明多要素变化导致喀斯特地区物质循环受到强烈影响,气候变化、人类活动和微生物活动及其耦合关系对喀斯特地区生物地球化学循环的调控作用具有重要意义。最后,本研究强调了现有研究的局限性并指出未来研究的挑战与方向,即未来应从系统研究（如地球关键带）的视角出发,将多尺度观测－分析与综合模型集成研究并举,从而构建多源多尺度耦合的过程和系统模型,进而为阐明喀斯特系统的演变规律和动力学机制、实现喀斯特地区的生态保护和高质量发展提供理论基础。      

全球生物地球化学循环研究的进展

简要介绍了全球元素生物地球化学循环研究的新进展。首先说明几十年来生物地球化学循环研究重点的转变，其次分析了当前研究的特点，这就是多层次地（时空及生态系统）进行实验和数学模拟并外推至全球，比经典的循环研究要细致得多，经典研究往往只是将定位点的结果简单地外推到区域甚至全球。最后有选择地阐述了生物地球化学循环各领域（源、汇、转化过程、测量方法、模式等）内的发展趋势与热点，其中主要有农业生态系统含碳、氮痕     

全球生物地球化学循环研究的进展

简要介绍了全球元素生物地球化学循环研究的新进展。首先说明几十年来生物地球化学循环研究重点的转变，其次分析了当前研究的特点，这就是多层次地（时空及生态系统）进行实验和数学模拟并外推至全球，比经典的循环研究要细致得多。经典研究往往只是将定位点上的结果简单地外推到区域甚至全球。最后有选择地阐述了生物地球化学循环各领域（源、汇、转化过程、测量方法、模式等）内的发展趋势与热点，其中主要有农业生态系统含碳、氮痕量气体的源、遗漏的碳汇、碳、氮、硫、磷间的耦合作用、同位素丰度比及指示物的应用和氧化亚氮和甲烷释放模式。     

氮输入对陆地生态系统碳循环关键过程的影响

碳氮作为陆地生态系统最关键的两大生源要素,它们在自然界的循环过程中不仅各自对全球变暖做出重要贡献,而且两者的循环过程显著耦合,互相影响各自的作用和效果。从氮元素对植物光合作用、呼吸作用以及土壤呼吸作用影响的角度入手,综述了氮输入对陆地生态系统碳固定和碳排放这两个碳循环关键过程的影响特征和机理,分析了陆地生态系统碳源汇对氮素变化响应的不确定性,在此基础上对未来的相关重点研究方向进行了探讨和展望。     

包气带土体生物地球化学特征与氮转化研究—以河北平原正定试验场剖面为例

为研究氮素的生物地球化学循环问题,通过对河北平原典型试验场贯穿包气带18．5m钻孔剖面土样的物理性质,地球化学指标,有机质含量的测试和微生物的培养鉴定,发现土体的氮素,可溶盐含量（TDS）,Cl^-含量以及微生物细菌的变化随深度不呈简单的线性分布。经分析认为,剖面中的粘性土层是生物的活性层,在氮素转化过程中起主导作用;剖面中多种指标的变化与地质结构呈良好 对应关系,反映环境演化的过程,同时表明,包气带存在着更多尚待提取的全球变化对比研究信息。     

2001-2010年生物地球化学研究进展与展望

阐述了21世纪第一个十年生物地球化学领域的重要研究进展和未来可能的重点发展方向。在近代陆-海系统碳循环的库和通量上已经取得了重要进展,并发现了一些参与氮、硫循环新的微生物功能群。阐述了显生宙生物大灭绝期间碳循环异常的特点及其可能的原因,但对氮、硫循环的了解比较薄弱。地球早期的碳、硫循环与生命起源、大气和海洋水化学条件的关系已经取得重要认识。生物地球化学过程可以通过生态毒理,以及大气成分和海洋水化学条件的改变影响生命系统。微生物地球化学功能的微区、原位、痕量示踪等技术得到快速发展。未来将加强地质历史时期碳、氮、硫循环的定量分析以及空间变化的研究,各种元素循环之间的相互关系及其界面过程、极端环境的生物地球化学过程将进一步受到重视。生命科学领域重要技术的引入将提升生物地球化学过程的研究。     

