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1.
《中国科学:地球科学》2019,(12)
微生物是驱动海洋元素循环的主体,在调节全球气候变化中起着重要作用.近半个世纪海洋研究的一个谜团就是"为什么有着一个相当于大气CO2碳总量的惰性溶解有机碳(Recalcitrant Dissolved Organic Carbon, RDOC)库在海洋中长期存在?".生物泵(Biological Pump, BP)和微食物环(Microbial Loop, ML)研究加深了我们对生物在海洋碳循环中作用的理解,但直到微型生物碳泵(Microbial Carbon Pump, MCP)理论的提出,才真正阐释了海洋惰性溶解有机碳来源和存储的生物地球化学机制. MCP是由微型生物介导的溶解有机碳(非沉降)转化和迁移的海洋储碳新机制,提出了RDOC产生的3个重要途径:(1)微型生物特别是异氧细菌和古菌在有机质降解代谢过程中改造并分泌RDOC;(2)病毒颗粒裂解宿主导致细胞的死亡并释放RDOC;(3)原生动物等捕食者摄食微型生物并释放RDOC. MCP揭示了海洋RDOC的惰性机制,定义了两类RDOC组分(RDOCc和RDOCt),为调节气候和改善生态环境提供了可验证的理论.为纪念中国科学家在海洋碳循环领域的突出贡献,文章在回顾海洋微型生物与碳循环相关研究基础上,系统总结并讨论了MCP理论提出以来中国在此领域的国际引领地位和影响力,并展望了未来研究的方向. 相似文献
2.
《中国科学:地球科学》2018,(11)
海洋中最重要的两种生物储碳机制,包括生物泵和微型生物碳泵,其中后者在中国海中的定量估算和模拟的相关研究还未见报道.文章以南海为研究区域,构建了一个包含MCP过程的物理-生态系统耦合海洋模型.模型结果显示,南海整体平均的MCP储碳率为1.55mg C m~(-2)d~(-1);如果取1000m深的颗粒物输出通量作为BP的估计,模型估算的MCP:BP比例约为1:6.08.在此基础上,用该模型预测未来南海海表增温2个典型场景下南海生态系统,特别是MCP和BP储碳过程的响应.模拟结果表明,增强的海表层化会造成输入表层的营养盐减少,进而导致硅藻生物量和生产力的降低,最终抑制BP的储碳率.然而,在这些场景下,由于超微型浮游生物的生产力增加,反而有利于细菌活动,部分补偿生产力的降低,造成MCP对于全球变暖的响应具有非线性的特征.总体而言, MCP:BP比例在两个场景下都有所增加,特别是在4℃增暖的场景下增加至1:5.95,表明在全球变暖的大背景下,未来海洋中MCP碳储的重要性将更加突出. 相似文献
3.
《中国科学:地球科学》2016,(1)
海洋微型生物是海洋生物地球化学循环的主要驱动者,也是海洋能量代谢的主要参与者,在海洋生态系统中发挥着举足轻重的作用.好氧不产氧光合异养细菌(AAPB)是海洋中一类重要的功能类群,在海洋中广泛分布,它们可以利用光能补充自身的能量代谢,在海洋碳循环中发挥着重要而特殊的作用.在21世纪初,由于微型生物显微荧光定量方法的弊端,人们对于AAPB分布规律的认识存在着一定的偏差."时间序列红外荧光显微数字化方法"(TIREM)的建立,修正了AAPB定量偏差,揭示了海洋中AAPB分布的真正规律.之后,对AAPB生态分布调控因素的进一步研究表明:相对于光照,溶解有机碳(DOC)对AAPB绝对丰度和相对丰度的影响更重要.此认识推翻了"AAPB通过利用光能就可以赢得与普通异养细菌竞争"这一"想当然"的理论推测.而对AAPB碳源利用特点的研究表明,此功能类群具有重要的碳分馏作用,即AAPB在碳代谢过程中,部分碳源并非简单的沿着传统生物泵方向传递.在此基础上的海洋微型生物与DOC相互作用关系研究,最终导致海洋储碳新机制—微型生物碳泵(MCP)的提出,它解释了海洋中巨大溶解有机碳库存在的原因和机制,实现了海洋储碳机制理论上的新突破. 相似文献
4.
