海洋镉生物地球化学循环研究进展

镉是一种重要的有毒重金属元素,对生态系统和人体健康造成严重威胁.目前已有学者对土壤、大气、植物等介质中镉的环境行为进行了综述,而对海洋镉循环的系统梳理较少.本文综述了海洋中镉的来源、浓度分布与影响因素、镉生物地球化学循环过程及镉同位素在海洋中的示踪应用,并对海洋镉循环未来研究方向进行了展望.在现有研究的基础上,未来应在镉全球海洋大尺度循环、迁移转化及微观动力学机制方面开展更深入研究.海洋镉及其同位素生物地球化学循环的研究可为深入理解镉的环境行为与风险和发展有效的镉污染风险防控技术提供科学依据和数据支撑.

土壤氮素生物地球化学循环的研究现状与进展

氮素的生物地球化学循环不仅影响土壤生产力,还会引起全球环境变化,其过程主要包括氮素矿化、固氮、 氮素硝化和反硝化、铵离子的吸附和释放。文章全面综述了氮素生物地球化学过程研究的现状与进展及其可能存 在的问题。

海洋碳循环研究的关键生物地球化学过程

主要阐述了海洋碳循环生物地球化学过程研究的主要进展,包括海 气界面CO2 通量过程、溶解—颗粒碳的海洋转化过程、生物固碳与生物泵过程以及河口碳的生物地球化学过程。海—气界面CO2 通量随着海—气界面的扰动程度的变化而变化,而海—气界面的扰动程度主要由风速决定,各海域的CO2 通量各不相同;溶解 颗粒碳的海洋转化过程则是由海域的初级生产力所决定,是温度的函数,所以受时间和季节更替的影响很大;河口地带由于处在海水和淡水交界面,又有大量河流带来的陆源输入,所以总体碳循环的生物地球化学过程与大洋主体水域不同,碳通量主要由河流带入;生物在海洋碳循环中的作用不可忽视,浮游植物通过光合作用固碳,而浮游动物在垂直分布过程中通过取食呼吸和排泄作用使碳进行垂直迁移。

杉木人工林生态系统的生物地球化学循环Ⅱ:氮素沉降动态

在福建南平地区 ,对两片杉木人工林 (标记为FFC和XQF)的氮素沉降进行了为期 3a(1994～ 1996 )的定位研究 .结果表明 ,降水通过林冠后 ,穿透雨的氮素含量没有发生明显变化 ,但树干径流的养分富集现象则十分显著 .降雨、穿透雨和树干径流中的氮素含量表现出明显的季节变化 ,均以夏季最低 ,冬季最高 ,春秋季居中 ,这种格局强烈受降雨量的控制 .在FFC和XQF监测场 ,每年从降雨中输入的NH+4 N分别为 8.73kghm-2 和 4.6 2kghm-2 ,NO-3 N分别为 9.36kghm-2 和 6 .83kghm-2 ,总计氮素输入分别为 18.0 9kghm-2 及 11.45kghm-2 ,其中16 .4% (2 .97kghm-2 )和 4.9% (0 .5 6kghm-2 )在降水过程中直接被两林分的林冠所吸收 .吸收行为主要出现在春、夏两季 ,这是杉木生长旺盛的阶段 ,而在秋、冬季则主要表现为淋溶 .林龄和密度是影响林冠对氮素吸收量的两个主要因子 .图 3表 1参 2

河口湿地氮素生物地球化学循环研究

河口湿地是陆海相互作用形成的自然综合体，处于陆地生态系统和海洋生态系统之间的过渡地带，其独特的地形地貌、水文情势和剧变的湿地底质盐度梯度形成了河口湿地丰富的生境类型，使其成为具有较高的生物多样性和环境调节功能和环境效益的生态过渡带。氮素作为河口湿地生态系统重要的生源要素，它的各种生物地球化学循环过程耦合多变，深刻影响着湿地生态系统的平衡，是湿地生态系统物质地球化学循环研究的核心内容，对全球变化具有重要意义。文章结合河口湿地的特点，阐述了湿地氮素生物地球化学循环的内涵及意义、河口湿地氮素生物地球化学的主要过程及特征以及氮素生物地球化学循环过程的生态环境效应和对全球环境的响应。并对氮素生物地球化学循环的研究前景进行了简要的评述。

