闽江河口湿地生物地球化学元素循环研究进展

河口湿地是陆地、海洋和大气之间各种过程相互作用最为活跃的地带,是对全球变化和人类活动响应最敏感的生态系统之一。围绕近10年来在闽江河口自然与人工湿地开展的生源元素生物地球化学循环、温室气体排放和生态化学计量学等方面取得的主要成果进行回顾与总结,并对今后开展氮负荷增强对湿地碳硫循环等关键过程(枯落物分解、甲烷排放通量和硫转化等)的影响,以及富硅生物炭对水稻土铁代谢与碳固持的影响等研究工作提出设想,以期为进一步深入开展闽江河口湿地研究提供参考。

铀元素微生物地球化学循环研究进展

铀元素是地球上广泛分布的放射性重金属元素之一,其地球化学循环过程受到多种微生物的调控。重点综述了微生物在铀元素形态转化过程中的作用机制,包括还原固定、非还原固定、氧化迁移及非氧化迁移。通过自然环境中铀元素-微生物之间相互作用的探讨,分析了铀元素的迁移、转化和富集机制,从而为铀矿资源勘探开发、放射性含铀废料安全处置及重金属铀污染防治修复提供指导性意见。

人类世生物地球化学循环及其科学

地球已进入新的地质时代——“人类世”,人类已成为全球变化的主要驱动力。人类活动导致的地球生态系统的生物地球化学过程及关键生源要素的生物地球化学循环的改变直接或间接地影响着地球生态系统的关键功能,给人类福祉和可持续发展带来诸多威胁。本文基于地球系统科学研究的新进展,综述了人类世全球变化特征、生物地球化学循环在地球系统各圈层演化中的作用及其变化规律。特别关注了自然资源开发利用、生产和消费模式改变等人类活动对生物地球化学循环的影响,以及由此产生的气候、生态和环境效应。研究表明,应对人类世全球变化需要系统理解人类活动作为主要驱动力的多要素和多尺度生物地球化学循环过程及其生态和环境效应,基于地球系统科学的理论与方法开展针对人类世社会-生态系统的自然科学和社会科学的交叉融合研究。在文末提出了人类世生物地球化学研究的优先领域和方向,并强调解决受人类活动和气候变化高度影响下人类世生物地球化学循环的各种复杂科学问题的迫切性和重要性。

长白山岳桦林化学元素生物地球化学分析

从化学元素生物学和地球化学分类的角度，分析了大量营养元素、必需微量元素、可能必需元素、非必需元素和有毒元素在岳桦（Ｂｅｔｕｌａｅｒｍａｎｉ）体内的含量特征和变化规律。结果表明：大量营养元素在岳桦体内的含量高于其它几类元素的含量；在新陈代谢旺盛的叶片中各类型元素含量均高于其它器官；化学性质和地球化学性质相近、生物学功能相似的大量营养元素和必需微量元素在岳桦不同器官中的含量变化具有相似的规律；其它三种类型的元素变化无规律可循，表明植物所必需的元素在植物体内的变化是按一定规律进行的；在不受人为因素干扰的情况下，它们之间处于相对平衡状态。

卷荚相思人工林营养元素的生物地球化学循环特征

采用标准样地法对广西南宁市8年生卷荚相思Acacia cincinnata人工林的N、P、K、Ca和Mg 5种营养元素的含量、积累量、分布与生物地球化学循环进行了研究.结果表明:(1)卷荚相思不同器官营养元素含量以树叶为最高,干材最低,各器官中营养元素含量以N最高,其次是K和Ca,Mg和P最低.(2)卷荚相思人工林营养元素积累量为823.80 kg/hm2,其中乔木层、灌木层、草本层和凋落物层分别占64.86%、20.59%、5.20%和9.35%;(3)卷荚相思人工林营养元素年吸收量、归还量、存留量分别为151.30、84.48和66.82 kg.hm-2.年-1,年归还量占年吸收量的55.84%;(4)卷荚相思人工林营养元素循环系数为0.56,循环速率依次为Mg>Ca>N>K>P.