土壤微生物碳泵储碳机制概论 总被引：8，自引：0，他引：8
《中国科学:地球科学》2021,(5)
土壤有机碳储量高于大气和陆地植被碳的总和,是一个巨大的陆地碳库.土壤碳库收支的微小波动势必影响区域碳通量和全球气候变化.土壤有机碳是土壤储碳机制的核心要素,探究土壤有机碳的组成、来源和稳定性机制是深入认识陆地碳汇功能和应对气候变化的关键.近年来提出的土壤微生物碳泵(microbial carbon pump,MCP)概念强调了土壤微生物同化合成产物是土壤稳定有机碳库的重要贡献者,其概念体系可以较好地阐释土壤有机碳的来源、形成与截获过程.本文以微生物介导的土壤有机碳转化过程为主线,详细阐述了土壤MCP介导的储碳机制及其影响因素,并展望了该机制驱动下可给予关注的代表性科学问题. 相似文献
5.
海洋是地球上最大的活跃碳库,对调节气候变化发挥着无可替代的作用.文章从全球气候变化的视角,厘清"蓝碳""海洋碳汇""海洋负排放"等概念的科学内涵和实用意义,回顾我国在海洋生物储碳过程机制方面的科学成就及其对该领域国际发展趋势的影响,展望我国领衔海洋负排放国际大科学计划、积极参与全球治理、支撑碳中和战略的前景. 相似文献
6.
南海是西太平洋最大的半封闭型边缘海,也是受东亚季风强烈影响的海区.叶绿素、初级生产力和输出生产力等重要生物地球化学指标都具有显著的季节性变化.而溶解有机碳(DOC),尤其是具有不同生物可利用性组分的源汇变化研究则相对较少.本研究利用物理-生物地球化学耦合模式定量评估了活性、半活性和惰性DOC的季节性生产速率,分析了南海有机物时空变化的动力机制及其收支平衡.模拟结果显示三类DOC的生产均与浮游植物初级生产力(NPP)高度相关.在海盆内部,DOC生产及NPP在冬季最高,夏季较低.而在北部近岸区域,珠江径流变化控制了NPP与DOC生产,夏季高,冬季低.在东北部的吕宋海峡西侧,黑潮入侵引起的锋面过程造成了高的冬季DOC产率.在西南部的越南岸外,夏季上升流与冬季混合都促进DOC生产.惰性DOC生产对海洋碳封存的贡献不可忽视,其年平均产率为(1.8±0.5)mg C m?2d?1,相当于1000m水层颗粒有机碳输出通量的26%. 相似文献
7.
张传伦 《中国科学:地球科学》2018,(6)
"微型生物碳泵"的核心是依赖于微型生物的生物学过程把容易被利用的活性溶解有机碳(DOC)或可被缓慢降解的半活性DOC转化为难以被降解或利用的RDOC.该理论为海洋生物地球化学研究提供了新的视角和思路并得到国际同行的一致认可. 相似文献
8.
《中国科学:地球科学》2017,(4)
海洋是地球上最大的碳库,发挥着全球气候变化"缓冲器"的作用.蓝色碳汇,简称"蓝碳",即由海洋生态系统捕获的碳(主要是有机碳),是海洋储碳的重要机制之一.蓝碳最初认识的形式是可见的海岸带植物固碳.其实之前没有得到足够重视的、看不见的微型生物(浮游植物、细菌、古菌、病毒、原生动物)占海洋生物量9 0%以上,是蓝碳的主要贡献者.中国陆架边缘海占国土总面积的1/3,碳汇潜力巨大,亟待研发.本文以近海生态系统碳汇过程、调控机制及增汇模式为主线,论述了近海生态系统结构与碳循环功能特征、碳汇形成过程与机理,并结合近海碳汇在沉积记录中的地史过程演变探讨了自然过程和人类活动对碳汇的可能影响,展望了碳汇工程在增加近海海洋储碳能力方面的应用前景. 相似文献
9.
