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。     

喀斯特生态系统生物地球化学过程与物质循环研究:重要性、现状与趋势

喀斯特地质与生态系统是地球表层系统中的重要组成部分,其变化将对其他地区以及整个地球系统产生影响.生物地球化学循环是全球和区域变化研究的核心内容,而生态系统的演化与系统内水分和养分的生物地球化学循环密切相关。因此,我们有必要将喀斯特生态系统纳入到更大区域或全球生态系统中进行分析研究,在充分研究认识整个喀斯特生态系统物质生物地球化学循环规律的基础上,进一步研究喀斯特生态系统的全球变化响应或影响机制,为喀斯特生态系统优化调控对策和措施提供科学基础。研究生态系统演化过程中物质的生物地球化学循环规律,是研究植物适生性、物种优化配置和适应性生态系统调控机理的关键基础。在介绍前人工作基础的同时,本文全面而概括地总结了我们近年利用元素、同位素(如δ13C、δ15N、δ34S、87Sr/86Sr)示踪和化学计量学理论和方法对喀斯特生态系统中不同界面和流域中物质的生物地球化学循环及其生态环境效应的研究成果。认识到:喀斯特流域生物地球化学循环活跃,相互耦合,并与流域生态环境变化相互制约;人类活动正干预流域物质的自然生物地球化学循环过程,并导致相应的生态和环境效应;全球变化科学深化有赖于区域生态环境变化及物质生物地球化学循环的研究。这些认识是我们将来系统深入开展喀斯特以及其他流域生态系统物质生物地球化学循环研究的重要方向。     

方兴未艾的微生物地球化学

微生物地球化学是研究微生物在生物地球化学循环中作用机理的一门新兴边缘科学。它作为独立学科被人们承认,不过是近一二十年的事。然而,它未来的发展前景却是不可低估的。自然界中,生物通过自身的生命活动,一方面将其所需的各种无机化学元素合成为有机物,另一方面又能将这些有机物分解成无机组分并输送圆自然界。由此,化学元素不断地从非生命物质转变成生命物质,再从生命物质变成非生命物质。构成了地球上的生物地球化学循环。微生物在此循环中起着极为重要的纽带作用。如果没有微生物的参与,自然界的物质循环将无法进行,生命将得不到更替繁衍。因而,地球化学过程与微生物作用休戚相关;二者间的联系越来越被人们关注。     

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。     

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。     

后记

本期《第四纪研究》希望通过发表一组研究论文来促进第四纪生物地球化学的发展。生物地球化学在全球环境变化研究中的重要性是不容置疑的了。我们知道 ,上世纪 80年代 ,经过一系列的调研、评估和讨论 ,美国航空和宇航管理局地球系统科学委员会在 1 985年得出结论 :“将地球上存在生命的部分当作生物圈的思想是由奥地利地质学家修斯早在1 875年引入的 ,后来被俄国化学家维尔纳茨基发展。然而 ,仅在这几年我们才认识到地球上这一单薄的生命层是由全球生物地球化学循环支撑和维持的。”对生物地球化学重要性的这一重新认识 ,直接决定了国际地圈…     

水体内藻类的生物地球化学

藻类对水体内生命元素的转化及其分布、迁移的影响．是目前水体内藻类生物地球化学研究的重点内容。藻通过光合作用和生物矿化，控制着C、N、Si、P、S、Ca等元素在水体内的循环；驱动着C和S在水体和大气之间的交换，进而影响大气中的C和S。藻生物积累及其对环境变化的及时反馈，使藻类成为地球化学环境变化的生物指示物。本文对水体内藻类的生物地球化学进行了综述。     

生物地球化学的概念与方法——DNDC模型的发展

生物地球化学作为一个学科包含4个概念,即生物地球化学量、流、群和场.这4个概念从不同角度描述了生命与其环境的关系.生物地球化学量探索生命及其无机环境在元素丰度上的相似性,这种相似性决定了生命体对环境化学状态的依赖性.生物地球化学流描写化学元素在生态系统中的迁移,此迁移导致了生命体与环境间的物质和能量交换.生物地球化学群描述化学元素在迁移转化时的复杂组合关系及其生物效应.生物地球化学场是生态系统中控制生物地球化学反应的各种环境营力的总和.生物地球化学模型即是这一综合力场及其对化学元素迁移转化影响的数学描述,DNDC模型即基于这些概念发展起来.DNDC模型可用来预测陆地生态系统中碳和氮的生物地球化学行为,该模型已被一些国家用来预测农业土壤的长期肥力和温室气体排放.     

