从生物矿化作用衍生出的有机矿化作用:地球生物学框架下重要的研究主题

早期"生物矿化作用"的概念,被定义为生物形成矿物的作用,并进一步分为生物控制和生物诱导两大类型。这个宽泛的概念,被修订为生物以生命活型(living form)影响矿物物质的沉淀作用;相应地,"生物矿物"是在严格的生物控制下、从局部环境中选择性地吸收元素并融合成具有生物功能构造的矿物。"有机矿化作用",则被定义为"与那些无生命活力的有机物质相关联的矿物形成作用"。与生物矿化作用相对应,有机矿化作用的产物被定义为"有机矿物",用来指那些通过有机聚合物、生物的和(或)非生物的有机化合物所导致的矿物沉淀作用,但是,有机矿物并非活着的细胞所直接形成。有机矿物与生物矿物的重要区别是,有机矿物没有被融合成受到生物严格控制的功能性构造。生物学家和化学家将生物矿化作用作为关注"生命体系中复杂的化学过程"的研究主题,超越了地质学范畴并使生物矿化作用的研究成为多学科关注的迷人领域,也大大促进了有机矿化作用的研究;考虑到有机矿物是沉积岩的重要组成,而且与生物的出现同步,还是潜在性的地外生命的遗迹,因此,从生物矿化作用衍生出的有机矿化作用的研究,自然就成为与生物矿化作用存在紧密关联的。

长期不同施肥稻田土壤的氮素形态及矿化作用特征

利用稻田长期定位试验点的土壤样品,研究不同施肥稻田土壤的氮素形态及矿化作用特征.采用酸水解-蒸馏法测定土壤酸解总氮(TAHN)及其各组分含量;淹水密闭培养法测定土壤净矿化氮量(NMN).结果表明:①稻田土壤TAHN是全氮(TN)的主体(64%～73%),各施肥处理均显著提高其含量.单施无机肥处理对微生物量氮(MBN)、氨基酸氮(AAN)、酸解铵态氮(AN)、氨基糖氮(ASN)和酸解未知氮(HUN)的含量影响不大;无机配施有机肥显著提高各形态氮的含量;无机配施秸秆处理显著提高MBN、AAN、AN的含量.②14周的淹水密闭培养中,各施肥处理土壤NMN均随培养时间的延长而逐渐增加,矿化速率于培养3、4周后分别达到最大值.无机配施有机肥或秸秆处理土壤氮的矿化量、矿化率及矿化速率均高于单施无机肥处理.③相关性分析表明:土壤NMN与TN、TAHN、MBN存在极显著正相关关系;NMN与TAHN中各组分均存在正相关关系.进一步作多元回归分析表明:随着土壤氮矿化作用的增强,AAN和HUN的贡献增大,MBN对氮矿化也有重要的贡献.

不同施肥处理对黑土硝化作用和矿化作用的影响

通过室内培养试验,研究了不同施肥处理对黑土硝化作用和矿化作用的影响。结果表明,与不施肥对照处理相比,施用氮肥显著促进了硝化作用的进行,但抑制了培养初期的氮素矿化作用,培养期间施氮处理的平均净硝化速率为4.21 mg NO-3-N·kg-1·d-1,是对照处理的2.38倍;平均净矿化速率为1.18 mg N·kg-1·d-1,与对照处理没有显著差异。与对照处理相比,在施用氮肥的基础上配施猪粪进一步促进了土壤有机氮的矿化作用和硝化作用,培养期间的平均净硝化速率为8.14 mg NO-3-N·kg-1·d-1,分别为对照处理和单施氮肥处理的4.59、1.93倍;平均净矿化速率为3.69 mg N·kg-1·d-1,是单施氮肥处理的3.12倍。与单施氮肥处理相比,氮肥配施秸秆处理显著抑制了硝化作用,平均净硝化速率下降62.7%,但与对照处理相比没有显著差异。氮肥配施秸秆处理的净氮矿化量在整个培养期间都是负值,平均净氮矿化速率为-1.62 mg N·kg-1·d-1,说明添加秸秆促进了土壤无机氮的同化。

