塔里木盆地荒漠植物与表土碳同位素组成研究

表土有机质碳同位素组成(δ¹³C_org)反映了来自于地表各种植物δ¹³C_org的一个混合信息.要从沉积物δ¹³C_org中提取可靠的植被信息,需要系统研究现代表土有机质δ¹³C_org与地表植被δ¹³C_org的差异.初步研究了塔里木盆地主要现代植被及土壤碳同位素组成,对比不同地区土壤和地表植被δ¹³C_org的差异.结果表明:塔里木盆地柽柳属种群中植物与表土碳同位素组成之间存在显著相关关系,说明在干旱地区土壤中微生物和水生生物等的干扰因素可以忽略,其现代土壤的同位素组成只与地表相应的主要植被类型有关.塔里木盆地柽柳属种群中表土有机质δ¹³C_org值比地表植被δ¹³C_org值平均偏正1.71‰左右,不同于其它地区表土和地表植被δ¹³C_org差异(2.2‰,1‰,0.5‰)的结果,反映不同地区表土和地表植被有机质δ¹³C_org值差异不同.在利用沉积物δ¹³C_org值提取古生态植被信息时,应考虑到不同地区土壤有机质与地表植被δ¹³C_org值的不同差异会影响植被中C₃、C₄植物组成情况.     

黑龙江林甸地热田热水微生物多样性与群落结构分析

【研究目的】研究地热系统微生物群落组成有助于揭示地热流体地球化学演化和指示热储地球化学环境。已有研究显示,林甸地热田热水还原性强且富含甲烷,但关于微生物在甲烷形成中的作用研究较少。本文旨在分析林甸地热田热水中微生物的群落结构和多样性特征,并揭示其甲烷生成途径。【研究方法】在地热供暖季和非供暖季采集并测试了9个热水微生物样品,并对热水中微生物多样性、群落结构及功能基因进行了分析。【研究结果】属水平上,林甸地热水中优势细菌主要为不动杆菌属(Acinetobacter,>80%),与已有报道的地热系统有一定差异,而同油田热水相似;供暖季和非供暖季热水中细菌多样性差异较大,非供暖季细菌多样性高于供暖季,但古菌多样性基本不受开采影响;优势古菌以广古菌门(Euryarchaeota)产甲烷菌为主,地热流体中的甲烷气体主要源于H₂还原CO₂产甲烷途径,而甲基歧化产甲烷作用和H₂还原甲基化合物产甲烷途径次之。【结论】林甸地热田热水中微生物多样性和群落结构较为独特,与地层中有机质含量较高、地热开采扰动有关。     

实验室条件下微生物降解原油的地球化学特征研究

通过对胜利油田四个正常原油样品微生物作用前后的族组分及饱和烃色谱质谱分析,发现实验室条件下微生物对原油有明显的降解作用。微生物作用以后的原油族组分其饱和烃相对含量降低,饱/芳比也明显降低,而芳烃、非烃和沥青质的相对含量都不同程度的升高。通过饱和烃色谱-质谱分析,发现微生物作用以后原油正构烷烃被严重降解,姥/植(Pr/Ph)比值和∑C_21-/∑C₂₂₊比值都明显降低。微生物作用原油后能产生表面活性剂,造成了培养基表面张力的降低。     

神农架大九湖泥炭湿地甲烷通量特征及其与土壤微生物群落组成的关系

虽然神农架大九湖泥炭湿地的甲烷排放特征、土壤微生物群落组成已有一些研究,但是关于微生物群落与甲烷排放量的关系及影响的研究不多.采用涡度相关法和高通量测序技术,探讨2016年3月~2017年2月微生物对大九湖泥炭湿地CH₄通量排放的影响.结果表明,大九湖泥炭湿地研究期间表现为CH₄的源,年总排放量5 566.27 mg·m-2,日平均排放速率10.96 nmol·m-2·s-1;春、夏、秋、冬四季的平均通量分别为12.06、22.47、3.02、2.92 nmol·m-2·s-1;研究区优势菌为泉古菌（54.6%）、广古菌（18.9%）、酸杆菌（12.6%）等.对不同季节样品Shannon指数进行单因素分析,p值为0.000 127,分析结果表明:CH₄月通量变化均呈明显的倒“U”型;夏季CH₄通量最高,冬季最低;不同季节的微生物群落物种多样性存在显著差异;夏季、冬季微生物群落组成与CH₄通量分别呈显著正相关、显著负相关;未鉴别出的菌群和俭菌总门与CH₄通量呈极显著正相关关系,泉古菌门与CH₄通量呈极显著负相关关系.      

