地球生物学前沿:进展与问题

地球生物学是地球科学与生命科学的交叉学科,其核心任务是探讨生物与环境的相互作用和协同演化.在分析国际地球生物学的研究进展、中国科学院学部地球生物学前沿论坛成果以及本专辑代表性论文的基础上,本文简要评述了重大地质突变期的地球生物学、地质微生物与全球环境变化以及极端环境地球生物学这三大主题的主要研究进展和存在的科学问题.在重大地质突变期的地球生物学方面,人们已经认识到生命的起源、辐射、灭绝和复苏等重大生命事件的发生与地球深部过程以及受其影响的海-陆-气环境过程密切相关;但对于地质历史时期生物与环境是如何协同演化的,其具体的机制和动力学过程是什么,还知之甚少.在地质微生物与全球环境变化方面,各类地质微生物功能群不仅灵敏地响应地质环境的变化,而且通过元素循环和矿物转变对地质环境产生重要影响;但人们对不同地质微生物功能群是如何通过协同作用而改变地质环境的,还了解得很少.在极端环境地球生物学方面,人们从深海、冰川冻土、地下水、洞穴和热泉等极端环境中发现和分离出一些重要的微生物,并开展了许多生物学的研究;但真正能上升到极端环境地球生物学的研究很少,极端环境微生物的地球化学功能还远未查明.地球生物学将大大拓展生物过程研究的时空范畴,在资源领域和全球变化领域有广阔的应用前景.地球生物学需要多学科的协同研究,包括加强地质微生物的研究,加强生物地球化学循环的数据库建设和定量化模型研究,加强各类典型地质环境条件的研究,加强生物过程与物理化学过程的耦合研究.     

湖沼学是研究内陆水体的多学科整合科学——兼论我国湖沼学发展面临的挑战与机遇

湖沼学是研究内陆水体的多学科交叉综合性科学,自从Forel F.A.于1892年首次对湖沼学做出定义以来已有近130年历史.湖沼学的主要分支学科包括地质湖沼学(包括古湖沼学)、物理湖沼学、化学(生物地球化学)湖沼学和生物湖沼学.湖沼学的关键自然属性是通过跨学科的整合,从水生态系统水平综合分析相关过程与机理,并对生态系统变化进行预测.因此,湖泊学也是支撑水资源与生态系统保护、管理与修复的核心科学.然而,目前我国湖沼学发展面临分支学科发展不平衡、研究碎片化等问题,而人类活动加剧和气候变化对内陆水体生态系统的影响及管理对策是湖沼学研究面临的挑战与机遇.我国湖沼学研究亟需围绕人类活动、气候变化的影响,重点开展以下几个方面的工作:1)水动力与水文地貌特征变化及其环境生态效应; 2)营养盐和有机质生物地球化学循环及其环境生态效应; 3)食物网结构与功能; 4)外来入侵物种的影响与控制对策; 5)与水环境有关的传染病防治; 6)地表水生态评价; 7)生态系统演变机理与退化生态系统修复等.     

城市垃圾发展现状及其对生态地质环境的影响

通过对城市垃圾发展状况和研究现状的讨论,认为垃圾不久将成为世界上最大的灾害污染源,指出了现阶段开展拉圾调查和相关研究的必要性和紧迫性。城市垃圾对生态地质环境的影响主要表现在对地表水、地下水、土壤和大气的污染几方面,其直接后果是严重损害城市环境卫生、破坏动植物生长和危害人类生存。为防止垃圾污染、保护生态地质环境,提出了治理城市垃圾的有关对策和建议,如选择代表性城市进行垃圾调查、登记注册垃圾堆放场所并     

城市地质灾害危险性评价研究

地质灾害是在地质作用下,地质自然环境恶化,造成人类生命财产损毁或人类赖以生存与发展的资源、环境发生严重破坏的过程或现象,是对人类生命财产和生存环境产生损毁的地质事件。它既包含致灾体,又包括承灾体或受灾体,两者相辅相成,缺一不可。那些仅仅是地质环境恶化,而没有直接破坏人民生命财产和生活环境的单纯的地质事件,则只能成为某种地质现象或地质环境问题,而不能称其为地质灾害。     

云南省自然灾害综述及减灾对策

本文在云南省37个有关厅局和科研单位所进行灾害调查资料的基础上,综合叙述了云南近40年来气象、地震、地质、农业生物及环境等灾害的基本情况和防御能力,同时指出云南省存在的潜在灾害危险性。最后提出了减轻自然灾害的对策与建议。     

