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.     

海水硝酸盐氮、氧同位素组成研究进展

海洋中氮的生物地球化学循环影响着海洋生态系统的结构和功能,并和全球气候变化有着密切的联系,一直是海洋科学研究的重点和热点。海水硝酸盐的15N/14N和18O/16O比值可以反映海洋中氮循环的主要过程,因而成为研究海洋氮循环的一个重要手段。综述海水硝酸盐氮、氧同位素组成的测定方法,同化吸收作用、硝化作用、反硝化作用、生物固氮作用等氮循环过程所导致的氮、氧同位素分馏及其在海洋学研究中的应用。海洋生态系中硝酸盐氮、氧同位素的分布可以提供支持生物生产力的氮来源信息,以及氮在不同储库迁移转化的路径与机制。未来的研究需要发展适用于低含量硝酸盐的同位素测量方法,构筑海洋氮的收支平衡,掌握影响上层海洋硝酸盐氮、氧同位素变化的过程,获取全球海域有关硝酸盐氮、氧同位素组成的更多数据。     

氮的生物地球化学循环及氮同位素指标在古海洋环境研究中的应用

<正>氮元素(N)不仅是氨基酸、核酸、色素等生物分子的重要成分,也是生物的限制性营养元素,对生物生产力和生命的演化具有重要作用。在不同的氧化还原环境下,氮的生物地球化学循环模式和氮同位素的分馏显著不同,因此,保存在海洋沉积物中有机质的氮同位素组成具有示踪氧化还原环境和     

硝酸盐氮氧同位素在海洋氮循环中的应用进展

海洋中硝酸盐的来源及生物地球化学作用是氮循环研究的重要内容。为更好地认识海洋中氮的循环,确定海洋中硝酸盐的来源以及研究氮的生物地球化学作用显得尤为重要。由于不同来源的硝酸盐往往具有不同的氮、氧同位素,并且硝酸盐的生物地球化学作用信息也会反映在氮、氧同位素上。因此,近十年来,利用氮、氧同位素方法研究海洋硝酸盐问题正日益受到国内外研究人员的重视。本文综述了海水硝酸盐N、O同位素分析方法的研究进展,以及用硝酸盐中N、O同位素来研究海洋硝酸盐的不同来源和示踪其地球化学过程这两方面的研究进展,并指出研究中的不足,最后对我国海洋硝酸盐研究现状进行了讨论并提出符合我国国情的研究方向。     

潮滩生态系统中生源要素氮的生物地球化学过程研究综述

海岸带潮滩生源要素生物地球化学循环过程是国际地圈生物圈计划（IGBP）、海岸带陆海交互作用（LOICZ）研究的重要内容,也是全球变化区域响应研究中的重要组成部分。在过去的10～20年之间,潮滩生源要素氮的生物地球化学循环研究得到了长足的发展。基于此,较为全面、系统地总结和分析了有关潮滩氮营养盐的来源、潮滩氮素的物理、化学和生物迁移转化过程及氮素地球化学循环过程中底栖生物效应等一系列研究成果,并提出了今后潮滩生源要素氮的生物地球化学循环研究重点和发展趋向。     

早三叠世海洋异常的碳-氮-硫同位素记录

早三叠世作为显生宙最大生物灭绝之后的一段特殊地质历史时期,不仅见证了海洋生物的迟缓复苏,而且记录了极其动荡的海洋环境变化,该时期异常的生物环境事件及其机制已经成为当前国际地质学者关注的重大科学问题之一.近些年来,研究学者在早三叠世的碳-氮-硫异常循环研究中取得了许多重要的进展,这对深入理解该时期的环境演变及其对生物复苏的影响十分重要.重点回顾近年来关于早三叠世古海洋碳-氮-硫循环方面的研究进展,对当前存在的科学问题及发展趋势进行分析和总结.      

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。     

本期文章导读

正非传统稳定同位素地球化学的建立与发展是本世纪地球化学领域的重要进展之一。镉(Cd)同位素分馏主要发生在蒸发/冷凝过程、无机吸附/沉淀过程及生物吸收利用过程。这些Cd同位素分馏效应被成功应用于构建海洋生物地球化学Cd循环体系、反演古海洋环境及初级生产力变化,硫化物矿床成矿流体演化、成矿物质来源示踪及不同成因矿床类型判别研究,环境体系Cd污染源的源区判别、农田面源Cd来源及其运移、循环及储存机制研究。在海洋科学、地球科学、环境科学及农业科学研究上展现出巨大的应用潜力。该文提出下一步应深入开展高精度Cd同位素分析方法研究,探讨Cd同位素分馏机制和分馏模型,尤其是应深入研究微生物作用下Cd同位素分馏效应,建立Cd同位素生物分馏地球化学示踪体系,推动非传统稳定同位素地球化学创新发展。     