雅鲁藏布江中上游地区表土碳同位素变化及其影响因素初探

土壤有机碳同位素组成（δ¹³C）记录的环境信息对研究气候与环境变化至关重要,然而高海拔地区土壤δ¹³C对气候变化的响应机制尚不明确。对青藏高原南部雅鲁藏布江中上游地区（海拔3 500~5 100 m）的36个表土样品进行了δ¹³C系统分析,并讨论了其对气候因素的响应。结果表明：表土δ¹³C值分布在-24.6‰~-15.2‰范围之间,平均值为-20.8‰,指示了地上植被为C₃/C₄混合植被类型。随着海拔的升高,C₄植物比例减少,C₃植物比例增加,这种比例变化主导了该区域表土δ¹³C的组成差异。海拔每升高100 m,δ¹³C值偏负0.5‰。进一步分析说明,生长季温度可能是影响该区域表土δ¹³C变化的主要气候因子,降水、大气压等对δ¹³C值的贡献较低。     

青藏高原东北缘小水子地区晚中新世-上新世生态演化及其意义

晚中新世-上新世古生态演化是探讨构造-气候-生态环境相互耦合作用的热点议题,该时段不同区域C₄植物是否发生大规模扩张及其在时空维度上如何演化等问题尚存争议。以青藏高原东北缘小水子红黏土为研究对象,基于总有机碳同位素重建了小水子地区晚中新世-上新世（6.7~3.6 Ma）的植物生态型,并结合周边结果对C₃/C₄植被时空演化进行综合对比研究。研究表明：小水子地区晚中新世-上新世以C₃植被为主（平均丰度95%）,伴生小部分C₄植被;C₄植被在空间上以六盘山为界呈现东多西少模式,南北方向上在37°~38° N范围内达到峰值;从时间演化序列上来看,4 Ma前小水子地区生态演化与黄土高原大致相同,晚中新世C₄植被含量较高、C₃植被含量较低,上新世早期C₄植被减少、C₃植被增多,大气CO₂浓度与区域降水变化可能是植被演化的主要影响因素;4 Ma左右夷平面区域构造活动可能导致了小水子地区C₄植被差异性演化。     

环境因素主导着冰川前沿裸露地好氧异养细菌群落的分布

冰川前沿裸露地有着暴露年代序列特性, 是研究微生物群落结构时空变化的理想地区.通过对1号冰川东支前沿裸露地的微生物学研究发现, 从冰土交界处到1675年的冰碛垄, 25 ℃下培养得到细菌数量从5.5×10⁴ CFUs·g^-1增加到3.3×10⁶ CFUs·g^-1, 而微生物总数的变化在暴露年代序列上都没有显著的相关关系; 细菌群落结构的主要改变发生在两个阶段, 暴露初期和植被盖度明显增加的时候.联系到这两个阶段正好是环境温度与土壤营养水平改变的时期, 此结果表明, 环境变化是冰川前沿裸露地微生物群落时空变化的主要驱动力.     

红壤中微生物群落对半导体矿物日光催化作用的响应

本研究选取天然红壤作为研究对象,分析其中的含铁半导体矿物光催化作用对本源微生物群落结构的影响。采用聚 合酶链式反应/变性梯度凝胶电泳（PCR-DGGE）,研究了不同原始光照条件的红壤中微生物群落在外源电子作用下群落结 构的改变。DGGE图谱的主成分分析表明,两个不同原始光照环境的土壤样品的微生物群落结构由于原始环境的差异而不同： 原始环境为强光照的样品中微生物群落结构受外源电子影响较小;原始环境为弱光照的样品中微生物群落结构受外源电子 影响较大。这一群落结构改变的差异可能由于原始环境为强光照时半导体矿物光催化作用产生光生电子传递到环境中持续 影响周围的微生物群落,而原始弱光照环境中则缺少光生电子的作用。     