海洋氮循环中稳定氮同位素变化与地质记录研究进展

海洋氮稳定同位素信号包含了关键的生物地球化学信息,是辨识海洋氮来源、了解海洋氮循环过程的重要途径和手段,该信号通过海洋沉降传递可保存在海洋沉积物中,用以追溯地质历史时期海洋系统中的生物地球化学循环和海洋环境演变。近几十年的研究表明,固氮作用和反硝化作用在海洋氮循环中发挥着关键作用,但海洋环境的时空多变、海洋氮循环过程和物质来源复杂,未来需要结合现代观测、地质记录,综合海洋、生物、地质多个学科,考虑水文环境、地质过程和气候演变等多种因素,才能深刻理解海洋氮循环和气候、环境变化的耦合关系。     

磷的生物地球化学循环研究进展

磷是生命体的必需元素,也是粮食生产的重要限制因素。磷的生物地球化学循环不仅调控着海洋的初级生产力,而且影响着全球气候系统,并决定着磷矿资源的形成和分布,与地球上生命的生存繁衍息息相关。当前“地球系统科学”理论将大气圈、水圈、岩石圈（地壳和上地幔）和生物圈等子系统有机整合,为研究磷的生物地球化学循环提供了更加广阔的视野。基于已有研究,结合“地球系统科学”理论观点,针对磷的生物化学循环获得了以下重要认识： 磷在地质历史时期的演化决定了现今磷在全球范围内（陆地生态系统与海洋生态系统）的循环模式;人类的工业和农业活动作为重要的地质营力,改变了磷的生物地球化学循环过程,造成了磷矿枯竭的资源危机及水体富营养化的环境问题;解决磷短缺的资源危机问题和磷过剩的环境污染问题的关键在于调控引起这些问题的生物地球化学循环过程。     

筑坝对河流生态系统影响研究进展

河流是陆地生态系统和水生态系统间物质循环的通道,筑坝人为改变河流物理、化学、生物地球化学循环模式,影响河流生态系统的结构、功能.分析了筑坝对河流水文水力特性、生源要素(氮、磷、硅等)、水生态系统结构和功能的影响以及河流生态系统恢复等研究的进展.随着水库成为陆地水分循环的一个主要组成部分,对流域生态系统健康的影响日益显著,进而对大坝的生态效应、河流生态恢复等需要进行深入的研究,减轻大坝的负面效应.     

苏北潮滩湿地不同生态带碳、氮、磷分布特征*

通过对比苏北潮滩湿地不同生态带的表层以及柱状沉积物中总有机碳、总氮、总磷和有机磷含量,并结合不同植被不同植株部位中碳、氮、磷的含量变化,分析了潮滩沉积物中碳、氮、磷的垂向和水平分布特征与规律,探讨了不同生态带以及潮滩植被对碳、氮、磷等生源要素的富集作用。对比分析结果表明:苏北潮滩湿地各生态带对不同的测量指标有着不同的富集作用,互花米草滩的总有机碳、总氮和有机磷含量要远大于其他几个生态带,光滩沉积物中总磷的含量最高; 粒度效应是控制互花米草前缘地带以及互花米草滩沉积物中有机碳和氮分布的一个重要因素,盐蒿和芦苇滩中有机碳和氮的分布更多的是受粒度之外的其他因素影响; 不同生态带表层沉积物中的C/N比值分布,大致可反映其有机物来源的差异,而不同生态带中柱状沉积物中的C/N比值相对接近,很难根据C/N比值大小来对不同生态带中的有机物来源进行判断,这可能是埋藏在柱状沉积物中的有机物更多的受到了早期成岩作用造成的。植被对潮滩湿地中碳、氮、磷的分布有着重要影响,3种物质在互花米草、盐蒿和芦苇中的含量差别不是很大,因此潮滩植被对沉积物中上述3种物质的贡献差别主要是由不同植被的生物量和其所处环境的沉积动力差异造成的。     

