从席底构造到第五类原生沉积构造:沉积学中具有重要意义的概念

发育微生物席或微生物膜的沉积底被形象地称为席底,在席底上由于微生物席的发育使沉积物富黏性而抗水流改造,并在沉积面和沉积层内形成一系列奇形怪状的原生沉积构造,如变余波痕、皱饰构造、微生物席碎片、纺锤状或次圆状收缩裂缝等等,这些构造都归为席底构造;与席底相对应,那些不发育微生物席或微生物膜的沉积面则称为混合底,在混合底上单个沉积颗粒受到水流剪切与变形作用的改造而形成诸如正常波痕等原生沉积构造,这些沉积构造则归为混合底构造。席底和席底构造的概念很重要,用来专指微生物沉积作用的产物而区别于混合底和混合底构造。从沉积学概念的演变方面分析,混合底构造就是1964年Pettijohn和Potter所定义的原生沉积构造,他们曾经将其归为4大类并且沿用至今;席底构造也就是微生物形成的(或相关的)原生沉积构造,由于其在形成机理和形态上与Pettijohn和Potter所定义的原生沉积构造存在较大的区别,Noffke 2001年认为其应该具有合适的分类位置,所以就将席底构造归为“第五类原生沉积构造”并纳入Pettijohn和Potter 1964年的原生沉积构造的分类体系之中。从席底构造到第五类原生沉积构造,概念的演变表明了万能的微生物在沉积作用过程中的重要性以及沉积学家对微生物沉积作用认识的深入。这些相关的沉积构造及其所形成的席底,就像叠层石(被当作正生长原生沉积构造)一样在前寒武纪地层之中较为普遍。随着后生动物的大规模出现而造成的寒武纪“农艺革命”(Agronomic revolution)的开始,显生宙的席底及其相关的席底构造多出现在那些不适宜后生动物居住的地方并大多被混合底及其相关的混合底构造所替代;因此,与微生物相关的原生沉积构造,除熟知的叠层石以外,在席底上发育的一系列原生沉积构造,由于其具有特别的指相意义并有助于古环境重塑而被很自然地归到“第五类原生沉积构造”。该类构造由于其在前寒武纪的普遍性和显生宙的局限分布性,特别是在生物大灭绝事件之后的灾难性泛滥,对于研究地球表层环境的演变具有重要意义。所以说,从席底构造到第五类原生沉积构造,是近年来沉积学发展过程中所出现的较为重要的基本概念。根据这一重要概念,对前寒武纪地层中一些常常被认为是遗迹化石、长期以来存在的“臼齿状构造谜”(Molar-tooth structure enigma)等奇形怪状的沉积构造的成因以及从前寒武纪到显生宙地层中均有分布的特殊的纹理化构造等,将会得到一些更加合理的认识;另一方面,关于微生物形成的原生沉积构造的研究,对于了解地球表层生物变化与沉积变化之间的复杂关系将会发现更多的新问题而得到进一步的思考与研究。     

蛋白质和核糖核酸在阿哈湖沉积物中的变化特征

阿哈湖沉积物中的蛋白质和核糖核酸（RNA）随时间和沉积深度的增加逐渐被分解，其含量分别在沉积深度为17cm和19cm以后明显降低，而它们的分解产物氨基酸和核苷酸却有不同的变化规律，氨基酸在沉积深度为27－30cm的孔隙水中含量较高，这种变化规律与微生物对氨基酸和核苷酸利用的差异有关，由于地质聚合作用及矿物和有机聚合物对蛋白质的吸附作用的影响，蛋白质在沉积深度为17cm以后仍保留了一定的含量。     