中国海洋碳循环生物地球化学过程研究的主要进展(1998-2002)

阐述了1998-2002年期间中国海洋碳循环及其生物地球化学过程研究的3个主要进展部分:(1)海-气二氧化碳通量过程;(2)海水中碳及其生物地球化学循环;(3)入海河流流域土壤和沉积物在海洋碳循环中的作用。海洋与陆地容纳了近一半人类排放的二氧化碳,另外的50%被释放到大气中,海洋在缓和二氧化碳温室效应方面的作用不言而喻的。海洋储有的碳主要以无机碳的碳酸盐(CO32-)和碳酸氢盐(HCO3-)的形式存在。海洋生态系统通过生物泵的作用驱动大气CO2进入海洋,在表面混合层中,由于生物的光合作用,CO2不断被转化成有机碳和生物碳酸盐,并进一步从表层CO2向深层转移,形成了海洋碳循环的主要途径。海洋水体中碳循环过程受到河口与近海碳的形态、转化、分布、迁移和生物生产过程等影响,海洋生物泵明显影响着海洋对空气中CO2的容量。春季和冬季东中国海皆为大气二氧化碳的汇,夏季皆为二氧化碳的源,秋季渤海与北黄海为二氧化碳的汇,南黄海与东海是二氧化碳的源。入海河流流域土壤、非入海河流流域的土壤和海洋沉积物在碳的来源、分布、含量及其迁移循环中具有重要的作用。

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

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海洋分层结构的潜力。近年来，氮（N）的生物地球化学循环及氮同位素指标在重建古海洋环境方面发挥了越来越重要的作用。

海洋病毒在海洋微生物群落及生物地球化学循环中的作用研究进展

海洋病毒是海洋生态系统中丰度最高的一类生物体，其总数高达4×10^30个，是细菌丰度的5～20倍，其中绝大部分病毒为细菌病毒（噬菌体）。

农林复合生态系统氮素生物地球化学循环及其环境影响研究

对长江上游典型农林复合生态系统N素收支平衡及其污染特征研究结果表明 ,农林复合生态系统旱地N素盈余相对较多 ,水田基本平衡 ,而林地有较大亏缺。N素收支平衡评价表明其旱地平衡合理 ,水田平衡略高 ,但整个农田N素已由 2 0世纪 6 0年代严重亏缺达到目前的较合理水平 ;大规模造林以及水保耕作措施对农田N素合理分配均产生重要影响。但化肥施用量剧增已导致农田气态N素释放量增加和水体非点源污染风险加大。

湖泊氮素生物地球化学循环及微生物的作用

氮素是影响湖泊富营养化的关键元素之一,对湖泊中氮素生物地球化学循环整个过程进行全面的了解,有利于对湖泊富营养化进行控制和治理．本文综述了湖泊生态系统(特别是富营养化湖泊)中氮素的输入、输出及其在沉积物-水界面的迁移转化规律,着重分析和比较了藻型湖泊和草型湖泊的不同食物链中的氮紊营养循环过程,重点讨论了微生物参与的硝化作用、反硝化作用、生物固氮和厌氧氨氧化等过程的最新研究进展,并对氮循环相关的研究方法和技术进行了小结．最后指出当前国内外研究中亟待解决的问题,并对湖泊氮循环今后的研究方向提出了建议．

海洋胶态物质的生物地球化学循环研究

对近年海洋胶态物质生物地球化学循环研究的进展做了综述。总结了生物影响效应领域的新技术、新成果。切向超滤技术在海洋学上应用促进了海洋胶态物质进一步研究。研究表明,海洋胶态物质的存在对海洋生物影响有着重要的意义,尤其是近岸海域海洋胶态物质有机物含量的增加促进了藻类的繁殖和生长,甚至引发赤潮。胶态物质与金属及其他痕量元素的结合影响了其赋存形态及生物地球化学循环。近年来对胶态物质的生物可利用性的研究结果表明胶态物质对生物的金属可利用性有着重要的影响,使得人们重新考虑已发展建立的自由基活度模型(free ion activity model,FIAM);深入理解生物体内胶态物质的吸收和相关的生理过程将有助于海洋胶态物质的生态效应以及生物可利用性等方面的研究。