浙闽沿岸泥质潮滩沉积磁性特征及其物源判别

潮滩沉积的物源一直是沉积学领域重要的研究内容。近30年长江入海泥沙量持续减少,致使长江入海泥沙对浙闽潮滩沉积的物质贡献降低。在此背景下,探究浙闽沿岸潮滩沉积的物源具有重要的现实意义。对杭州湾至福州湾沿岸的泥质潮滩表层沉积开展了详细地磁学研究,结果显示,研究区沉积物的磁性主要受磁铁矿主导,但磁性矿物含量、磁畴和矫顽力等磁性特征存在一定差异,这可能意味着沉积物受到多物源影响。皮尔森相关性分析进一步表明,沉积物磁性特征受粒度效应影响有限,主要与物源差异有关。物源判别结果指示,浙闽泥质潮滩沉积的物源包括长江、海岸基岩和浙闽河流。杭州湾至福宁湾,沉积物普遍受到长江和浙江诸河混合物质的影响,且浙江诸河的物质贡献较大;隘顽湾和象山港沉积物还受到其附近海岸基岩的影响;福宁湾沉积物可能还受到闽江源物质和其附近海岸基岩的影响;罗源湾和福州湾沉积物的潜在物源是闽江和其附近海岸基岩,长江和浙江诸河的物质贡献相当有限。     

盐沼潮滩生物动力地貌演变研究进展

盐沼潮滩作为滨海湿地的一个重要类型,为河口海岸地区提供了多种关键的生态服务功能,具有重要的社会、经济与生态价值,其地貌演变规律的认知是海岸带保护修复和科学管理的基础。回顾国内外近一个世纪以来针对潮滩动力地貌过程的研究工作,发现研究热点已逐渐从传统的研究潮滩水-沙-地貌相互作用过渡到探索植物、动物、微生物等生物作用与动力、地貌之间的互馈机制,涉及海岸动力学、地貌学、沉积学、环境生态学等多个学科,是典型的交叉学科前沿研究领域。归纳了盐沼植被与潮滩多种因子的相互作用,总结了常用的盐沼潮滩地貌演变模拟手段及取得的机理认知,并提出今后在生物作用、陆海耦合动力地貌模型研发等方面的科学问题和发展方向。     

Stable isotope analysis of carbon cycling in the Perdido estuary, Florida

Stable carbon isotope (δ¹³C) analysis was used in the Peridido Estuary, Florida U.S. to determine the predominant carbon source that supports the bacterial assemblage. Stable carbon isotope values were measured in the suspended particulate matter (SPM), dissolved organic and inorganic matter, and bacteria. Stable nitrogen isotope (δ¹⁵N) ratios were measured in SPM and nitrate to assist in understanding carbon cycling through the estuary. Analyses were conducted on samples from riverine, coastal, and anthropogenic sources and compared with samples from the bay. Stable isotope ratio analysis was coupled with estimates of mixing of riverine and coastal waters into the bay. Preliminary observation of the °¹³C data indicates that terrestrial organic matter is the primary carbon source that is assimilated by bacteria in the ecosystem. Stable isotope data from carbon and nitrogen pools in combination with analysis of estuarine current velocities indicates that primary production is an important factor in the carbon cycle. This study demonstrates the importance of stable isotope analysis of multiple carbon and nitrogen pols to assess sources and cycling of organic matter.     