气候变化对草甸草原土壤氮素矿化作用影响的实验研究

用盖顶 PVC管法 ,将锡林河流域中 146 9m高海拔处的草甸草原原状土柱分别移植到海拔 1187m、96 0 m的低海拔处培养 ,用以研究温度变化对土壤氮素的净氨化速率、净硝化速率和净矿化速率的可能影响。经过一个生长季培养后的测定结果表明 :从高海拔到低海拔 ,实验所选择的 3个地点的年均气温分别为 - 0 .5℃、2 .2℃和 4.4℃ ,受此不同气温的影响 ,移植到这 3个地点的草甸草原土壤氮素的净氨化速率分别为 0 .0 5 mg N.kg- 1 .m- 1 ,0 .13mg N.kg- 1 .m- 1和 1.0 9mg N.kg- 1 .m- 1 ;净硝化速率分别为 0 .0 5 mg N.kg- 1 .m- 1 ,0 .76 mg N.kg- 1 .m- 1和 0 .2 6 mg N.kg- 1 N.m- 1 ;净矿化速率分别为 0 .10 m g N.kg- 1 .m- 1 ,0 .89mg N.kg- 1 .m- 1和 1.35 mg N.kg- 1 .m- 1。

湿地松容器苗稳态营养与土壤矿化作用的研究

采用稳态营养理论与技术对塑料薄膜袋湿地松芽苗进行营养物相对添加速率０、５３％、６４％、７５％４种施肥处理（简称０、５３、６４、７５处理）。测量苗木地径、株高（茎干长度）、株干重，得到６４处理比０处理分别提高１４９％、２４５％、３９６％，统计学上差异显著或极显著。表明６４处理苗木生长最佳。定量分析试验前、后根介质有效养分含量、苗体营养元素累积等，得到６４最优处理的效果集中体现在苗体Ｎ、Ｐ、Ｋ元素累积量比０处理分别提高７９４％、５８５％、４１９％；系统Ｎ、Ｐ、Ｋ、Ｃａ、Ｍｇ元素增加量比０处理分别提高３２３％、５６９％、３６１％、９２２％、２５３％，土壤Ｎ、Ｐ、Ｋ营养物通量密度分别提高２３７％、３６３％、３０７％；土壤脲酶、蛋白酶、过氧化氢酶、中性磷酸酶活性分别比试验初提高４０３％、４５５％、４０％、１４４５％。表明较适宜的营养物相对添加速率不仅促进苗木最佳生长，而且对提高土壤酶活性和土壤营养物通量密度，以及提高营养物利用率也是适宜的。对稳态矿质营养促进土壤矿化作用机理及其先进性进行了讨论。

湘赣边鹿井矿田与走滑断层有关的铀矿化作用

鹿井矿田是湘赣边高值地质异常带内最重要的局部性致矿异常区.野外解析构造学研究表明，遂川-热水走滑构造直接控制了矿区剪切重熔型岩浆岩、拉分盆地及大型铀矿床的形成和分布重点讨论了走滑断层作用与铀矿质来源、成矿构造条件和成矿媒介条件之间的密切关系，初步提出了鹿井矿区走滑剪切成矿作用模式.

黄土区不同土壤类型及土地利用方式对土壤氮素矿化作用的影响

采用室内培养试验研究了黄土区不同类型土壤（黑垆土、红油土和淋溶褐土）及土地利用方式（农田、林地）的氮素矿化特性。结果表明，3种土壤好气培养0～14，15～28和0～28d的氮索矿化量、矿化速率与矿化率大小次序均为：淋溶褐土〉红油土〉黑垆土；林地黑垆土氮素矿化量和矿化速率极显著地高于农田黑垆土；淹水培养7d，3种土壤矿化氮量、矿化速率和矿化率大小次序均为：红油土〉淋溶褐土〉黑垆土，但差异不显著;淹水培养条件下，林地黑垆土氮素矿化量、矿化速率和矿化率均高于农田黑垆土。不同土地利用方式对土壤氮素矿化作用的影响强于不同土壤类型的影响。

