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。     

重元素的生物地球化学循环

根据有关资料,本文介绍铅,等１０种重元素在地球不同圈层的分布和它们在这些圈层间运动,迁移,转化的生物地球化学循环。     

陆地硅的生物地球化学循环研究进展

地球表层硅(Si)的生物地球化学循环与大气CO2浓度变化、大洋生物泵作用以及海岸带富营养化等过程密切相关,因此成为全球环境变化研究的核心问题之一。在地质时间尺度上,硅酸盐矿物的化学风化是地球表层所有次生Si的来源。陆地生态系统各次生Si库具有不同的形成机制和驱动因子,这导致各Si库的贮存量和循环周期存在明显差异。土壤Si库中的黏土矿物Si、溶解硅(DSi)和淀积在其他矿物表面的无定形Si都源自硅酸盐矿物的化学风化过程;植物生长过程中吸收土壤中的DSi形成生物Si,然后经微生物分解过程返还给土壤;地表径流将流域陆源Si以悬移质Si和DSi的形式输入河流、海洋。迄今,陆地不同形态Si库的大小及其对全球Si循环的贡献仍不确定。因此,在研究陆地Si的生物地球化学循环过程中,综合考虑各种地表过程及其耦合作用是非常必要的。     

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。     

硅的生物地球化学循环研究进展

生命元素硅在陆地生态系统和水生生态系统中都扮演着重要的角色。它的生物地球化学循环与全球碳循环和全球气候交化密切相关。因此,近年来逐渐成为研究的热点。本文概述了近年来国内外有关硅的生物地球化学循环的研究进展,包括陆地和海洋中硅的生物地球化学循环过程及人类活动对硅循环的影响等方面,指出日前研究中存在的问题,展望了研究的重点。     

酸沉降区域碱性湖泊中汞的生物地球化学循环演化研究意义

大量研究表明，酸沉降引起酸化敏感性湖泊湖水的酸化,会影响湖泊系统汞的赋存状态和相互转化。但是,对于酸沉降同时引起的湖泊SO4^2的增加是否会影响湖泊汞的赋存状态和相互转化尚存在分歧。而对于非酸化敏感湖泊,受酸沉降影响湖水仍然呈现碱性的湖泊结果如何还不清楚。据此,本文综述了湖泊体系中汞的生物地球化学循环演化规律,并总结近年来的研究成果,结合我国西南地区湖泊所处的特殊地质环境及其污染和研究现状，指出对酸沉降区域碱性湖泊中汞的生物地球化学演化规律进行研究的必要性和重大意义。     

水库汞生物地球化学循环研究进展

对近年来国内外有关水库汞生物地球化学循环的研究现状进行了综述,主要从基质释汞行为、汞释放对水体的影响、汞在水库水生食物链中的迁移富集和水库对河流汞输送的影响等四个方面进行了探讨,并指出该领域研究工作的薄弱环节及发展方向.     

深水水库磷的生物地球化学循环

我国水能资源居世界第一。密集的水电开发形成数量庞大的梯级水库群,成为我国淡水资源最重要的存储形式之一。在这些水库中,磷的来源、生物地球化学循环过程与生态环境效应独具自身特点,但相关研究较为薄弱。本文以西南地区典型水库为例,系统地阐明了水库水体和沉积物中磷的赋存形态、时空变化特征、迁移转化规律及生物可利用性。随着国家水环境保护工作的有力推进,我国水库水体总磷(TP)浓度(0.02~0.21mg/L)呈持续降低趋势。统计结果表明,水库水体叶绿素a(Chl.a)与TP浓度呈显著正相关,表明水库藻类生长仍主要受TP浓度的影响。相较于中国东部浅水湖泊,西南地区水库沉积物中TP含量通常更高(均值>1300mg/kg),且活性磷组分(氧化还原敏感态磷：BD-P;Fe/Al结合态磷：NaOH-P;弱吸附态磷：NH₄Cl-P)占比超过50%。高分辨率观测发现,西南水库在夏季分层期显示出更高的内源磷释放速率(0.15~0.29mg/(m²·d)),远高于东部浅水湖泊(0.09~0.15mg/(m²·d))。季节性缺氧诱导的Fe/Mn结合态磷的还原溶解是水库沉积物内源磷释放的关键机制。此外,还论述了加强水库磷生物地球化学循环研究的重要意义,并提出了未来重点研究方向。

     

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。     

二氧化碳生物地球化学循环研究的进展

综述了对二氧化碳生物地球化学循环的研究现状，着重介绍了大气二氧化碳的源和汇的研究资料，并简要介绍了有关碳循环模式。     

碳同位素和水化学在示踪贵阳地下水碳的生物地球化学循环及污染中的应用

地下水污染影响碳的生物地球化学循环,碳的演化也能够反映地下水的污染状况。对贵阳城区地下水的水化学、溶解无机碳含量及其碳同位素进行了分析。研究结果表明,地下水化学以SO4·HCO3-Ca·Mg型和HCO3-Ca·Mg型为主,化学组分分析结果表明,水化学特征主要受岩性控制。地下水中溶解无机碳表现形式主要为HCO-3,丰水期由于稀释作用其含量减少。而丰水期δ13CDIC较枯水期偏负,生物成因无机碳占比重大。结合碳同位素和NO-3等人为活动输入物质的负相关性尝试对城区地下水污染分区,结论为贵阳市区中部、东北部以及西郊农业区地下水受污染较为严重。     