大兴安岭多年冻土区不同林型土壤微生物群落特征

高纬度多年冻土区是全球变化的敏感区域,揭示不同林型土壤微生物群落的演变规律,对于理解气候变化对寒区生态系统的影响机制具有重要意义。以大兴安岭多年冻土区3种典型林型（落叶松林、樟子松林和白桦林）为研究对象,运用磷脂脂肪酸法（PLFA）系统研究土壤微生物群落结构间差异及与土壤因子的关系。结果表明：不同林型土壤中共检测到38种PLFA生物标记,含量较高的PLFA为16∶0、18∶0、19∶0和18∶2ω6c;各类群微生物中,细菌PLFA含量最高,占总磷脂脂肪酸的83.78%~90.55%,其次为真菌,放线菌最低;白桦林土壤总磷脂脂肪酸、革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌、真菌和放线菌的含量最高分别为22.03、5.13、4.90、1.88和0.77 nmol·g^-1,而樟子松林最低分别为14.25、2.75、2.75、1.34和0.51 nmol·g^-1。Shannon-Wiener多样性指数主要表现为白桦林 > 落叶松林 > 樟子松林。冗余分析结果为：土壤含水量、全氮、总有机碳与总磷脂脂肪酸、细菌、革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌呈显著正相关（P<0.05）;铵态氮、硝态氮、全磷与真菌和放线菌呈显著正相关（P<0.05）。大兴安岭多年冻土区不同林型间土壤微生物群落特征存在显著差异,土壤含水量、全氮和总有机碳是影响多年冻土微生物群落结构的主要因素。     

川中地区侏罗系烃源岩和原油中三环萜烷分布特征及指示意义

借助气相色谱-质谱技术,通过对川中地区侏罗系大安寨段烃源岩及原油样品的系统地球化学分析,揭示了生物标志物中三环萜烷系列的分布特征,并探讨了其对于沉积环境和生物来源的指示意义.结果表明：大安寨段烃源岩及原油姥植比Pr/Ph中等,C₁₉—C₂₆三环萜烷呈现C₂₁优势.C₁₉₊₂₀和C₂₃的相对百分含量较低,C₂₄TeT/C₂₆TT值大于1,指示大安寨段沉积时期水体较浅,生源构成以菌藻生源为主,兼有丰富的高等植物生源的混源输入,形成于弱还原的淡水湖相环境.     

若尔盖高原草甸土与泥炭土氧化CH4研究

若尔盖高原草甸土氧化大气CH₄的速率为-0.092～0.125 ng·g^-1·h^-1,氧化速率随着土壤深度的增加而减小,深度超过25cm的土层没有氧化大气CH₄的潜力;而高原泥炭土CH₄排放速率为0.236～1.088 ng·g^-1·h^-1,排放速率亚表层土(10～25 cm)最大.两种土壤均能氧化高浓度CH₄,泥炭土氧化大气浓度CH₄的速率是草甸土的15～22倍.两种土壤不同层次氧化高浓度CH₄的潜力都没有显著差异.降水减少或人为排水导致的泥炭地水位下降,将加强若尔盖高原土壤氧化CH₄从而减少CH₄排放.     

森林土壤微生物与植物碳源的磷脂脂肪酸及其单体同位素研究

森林生态系统的土壤微生物群落组成和活性,是影响生物地球化学循环、有机质代谢和土壤质量的关键因素.磷脂脂肪酸(PLFA)是一类可有效表征活体微生物群落结构的生物标志物,而其单体稳定碳同位素(δ13C)水平对土壤微生物植物碳代谢具有独特的指示作用.本次研究以土壤PLFA为对象,分析了我国位处纬度梯度带上(24°N～47°N...     

庙西凹陷严重生物降解原油序列中三环萜烷的异常分布成因初探

对渤海湾盆地一系列生物降解原油的色谱-质谱分析结果表明,庙西凹陷PL15-8D与PL9-4井四个严重生物降解原油三环萜烷系列分布较为异常,主要表现为以C₂₃为主峰的后峰型、C₂₀与C₂₃为主峰的微弱双峰型以及以C₂₀与C₂₄为主峰的双峰型分布模式。强烈的生物降解作用导致C₁₉~C₂₃三环萜烷优先于C₂₄₊三环萜烷被不同程度地侵蚀,是形成这一异常分布的根本原因。三环萜烷系列相对丰度与绝对浓度的变化规律表明,不同碳数三环萜烷的生物降解作用同时发生,但其降解速率有明显差别,即抗生物降解能力不同。三环萜烷系列化合物（除C₂₀三环萜烷以外）的抗生物降解能力具有随碳数增加而增强的趋势,而C₂₀三环萜烷抗降解能力似乎强于C₂₁~C₂₃三环萜烷。原油中未检测到脱甲基三环萜烷,表明三环萜烷的降解并非通过微生物的脱甲基化作用,推测其降解途径是微生物氧化三环萜烷C环支链末端的甲基,形成对应的羧酸化合物。四个原油样品甾烷、藿烷与三环萜烷被微生物严重侵蚀,不能用于油源对比研究,而三芳甾烷未受生物降解影响,可作为研究区严重生物降解原油油源对比的有效指标。     