太湖沉积物中微生物多样性垂向分布特征

运用化学分析方法和PCR-DGGE技术,从沉积物化学及分子生物学角度对太湖沉积物理化性质(pH、Eh)、营养盐及微生物多样性的垂向分布及相关性进行研究。结果表明:沉积物-上覆水接触界面处于轻度还原状态,在表层8.0cm左右以下,Eh随沉积深度的增加迅速下降,还原性逐渐增强,到15.0～22.5cm深度区间内,Eh值基本稳定,还原性最强,之后随深度的进一步增加,Eh呈"之"型缓慢升高。沉积物pH随深度的增加先降低后缓慢升高,pH在整个剖面上变化幅度不大,在7.2～7.6变动。沉积物中含有丰富的营养盐,总氮(TN)、总磷(TP)最高含量分数和有机质(OM)的最高百分比分别为2.436mg/g、0.731mg/g和3.817%,其剖面特征表明,沉积物表层TN和OM远高于底层,其含量随深度增加而降低。TP随着沉积深度的增加呈"之"型缓慢减少。不同深度沉积物的微生物群落呈现出明显的空间分布多样性差异,不同深度沉积物的微生物群落结构之间的相似性和动态性存在差异。多元相关分析结果显示,TN与OM显著相关,理化指标、营养盐中任一指标含量与微生物群落多样性指标之间存在相关性,但不显著,微生物多样性是营养盐及环境物理、化学和生物等多方面共同作用的结果。     

岩溶地区现代土壤与洞穴石笋中单甲基支链烷烃与烷基环己烷对比研究

利用GC-MS（气相色谱—质谱仪）,对采自湖北清江流域和尚洞洞顶的土壤样品与洞内石笋样品进行分析,发现土壤中存在的七个系列单甲基支链烷烃在所有的石笋样品中均可以找到,呈现相似的分布模式,石笋中七个系列支链烷烃有可能来自洞穴滴水携带的土壤中的支链烷烃,但是也不能排除石笋原地生长的微生物的贡献。烷基环己烷的分布在土壤与石笋中呈现了相似的分布模式,但是主峰碳数有所变化,高碳数部分与低碳数部分的相对含量也发生了变化。主要原因可能是微生物选择性降解的结果,也有可能是土壤与石笋中微生物种类分布差异所造成的。本次研究初步显示了相对封闭稳定的洞穴沉积物与上覆土壤层中生物标志化合物的异同。      

青藏高原多年冻土区两种高寒草地生态系统土壤氮季节变化及其与环境因子的关系

在气候变化背景下,青藏高原多年冻土区生态环境发生着一系列变化并进一步影响土壤氮循环过程,但目前冻融循环及植被生长周期中土壤氮的动态变化还不清楚。以青藏高原腹地的风火山和特大桥地区的两种典型草地生态系统为研究对象,分析了土壤可利用氮（NH₄⁺-N、NO₃^--N、DON）及微生物量氮（MBN）的季节变化。结果表明：土壤铵态氮（NH₄⁺-N）及可溶性有机氮（DON）含量在非生长季高于生长季,土壤硝态氮（NO₃^--N）在生长季高于非生长季;风火山地区高寒草甸生态系统中土壤NH₄⁺-N在融化期含量较高;土壤MBN在植被生长旺盛期降低,在植被生长后期升高;风火山地区高寒草甸生态系统中土壤MBN含量、特大桥地区高寒草原生态系统中土壤可利用氮总量与土壤全氮（TN）含量显著正相关。这表明,土壤全氮含量、植被吸收以及冻融作用均可引起土壤可利用氮及MBN的季节变化。     