地学书签

什么是工程地质 工程地质是调查、研究、解决与人类活动及各类工程建筑有关的地质问题的科学。工程地质的目的是为了查明各类工程场区的地质条件,对场区及其有关的各种地质问题进行综合评价,分析、预测在工程建筑作用下,地质条件可能出现的变化和作用,选择最优场地,并提出解决不良地质问题的工程措施,为保证工程的合理设计、顺利施工及正常使用提供可靠的科学依据。     

三峡工程的生态环境问题

对长江三峡工程有关的若干生态环境问题作了比较系统的综述。主要涉及生物多样性,珍稀物种和长江渔业;人、地、粮关系;中游湖泊与湖区环境;河口生态环境以及库区地质环境等。     

鄱阳湖湿地中低滩典型植物群落的生物多样性及影响因子

周期性水文节律是影响洪泛湖泊洲滩湿地植物群落物种组成与生物多样性的重要驱动力。本研究以鄱阳湖中低滩典型植物群落为研究对象,通过实地样方调查与统计方法分析植物群落的生物多样性格局及其关键环境因子。结果表明：鄱阳湖中低滩代表性群落分别是灰化薹草群落和虉草群落;植物群落的Shannon-Wiener多样性指数均值为1.5,Pielou均匀度指数均值为0.55,生物多样性与物种均匀度偏低。虉草群落的均匀度、多样性指数高于灰化薹草群落,但二者物种丰富度差异不明显。土壤铵态氮、总磷及土壤含水量和高程是影响植物群落结构与生物多样性的关键因子,其中灰化薹草的物种多样性与土壤铵态氮高度相关,而虉草的均匀度则与土壤总磷关系更密切。此外,鄱阳湖中低滩环境下,灰化薹草群落的均匀度随土壤总磷含量的升高呈现U型响应曲线,虉草则是倒U型,这表明,鄱阳湖中低滩环境下,灰化薹草群落和虉草群落生物多样性对单个、同一的环境因子存在不同的适应机制。     

生物圈·生命圈

地球环境的演变决定了生命的起源与演化过程,而生命过程又影响看地球表层环境以及大气圈、水圈及岩石圈的物质循环生物多样性是地球演化的独特产物,对地球生命维持系统起着极为重要的作用,是人类赖以生存和发展的基础。因此,研究地球与生命的互动,研究生物多样性的起源和发展对人类可持续发展具有重要意义。     

神木县煤矿采空塌陷区综合防治对策

结合区域地质、工程地质等地质环境条件和人类工程活动,分析环境地质问题的形成因素,针对神木县朱家沟、白泥塔煤矿采空区的特点对其塌陷治理提出方案及建议。     

评价影响地质雷达用于探测地雷可行性的几个因素

地质雷达是探测地雷的有前途的技术方法之一。影响地质雷达探测地雷能力的因素很多,其中有:1)地雷材料(金属的或塑料的)的类型;2)周围土壤的条件(土壤结构和土壤中水分);3)所用的雷达频率。通过对地雷与围岩土壤之间的介电常数以及雷达波衰减的影响的研究调查了影响地质雷达探测地雷能力的几个因素从理论上评价和模拟了每一种因素的影响。发现雷达探测地雷的能力很大程度上与雷达类型、土壤含水量和结构,以及雷达频率有关。在任何土壤条件与雷达频率下,金属雷达比塑料雷达容易探测。不考虑土壤结构, 随着土壤中水分增大,对塑料雷达的探测变得容易,而对金属地雷探测难度增大。土壤中泥土含量比例增大引起与水分增大同样的影响。然而只要土壤中泥土和水分比例较低,较高雷达频率可以得到较好的地雷探测结果。研究结果有助于依据地雷类型和环境条件来选择最佳的雷达天线与数据采集参数。     

探地雷达在LNAPL污染土壤探测中的应用进展研究

轻非水相液体(LNAPL)的不当使用、渗漏及不当处置等会造成严重的土壤和地下水污染,威胁环境和公共卫生安全.探地雷达(GPR)作为一项重要的浅表地球物理观测技术已在LNAPL污染土壤探测中发挥重要作用.本文对近年来国内外学者利用GPR探测LNAPL污染土壤方面的理论和应用研究进行梳理,结合实例主要从以下几个方面开展评述.这些方面包括LNAPL污染土壤电性特征、基于GPR探测的LNAPL污染土壤建模、GPR信号响应、GPR的测量方式等.这些理论与应用研究为如何从场地的地质和水文背景中提取与污染有关的GPR信号做出了指导与成功的示范.现场和实验室的大量的研究工作表明,所有成功的案例都不可能倚赖单一的手段或方法.直接(例如,钻孔)和间接(例如,GPR)调查结合,多手段、多方法的有效配合,才有可能最大程度的减小探测结果的非唯一性,达到全面准确了解污染场地的目的.     