黄河三角洲内陆到潮滩土壤中碳、氮元素的梯度分布规律

黄河三角洲是我国典型的通过黄河冲积泥沙填海造陆形成的近代沉积区。区域受到黄河冲积、沉积等自然过程和农业耕种熟化等人类活动的双重影响。本研究通过在黄河三角洲地区内陆到河口海湾不同距离采集典型土壤类型剖面发生层样品,探讨土壤有机碳、总氮等生源要素的空间分布规律,为阐明我国典型海岸带地区陆源碳、氮的输送及循环特征提供基础依据。研究结果表明,黄河三角洲内陆与河口地区呈现出完全不同的土壤碳、氮分布规律。表层土壤碳、氮含量在黄河沿岸及三角洲南部均表现出由陆向海逐级递减的空间分布特征,而在黄河刁口流路和清水沟流路沿行水方向有梯度升高的趋势。内陆地区土壤碳、氮与盐分呈一定的负相关关系,表明土壤碳、氮主要受到耕作熟化过程的影响;而在河口地区两者呈显著的正相关关系（p〈0.01）,表明靠近海湾地区土壤碳、氮积累可能受到细颗粒泥沙沉积和滩涂湿地厌氧等环境影响。表层土壤碳、氮比变幅在3.6~8.6之间,说明该地区土壤有机质分解较快,不利于有机碳的积累。土壤剖面中,一些特殊发生层如红色夹黏层、黑色泥炭层对土壤碳、氮的富集具有明显的作用,其中红色夹黏层的土壤碳、氮含量接近耕层土壤。总之,黄河三角洲土壤在耕作垦殖、泥沙沉积等综合作用下形成的空间分布格局以及剖面特征发生层是影响碳、氮封存、释放和增汇等循环过程的关键驱动因素。     

Organic carbon burial rates,and carbon and sulfur relationships in coastal sediments of the southern Baltic Sea

Organic C burial rates and C–S relationships were investigated in the Holocene sediment sequences of 3 shallow polymictic coastal lagoons in the southern Baltic Sea to better understand the biogeochemical cycling of C and S in these environmental systems. The results show that these lagoons may have a considerable influence on the environmental status of the southern Baltic Sea area in having the potential to act as a temporary sink or source for heavy metals. High organic C accumulation rates (C_org-AR) can be observed in the sediments due to a high organic matter supply from land and a high productivity of the water bodies as a result of eutrophication. However, organic C burial does not increase as a result of increasing sediment accumulation rates (SAR). Even when high sedimentation rates do occur, there appears to be a thorough recycling and resuspension of the sediment enhancing the biological decay of organic matter before burial or the removal of organic matter from the system by transport. That is why high SAR in the coastal lagoons do not enhance pyrite formation, and thereby permanent fixing of heavy metals in the sediments, to the extent that could be expected from their magnitude. Initially there is a high potential for a temporary binding of heavy metals, but the latter are likely to be subject to mobilization and redistribution within the sediments and the water column. The patterns of burial of organic and mineral matter are different from those observed in the present-day Baltic Proper, implying possible important links in deposition between the central and coastal areas of the Baltic Sea and implications for C cycling in the ecosystem of the Baltic Sea.     

华南红树林海岸生物地貌过程研究

红树林生物地貌过程是全球变化海岸带陆海相互作用研究重点内容之一。本文以海南东寨港林市村,广东廉江高桥镇凤地村和车板镇那腮村以及广东深圳福田和锦绣中华3个半定位试验区有关红树林群落结构、潮汐动力、沉积特征和地貌特征的调查资料为基础,探讨红树林生物地貌过程的生物学基础,沉积地貌表现,红树林生态系对人类活动和海平面上升的响应。     

海洋中氮营养盐循环及其模型研究

对某一海区营养盐的去向、不同形态间的相互转化及其与生物相关的过程的研究是研究整个海洋生态系统的基础和关键。氮是海洋环境中主要的营养元素之一,并被认为是大部分海区的限制营养元素。人们对于氮在海洋环境中的循环过程的研究随着分析方法及对化学和生物知识的掌握和理解而不断加深。模型研究是研究海洋生态系统的一个有效方法,营养盐循环模型是其中重要的环节,随着理论和观测数据的补充而不断发展。综述了海洋环境中氮营养盐循环主要过程的实验研究,主要包括:浮游植物的吸收、氮的再生、微生物在其循环中的作用、不同形态氮的化学转化、水体-沉积物界面等,及其相关过程近十年来模型化研究的进展。     