中国边缘海海洋沉积生态环境反演中的生物标志物

中国边缘海是海—陆—气圈进行物质和能量交换最活跃的海域之一,重建中国边缘海海洋生态环境演变对深入探析人类活动和气候变化的耦合作用意义重大,海洋沉积物生物标志物为定性/定量揭示海洋生态环境演变提供有效手段,可为预测人类活动影响下的海洋生态环境演变趋势提供科学支撑。本文总结归纳目前海洋沉积物中常用的古菌、细菌和真核来源生物标志物在海陆来源、化学结构、分布规律与功能等方面的特征,分析了不同生物标志物类型在重建海洋温度、酸碱度、氧化还原环境和浮游植物演变过程中的应用状况,剖析了多参数生物标志物在重建中国边缘海生态环境演变中存在的问题。总体而言,利用生物标志物重建中国边缘海生态环境演变的研究大多还停留在定性描述水平;由于对生物标志物母源生物及其适应机制认识不足会导致对生物标志物指标的解译存在偏差,进而影响海洋环境重建结果的准确性;此外,多种重要海洋环境演变参数并未建立起有效的生物标志物指标。未来的海洋生态环境重建研究应从结合新技术新方法厘清生物来源,整合大数据分析方法构建有更精确对应关系的校正公式以实现定量反演和准确预测,同时结合功能微生物群落筛选出更具独特性的新型生物标志物等方面开展研究。     

中国边缘海海洋沉积生态环境反演中的生物标志物

中国边缘海是海—陆—气圈进行物质和能量交换最活跃的海域之一,重建中国边缘海海洋生态环境演变对深入探析人类活动和气候变化的耦合作用意义重大,海洋沉积物生物标志物为定性/定量揭示海洋生态环境演变提供有效手段,可为预测人类活动影响下的海洋生态环境演变趋势提供科学支撑。本文总结归纳目前海洋沉积物中常用的古菌、细菌和真核来源生物标志物在海陆来源、化学结构、分布规律与功能等方面的特征,分析了不同生物标志物类型在重建海洋温度、酸碱度、氧化还原环境和浮游植物演变过程中的应用状况,剖析了多参数生物标志物在重建中国边缘海生态环境演变中存在的问题。总体而言,利用生物标志物重建中国边缘海生态环境演变的研究大多还停留在定性描述水平;由于对生物标志物母源生物及其适应机制认识不足会导致对生物标志物指标的解译存在偏差,进而影响海洋环境重建结果的准确性;此外,多种重要海洋环境演变参数并未建立起有效的生物标志物指标。未来的海洋生态环境重建研究应从结合新技术新方法厘清生物来源,整合大数据分析方法构建有更精确对应关系的校正公式以实现定量反演和准确预测,同时结合功能微生物群落筛选出更具独特性的新型生物标志物等方面开展研究。     

多年冻土退化下碳、氮和污染物循环研究进展

多年冻土储存了大量的有机碳、氮素以及持久性有机污染物和汞等污染物.全球变暖背景下,目前全球大部分的多年冻土都处于退化状态.多年冻土区土壤温度升高、多年冻土层解冻后,土壤温度水分会发生变化,从而改变微生物的生长代谢过程,进而改变多年冻土区的物质循环.通过综述多年冻土区的碳、氮及污染物的储量及其在多年冻土退化下的迁移转化及输出特征,研究发现:多年冻土退化增加活动层厚度、形成热喀斯特地貌,一方面导致碳基和氮基温室气体快速释放到大气中,另一方面也向水生系统中输出溶解性碳氮组分及可溶性污染物,这些过程会导致多年冻土由碳、氮和污染物储存的"汇"转变为"源",并最终影响全球生物地球化学循环.明确多年冻土区碳、氮和污染物的生物地球化学循环过程对于全面理解气候变化对自然和人类社会系统的影响具有重要作用.未来研究中,还需要结合多学科技术手段,开展多年冻土退化过程、水文过程与生物化学循环过程的系统集成研究,此外,还需加强汞、POPs等污染物的二次释放过程与碳氮循环的耦合关系研究,定量多年冻土中污染物二次释放的环境效应,以深刻认识多年冻土中物质循环过程并为气候和环境变化提供预测依据.     