基于多指标综合评分法筛选地表水环境优先污染物——以湖北涨渡湖为例

人类活动和社会经济迅速发展导致大量化学品排放进入地表水环境,对水生生态系统和人类健康产生诸多不利影响,如何从众多的化学品中筛选识别出具有潜在危害的优先污染物是水污染治理和管控的关键.本研究基于污染物环境暴露水平、持久性、生物累积性、生态风险和人体健康风险5个评价参数,构建多指标综合评分法定量筛选识别地表水环境优先污染物类别,并应用于涨渡湖水体中优先污染物清单的建立.污染物环境暴露水平基于靶向分析综合考虑了污染物环境实测浓度和检出频率.目标污染物持久性和生物累积性毒害性参数分别采用生物降解系数和正辛醇-水分配系数来表征.此外在物种敏感度分布法和评估因子法的基础上计算生态风险熵以定量表征生态风险,人体健康风险则由终生致癌风险指数或危害指数来表征.基于该多指标综合评分法可于涨渡湖水体7类151种特征污染物中筛查出41种优先污染物,主要包括11种多氯联苯、8种有机氯农药、6种多环芳烃、4种邻苯二甲酸酯、4种挥发性有机物和8种金属元素.鉴于不同地表水环境污染状况不同,通过多指标综合评分法可建立因地制宜的优先污染物清单,从而有利于形成以保护水生生物和人类健康为最终目标的优先污染物水质基准,为地表水环境污染物管控及治理提供方法学支撑和科学依据.     

从江西地矿工作现状谈华东地区环境地质与资源战略的几个问题

本文对江西省环境地质、矿产资源和区域地质现状作了系统归纳,对今后的工作提出了建议,并从４个方面：变质基底及有关矿产、重点成矿带调查、城市地热勘查和区调技术方法研究对江西地矿工作谈了具体设想。     

生物地球物理:地球物理方法在研究生物地球化学过程中的应用和发展

微生物广泛参与了其所处地质环境的物理和化学性质改造过程.监控微生物与地质介质之间相互作用的过程并了解其机制对近地面环境工程中土壤及地下水污染整治等实际应用有着至关重要的作用.地球物理勘测成像技术不仅能够在传统应用中测量和表征地表以下的物理特性变化,大量直接有效的证据表明这些方法还可以捕获孔隙介质中的生物地球化学变化的动态过程,包括监测微生物、微生物活动以及它们与矿物之间的相互作用.生物地球物理(Biogeophysics)作为勘探地球物理的一个新兴分支学科,包含了微生物学、生物地球科学以及地球物理勘测等多个学科,侧重于研究微生物与地质介质相互作用对地球物理场的影响.过去十几年在生物地球物理领域的研究充分表明和验证了地球物理勘测方法的独特优点(最小化侵入、时空连续及跨尺度运用),并为将传统勘测方法用于探索跨时间空间各尺度的地下生物地球化学动态过程提供了理论及实验依据.本篇综述将系统介绍生物地球物理学科的理论背景、发展和研究前沿.首先讨论微生物及其活动引起的孔隙介质中物理化学性质的变化.其次,将侧重于探讨微生物活动对包括地电法、电磁法、探地雷达以及地震法等不同地球物理场的响应.最后将讨论生物地球物理领域的机遇、挑战和潜在应用.     

