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生物地球化学循环是地球系统物质循环的核心,是维系地表生态系统稳定和人类社会可持续发展的重要基础。然而,气候变化以及人类的过度干扰可能会显著改变表层地球系统中的生物地球化学循环过程,尤其是脆弱的喀斯特生态系统。特殊的多孔隙关键带结构也加速了喀斯特地区物质循环及其对外界环境变化的响应,影响了不同尺度的物质循环和生物地球化学过程。本研究主要综述了宏观尺度（气候变化）、中尺度（人类活动）和微观尺度（微生物活动）的环境变化对喀斯特地区生物地球化学循环的影响。结果表明多要素变化导致喀斯特地区物质循环受到强烈影响,气候变化、人类活动和微生物活动及其耦合关系对喀斯特地区生物地球化学循环的调控作用具有重要意义。最后,本研究强调了现有研究的局限性并指出未来研究的挑战与方向,即未来应从系统研究（如地球关键带）的视角出发,将多尺度观测－分析与综合模型集成研究并举,从而构建多源多尺度耦合的过程和系统模型,进而为阐明喀斯特系统的演变规律和动力学机制、实现喀斯特地区的生态保护和高质量发展提供理论基础。 相似文献
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陆地生态系统研究通常未考虑影响整个岩石风化层--土壤剖面的生物地球化学过程,而关键带科学则强调从冠层到基岩重新认识整个生态系统的结构和功能,在流域尺度上应该强调大气和植物之间、植物和土壤之间、小流域土壤和溪流之间物质和元素循环的相互联系等。植物碳固定及分配、从地表到基岩的土壤碳库分解和转化以及小流域碳迁移与平衡是碳生物地球化学循环的起始、周转和迁移过程的关键环节,应该加强流域尺度上从冠层到基岩的生态系统碳循环过程、机制及其生态功能研究。同位素技术具有指示、示踪和整合功能,通过δ13C自然示踪和人工标记技术,可以辅助解析碳生物地球化学过程与机制。 相似文献
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全球通向海洋的外流流域系统 (以下简称流域系统 )是全球陆地表层生态系统的重要组成部分 ,在全球陆地 -海洋物质能量循环中占据十分显著的位置。对流域系统环境变化的研究 ,在更深层次的全球变化研究中具有极其重要的科学意义。不同时间 -空间尺度流域系统环境变化的研究 ,不仅依赖与流域系统相关的历史文献记录和现代器测资料 ,还有必要从流域系统沉积记录的角度寻求更多、更丰富的区域和全球环境变化信息。(1)流域系统沉积记录的科学意义 :近年来 ,各种沉积记录 (深海沉积、黄土沉积、湖泊沉积、喀斯特沉积、海岸泻湖海湾沉积 )在全球变… 相似文献
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西南喀斯特流域碳酸盐岩的硫酸侵蚀与碳循环 总被引：49，自引：2，他引：47
流域化学侵蚀及其速率与流域生态和环境之间的关系是当前地表地球化学研究的重要前沿领域,其中碳酸盐岩的硫酸风化机制及其与区域碳循环的关系则是科学家们最为关注的科学问题.因此,近年通过研究西南喀斯特流域地表水地球化学对这一科学问题进行了研究,发现西南喀斯特地区河水一般含有较多的SO2-4,从化学计量学、SO2-4的δ34S和溶解无机碳(DIC)的δ13S分析发现,硫循环中形成的硫酸广泛参与了流域碳酸盐矿物的溶解和流域侵蚀:西南喀斯特流域碳酸盐岩的侵蚀速率为97 t/(km2?a),消耗CO2量为25 t/(km2?a).对乌江流域河水硫酸盐离子的硫同位素研究结果认为:参与流域侵蚀的硫酸主要来自煤系地层硫化物和矿床硫化物的氧化及大气酸沉降,分别对河水SO2-4的贡献为50%、27% 20.5%(其余2.5%的SO2-4为硫酸盐蒸发岩的溶解);硫酸风化碳酸盐岩向大气净释放CO2的总通量为8.2 t/(km2?a),依此计算西南喀斯特区域向大气释放CO2的通量为4.4×1012g/a,相当于每年西南碳酸盐岩风化消耗CO2总通量的33%.将乌江流域的研究结果对我国大陆碳酸盐岩分布区域进行相应计算发现,硫酸风化碳酸盐矿物向大气释放的CO2总通量为28×1012g/a,相当于全球硅酸盐风化消耗CO2量的26%.硫酸参与流域侵蚀改变了区域碳循环,人为过程可以通过释放酸沉降、矿业活动和土地利用等形式加速流域侵蚀和影响流域元素的生物地球化学循环. 相似文献
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目前对全球化学尤其是对生物地球化学循环的研究与更深入地了解,已进入一个关键阶段。 地球上生命世界的存在主要取决于该系统中的能流和物质循环——生物地球化学循环。它们影响着生命有机体的数量、质量及其生命活动、代谢速率与各种生态系统乃至整个生物圈的结构、功能、动态过程和生产 相似文献
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生态系统的碳循环过程和机制是全球变化生态学研究的前沿性科学问题。生态学代谢理论在个体水平的建立以及在微观生命系统和宏观生态系统的发展,为我们研究生态系统物质循环提供了新方法和新思路。本文回顾了生态学代谢理论的发展过程、理论形成,及其在生态学不同尺度研究中的应用进展;并在此基础上,着重探讨了代谢理论在海洋和陆地生态系统碳循环中的发展和应用;展望了代谢理论在全球生物地球化学循环中的应用前景。期望对这一问题的理论探讨能够对生态系统物质循环研究领域基础理论的发展起到推动作用。 相似文献
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边缘海浮游生态系统对生物泵的调控作用 总被引：1，自引：0，他引：1