基于多重分形理论的多年冻土区高寒草甸退化过程中土壤粒径分析

为阐明青藏高原多年冻土区高寒草甸退化过程中土壤粒径分布(PSD)非均匀性和异质性的变化特征, 在青藏高原长江源区, 根据高寒草甸的退化梯度, 选取了未退化区域、 轻度退化区域、 中度退化区域、 重度退化区域和极重度退化区域, 测定了高寒草甸退化过程中土壤的粒径分布、 饱和导水率、 孔隙度与有机质含量. 运用多重分形理论, 并结合土壤颗粒分布与土壤理化特性等参数的相关性进行分析, 为高寒草甸退化对长江源高寒土壤性质变化的影响的定量研究提供一种精确的分析方法. 结果表明: 随着青藏高原多年冻土区高寒草甸退化程度的增加, 土壤颗粒呈粗粒化趋势, 多重分形参数中容量维数(D₀)随之增大, 表征PSD宽度随之增大; 信息维数(D₁)、 信息维数/容量维数(D₁/D₀)、 关联维数(D₂)、 奇异谱宽(Δα)可从不同角度反映的土壤PSD的非均匀性与局部异质性随着高寒草甸退化有先增大后减小的趋势, 中度退化区域的土壤PSD不均匀性最大. 研究发现, 研究区土壤多重分形参数与细砂含量、 土壤的孔隙度、 有机质含量具有较明显的相关性. 多重分形参数能准确描述高寒草甸退化过程中土壤粒径分布的细微差别, 可作为反映土壤性质的潜在指标.     

高寒草甸土壤微生物功能多样性对积雪变化的响应

积雪是高寒地区不可忽视的生态因子,不仅直接影响土壤温度、水分,而且间接影响土壤微生物群落组成和多样性。为研究高寒草甸生态系统中土壤微生物对积雪变化的响应,于2013年11月至2014年7月在青藏高原东缘红原县高寒草甸,通过人工堆积的方法建立4个不同积雪梯度,以自然积雪量为对照（CK）,2倍于自然积雪量（S1）、3倍于自然积雪量（S2）、4倍于自然积雪量（S3）。运用Biolog-Eco板法研究不同积雪梯度下土壤微生物功能多样性,并测定积雪变化对土壤温度和土壤养分的影响。结果表明：积雪期内,0~10 cm土层土壤温度随着积雪量的增加而降低,而10~20 cm土层随积雪量增加先降低后升高。增加积雪量处理后0~10 cm土层全磷（TP）、有机碳（SOC）显著增加（P<0.05）;而10~20 cm土层仅S3下全氮（TN）、TP、SOC增加。每孔平均变化率值（Average well color development,AWCD）在0~10 cm土层表现为CK > S2 > S1 > S3,而10~20 cm表现为S2 > S1 > CK > S3。在0~10 cm土层,S3处理显著降低了土壤微生物多样性McIntosh指数、Shannon-Wiener指数和Pielou指数（P<0.05）; 10~20 cm土层,S1和S2处理下多样性指数显著增加（P<0.05）。主成分分析显示：氨基酸类和酚酸类是微生物利用的主要碳源类型。相关性分析表明：多样性指数与TP、SOC、碳氮比（C/N）显著负相关（P<0.05）,氨基酸类碳源与TP、C/N显著负相关（P<0.05）。因此,冬季积雪一定程度上影响着土壤温度和土壤养分,进而影响高寒草甸土壤微生物群落功能多样性。     