河流可溶性有机氮研究进展

河流DON不但记录了流域侵蚀的过程,还记录着DON的生物地球化学信息,河流可溶性有机氮其流动是流域生态系统氮循环的重要组成部分。本文综述了河流可溶性有机氮的性质、来源、环境效应、时空变化以及同位素技术应用的最新研究进展,并指出今后河流DON的研究方向。     

末次冰期以来南海东北部陆坡-深海盆沉积有机质的来源及古环境意义

<正>利用有机地球化学方法可以从海洋沉积有机质中提取出丰富的用于重建海陆古气候和古环境的指标。其中海洋沉积物的总有机碳(TOC)、总氮(TN)含量及其稳定同位素组成(δ13Corg、δ15N)被广泛运用于判识有机质的来源,进而探讨海洋中碳、氮的生物地球化学循环过程以及地质历史时期的古气候/环境的变化。随着南海古海洋学研究的不断深入,已有学者对南海陆架—陆坡区末次冰期以来的沉积有机质的来源、组成变化以及控制因素等进行了探讨,发现沉积有机质的有机碳、氮含量及其稳定同位素在冰期/间冰期旋回中存在周期性变化规律。然而,对于南海超深水的下陆坡乃至深海盆区的沉积有机质尚未进行过此类研     

海洋沉积物中色素生物标志物研究进展

海洋沉积物中的光合色素包含着水体、沉积物中浮游和底栖植物以及微生物群落的丰富信息,能表征特定生物来源,在埋藏到沉积物甚至发生某些改变之后仍然保留其源信息,是一类重要的化学生物标志物.结合总有机碳、总氮等其他海洋地球化学参数,沉积色素可用来研究海洋浮游植物和光合细菌的群落组成和丰度,反演海洋初级生产、水体富营养化水平及其历史趋势,指示水体和沉积物氧化还原条件,揭示海域气候条件等现状及其历史变化.沉积色素的研究,对于掌握海洋中碳的生物地球化学循环过程,回溯古环境、古海洋、古生态以及古气候记录,制定合理的海洋管理政策具有十分重要的意义.阐述了沉积物中色素的分类、来源、性质和分析方法,分析了色素在沉积物中的保存和变化规律,探讨总结了沉积色素作为化学生物标志物在海洋学研究中的应用.     

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。     

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。     

生物标志物在海洋和湖泊古生态系统和生产力重建中的应用

海洋和湖泊具有重要的气候环境和生态调节功能。研究地质历史时期海洋和湖泊生态系统的生物群落的组成、结构和演变,将为解决当前面临的环境问题,评估可持续发展提供科学依据。生物标志物具有生物专属性,提供了使我们能够从分子水平上研究地质历史中各种生物演变的工具。本文初步总结了海洋和湖泊生态系统中的生物标志物(烷烃、酸类、醇类、酮类、酯类、甾类、藿类、萜类和甘油四醚类等)的特征和来源。陆生高等植物来源的生物标志物,以长链的烷烃、脂肪酸、脂肪醇和木质素、萜类等较为常见;水生微藻来源的生物标志物有长链烯酮、烷基二醇和高度支链类异戊二烯类化合物(HBIs)等;微生物来源的生物标志物有细菌藿烷多元醇(BHPs)、异形胞糖脂和支链烷烃类等。今后结合生物标志物单体同位素分析和基因、蛋白质组学等现代分子生物学研究,加强不同生物标志物对应的生物种属的生态学研究,古今生态研究相结合,可以为某些生物标志物的分子来源研究提供新的可行途径。本文还综述了生物标志物指标在重建海洋和湖泊生态系统的组成、结构、生产力和营养状况方面的应用。未来的研究将偏向于从定性向定量化重建转变,在海洋研究中应用较成熟的指标将越来越多的被用于湖泊环境中。此外,多指标结合使用将提高重建古生态系统的可靠度。     

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。     

黑碳在全球气候和环境系统中的作用及其在相关研究中的意义

燃烧形成的黑碳粒子进入大气中可影响辐射平衡,导致全球气候变暖,其沉降在河流、湖泊、海洋、土壤等环境中对全球生物地球化学循环起到重要的作用,成为当前国际地球科学研究的热点问题。综述了黑碳的定义及排放、沉降、降解过程,并总结了其在现在及过去环境和气候系统中的重要作用与研究意义。黑碳是全球惰性有机碳库的重要组成部分,在全球慢速碳循环中发挥潜在作用。因其具有很强的吸光特性,它在区域气候变暖过程中扮演重要角色。沉降在不同地质载体中的黑碳难以降解,可以保存几百万年,为地质历史时期古气候和古环境重建研究提供重要信息。海洋沉积物过去数百万年的黑碳记录指示了天然火的演化信息,晚第四纪黄土剖面黑碳也指示了天然火的变化信息,最近千年的湖泊和冰芯黑碳记录既反映了天然火的信息,也指示人类活动的信号。未来黑碳研究应进一步关注标准测量方法,以真正理解黑碳在全球气候与环境系统中的作用。