植物中汞的研究进展

植物生态系统中汞的环境过程是生物地球化学循环过程的重要组成部分，且与整个生态系统中各物种的生存和发展密切相关。本文介绍了植物中汞生物地球化学循环的进展，包括汞对植物的生物毒性、植物中汞的来源、分布与迁移转化、植物大气间汞的交换过程及其研究方法，以及植被在生态系统间汞循环中的重要作用，最后简要介绍今后的研究重点和热点。     

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。     

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     

生物地球化学的发展

生物地球化学作为地学的一门分支学科,是研究生物及其产物在自然界物质循环中的作用,研究无机质与有机质关系、能量输入与生物能量储存关系、能量释放和地球上主要矿物循环的科学。早在1548年Giordano Bruno提出循环发展的思想后,三十年代苏联学者维尔拉斯基提出了生物地球化学的概念。由于受到科学技术的限制,发展相当缓慢。直到近年来,由于生物学和地球化学研究领域的发展而迅速崛起,并在生物成矿论、元素循环和环境等方面取得了重大进展,才受到了人们的重视。     

硫元素微生物地球化学研究及其地质意义

硫元素以半胱氨酸,胱氨酸和其他形式的含硫有机分子是生命物质不可缺少的组分。所有生物均在硫的生物地球化学循环中发生作用,但是,某些类型的细菌在其代谢反应过程中可以参与硫的转换,构成独特的生物氧化还原循环。微生物参入的主要代谢反应包括:硫酸盐生物同化还原作用,硫酸盐生物异化还原作用和硫化物(还原硫)生物氧化作用。深入探讨上述三种过程的环境条件及有关的生物类型对研究成矿作用及指导找矿工作具有不容忽视的意义。     

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。     

病毒对海洋细菌代谢的影响及其生物地球化学效应

病毒是海洋生态系统中丰度最高的生命形式,其中超过90%属于浮游细菌(细菌和古菌)病毒,是海洋生态系统的重要参与者和海洋生物地球化学循环的重要驱动力。作为海洋浮游细菌主要的致死因子之一,病毒通过裂解宿主释放出大量的有机物和营养盐,调控宿主群落的代谢行为,进而影响生物地球化学循环。同时,伴随侵染的发生,病毒挟持宿主细胞的代谢系统完成自身的生命周期,从而改变宿主胞内的代谢途径和代谢产物。概述了病毒在个体层面和群落层面对海洋浮游细菌代谢的影响,及其对海洋元素循环的作用,评估了气候变化、环境因子对病毒调控细菌代谢的潜在影响,有助于人们对微生物参与的海洋生物地球化学循环的全面认识。     

黑色岩系成岩成矿过程中的生物地球化学作用

黑色岩系在其形成和发展中,特别是在成岩成矿过程中都离不开生物地球化学作用。通过对震旦纪一下古生代五套黑色岩系及其中四类矿床的矿物、岩石、地球化学及稳定同位素研究,从生物成矿的角度讨论了这些黑色岩系和矿床在成岩成矿过程中的生物地球化学作用,并强调生物地球化学元素循环及生物地球化学体系研究的重要性。     

中、新生代陆相沉积盆地生物地球化学循环、古环境与成矿

中新生代是地史上生物最为繁茂多样大发展和生物成矿的重要时期，陆相沉积盆地沉积岩中最为系统地保存了各种生物地化作用和过程的信息。研究中新生代陆相沉积的生物地球化学循环、古环境及成矿具有重要的意义，提出了开展该项研究的一些主要内容。     

沿海地区气溶胶硅的组成、来源及其生态效应研究进展

作为地壳中第二大元素,硅对土壤形成、陆生高等植物和水生浮游植物生长发育以及碳循环有着重要的影响。在气候变化加剧的背景下,硅生物地球化学循环研究变得格外重要。近年来关于陆地和海洋系统的硅循环研究相对成熟,而大气系统中的硅研究明显缺乏。气溶胶是大气中的活跃组分和元素地球化学循环的重要载体。目前关于气溶胶中硅的组成、来源以及部分地区硅沉降负荷的重要程度的认识还不够,制约了对表层地球系统中硅循环的认知。基于当前国内外的研究成果,总结了气溶胶硅的组成及其与其他元素间的耦合关系,综述了新兴的硅同位素在大气颗粒物溯源方面的应用,分析了沿海地区硅长距离传输的生态效应以及硅纳米颗粒对公共健康的影响。总体来说,气溶胶中硅以无机硅为主,部分近海海域气溶胶硅的沉降对于浮游植物生长具有控制作用。未来需要针对气溶胶硅的产生和转化机理、硅沉降及其对生物地球化学循环关键过程的影响以及硅纳米颗粒的毒理效应等方面开展进一步研究。     

豫西登封地区寒武系第二统朱砂洞组生物扰动构造及其地球化学特征

生物扰动在现代海洋沉积物地球化学循环中起着重要作用,它影响着底栖生物群落特性、有机物分解速率、海水化学性质、沉积物氧化还原性以及营养物循环.豫西登封地区寒武系第二统朱砂洞组碳酸盐岩发育了大量以Thalassinoides主导的扰动构造,对其进行碳和氮同位素测定,可以了解扰动生物对沉积物生物地球化学循环影响.测试结果表明,潜穴充填物和围岩中δ13C_carb值区别显著,不同扰动程度也差异明显,而δ13C_org和δ15N值差异不大,反映出生物对沉积物的扰动改造可以改变沉积物的氧化还原性及孔渗性,这一变化可能与生物扰动引起沉积物孔隙水含氧量增高导致的自生碳酸盐岩比例降低和成岩期白云岩化的增强有关.Thalassinoides造迹生物对沉积物的扰动改造不仅改变了沉积物的原始物理化学信息,促进了海水与沉积物的生物地球化学循环,而且诱导了沉积底质革命,扮演了显生宙早期生态系统工程建造者的角色.      

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