再谈古生物学向地球生物学的发展:服务领域的拓展与创新

地球科学前沿研究为社会服务是一个永恒的主题,这在当前全球化背景下尤其迫切.古生物学作为一个受人瞩目的精品学科,在向地球生物学发展过程中,其服务领域正不断地拓展和创新.系统地总结了当前地球生物学在全球变化和油气资源两大领域的应用与拓展,以及在关键带和深地两大领域的创新性发展.在全球变化领域,藻类、古菌、细菌等地质微生物的脂类不仅能够用于估算古温度,还可以记录干旱等极端古气候事件,从而实现古温度与古降水信号的分离.地球生物学已经从探索生物对环境的响应深入到生物对环境的作用.地球生物学也在评价烃源岩、储层等常规油气资源领域得到广泛的应用,但当前其更重要的应用表现在页岩气等非常规油气资源领域,包括地质微生物形成页岩中的纳米孔隙,形成易于压裂的长石、石英等矿物.在关键带研究领域,地球生物学可以解剖碳循环与水循环之间的内在联系.聚焦于地质微生物功能群的关键带地质微生物调查,不仅可以查明污染物的分布和污染程度,还可以为环境修复提供技术方法.而在深地研究领域,为拓展对地下空间的利用,需要充分利用地下工程对地下微生物开展调查和研究,以查明地下环境中有害或者有益的微生物功能群分布及其地质作用.      

陕北府谷矿区煤炭资源清洁利用潜势及方式探讨

为了厘清陕北府谷矿区煤炭资源的清洁潜势、探究其更加清洁高效利用的可能性,在整理分析相关煤炭勘查资料的基础上,通过对矿区主采煤层样品进行系统煤质分析、煤岩组分鉴定、微量元素测试以及相应的对比分析,以探讨其清洁高效利用潜势及途径。结果表明:府谷矿区煤具有中高灰、低硫、高挥发分、高氢碳原子比、低有害元素、富惰质组分等特点,较高的灰分是府谷矿区煤清洁利用的最主要障碍。经对比评价,府谷矿区原煤洁净等级为Ⅲ级,浮煤为Ⅱ级。低热演化程度、高挥发分、高氢碳原子比的特点使其在煤炭直接液化利用方面具有较大的优势,浮煤直接液化利用是府谷矿区煤炭资源清洁高效利用的选择之一。      

微生物-CMC无固相钻井液固壁作用与机理初探

松散破碎性地层孔壁失稳一直是困扰钻探工程界的难题之一,增强该类地层的胶结性,提高其力学性能是有效解决孔壁失稳的技术关键。本文将微生物诱导碳酸钙沉积（MICP）技术与CMC无固相钻井液相结合,构建微生物-CMC无固相钻井液体系。通过岩心浸泡实验、X射线衍射实验（XRD）以及扫描电镜分析两种微观分析手段对微生物-CMC无固相钻井液的固壁作用与机理进行了初探。结果表明：微生物-CMC无固相钻井液对松散破碎性地层具有较明显的加固作用,且作用时间越长,初始菌种浓度越高,钙源浓度越大,固壁效果越好。在固壁过程中,微生物随钻井液渗透进入试样内部,在松散颗粒之间诱导生成碳酸钙晶体,填充孔隙空间,将松散颗粒胶结成整体,并具有一定的力学强度,从而达到加固孔壁的目的。本研究结果为解决松散破碎性地层孔壁失稳提供了新的钻井液技术方案。     

广西隆安都结剖面下石炭统都安组上部鲕粒类型及其地质意义

鲕粒是一类特殊的沉积颗粒,为古气候和古海洋环境的重要指示器。为了深入认识此类特殊颗粒的成因机制、形成环境及地质意义,对广西隆安地区都结剖面下石炭统都安组上部含鲕粒地层开展了古生物学、沉积学和岩相学研究。研究区共识别出5种主要的鲕粒类型:放射状纹层鲕粒(O1)、规则同心放射状纹层鲕粒(O2)、不规则同心放射状纹层鲕粒(O3)、泥晶鲕粒(O4-A和O4-B)和复合鲕粒(O5)。各类鲕粒的显微组构和沉积环境指示其具有不同的形成过程,其中水动力条件影响和控制着鲕粒的发育和分布情况。研究区含鲕粒地层形成于维宪期末-谢尔普霍夫期,恰好对应早石炭世晚期冰川作用的开始。受冰川作用影响,全球海平面频繁波动,研究区地处低纬度地区并以浅滩和潮坪沉积环境为主,为鲕粒的形成提供了适宜的水体条件,即温暖、动荡的浅水环境。此外,含鲕粒岩层内广泛发育钙质微生物和微生物席,说明微生物活动在研究区较为常见,可能与鲕粒的形成过程具有一定的关联。     

川西北下二叠统栖霞组微生物丘的发现及地质意义*

通过野外露头与钻井剖面的室内外分析,确认在四川盆地西北部(川西北)下二叠统栖霞组中发育有微生物丘,它们主要由凝块灰(云)岩、叠层灰(云)岩和微生物粘结颗粒灰(云)岩等组成。这些微生物碳酸盐岩发育较为典型的凝块、叠层、窗格、粘结等组构。微生物丘大小不一,实测高度一般为几十厘米至几米,宽度通常变化于几米至几十米之间,具有底平顶凸的典型丘形外貌,以发育向上变浅的沉积序列为特征,一般由丘基、丘核、丘盖3个微相组成,也可与颗粒滩共同构成微生物丘滩复合体。基于区域古地理背景和微生物丘特征的剖析,认为川西北地区栖霞期沉积环境总体受限,推测为半局限—局限台地环境,水深较浅,能量普遍不高;海平面频繁的相对升降变化和微生物丘的侧向迁移叠置,导致发育于缓坡背景下的碳酸盐岩台地极易受限,引起早期沉积物发生与丘滩发育密切相关的准同生期白云石化作用。因此,微生物丘滩复合体是栖霞组白云岩储集层发育的物质基础,台缘坡折带、台内缓坡折带和高地是栖霞组白云岩储集层发育的有利区带,这对寻找规模性层位不稳定的带状白云岩储集层具有重要的指导作用,并将大大拓展栖霞组白云岩储集层的勘探领域。     