超临界CO2参与下煤储层原位微生物甲烷化物理模拟研究

超临界CO₂能够破坏煤分子结构,提高生物甲烷的产量。为研究微生物在超临界CO₂参与的煤储层原位条件下的产气潜力,以新疆地区某煤层气区块目标煤层的初始储层压力、温度和气体组分作为原位储层条件,通过自主设计的煤储层原位厌氧发酵装置,模拟煤储层原位储层条件下的厌氧发酵过程,并对生物气产量、煤的官能团结构和微生物群落结构进行了分析。研究结果表明,在超临界CO₂参与的煤储层原位条件下,生物甲烷产量达到了32.9 mL/g,CO₂的生物转化率为17.4%。FTIR光谱表明,原位条件下微生物对苯酚、醇、醚、酯中含氧基团的降解能力要强于常规条件下的厌氧发酵。超临界CO₂参与下的储层原位厌氧发酵系统中,多种产甲烷代谢途径的产甲烷菌(氢营养型、乙酸营养型和甲基营养型)逐渐向单一的氢营养型产甲烷菌演化。高压环境下,细菌群落中芽孢杆菌Solibacillus silvestris成为水解产酸发酵阶段的优势菌。该研究为煤层气生物工程的现场实施和碳减排提供了实验基础。      

微生物矿化作用对红黏土的影响研究

引入微生物矿化技术,利用其中巴氏芽孢杆菌的代谢产物对红黏土进行改性研究。对微生物矿化作用的红黏土试样开展常规物理指标试验,分析试样含水率、密度、比重、孔隙比和颗粒粒径的变化。利用三轴固结不排水剪切试验,测定土体的抗剪强度指标,并结合扫描电镜分析微生物矿化下红黏土的微观结构特征。结果表明:巴氏芽孢杆菌诱导碳酸钙沉淀胶结充填红黏土空隙作用明显,土样经过恒温养护10 d时的作用效果最佳,红黏土的物理性质朝着工程性质好的方向发展、抗剪强度有所增强。从SEM图像分析,红黏土试样中生成碳酸钙晶体填充胶结于土体孔隙,加强了土壤颗粒间的连接。      

辽宁兴城中元古界常州沟组砂岩中微生物成因沉积构造

辽宁兴城夹山中元古界常州沟组潮间带相砂岩层面产出裂隙状构造。这些构造由0.8~3 cm长的纺锤状短裂隙和超过7 cm的长延伸裂隙组成,孤立为主,部分相连。通过与类似的层面裂隙和现代微生物席干缩裂隙的比较分析,将其解释为微生物成因沉积构造分类体系中的收缩裂隙（Shrinkage crack）,并参考席裂多边形（Mat-crack polygon）的术语称其为席裂（Mat-crack）。微生物席在脱水不充分的情况下形成纺锤状席裂,脱水充分的情况下形成席裂多边形。这些构造在常州沟组的出现,表明微生物生态系统在华北克拉通中元古代海侵初期已经开始影响古海岸带的地质作用,这对于恢复燕山裂陷槽盆地的生物—沉积作用和环境演化具有重要意义。     

同生-准同生期大气淡水溶蚀对微生物碳酸盐岩储层的控制作用:以塔里木盆地下寒武统为例

微生物碳酸盐岩是中国震旦-寒武纪古老地层的重要组成部分,勘探已经证实微生物碳酸盐岩可以形成储层,明确这类储层成因并进行有效预测对于古老碳酸盐岩勘探有重要意义.然而针对塔里木盆地寒武系微生物碳酸盐岩储层成因,尚未形成统一的认识,不同学者提出了诸如同生-准同生期溶蚀、埋藏/热液溶蚀或多种流体综合作用等成因解释.本次研究选择...     

海底深部生物圈微生物的研究进展

由于极端环境条件和有限有机碳输入及长期埋藏和矿化,大洋海底深部沉积物一直被认为是一个巨大的荒漠,根本无法支持任何生命活动。DSDP（Deep Sea Drilling Project）和 ODP（Ocean Drilling Program）计划的实施对此提出了严峻的挑战。海底深部生物圈微生物区系在世界大洋沉积物和上部洋壳中的普遍存在是 ODP计划的重大发现之一。一系列的研究表明在海底深部沉积物中蕴藏着巨大的微生物生物量、生物和分子多样性以及复杂多样的生理生态功能过程。海底深部生物圈微生物正成为生命起源和进化、地球系统进化和演化、全球变化和海洋生物技术开发利用的研究焦点。