桂江河流碳的生物地球化学循环: 14 C和13 C示踪

基于一个水文年度的月周期性采样分析,用河流悬浮颗粒物的有机碳(POC)和溶解无机碳(DIC)的同位素信号探讨了桂江径流中碳的生物地球化学循环。桂江悬浮颗粒物中POC含量多介于1.70 % ~14.27 % 之间,平均为(4.54±2.94) %; 河流POC的Δ 14 C值介于-235.8 ‰ ~-26.7 ‰ 之间,平均为(-135.38±57.27) ‰,没有检出"核爆 14 C"信号,揭示了较为强烈的流域地表扰动和土壤侵蚀状况。桂江POC的稳定同位素组成(δ 13 C)变化于-29.92 ‰ ~-24.71 ‰ 之间,平均为(-26.86±1.29) ‰,这与以C3植物为主的流域生态系统的碳同位素组成一致。桂江颗粒有机质的C/N比多介于5.54~11.53之间,平均为7.97,低于全球河流的平均状况。一方面,土壤有机碳、岩石来源的地质碳及藻类生物量的混合比例决定了桂江河流颗粒有机质的C/N比和Δ 14 C值; 另一方面,微生物群落对水体有机质的代谢分解作用也在一定程度上改变了有机质的元素和同位素比值。桂江河流DIC的δ 13 C值变化于-17.22 ‰ ~-10.65 ‰ 之间,平均为(-12.95±1.94) ‰ 。冬半年河流DIC(δ 13 C值平均为-11.47 ‰ )几乎全部来自碳酸盐矿物的化学风化,夏半年土壤硅酸盐矿物的化学风化对DIC(δ 13 C值平均为-14.73 ‰ )的贡献达28 % 。     

生物标志化合物稳定碳同位素地球化学

回顾和展望了生物标志化合物稳定碳同位素地球化学的发展，讨论了它在石油勘探和其它学科中的应用问题。     

湖泊生物地球化学过程中的锌同位素地球化学研究

近年来,随着多接收器电感耦合等离子体质谱(MC-ICP-MS)技术的引入,使锌同位素的精确测定得以实现,因此锌同位素在地球化学过程中的研究也正在被越来越多的人所关注.     

河流溶解硅的生物地球化学循环研究综述

河流溶解硅(DSi)承载着陆地表生过程的环境信息,其输入、迁移、转化和输出受多种因素制约。在全球硅酸盐岩风化过程中,31.53%~64.87%的DSi被陆地植被吸收,仅12.91%迁移至河流,在向海洋输送过程中,河流DSi又受到水生生物吸收、逆风化作用及"人造湖效应"等因素的影响,输出量进一步减少,弱化了海洋系统的"生物泵"作用;不多的研究表明全球河流DSi浓度变化介于138~218μmol/L之间,空间差异显著,有必要量化各影响因素的贡献,建立多因素控制的河流DSi输出通量模型;与地壳主要硅酸盐岩的δ~(30)Si值(约为-0.5‰)相比,全球河流DSi的δ~(30)Si值变化范围较大(介于-0.2‰~3.4‰之间)且显著正偏,分馏系数达0.3%~3.9‰。这是由于流域内Si同位素的无机分馏和有机分馏2种动力分馏过程所导致。因此,探讨河流DSi来源、迁移及转化机制是未来深入研究河流DSi循环的关键问题。     

主要生物地球化学循环与人类发展的变化

碳、氮、磷和硫是基本分子的形成所需要的,生命依靠这些基本分子,然而,现时活着的有机质的这些元素原始分布和循环却已经改变。因为,对于保持地球上的生命非常主要的生物化学循环的本身,基本上决定于一些生物学过程,人类活动已在发生一种与自然流的大小可以对比C,N,P和S的流,所以直到最近,这种平衡一直受到扰乱。     

喀斯特高原湖泊生物地球化学过程中的锌同位素特征

采用多接收电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS)对喀斯特高原湖泊红枫湖、阿哈湖水体及其主要支流水体悬浮物和一些生物样品中的锌同位素进行了测定,测试精度小于0.11‰(2SD).结果显示,红枫湖水体与其主要支流水体悬浮物中的δ66Zn变化范围分别为-0.29‰～0.26‰和-0.04‰～0.48‰,阿哈湖水体与其主要支流水体悬浮物中的δ66Zn变化范围分别为-0.18‰～0.27‰和-0.179‰～0.46‰,均表现出支流中的锌同位素组成较重的特点.两湖生物样品中的δ66Zn变化范围较大,为-0.35‰～0.57‰,说明湖泊生态系统中各端员的锌同位素组成存在一定差异.根据同位素组成分析,湖泊主要入湖河流及所携带的陆源物质是阿哈湖泊水体中锌的主要来源,锌同位素是一种较好的物源示踪工具.红枫湖夏季δ66zn与Chla(叶绿素)呈显著的正相关(R=0.97),主要是藻类对锌的有机吸附和吸收过程导致锌同位素组成发生变化.此外,湖泊水体悬浮物中的锌同位素组成均在夏季较轻,表明大气的干湿沉降可能是一个较负的锌同位素源.水体悬浮物中的δ66Zn变化范围小于生物样品中的δ66Zn变化范围,说明由于生物作用过程导致的锌同位素分馏大于非生物过程.     

西南喀斯特地区表生生态环境中汞的生物地球化学研究进展

汞的污染已经引起地学和环境工作者的关注,尤其是作为全球两大汞-锑矿带之一的我国西南地区.近年来,我们系统研究了西南地区自然过程和人为活动向大气的排汞通量、土法炼锌和土法炼汞对生态环境的影响、大规模汞矿开采造成的环境汞污染、高汞背景和多汞污染来源地区水库汞的生物地球化学循环演化特征.研究表明,无论自然过程还是人为活动,西南地区尤其是贵州省是全球大气汞的重要释放源;矿业开采造成了严重的环境汞污染,对当地居民的身体健康构成了严重的危害;这一地区的新建水库是汞甲基化的重要场所,对生态环境有潜在的危害.