大河影响下的陆架边缘海沉积有机碳的再矿化作用

大河影响下的陆架边缘海(RiOMars)是陆源有机碳的主要沉积汇,是陆海相互作用最重要的区域,在全球碳的生物地球化学循环中发挥着重要作用。受到RiOMars系统内频繁的物理和生物等改造作用的影响,该区沉积的有机碳并没有得到很好地保存而被永久埋藏,而是发生了显著的再矿化分解。本文首先对目前常用的基于O2消耗速率和CO2产生速率的两类测定RiOMars系统沉积有机碳再矿化速率的方法进行了介绍,分析了各自的优缺点和适用性,进而从碳的形态转化、表层沉积物混合均匀、形成次氧化的氧化还原条件、有机碳保存效率低、发生反风化作用和微生物发挥着重要作用等几个方面对RiOMars系统沉积物发生再矿化作用时的主要过程和特征进行了剖析,以期深入认识边缘海的再矿化作用及其对边缘海碳汇的影响。

海水中天然细菌对不同生源要素有机物的矿化作用

海洋异养细菌是微食物网中非常重要的一部分,它消耗海洋中的溶解有机物并进行细菌的二次生产。细菌对不同种类的溶解有机物分解速率不同,并且有机物的生物利用率影响细菌的生长。研究了含有不同生源要素的4种溶解有机物(DOM)在海洋异养细菌存在下的矿化作用及对细菌生长的影响。结果表明:添加不同生源要素的有机物,对海洋天然异养细菌的生长均有促进作用,其比生长速率(μ)的大小顺序为:N>C>P>S>对照组,说明含氮有机物更有助于细菌的生长;细菌生长效率(BGE)的大小顺序为:对照组>C>P>N>S,说明细菌的二次生产跟有机物的分解速率没有直接相关性;单个细菌对有机物的消耗速率I为:N>C>P>S>对照组,说明细菌生长速率与有机物消耗速率直接相关;有机物的生物可利用性顺序为:N>C>P>S>对照组,与有机物的消耗速率顺序一致。上述结果表明,具有相同结构但不同生源要素的有机物的矿化速率存在差异,含氮有机物最容易分解,其次是含碳有机物,然后是含磷有机物,含硫有机物分解最慢,说明细菌对含有不同生源要素有机物的分解利用存在差异。

云南腾冲-梁河地热系统与现代热泉型金矿化作用

本文从研究腾冲-梁河地热区区域地质构造环境和热液循环系统产物的地质、地球化学特征入手,对热泉型金矿化作用的控制条件,金矿化强度等进行了分析,提出金沉淀的最重要机制是含矿热液的沸腾作用。沸腾作用和热液循环的最主要的动力足频繁的断裂构造活动和热液本身具有的超临界高温、高压性质。指出“热海”二级热液循环系统表现的地质、地球化学特征与热泉型金矿化模式完全可以对比,是该类型金矿生成的良好环境。预测地表以下400m范围内有矿体存在。

生命活动中矿化作用的环境响应机制研究

生物矿化作用及其环境响应机制的研究,关键在于研究生命活动制约矿物形成、分解的机理及其环境响应机制,其内容主要包括生物矿化作用的机理、生物矿化作用的环境效应、生物矿化作用的调控理论和方法。可实现的研究目标是从多学科角度发展生物矿化作用的理论,阐明自然界中矿物-生物-重金属/POPs-水之间的相互作用机理与环境响应机制。有望揭示微生物控制重金属矿化的微观机制,提出微生物治理重金属污染原理;揭示半导体矿物-微生物协同作用降解POPs机制,发展三元体系研究方法;揭示微生物促进多金属矿山硫化物分解机制,提出微生物分解矿物对生态环境影响的调控方法等。以促进地质生物学前沿交叉学科发展,形成未来环境污染防治重大新技术的科学基础。

影响河流渗滤系统中有机氮矿化作用的因素研究

河流沉积层中有机氮的矿化对地下水环境的影响很大,影响矿化的因素很多,主要包括环境条件、黏土含量等,通过室内设计的几套土柱实验,详细进行影响矿化作用的因素分析.结果表明:渗滤系统中有机质含量越丰富,系统中有机氮矿化出来的氮量越多.