实施海洋负排放践行碳中和战略 总被引：1，自引：0，他引：1
焦念志 刘纪化 石拓 张传伦 张永雨 郑强 陈泉睿 汤凯 王誉泽 董海良 唐剑武 叶思源 董双林 高坤山 张继红 薛强 李琦 贺志理 屠奇超 王法明 黄小平 白雁 潘德炉 《中国科学:地球科学》2021,(4):632-643
碳中和是应对气候变化的必由之路,海洋负排放是实现碳中和的重要途径.文章提出海洋负排放相关的八个基本路径,包括陆海统筹减排增汇、海洋缺氧酸化环境减排增汇、滨海湿地减排增汇、养殖环境减排增汇、珊瑚礁生态系统减排增汇、海洋地质碳封存、海洋碳汇核查技术体系,以及海洋碳汇交易体系和量化生态补偿机制等;旨在抛砖引玉,引发研讨、推动研发,不断细化和完善海洋负排放方案,为落实碳中和国家战略提供科技支撑. 相似文献
10.
《中国科学:地球科学》2017,(12)
埃迪卡拉纪(635~541Ma)记录了地质历史上最大的全球碳循环扰动事件(即"Shuram Excursion"事件,简称SE事件).在约25~50个百万年的时间里,全球海水无机碳同位素组成持续负偏,最大负偏至–12‰.这一碳同位素负偏被认为是当时古海洋中存在的超大型溶解有机碳库被完全氧化或空间差异性氧化的结果,同时也被认为是古海洋微型生物碳泵强烈储碳而形成超大型溶解有机碳库的关键证据.随着研究的深入,这一认识受到了挑战,新假说认为陆源沉积老碳的氧化或古海洋海底释放的富烃流体的氧化同样可以导致这一碳循环扰动事件.为解决这一争论,本文基于碳循环质量平衡原理对上述各种假说进行了数值模拟与评估,结果表明:(1)在给定的埃迪卡拉纪大气氧水平下(≤40%目前大气氧水平),全球规模的陆源有机碳氧化假说和溶解有机碳完全氧化假说受限于氧化剂,大气氧将分别在4Myr和6Myr内消耗殆尽,难以在长时间尺度上形成全球规模的–12‰碳同位素负偏信号;(2)全球范围内的富烃流体氧化假说由于对参加反应的流体烃类的需求量过大也面临挑战;(3)全球海洋溶解有机碳库的空间差异性氧化(部分氧化)假说所要求的DOC库部分氧化(50%)所需的氧化剂和DOC总量都具有可行性. 相似文献
11.
湖泊沉积物碳库作为湖泊生态系统的重要组成部分,对湖泊碳循环起重要作用,而蓝藻水华衰亡过程对湖泊碳库稳定性影响研究较少本研究采集太湖蓝藻、湖水、沉积物样品,建立蓝藻水沉积物室内模拟实验系统,分析蓝藻水华衰亡过程中沉积物碳库易氧化有机碳(EOC)、惰性有机碳(ROC)、微生物量碳(MBC)、轻组有机碳(LFOC)和重组有机碳(HFOC)的变化规律,探究蓝藻水华衰亡过程对湖泊碳库稳定性的影响结果表明,蓝藻水华衰亡前期(1～9天),ROC缓慢下降,EOC和LFOC快速下降,MBC有所增加;衰亡中期(10～45天),沉积物TOC和ROC含量升高;衰亡末期(46～63天),HFOC和ROC等稳定有机碳进入一个从缓慢分解逐渐趋于稳定的阶段周期性的蓝藻水华暴发、衰亡和湖泊稳定性有机碳的日渐累积,最终会对沉积物碳库有机碳组分及其稳定造成显著影响. 相似文献
12.
《中国科学:地球科学》2017,(3)
海洋储碳机制及区域碳氮硫循环耦合对全球变化的响应是全球变化及应对领域的关键研究主题之一,分析了全球变化过程中海洋储碳需要解决的4大前沿科学问题、需要重点开展的4项海洋储碳研究以及未来可能的突破点. 相似文献
13.