九龙江河口生物地球化学元素通量的初步模拟

按照LOICZ的模拟指南 ,九龙江河口区采用单箱模型模拟其生物地球化学元素的通量。结果表明 ,九龙江河流输入进河口系统的DIP通量为 2 .81× 10 7mol/a ,交换流带入河口区DIP通量为 10 .93× 10 7mol/a ,因此 ,净沉淀量为 8.0 5× 10 7mol/a。九龙江河流输送进河口系统的DIN通量为 73.47× 10 8mol/a ,它远高于DIP的通量。因此 ,此河口区系统内部有 7.6 6× 10 8mol/a的差额才能达到平衡。

湖泊沉积物-水界面铁的微生物地球化学循环及其与微量金属元素的关系

沉积物容纳了来自流域自然风化及人为排放的各种金属元素,成为一个潜在的"化学炸弹"。微生物以其体积小、繁殖快、具有巨大的比表面积等特点可以大大地改变微量金属在环境中的分布。铁在陆地水体 沉积物环境中具有很高的丰度、合适的电化学特性,在好氧、厌氧转换的界面环境中强烈地推动了早期成岩作用。本文针对铁在亚表面水环境中的重要性,侧重介绍了沉积物 水界面的铁的微生物地球化学循环过程,以及这一过程对蓄积在沉积物中的微量金属元素的重新分布的影响机制。

土壤环境中几种有益元素生物地球化学循环研究进展

人类对有益元素的关注主要是源于人体健康和地方病的研究。随着人们物质生活的提高,对健康的要求日益增加,有益元素的生物地球化学循环逐渐被广泛研究,主要包括钙、铁、锌、硒、锰、硅等。这些元素通过土壤进入食物链,进而影响人类健康,因此,土壤有益元素对人体及其在生态环境中生物地球化学循环过程中的作用已成为近年来国内外环境领域研究的热点。对动植物必需的有益元素钙、铁、锌、硒、碘的研究进展进行了综述,总结得出,土壤中有益元素的研究不仅仅需要关注其在生物地球化学循环中所起的作用,更应当结合土壤中有益元素与其他元素的作用机制来考虑其生物地球化学行为以及其在循环过程中的作用机理。

枇杷营养元素的生物地球化学循环研究

通过对福建莆田解放钟枇杷园中土壤和各器官组织中的N、P、B、K、Ca、Mg等6种元素含量的测定,应用生物地球化学分室理论分析,发现解放钟枇杷对所需的营养元素一般为主动吸收,如N、P、B、K、Ca、Mg等元素在地上活体分室中分配的总量均占整个解放钟生态系统的总储量的80.0%以上,其中最大的为B元素,活体分室分配总量占生态系统总储量的97.64%,最小的为N元素,为83.97%。各营养元素在活体分室总的分配次序为:B>K>Ca>Mg>P>N。

土壤环境中几种重金属元素的生物地球化学循环研究进展

综述了土壤中与人类生活密切相关的砷、镉、铜、铅、汞等元素的土壤生物地球化学循环的研究现状,总结得出:土壤中各种重金属元素的生物地球化学循环都是从土壤-植物-动物-人类-土壤的过程,而这一系列的循环过程都是在水的参与下完成,所以水在土壤生物地球化学循环过程中起到了关键性作用。指出了土壤污染过程已经不能简单地研究土壤内部过程,而且需要研究土壤接口过程以及土-气-水-生相互作用和相互驱动的过程,只有交叉、综合地研究土壤内部、接口和外部环境的生物地球化学循环过程,才能揭示高强度人类活动下土壤环境质量的演变规律,以实现风险管理,保护土壤质量、农产品质量和生态系统健康。

湖泊沉积物-水界面营养元素的生物地球化学作用和环境效应 Ⅰ.界面氮循环及其环境效应

发生在沉积物-水界面的剧烈生物地球化学作用对沉积物和上覆水体具重要的环境效应，然而此方面研究很少。本文通过云贵高原四个湖泊湖水和孔隙水NH和NO剖面，沉积物柱芯不同结合态氮含量剖面分布，界面扩散通量，影响氮循环的因素及它们季节性变化规律等的对比研究，初步揭示了湖泊沉积物一水界面的氮循环及其环境效应。