海洋生物泵及其与碳循环关键生物地球化学研究是当今全球变化研究的前沿课题。边缘海是全球海洋的重要组分,在生态系统的物质循环、能量流动和气候调节中起着十分重要的调控作用,同时也是海洋生态系统和生物地球化学过程相互作用研究的热点和难点区域。针对"边缘海浮游生物群落结构如何调控生物泵效率"这一科学命题,归纳分析了浮游生态系统主要生物组分及其在碳循环和生物泵(颗粒有机碳输出)过程中的作用,总结了当前国内外相关研究进展和存在的问题。目前大多数的研究思路是将整个浮游生态系统看成黑箱模式,关注该生态系统某些方面的动态与生物泵效率的关系。最新研究表明,浮游生态系统对生物泵的调控并不是简单的线性关系,该系统内不同营养级间的碳流与颗粒有机碳输出的相关过程非常复杂。简单地利用浮游生物不同类群(含营养级)生物量和生产力等指标来阐明浮游生态系统结构和生物泵效率的耦合机制非常困难。针对当今存在的问题,提出从整个浮游生态系统入手,在研究生态系统群落组成和生物量(即各类群颗粒有机碳储库)的基础上,更加关注有机碳在不同营养级之间的转换过程及其速率,期望阐明影响生物泵效率的关键生物地球化学过程和机制,同时构建不同浮游生态系统的碳流传递过程和颗粒有机碳的输出模式,从而最终揭示浮游生物群落结构调控生物泵效率的问题。 相似文献
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《地球科学进展》2017,(9)
针对2016年度国家重点研发计划项目"喀斯特断陷盆地石漠化演变及综合治理技术与示范"之课题一"断陷盆地生态环境地质分异及石漠化演变机理",旨在揭示喀斯特断陷盆地碳、氮、钙、水在生态系统中的迁移规律,阐明生态系统演替和石漠化演变过程及驱动机制。为此,选择蒙自盆地南洞地下河流域和泸西小江喀斯特盆地流域石漠化治理示范区,在对岩性、地形、地貌、生态水文、植被、社会经济、气象、土壤等因子分异特征研究的基础上,利用径流小区定位观测、同位素技术、生态化学计量学和模型模拟预测等技术手段,定量刻画典型流域植被与水文过程的交互作用,确立流域生态需水关键期及需水量,明确植被生态水文耦合过程对碳、氮、钙、水等物质传输的影响,评价生态系统碳固持能力,获取影响生态系统演替和石漠化演变过程的关键控制因素,预测生态系统演替和石漠化演变趋势,进而为喀斯特断陷盆地石漠化区面向生态的水资源合理配置和生态功能恢复提供理论依据。 相似文献
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《地球科学进展》2020,(7)
稳定锶同位素(δ~(88/86)Sr)是近年来新兴的一种非传统稳定同位素,应用其示踪大陆风化过程与海洋锶循环已成为学术界一个研究热点。目前稳定锶同位素质谱测试精度可优于0.03‰,自然界不同地质体δ~(88/86)Sr的变化范围为-3.65‰～1.68‰。研究发现,流域风化过程中原生矿物的差异性溶解、次生矿物的形成与吸附作用、碳酸钙沉淀以及生物作用都会使得流体相δ~(88/86)Sr升高,而固体相δ~(88/86)Sr降低,从而导致稳定锶同位素在河流溶解态和颗粒态具有不同的地球化学行为。河流沉积物δ~(88/86)Sr随着风化强度的增强而降低,具有示踪流域化学风化强度的潜力。同时,当前亟需深入研究表生风化过程中稳定锶同位素的分馏机制及制约因素,这是运用河水δ~(88/86)Sr示踪流域化学风化的关键,也为深入理解全球海洋锶循环提供借鉴。 相似文献
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土壤圈在全球变化中的意义与研究内容 总被引：17，自引：0，他引：17
土壤圈是地圈系统的重要组成部分，它处于地圈系统，即气圈、水圈、生物圈与岩石圈的交界面，是最活跃、最富生命力的圈层。土壤圈的物质循环是全球变化中物质循环的重要内容，因此，研究土壤圈及其物质循环的结构与功能，对全球变化，特别对全球土壤变化有密切关系。土壤圈在全球土壤变化中的研究内容包括：土壤圈与地圈各圈层的物质循环；水土资源的时空变化；土壤肥力变化与农业持续发展，区域治理与环境建设等，这些都是全球土壤变化，特别是中国全球变化的主题，应引起高度重视。 相似文献
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Social Ecological System (SES) is the core and highlight of the global change research and sustainability science. Based on Science Citation Index Expanded Database and China National Knowledge Infrastructure, the situation of social ecological system research was analyzed via bibliometrics from 1980 to 2017. The results indicated that: ①The scientific outcomes of social ecological system research are increasing gradually. The developed countries have greatly contributed to it, such as, Sweden and the USA, the leading countries in this field, and Stockholm University is the dominant institution on publication of SES. Cooperation between countries (regions) and institutions is strengthening gradually. ② China is one of the frontier countries in the social ecological system research with a lower increasing speed, its international cooperation and the citation frequency of publications are relatively low, and its international influence should be strengthened in the future. ③ The