伊迪卡拉纪以地史上最突出的同位素负异常和重大的生物演化为重要特征. 迄今华南伊迪卡拉纪至少已报道了4个显著的同位素负向漂移. 以往多数研究认为这些同位素变化可做为这个时期全球地层对比的工具, 而近年的研究表明可能并非如此. 本文核查了华南各地伊迪卡拉系取得的碳同位素分析数据, 并分两个不同时期在古地理图上投点, 发现在同一时期不同沉积环境背景下碳同位素值(δ13C)空间分布变化很大, 但均显示出从浅水台地到深水盆地相区由正变负的明显趋势, 变化幅度高达11‰. 在纵向分布上, 重要新生物类群或生态类型的出现往往发生在碳同位素由负异常向正偏转折期, 在正偏期明显丰富多样. 如果碳同位素负偏移反映了海洋巨大溶解有机碳库的氧化过程, 则碳同位素正偏期的生物群快速发展和显著负异常可能代表了有氧和缺氧/富硫两种完全不同的环境条件. 我们认为黄铁矿或硫化物的大量析出对海洋富硫状态解除有重要贡献, 而后者可能是促进伊迪卡拉生物群演化的重要环境因素之一. 相似文献
14.
海岸带蓝碳广义上指盐沼湿地、红树林和海草床等海岸带高等植物以及浮游植物、藻类和贝类生物等,在自身生长和微生物的共同作用下,将大气中的CO_2吸收、转化并长期保存到海岸带底泥中的这部分碳,以及其中一部分从海岸带向近海及大洋输出的有机碳.海岸带蓝碳单位面积的固碳能力远大于陆地碳库.盐沼湿地、红树林、海草床、渔业碳汇和微型生物碳泵等5类海岸带碳汇需要进一步研究其固碳机理和调控因子.海岸带蓝碳的定量研究方法包括碳收支的监测、模拟实验和模型研究.我们可以通过恢复、保护和增加这些碳汇来获取新增碳汇,从而得到碳积分,进而通过市场机制推动生态保护和恢复.针对全球应对气候变化的迫切需求以及中国固碳减排的承诺,我们应加强海岸带蓝碳的科学和政策研究.利用蓝碳原理,保护和恢复盐沼湿地、红树林、海草床,增进微型生物碳泵的储碳功能,并建设可持续性海洋牧场等重要海岸带生态系统. 相似文献
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海岸带蓝碳研究及其展望 总被引：2，自引：0，他引：2
《中国科学:地球科学》2015,(11)
海岸带蓝碳是海洋碳汇的重要组成部分,在应对全球气候变化中具有十分重要的作用.通过系统调研,综述了海岸带蓝碳的组成、碳通量及其影响因素.针对海岸带蓝碳组成,重点阐述了红树林、盐沼和海草床这三种海岸带地区最具固碳效率生态系统的有机碳捕获与埋藏特征.在此基础上,从海岸带地区的水-气、土-气、地下水(孔隙水)向上交换的垂直界面,以及河口-(潮滩)湿地-近海的陆海水平界面两个维度分析了海岸带系统中不同形态碳的交换、输送过程及其通量,探讨了海岸带碳库收支对全球碳循环的影响.同时,结合海岸带人类活动特点以及对气候变化的响应规律,提出当前中国海岸带地区的蓝碳和碳汇功能正在经受着新一轮沿海土地开发、流域筑坝建库、近海富营养化及海平面上升等系列复杂因素的剧烈作用.因此,要充分结合中国海岸带地区的自然与社会属性特点,以陆海统筹为指导,进一步深化海岸带蓝碳研究,提高对不同区域及海岸带类型的固碳效率、碳库总量和生物地球化学循环过程的认识,建立和完善固碳增汇技术体系,构建海岸带蓝碳系统的综合观测网络与管理平台,服务于中国海岸带地区的蓝碳保护和生态文明建设. 相似文献
17.