柴达木盆地南翼山地区微生物碳酸盐岩结构与矿化作用

为明确柴达木盆地西部地区新生界微生物碳酸盐岩微观结构及主要造岩矿物的成因机理,本文利用岩芯观察、薄片分析、扫描电镜及电子探针分析等实验测试方法,对南翼山地区上油砂山组微生物碳酸盐岩微观结构、矿物特征差异性及矿化作用开展研究。分析认为南翼山地区上油砂山组发育厚层泥晶碳酸盐岩,单层厚度3~5 m;局部发育薄层微生物碳酸盐岩,单层厚度以30~50 cm为主,单层最大厚度2 m。微生物碳酸盐岩类型以凝块石为主、局部发育叠层石,二者混合共生,通过扫描电镜在微生物碳酸盐岩中发现了大量钙化的细胞外聚合物(EPS)组构与少量微生物化石,为湖相微生物碳酸盐岩的形成提供了生物学证据。研究结果表明:(1)微生物碳酸盐岩主要矿物类型为方解石,微观组构复杂、类型多样,包括球粒、团粒、菱面体以及片状结构等。球粒粒径分布范围50~80 nm。团粒由若干纳米级球粒聚合黏结形成,粒径为几微米至几十微米。片状方解石往往大小不等、形态各异,粒径通常为1~10μm。(2)发现大量钙化EPS组构及疑似微体化石,包括球状、杆状及丝状体。杆状体微生物化石直径约0.4μm,长0.5~1μm。丝状体微生物化石直径约0.3~0.5μm,长1~2μm。(3)方解石矿物的形成主要以有机矿化作用(或微生物诱导矿化作用)为主、生物矿化作用次之,其中,球粒方解石主要为有机矿化作用控制(或微生物诱导)形成。杆状和丝状体化石保持了微生物的形貌特征,分析认为可能由生物矿化作用控制形成。(4)凝块石中的球粒、卵球袋及团块的形成,可能由微生物膜及其所封闭的微生物菌落钙化形成,分析认为此类矿物可能与有机矿化作用具有相关性。

生命活动过程中无机矿化作用现象及其环境效应

自然界形形色色的生命活动常常会在有机生命体内或体外形成一些无机矿物，这种现象的产生是生物矿化作用的结果。准确地说，生物矿化作用是指，在生命活动中生物有机体精确控制或其代谢产物诱导下无机物质分异、迁移、富集与转化的过程。

低湿洼地鱼塘中异养细菌的矿化作用

对黄淮海平原低湿洼地鱼塘中异养细菌的矿化作用进行了初步研究．结果表明：（1）鱼塘水体中异养细菌的呼吸强度与鱼塘水体中的有机物质含量及温度密切相关．（2）鱼塘水体中异养细菌的生物量表现出明显的季节性变化；异养细菌的生物量在表层水及底层水之间的差异不明显．（3）鱼塘水体中异养细菌分解有机物质的动力学特点如下：开始时．鱼塘水体中有机物质的转化较少，随温度的增高及异养细菌生物量的增加，水体中的矿化作用逐渐增强．并在秋季达到最大值，然后随水温的逐渐降低，分解过程逐渐停滞，（4）在不同养殖类型的鱼塘中，由于鱼类对水体中异养细菌数量的影响，使得其有机物质的矿化作用强度不同。

安徽省东南部东至地区金矿化作用的独特性

从地球化学屏蔽层、沉积型黄铁矿高的δ^(34)S值、含金硫化物的非稳定平衡、Au-As-Sb组合元素矿化作用在高峰期彼此分离、热液蚀变递进性等方面,阐述了东至地区金矿化的独特性。

磷渣矿化作用和机理研究

通过热分析、XRD分析、岩相分析等方法,研究了适当掺量磷渣对硅酸盐水泥熟料锻烧过程的矿化作用,对磷渣矿化作用机理进了探讨。

磷石膏的复合矿化作用及其对硅酸盐水泥生料煅烧的影响

通过易烧性、正交实验和XRD分析,研究了磷石膏的复合矿化作用及其对硅酸盐水泥生料煅烧的影响,并对KH、复合矿化剂与熔剂组分配比和煅烧温度与硅酸盐水泥生料易烧性及SO2挥发量的关系进行了探索。结果表明:磷石膏具有复合矿化作用,可改善硅酸盐水泥生料煅烧,促进固相反应;磷石膏2.0%和矿渣2.0%作复合矿化剂,不仅可促进水泥生料的煅烧,而且减少SO2挥发,既有利于工业固体废物的资源化利用,又有利于生态环境的保护。