赣南几处地热环境下的微生物多样性及其潜在的地球化学循环作用

地热微生物作为地热极端生态系统的重要组成部分,在局域和区域的元素循环中发挥着关键作用。目前华南地区地热微生物的相关研究还非常有限。本文聚焦赣南地热,利用16S rRNA基因全长测序技术分析了6处地热(40~80℃)及4处沉积物的细菌多样性和群落结构,鉴定出1072属、2856种细菌。研究发现,温度、pH、硫酸根、硝酸盐氮、钙地热因子对地热细菌群落有显著影响,其中温度是主要影响因子,与物种丰富度和多样性呈正相关。特征细菌包括变形菌、热球菌、产水菌、厚壁菌等,其中Thermus、Sulfurihydrogenibium、Thermodesulfovibrio和Hydrogenobacter在赣南夹湖(JH)和蓝田(ND)高温地热中显著富集,这些微生物类群可能参与了蓝田地热的S、Fe及矿质元素的生物地球化学循环。本研究还分离出20株耐高温细菌,多为芽孢杆菌属。这些发现揭示了赣南地热微生物特征,为地热资源开发与保护提供科学指导。

树种多样性对土壤微生物群落结构和元素生物地球化学循环的影响研究进展

森林是陆地生态系统的重要组成部分,其巨大的生产力和生态服务功能对人类的生存和发展至关重要。森林树种多样性增加能够显著提高森林生产力,关于树种多样性如何影响地下生物多样性及生态功能逐渐受到国内外学者的广泛关注。从土壤微生物及其介导的元素生物地球化学循环这一视角出发,综述了树种多样性对土壤细菌和真菌多样性、群落结构及功能的影响,提出需要进一步深入研究的方向。总体来说,树种多样性有利于增加土壤细菌生物量和多样性,是预测病原性真菌和菌根真菌多样性及群落结构的重要生物因子。树种多样性能增加土壤有机碳储量,增强森林土壤的甲烷氧化能力,并提高土壤磷周转速率及有效磷含量。关于树种多样性对森林土壤氮循环的影响需考虑多样性假说和质量比假说的相对贡献。今后应加强树种多样性对多个营养级之间相互作用的研究;关注树种多样性对生态系统多功能的影响;加强学科交叉,引入微生物种群动态模型和气候模型等模型预测方法,研究树种多样性对全球气候变化的应对机制,以期促进地上植物多样性与地下生态系统功能关系的研究,增强森林生态系统应对未来全球环境变化的能力。

陆地高分辨率水文—生物地球化学过程CNMM-DNDC三维模型的研发及应用进展

CNMM-DNDC模型是本文作者团队研发的陆地高分辨率水文—生物地球化学过程三维模型。本文系统介绍了建模背景和理念、核心过程和模型特点、模拟功能和观测验证、多尺度区域或流域初步应用以及未来发展展望。自2018年刊发首个版本以来,该模型经过了多方面科学过程改进和模拟功能扩展,在元素化学反应、物质相变和机械迁移等基本物理、化学、生物过程层面,完成了对陆地表层系统碳氮磷水循环全耦合的精细刻画。迄今开展的观测验证表明,CNMM-DNDC模型基本普适于不同生物气候带(从热带到寒区多年冻土地带)的流域或区域长时间序列“三高”(时间、空间和过程高分辨率)综合模拟,实现对陆地生态系统的碳、氮、磷、水三维运移、水土流失、水力驱动溶解态和颗粒态碳氮磷横向迁移、碳氮温室气体和污染气体排放、生态系统生产力、水分蒸散发和水分能量平衡等众多可持续发展目标表征变量的预测。该模型广泛推广应用于多尺度区域或流域的复杂过程虚拟科学试验研究和服务于面向生态环境建设与减污降碳的优化调控决策,可望为协同落实联合国多个可持续发展目标提供先进的数值模拟技术支撑。

重元素的生物地球化学循环

根据有关资料，本文介绍了铅、镉、汞、砷、锑、铊、铟、硒、碲和饿10种重元素在地球不同圈层的分布和它们在这些圈层间运动、迁移、转化的生物地球化学循环。

环境中硒的生物地球化学循环和营养调控及分异成因

硒是环境中重要的生命元素,它在环境中含量水平的高低直接影响着人及动植物的健康安全。结合国内外资料及最新的研究进展,阐述了环境中硒的生物地球球化学循环,包括环境中硒的生物地球化学循环特征,土壤中硒的含量分布、形态及有效性,大气和水环境中硒的形态分布,植物体中的硒及其对硒的吸收关系;讨论了低硒高硒环境中硒营养水平的调节及环境分异的成因,诸如母质类型、气候特征、风化淋失、气体挥发、土壤质地和地力耗竭等方面;并提出了环境中硒研究的前沿及今后关注的热点问题,以促进今后环境中硒的研究。