海洋氨氧化古菌及其驱动的碳氮生物地球化学循环过程研究进展

氨氧化古菌(AOA)在海洋环境中分布广泛,是海洋水体中数量最为丰富的原核生物之一。AOA作为海洋中氨氧化作用的主导微生物,能在寡营养条件下通过化能自养的形式进行固碳,在海洋的碳、氮循环过程中发挥重要作用。AOA氨氧化过程驱动的化能自养固碳是深海内部重要能量来源,为研究深海内部有机碳输入与深海微生物群的有机碳需求之间的不平衡问题以及深海自养生物能量来源问题提供重要导向。本文对于海洋AOA的多样性分布、碳氮生物地球化学循环过程及其在海洋能量循环过程中的功能进行系统的综述,以期为本领域的研究提供借鉴。

细菌、病毒与浮游植物相互关系及其对海洋地球化学循环的作用

本文综述了近年来国内外在海洋地球化学循环 ,特别是微生物环研究方面的发展现状 ,探讨了浮游植物、细菌、病毒相互之间的关系及其对海洋地球化学循环的影响 .

南黄海表层沉积物中氮的分布特征及其在生物地球化学循环中的功能

本文报道了南黄海表层沉积物中不同形态氮的区域分布特征及其在生物地球化学循环中的作用。结果显示 ,在粒径 <31 μm的粒度组分含量 >6 5 %( )、35 %～ 6 5 %( )和 <35 %( )的三个区域中 ,沉积物中不同形态氮的含量比值分别为 :1 .6 5 :1 .2 6 :1 (IEF- N) ,1 .2 3:1 .1 0 :1 (WAEF- N) ,1 .4 1 :1 .0 4 :1 (SAEF- N) ,2 .0 8:1 .4 5 :1 (SOEF- N) ,TN(1 .70 :1 .2 6 :1 ) ,即在细粒度组分 (<31 μm)含量较高的区域 ,不同形态氮的含量也相对较高 ;在三个分区内 ,不同形态氮的埋藏通量非常相近 ,而埋藏效率自 至 区逐渐递增 ,在细粒度组分 (<31 μm)含量最低的 区内 ,埋藏效率最高 ,TN的埋藏效率可达 30 .2 1 %,即南黄海表层沉积物中 70 %以上的氮在适当的条件下可释放进入水体参与其生物地球化学循环 ,能提供海洋新生产力所需氮的 6 .5 4 %,对海洋生产力具有一定的补充和调控作用。

环境中的黑碳及其全球生物地球化学循环

黑碳是生物物质或化石燃料燃烧产生的难熔物质的连续统一体,从焦化植物残体、木炭到烟炱,以及石墨态黑碳,组成了黑碳的3种主要类型。它们的理化性质变化很大,焦化植物残体和木炭主要在低温下形成;烟炱是高温气态物质浓缩形成;而石墨态黑碳可能是岩石成因的。黑碳的分解主要是光化学分解和微生物降解。黑碳在全球碳循环中占有重要的位置。每年燃烧可产生50~270 Tg黑碳,其中约 10%来源于化石燃料燃烧。细小的黑碳在大气中被搬运到远离燃烧地的土壤或海洋中沉积下来,在沉积物有机碳中占有很大的比例。从地质历史时期看,它对于大气圈中CO2、O2的含量演化有重要影响。本文将黑碳的分析测量方法归纳为 5 类:显微镜法、光学法、热氧化法、化学方法和分子标志物法。同时指出当今黑碳研究中需要一种标准参考物,黑碳的测量应进一步细化到分子水平,并加强不同类型黑碳的全球生物地球化学循环过程研究。