河流及水库等水生态系统中的溶解性无机碳(DIC)是全球碳循环与大气、陆地和海洋之间碳相互作用的重要组成部分.以澜沧江云南段上游天然河段及下游梯级水库群形成的连续体为研究对象,分析了河库连续体表层水体中水化学特征、溶解性无机碳浓度及其碳同位素时空分布特征.研究结果表明:河库连续体水体中溶解无机碳(DIC)及其同位素(δ13 C DIC)组成特征总体表现为:DIC浓度丰水期较低,枯水期较高,平均值分别为2.59±0.44和3.30±0.37 mmol/L;δ13 C DIC值丰水期偏负、枯水期偏正,平均值分别为-8.52‰±0.38‰和-6.95‰±0.53‰,与自然河流的季节变化特征相似.水体DIC来源主要包括土壤及水体有机质分解生成的CO 2、碳酸盐风化和水气界面CO 2的交换过程.澜沧江河库连续体中DIC浓度及δ13 C DIC组成的时空异质性特征与流域岩性、土壤生物地球化学过程以及微生物活动强度等均有较大关系.当前,澜沧江梯级水库群建库时间短,梯级联合运行下调度复杂,水文条件多变,梯级水库对河流重要生源要素——碳累积影响方面的“水库效应”还不明显. 相似文献
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滇东湖泊水生植物和浮游生物碳、氮稳定同位素与元素组成特征 总被引：3，自引：2，他引：1
稳定同位素示踪方法是研究生态系统组成与功能的重要手段,有助于认识湖泊食物网的基本组成与生物地球化学循环的主要过程.本研究选择了云南省东部地区营养水平不同的10个湖泊,开展了高等水生植物(沉水植物、漂浮植物)、浮游植物与浮游动物的空间调查,分析了不同生物在碳、氮稳定同位素信号与元素组成上的分布模式.在碳稳定同位素信号的分布上,漂浮植物在4种生物类型中最为偏负且变化幅度最小,为-28.99‰±0.86‰;浮游动物碳稳定同位素(-20.85‰±2.70‰)的分布特征与浮游植物(-21.88‰±2.97‰)显著相似;而沉水植物的碳稳定同位素显著偏正且变化范围较大,平均值为-12.04‰±4.57‰.结果表明,碳源及其传输途径的差异是导致湖泊生物体内碳同位素信号不同的主要驱动过程.在氮稳定同位素信号上,同为初级生产者的沉水植物(5.43‰±5.84‰)、漂浮植物(5.58‰±7.38‰)与浮游植物(7.26‰±3.83‰)较为相似,而浮游动物氮同位素信号(11.02‰±3.18‰)显著高于浮游植物且平均富集约3.46‰,反映了湖泊生物随着营养级的增加出现较为明显的同位素分馏效应.在空间分布上,湖泊生物碳同位素信号受到水温、水深等因素的明显影响,氮同位素信号则随湖泊营养水平的增加而逐渐偏正.与长江中下游等地区相比,云南湖泊生物的碳、氮元素含量总体偏高;同时,代表内源有机质组分的水生植物和浮游生物C/N质量比值都小于20.因此,本研究揭示的生物碳、氮同位素信号与元素组成特征可为评价高原湖泊食物网组成与生物地球化学循环提供重要的科学依据. 相似文献
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南海颗粒有机碳通量的垂向变化及早期降解作用的标志物 总被引：8，自引：1，他引：7
南海不同水层的颗粒有机碳通量与表层沉积物有机碳积累率的对比 ,以及氨基酸、氨基糖、糖类物质的组成变化表明 ,南海水柱中的颗粒有机碳主要来源于近期生长的海洋浮游生物 ,仅有 1.4%～ 1.6 %初级生产力产生的有机碳进入深海水柱 ,而在深海盆地沉积物中积累的有机碳仅占初级生产力的 0 .2 2 %以下 .颗粒有机物通量与组成改变主要发生在表层数百米以及底层海水与沉积物界面之间 ,而在中下水层变化较小 . (TAA+TSUG)OC ,AA/AS ,Gluam/Galam ,Arom .AA/Non Prot.AA ,ASP/b ALA ,GLU/g ABA等指标在颗粒物沉积过程中逐渐减少 ,指示了有机物质的早期降解作用 相似文献