微生物对地下水中萘的降解特性及动力学研究

针对我国东北某石油烃污染场地地下水中的萘污染,筛选出了Acinetobacter和Pseudomonas菌属的高效萘降解菌群。该菌群对萘的耐受性较高,且具有良好的乳化性,能够自动调节细胞表面疏水性和自聚集性。不同pH值、萘初始浓度、温度和菌接种量对萘降解效率的影响研究表明:最适菌群生长的pH范围为7.08.0;萘降解效率和速率在1.005.00 mg/L范围内与其初始浓度成正比;在1030 ℃温度范围内均表现出较高的萘降解效率。在此基础上,利用Guass、GuassAmp、LogNomal、Poisson和Pulse数学模型对萘的降解过程进行拟合,其降解速率更符合GuassAmp模型。通过将降解动力学模型中的常数与影响因素相关联,推导出了拟合度较高的多因素影响下的萘降解动力学方程。     

有害赤潮与原生动物相互作用的研究进展

近年来有害赤潮在全世界频繁爆发,规模也呈逐渐增大的趋势,其对海洋生态系统结构和功能的影响,引起了广泛关注。原生动物是海洋生态系统中微食物环的重要组分,通过其摄食,可以将中型浮游动物难以摄食的有机颗粒、微型浮游植物和微微型浮游生物连接到高级消费者。由于形成有害赤潮的浮游植物大都是细胞较小的微型浮游植物,因此,有害赤潮和原生动物的关系密切。     

城区河道生态修复治理工程：以南京市金川河生态修复为例

金川河作为城区内河,是南京市城北地区的重要通江河道,其水质改善直接关乎长江的保护。针对金川河水体氨氮含量过高的问题,采用曝气复氧、生物修复、生态岸线改造、沉水植物种植及生态驿站构建等生态修复措施,恢复城区河道生态系统。工程完工后,河道下游水质监测显示,金川河入江口氨氮指标已稳定达到地表水Ⅴ类标准,氨氮(NH3-N)、总磷(TP)及溶解氧(DO)等指标也得到进一步提升。金川河生态修复技术的应用对类似城区河道治理项目具有借鉴意义。     

海洋有害藻华研究进展

浮游植物不仅是食物链的基础环节,也在生物地球化学循环中起着重要作用。然而,某些种类在一定条件下会过度增殖富集形成有害藻华(因造成水色变为红、绿、褐、金等颜色,所以俗称为赤潮、绿潮、褐潮、金潮等),结果严重影响当地经济、海洋生态系统、全球生物地球化学循环甚至人类健康。近年来,随着水体富营养化、全球气候变化等现象加剧,有害藻华(Harmful Algal Bloom,HAB)的暴发规模和频次呈逐年增加趋势,且相关研究已成为环境生态学领域的热点。本文主要以典型海洋HAB生物为线索,从物种分布、生物监测、主要影响因素、分子机制及防治等方面概述了近十年HAB的主要研究进展,总结了现有研究的优点和不足,并对未来HAB研究做了相关展望。近十年的研究进展主要体现在:(1)不断有新的HAB物种被发现或鉴定,HAB藻类系统分类也不断被更新;(2)鉴定、检测方法包括DNA分析、生物传感器研发应用等有较大改进;(3)藻类毒素生物合成通路的研究有一定进展;(4)在HAB生态学与海洋学研究持续发展的基础上,分子机制及现代组学发展较迅速。然而, HAB发生的关键环境诱因和生物学(特别是生化与分子)机制仍然不是很清楚,缺乏一个可用来预测HAB暴发的关键因子。笔者认为,一方面是因为HAB的复杂性、种类及生态系统的特异性,另一方面是研究缺乏系统性与完整性。因此未来有必要加强对每一个重要的HAB原因种开展系统、持续的研究,类似于生物科学领域里的模式种研究,并且有必要开展综合性的研究,如实验室单种培养、中尺度模拟及现场生态研究相结合,整合现代组学、传统生理生态学和现场实时连续观测等技术。     

胶州湾沉积物中石油降解菌的降解能力及多样性研究

2013年青岛输油管道爆炸,大量石油污染了附近海岸。课题组采集了污染的沉积物样品,以原油为唯一碳源和能源,富集了四个石油降解菌群。生物多样性和群落分析表明,Luteibacter、Parvibaculum 和属于食烷菌科的一个属是降解菌群的主要优势菌,都属于变形菌门。从石油降解菌群中分离筛选,获得了9株具有不同16S rRNA基因序列的降解菌,分别属于8个属。重量法测定降解菌的石油降解率,其中5株的石油降解率大于30%。GC-MS分析结果表明,石油降解菌多倾向于降解烷烃,对多环芳烃的降解能力较差,其中5株细菌的烷烃降解率较大,仅1株菌D2对多环芳烃的降解率较大,其降解率在34.9%到77.5%。通过对高通量数据的分析,表明食烷菌属是菌群A和菌群E的主要降解菌群,其中筛选获得的菌株E4可能是菌群E的一株优势降解菌。本研究所筛选菌株证明了其石油降解潜力,为油污染海滩生物修复提供了菌株资源。