research highlights are listed as follows: The synergy between social ecological system integrity and social development needs, the complexity and uncertainty of SES, the mechanism between social system and its environmental factors, etc. In addition, under the stress of human activity and global climate change, the research of response and feedback mechanism of SES and policy decision-making are one of the important topics of SES. 相似文献
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地质环境与生态环境雏论 总被引：1，自引：0，他引：1
生态环境是地质环境的“屏障”,对地质环境起着保护作用。当生态环境的森林植被遭受破坏或大气降水与气候条件发生变化时,将导致水土流失、地质灾害、土壤退化等一系列地质环境问题。另一方面,地质环境是生态环境的“载体”,对生态环境起着一定的控制作用。成土基岩是除自然地理气候条件外控制森林植被种属与空间分布的最重要因素。地质体特征与水文环境、地质背景与社会经济状况之间均存在着一定的依从联系。生态环境和地质环境是环境体系中的两个方面。生态环境的恶化将导致地质环境的脆弱,地质环境的自然属性控制着生态环境的基本状况。 相似文献
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Jianghua Wu 《Environmental Earth Sciences》2012,65(1):141-151
Peatlands contain approximately 25% of the total soil organic carbon, despite covering only 3% of earth’s land surface. The
ecological, hydrological and biogeochemical functions of peatlands are tightly coupled to climate. Therefore, both direct
human impacts and indirect effects of climate change can threaten the ecological function of peatlands through changes in
hydrology. However, little is known about how peatland ecosystems, and specifically their biogeochemistry, carbon cycling,
and development, may respond to climatic change. In this study, the Peat Accumulation Model was adapted to investigate the
response of peatland development and carbon cycling to climatic change through simulating changes in precipitation and temperature
at different stages of peatland development history. The warming and wetting were imposed on this system at 10,000 years since
its initialization (mid-development stage) and at 20,000 years since its initialization (late-development stage). Here, it
was revealed that peatlands can switch between carbon sinks and sources suddenly, but the extent to which the change takes
place depends on the developmental stage of peatland ecosystems. The simulation results for the late-development stage showed
that peatlands could function as carbon sources once warming and wetting was imposed but that peatland ecosystems during the
mid-development stage can still function as carbon sinks under warming and wetting conditions. Moreover, peatland ecosystems
have self-regulation capabilities so that they can go back to their normal ecological and biogeochemical functions under newly
stabilized climates. Also, it is the change in temperature that results in the fundamental change in peatland development