湿地铁的生物地球化学循环及其环境效应

湿地位于水陆过渡地带,干湿交替引起的氧化还原变化是湿地中最为典型、普遍的现象。铁作为湿地中的主要氧化还原物质,它的变化对湿地环境具有重要的指示性作用。本文介绍了湿地中铁的时空分布及其转化规律,指出湿地铁循环的影响因素,分析了湿地铁循环在湿地土壤形成、湿地植物的生理生态、湿地的物质循环、环境指示等方面的效应;最后对湿地铁循环研究中的存在问题及发展方向提出几点建议。

西双版纳热带季节雨林生态系统氮的生物地球化学循环研究

用小流域集水区和物质平衡方法 ,于 1999年对西双版纳热带季节雨林生态系统的氮素循环进行了初步研究。西双版纳季节雨林生态系统的氮库总储量为 6 4 81.2kg·hm-2 ,其中活体生物量、凋落物层和土壤 (0～ 30cm)中的氮储量分别为 970 .9、37.7、5 4 81.2kg·hm-2 。土壤中的氮占生态系统氮总储量的 84 .4 % ,活体生物量占 15 .0 % ,凋落物层仅占 0 .6 %。结果表明季节雨林的氮主要分布在土壤中 ,而在生物量中只占很少部分。大气降水、林内穿透水、树干流及地表径流的氮含量分别为 0 .5 6 5、0 .82 8、0 .983和 1.0 4 2mg·dm-3 ,氮通量则分别为 8.89、10 .97、3.5 7、5 .95kg·hm-2 ·a-1。大气降水输入氮 8.89kg·hm-2 ·a-1,径流输出氮 5 .95kg·hm-2 ·a-1,收支平衡 (输入—输出 )为2 .94kg·hm-2 ·a-1。氮的生物循环 :吸收为 14 9.86kg·hm-2 ·a-1,存留为 6 9.30kg·hm-2 ·a-1,归还为 80 .5 6kg·hm-2 ·a-1,循环系数为 0 .5 4。结果表明未受干扰的季节雨林生态系统处于氮积累的状态 ,有利于该生态系统的稳定与持续发展。

锑的环境生物地球化学循环与效应研究展望

研究表明锑与铅和汞一样,是一个可长距离输送的全球性有毒元素;但锑的研究最近才引起国际社会的关注。与其它金属如汞、铅、镉和砷等相比,国际上锑的研究开展得相对较少。为了揭示锑的全球性污染程度、循环过程及其对生态环境的影响,急需开展深入研究。概述了前人在锑的环境生物地球化学循环和效应方面的研究成果,分析了存在的科学问题,凝练了进一步研究的方向、思路和方法,并指出我国西南地区是开展这一方向研究的理想区域,及在该地区开展深入研究的重要性。

植物在硅生物地球化学循环过程中的作用

硅是地球上重要的矿质元素,在许多生物地球化学过程中起着重要作用。传统认为硅的循环主要受岩石风化、矿物溶解和水体沉积的影响。实际上,植物在硅的生物地球化学循环中起着重要作用。植物体本身就是一个相当大的硅库,它们能以无定型硅(SiO2.nH2O)的形式积累硅,称作生物硅(BSi)、植硅石或蛋白石。陆地植物每年以BSi的形式固定约1.68×109～5.60×109t的硅,通过枯枝落叶返回到土壤中的BSi有92.5%被植物再吸收,7.5%进入土壤库。陆地植物从土壤BSi库吸收的硅量远超过从岩石风化释放吸收的硅量,植物-土壤内循环的有效性强烈地影响着陆地生态系统中的硅向河流和海洋的输送。在海洋中,硅藻通过吸收、溶解和沉积在很大程度上影响着海洋里的硅循环,硅藻每年固定的硅约为5.60×109～7.84×109t,同样,在向海底沉积的过程中,97%的BSi重新被硅藻吸收,每年只有1.43×108～2.55×108t(约3%)沉积到海底。可见,植物在陆地生态系统和水生生态系统硅的循环中均起着非常重要的作用,研究硅的全球生物地球化学循环时必须考虑到植物的作用。