Environmental impact of salmon net-pen culture on marine benthic communities in Maine: A case study

The environmental impacts of salmon net-pen aquaculture on the benthic environment were investigated at a commercial fish farm located in coastal Maine waters. This site has a sandy mud bottom and low current velocities, is subjected to episodic sediment resuspension, and way in production for 3 yr prior to this study: We examined both the increase in carbon flux to the benthos caused by the net-pen and the effects of the elevated flux on sediment biogeochemistry and the microbenthic communities. The experimental design involved the establishment of two study sites, an ambient site ca. 100 m from the net-pen and a treatment site around the pen. Sediment traps deployed 1 m above the sediment-water interface indicated that carbon flux to the benthos was increased 1-fold to 6-fold (to a maximum of 5 g m^?2d^?1) at the edge of the net-pen with little or no increase in carbon flux 10 m from the pen. Unlike carbon flux rates, sediment organic matter inventories showed a complex pattern of change over time. Mineral surface area, organic carbon and nitrogen, digestible protein, and sterol content were initially (April 1991) lower beneath the pen than in ambient sediments. During 1991 ambient sediment accumulated organic matter until July after which it decreased, to a low during November. In contrast, organic matter inventories of sediment beneath the pen remained low until July and then increased to a high during November. These latter gains were associated with the development of bacterial mats at the sediment-water interface. Beneath the pen, microbial and macrofaunal communities were shifted toward those commonly associated with organic enrichment but seasonal trends and storm-related resuspension events also significantly affected these sediment communities. When abundant, most epibenthic organisms were more numerous near the pen than in adjacent ambient areas. These results suggest that net-pen aquaculture can alter the benthic ecosystem in Maine Coastal waters but indicate that the effects are spatially limited.     

Global change and the biogeochemistry of the North Sea: the possible role of phytoplankton and phytoplankton grazing

Phytoplankton plays a dominant role in shelf biogeochemistry by producing the major part of organic matter. Part of the organic matter will reach the sediment where diagenetic processes like denitrification, apatite formation or burial will remove nutrients from the biogeochemical cycle. In this article current knowledge on the decadal plankton variability in the North Sea is summarized and possible implications of these changes for the biogeochemistry of the North Sea are discussed. Most of the observed interdecadal dynamics seem to be linked to large-scale oceanographic and atmospheric processes. Prominent changes in the North Sea ecosystem have taken place around 1979 and 1988. In general, the phytoplankton color (CPRS indicator of phytoplankton biomass) reached minimum values during the end of the 1970s and has increased especially since the mid 1980s. Changes with a similar timing have been identified in many time series from the North Sea through the entire ecosystem and are sometimes referred to as regime shifts. It is suggested that the impact of global change on the local biogeochemistry is largely driven by the phyto- and zooplankton dynamics during spring and early summer. At that time the extent of zooplankton–phytoplankton interaction either allows that a large part of the new production is settling to the sediment, or that a significant part of the new production including the fixed nutrients is kept within the pelagic system. The origin of the extent of the phytoplankton–zooplankton interaction in spring is probably set in the previous autumn and winter. In coastal areas, both large-scale atmospheric and oceanographic changes as well as anthropogenic factors influence the long-term dynamics. Due to eutrophication, local primary production nowadays still is up to five times higher than during pre-industrial conditions, despite a decreasing trend. Recently, introduced species have strengthened the filter feeder component of coastal ecosystems. Especially in shallow coastal seas like the Wadden Sea, this will enhance particle retention, shift organic matter degradation to the benthic compartment and enhance nutrient removal from the biogeochemical cycle by denitrification or apatite formation.