对地球生物学、生物地质学和地球生物相的一些探讨

在简要介绍国内近年来地球生物学研究概况之后,探讨了地球生物学和生物地质学的定义以及这两者之间的区别．地球生物学是由生命科学和地球科学交叉融合而形成的一级学科,而生物地质学则是由生物学和地质学交叉而形成的二级学科,因此,地球生物学所研究的领域包含了生物地质学的研究范围．列举了这两门学科的分支学科．地球生物相是指包含了生物与环境相互作用的全过程的一个地质体的相．讨论了地球生物相、生物相和有机相之间的区别．生境型、生物组成和生产力、古氧相以及埋藏效率是确定一个地球生物相的主要参数．对上述参数作了详细探讨,并据此提出了地球生物相的半定量评估方案．推荐地球生物相的二维命名法,每一维分别代表地球生物学全过程中的生物方面和环境方面的特征．     

微生物与地质温压的一些等效地质作用

微生物不仅能够灵敏地响应地质环境的变化,而且还可以通过多种途径参与各类地质地球化学作用过程.微生物通过元素的生物地球化学循环对各类地质环境起作用,这早已为人们所熟悉.微生物还可以在地表环境诱导形成一些深部高温高压环境才能形成的矿物.一些微生物功能群能够在地表常温常压环境实现蒙皂石的伊利石化,形成长石类自生矿物,沉淀白云石,产生地质脂类等地质过程,这些过程在没有生物参与时需要一定的温压条件才能发生.微生物之所以具有这些特殊的地质作用,是因为它们拥有活性酶、具有比较大的比表面积及表面丰富的官能团.微生物可以通过这些具有催化能力的活性酶的作用,并通过代谢作用和生理过程等,降低一些热力学反应的吉布斯自由能,克服一些化学反应的动力学障碍.微生物还因具有较大的比表面积及表面丰富的官能团而能够通过物理吸附降低矿物晶核表面的自由能.微生物通过这些生物化学过程和生物物理过程达到与一定温压条件类似的化学过程和物理过程,从而使一些深部地质过程在地表常温常压环境得以实现.由此提出了微生物与一些地质温压具有等效地质作用的新思想.     

中国边缘海环境中GDGT的研究进展

甘油二烷基甘油四醚(glycerol dialkyl glycerol tetraethers,GDGTs)作为古菌和细菌的生物标志物,广泛存在于陆地(土壤、泥炭、石笋、湖泊、河流和热泉等)和海洋环境中.近年来,基于这些化合物的环境指标(如表层海水温度指标TEX_(86),陆源输入指标BIT,平均大气温度指标MBT/CBT)已经被广泛应用于大洋和陆相环境,成为研究古环境和生物地球化学过程强有力的工具.相对而言,这些指标在边缘海尚未得到充分应用,主要是由于边缘海沉积环境复杂、物源多样且受人类活动影响.本文总结了已发表的关于中国边缘海(南海、东海和黄海)及主要大河河口(珠江口和长江口)的GDGTs研究结果,以更好地理解GDGTs及相关环境指标在中国边缘海的分布特征和应用潜力.     

植物根系控制黄土土层风化淋溶机制的初步研究

植物群落根系对土壤元素迁移和矿物的风化淋溶具有显著影响. 从描述黄土土层地球化学环境场分异的特征出发, 用原状土柱淋滤实验装置、根系大型挖掘剖面壁法及多元统计学方法, 对陕北黄土丘陵沟壑区植物根系改善土壤环境场效应与土壤风化淋溶速率强化值的关系进行了综合定量研究. 研究结果表明, 植物根系对土壤环境的改善效应主要受有效根(≤1 mm)密度和根量控制, 主成分分析结果表明植物根系对土壤物理性质改善效应大于对土壤化学性质改善效应, 根系控制土壤风化淋溶的主导因素依次是: 根系提高土壤渗透力、增加土壤生物活性物质及稳定土层结构的动力学性质. 在对不同植物根系影响土壤中化学元素迁移和矿物风化速率主导因素综合定量研究的基础上建立了数学模型, 此数学模型将有助于阐明林草群落根系控制土壤风化淋溶作用的生物动力机制, 也可用于林草地对有关变量进行定量评价.     

环境地磁学

一、引言为了了解环境地磁学的最新发展,首先需要了解这个题目的含意。讲到环境,我们感兴趣的有两种:第一种可以称为人类或文化环境。人类进行些什么活动,例如农业生产和工业生产,这些对我们讨论文化历史很有价值;第二种我们感兴趣的环境常被称作古环境。我们对地质、地貌、树林、灌木、气温和雨量感兴趣。众所周知,孢粉学家研究古植物群的变化,从而他们能够解释古环境的变化。但是树林灌木等不仅与气候变化有关,而且由于进化的原因,它