海洋沉积物—海水界面附近氮、磷、硅的生物地球化学

海洋沉积物中的N和P随沉积物的粒度由粗到细,含量逐渐升高,而Si则降低;积物中N、P、S的含量还随海区、输入源、季节、动力学过程及生物生产过程不同而变化。控制海洋沉积物—海水界面N、P、Si沉积、释放及循环的因素,包括有机质和溶解氧的浓度、有机质中C、N、P、Si的相对比例、沉积物—海水界面附近的氧化还原环境、生物扰动、温度、水深、pH值、不同形态S的浓度、金属离子以及水动力条件等。一般其综合作用的表现是,沉积物—海水界面之间NH_4^+、PO_4^(3-)和Si(OH)_4从沉积物向上覆水扩散转移,而硝酸盐和亚硝酸盐的通量方向相反,通量的大小随着海区的不同差别较大。

35S的海洋生物地球化学循环研究进展

海洋是地球上硫的主要贮存场所,硫是海洋生态系统中的重要元素之一,硫循环在海洋生物地球化学循环研究中具有重要意义。本文主要阐述了硫循环在地球生态系统中的研究意义、硫同位素及其分馏效应在海洋硫循环中的意义。在系统的文献阅读下总结硫在海洋生物地球化学循环的研究进展,着重分析35S在现有应用技术并总结其在海洋环境中的应用进展,望能够为35S在海洋生物地球化学循环研究中提供新思路。

有机生物地球化学与晚新生代古全球变化研究

有机生物地球化学在古全球变化研究中的应用越来越受到重视。在古海洋学领域,表层海水温度、海洋初级生产力的大小及其种群结构的变化对全球碳循环的影响、海底甲烷释放等关键性科学问题都需要有机生物地球化学积极参与。有机生物地球化学也能在陆地古生态系统中植被的演变、C3与C4植物的消长变化、湖泊水体环境的变化等方面作出独特的贡献。文中简要评述了上述内容的研究现状。

胶州湾沉积物中一氧化碳的微生物产生及消耗研究

本研究通过测定一氧化碳(CO)原位浓度和地球化学参数并结合实验室培养实验,系统地探究了胶州湾沉积物中CO的产生及消耗过程。本文首次测定胶州湾沉积物孔隙水中CO的浓度在46.8~189.9 nmol·L^(-1),培养实验结果表明三甲胺及甜菜碱的添加明显促进了CO的生物产生,2-溴乙烷磺酸钠(Sodium 2-Bromoethanesulfonate,BES)及钼酸钠等抑制剂的添加对CO消耗没有明显影响,表明产甲烷过程和硫酸盐还原过程不是消耗CO的主要微生物过程。硝酸盐浓度的增加对CO消耗有明显的抑制作用。研究结果可以为深化海洋沉积物中CO生物地球化学循环及微生物介导的碳循环过程认知提供基础支撑。

中国南大洋海洋大气化学研究进展

海洋大气化学是一门海洋化学与大气化学交叉的新学科。中国的南大洋海洋大气化学研究与我国的南极考察事业同步成长。30多年来,随着南极科学考察的经验积累和数据集成,我国的南大洋海洋大气化学关键过程研究即大气-海洋生物地球化学循环,碳、氮、硫、磷、铁等的海气交换研究都有了长足的进步。与气候变化关系密切的碳、氮、硫的海-气循环等研究,取得了一批新的认知和成果,引起国际学界的关注。自20世纪80年代早期开始至今,我国已开展了三十多次南极科学考察,在这些考察中开展了南大洋大气气溶胶物质来源研究,探究了大气-海洋生物地球化学的一些关键过程,估算了硫、磷、氮、铁的海气交换通量。随着国家重大计划"南极在全球变化中的响应与反馈作用"项目实施及后续研究的开展,对全球变化的敏感要素碳、氮、硫、铁在南大洋的源汇特征及其环境和气候效应等进行了研究,对其有了更深的了解。我们还对南大洋海冰区碳汇格局演变,DMS、MSA、N_2O、Fe等的海气交换过程及其对生态环境的影响有了新认知。同时,在对上述化学物种的实时走航观测关键技术研发上也取得了重要突破,为未来开展相关研究提供了坚实的技术支持;在站区大气污染特征分布上进行了深入探讨,为了解人类活动对站区环境的影响提供了评估依据。