泥炭的热模拟实验及其在煤层气研究中的应用

采用高温高压多冷阱热解实验装置,在温度和压力分别为336.8~600℃和 50MPa,升温速率为 20℃/h和 2℃/h条件下,对泥炭进行了热解生气的模拟实验,获得了烃类甲烷和C₂-C₅气体以及非烃二氧化碳、氢气和硫化氢气体的产率和体积分数数据,研究了热模拟产物气体的组分特征和热演化过程。结果表明,泥炭高温热解产物气体主要由非烃二氧化碳气体组成,其次为烃类甲烷和C₂-C₅气体。随着实验温度的增高,非烃气体体积分数呈下降趋势,烃类气体体积分数呈上升趋势。不同升温速率实验条件下,泥炭样品热解生气表现出不同的特征,主要体现了时间因素控制着泥炭的生烃过程和生烃量,这符合化学反应动力学时间与温度之间互补的原理。并且与煤岩热解生气特征进行了对比,表明泥炭比煤岩具有更高的产烃气能力。根据热模拟实验研究结果,探讨了煤层气形成方面的地球化学意义。      

祁连山疏勒河上游多年冻土区高寒草甸土壤CO2通量特征

研究青藏高原多年冻土区高寒草甸土壤CO₂通量有助于准确估算该区域的土壤CO₂排放, 对认识高原土壤碳循环及其对全球气候变化的响应具有重要意义. 利用静态箱-气相色谱法和LI-8100土壤CO₂通量自动测量系统对疏勒河上游多年冻土区高寒草甸土壤CO₂通量进行了定期观测, 结合气象和土壤环境因子进行了分析. 结果表明: 整个观测期高寒草甸土壤表现为CO₂的源, 土壤CO₂通量的日变化范围为2.52～532.81 mg·m^-2·h^-1. 土壤CO₂年排放总量为1 429.88 g·m^-2, 年均通量为163.23 mg·m^-2·h^-1; 其中, CO₂通量与空气温度和相对湿度、活动层表层2 cm、10 cm、20 cm、30 cm 土壤温度、含水量和盐分均显著相关. 2 cm土壤温度、空气温度和总辐射、空气温度、2 cm土壤盐分分别是影响活动层表层2 cm土壤完全融化期、冻结过程期、完全冻结期、融化过程期土壤CO₂通量的最重要因子. 在完全融化期、冻结过程期和整个观测期, 拟合最佳的温度因子变化分别能够解释土壤CO₂通量变化的72.0%、82.0%和38.0%, 对应的Q₁₀值分别为1.93、6.62和2.09. 冻融期(含融化过程期和冻结过程期)和完全冻结期的土壤CO₂排放量分别占年排放总量的15.35%和11.04%, 在年排放总量估算中不容忽视.     

城市纳污河流沉积物微生物群落结构特征

以南京市运粮河沉积物为研究对象,通过磷脂脂肪酸(PLFA)技术分析了不同水期城市纳污河流沉积物微生物群落结构特征。结果表明:在不同的水期运粮河沉积物微生物量出现了显著差异,温度是导致微生物量在丰、平、枯三期出现显著差异的主要因素(P<0.05);在相同水期,营养物质含量高的地方对应着高的微生物量;16:0 iso、17:0 anteiso、15:0 iso这几种PLFA所指示的革兰氏阳性菌(G+)是影响运粮河沉积物微生物群落构成的主要菌落,导致沉积物微生物群落结构出现显著差异的环境因素是水期;单不饱和/支链脂肪酸比值可以作为反映水环境系统整体营养水平的指标,在C/N比值升高时微生物会将单不饱和脂肪酸转变成环丙基或者饱和脂肪酸以适应新的环境;PLFA含量比[c(i15:0)+c(i17:0)]/[c(a15:0)+c(a17:0)]可以作为指示水环境碳素含量的标志。     

宁晋泊晚更新世以来气候变化的正构烷烃分子记录

华北地区晚更新世以来气候变化研究具有重要的意义.选择宁晋泊地区开展河湖相沉积物的分子化石研究.结果表明,沉积物中正构烷烃碳数分布范围为C₁₅~C₃₃,高碳数奇碳优势明显,多以C₂₉和C₃₁为主峰的单峰分布,少量样品出现以C₁₇为次主峰的双峰分布,表明有机质以陆生植物和大型水生植物为主.结合正构烷烃参数,分析了宁晋泊地区晚更新世以来的气候演变过程,展现了"83~68 ka气候较为温和,湖泊水位较低;68~30 ka气候暖湿,湖泊扩张;30~22 ka气候冷干,湖泊萎缩;22~10 ka气候好转,湖泊水位上升;全新世气候温和适度,湖泊水位略有降低"的特征.区域对比分析表明,末次冰期以来宁晋泊地区与延庆盆地等地的气候变化基本一致,具有冰期-间冰期旋回特征,说明其主要受太阳辐射的控制.