and carbon cycling. This study indicates that the response of peatland ecosystems to climate change is largely determined
by their developmental stages. 相似文献
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在全球环境变化研究中,土地利用和土地覆被动态研究是一个关键而迫切的课题。本文依据覆盖贵州省20世纪90年代末5 a时间间隔的陆地卫星数据资料,研究了土地利用变化的特征和空间分布规律,并通过土地利用转移矩阵揭示了各区域土地利用变化动态的转化过程;同时以生态系统服务功能衡量相应土地利用类型的相对生态价值,评价区域土地利用/土地覆被变化的生态效应。结果表明,在研究时段内,省内各区域退耕还林与毁林开荒并存,区域间有明显的差异,整体景观尚处于波动状态。在1995~2000年的土地利用变化中,由于旱地、有林地、灌木林地、中低覆盖度荒草地等土地利用类型相互间的频繁转换,各区域土地利用生态价值并未有明显的提高。 相似文献
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青海湖:研究地质微生物的天然实验室 总被引：1，自引：1，他引：0
青海湖位于青海省的东北部,是中国境内最大的内陆高原咸水湖泊。由于青藏高原的不均匀隆升,使这些湖泊形成了封闭的水系和地球化学物质循环特征。青海湖有限的几条供给河流的水化学受其所经过岩石的化学成分控制,而湖水的化学成分和物理化学特征则受补给水系的影响。湖泊的碳循环除受盆地周围风化搬运作用以外,主要碳源为湖泊以及周围的生物群落。青海湖水的物理化学特征本身由于受补给水源和深度的影响而具不均一性,并随季节温度的变化而发生调整。这些特征预示其独特的微生物生态系统和与之有关的碳循环和元素地球化学循环特征。丰富的铁、硫酸根、碳酸根和钙镁离子为其中嗜铁和嗜硫的微生物繁盛以及随后的矿化作用提供了有利的条件。藻类也具有很高的多样性并且不同种类具有明显的随季节或气温变化的特点。这些微生物活动会在湖泊沉积物中形成有机的和无机的生物标记化合物或矿物。进一步揭示这些生物标记化合物与局部环境的碳循环、元素循环、微生物生态以及相关环境变迁的关系将具有重要意义。 相似文献
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全球变化下土壤功能演变的响应和反馈 总被引：8，自引：0，他引：8
土壤过程是陆地生态系统过程的重要组成部分,对全球变化有响应和反馈作用。概述了国内外全球变化下的土壤功能演变过程的研究进展。样带的生态学对比结合长期试验的联网研究成为区域尺度的重要研究方法,同时广泛应用稳定性碳氮同位素分析和区域模型方法,对土壤碳氮循环的人文和自然元素综合驱动进行定量研究。未来对全球变化下土壤过程的研究重点是集成社会经济和生物物理过程的研究,加强土地利用变化驱动的定量描述,综合研究土壤碳氮循环和水循环交互作用,建立区域尺度的土壤碳氮循环模型,预测全球变化下土壤功能的演变和反馈,提出调控策略和措施。 相似文献
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The global coastal zone is characterized by high biological productivity and serves as an important channel through which materials are transferred from land to the open ocean, yet little is known how it will be affected by climate change. Here, we use Kaneohe Bay, Hawaii, a semi-enclosed subtropical embayment partially surrounded by a mountainous watershed and fed by river runoff as an example to explore the potential impact of climate change on the pelagic and benthic cycling of nitrogen. We employ a nine-compartment nitrogen cycle biogeochemical box model and perturb it with a set of four idealized climate scenarios. We find that hydrological changes play a dominant role in determining the ecosystem structure, while temperature changes are more important for the trophic state and stability of the ecosystem. The ecosystem stability against storm events does not significantly change under any scenario. The system remains autotrophic in the future; however, it becomes significantly less autotrophic under drier climate, while it turns slightly more autotrophic under wetter climate. These findings may have implications for other high island watershed and coastal ecosystems in the tropics and subtropics. 相似文献