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澳大利亚大堡礁海域近15万年沉积记录及古气候演化

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地学前缘 2014年第2期21卷 323-330页

作者：肖海漪廖立兵季峻峰蒋宏忱中国地质大学(北京)材料科学与工程学院北京100083 南京大学地球科学与工程学院江苏南京210046 中国地质大学(武汉)生物地质与环境地质国家重点实验室湖北武汉430074

对IODP325航次M0058A沉积岩心柱的矿物学和地球化学特征进行了详细研究，并将其与南极Vostok冰心各古气候阶段进行对比。结果表明，澳大利亚大堡礁海域海平面变化对南极冰盖增加或消融变化响应敏感。末次冰期发生之前为暖期，即Vostok冰... 详细信息

对IODP325航次M0058A沉积岩心柱的矿物学和地球化学特征进行了详细研究，并将其与南极Vostok冰心各古气候阶段进行对比。结果表明，澳大利亚大堡礁海域海平面变化对南极冰盖增加或消融变化响应敏感。末次冰期发生之前为暖期，即Vostok冰心G阶段（140～116kaBP），冰川融化，海平面较高。沉积物红度增高，说明该时期大堡礁海域及沿岸温度较高，降雨量及其导致的入海径流较大，随之入海的石英等矿物也增多，形成较低的碳酸盐／石英含量比值；随着全球气候进入末次冰期（对应于Vostok冰心F、E、D、C和B阶段），尽管也有冷暖变化，但整体上，大堡礁海域海平面较低。在F和E阶段（116~73kaBP），沉积物红度较低，陆源输入较少，大堡礁海域海洋古生产力较低，导致沉积物有机质含量较低；在D阶段（73～58kaBP），大堡礁海域沿岸为冷干期，海平面也较低，该时期M0058A沉积岩心主要由砂构成；在C阶段（58～30kaBP），大堡礁海域降雨转多、气候较为湿润，但碳酸盐／石英含量比值较低，陆源输入物质较多，或导致了较高的海洋古生产力，从而形成沉积物高有机碳含量；在B阶段（30～13kaBP），沉积物红度较高，陆源的营养物质较多，导致总有机碳水平较高。但大量的陆源砂质物质输入，导致了碳酸盐／石英比值较低；在A阶段，末次冰期结束，全球进入末次冰后期，气温逐渐增高，冰川融化，降水增多，海平面增高，陆源营养物质增多，导致沉积红度增高、有机质含量增加。同时海平面增高，大堡礁海域水深增加，岩心M0058A所在的位置远离海岸，水动力水平较低，利于碳酸盐沉淀、不利于石英等陆源物质运移，导致该处的碳酸盐／石英比值增高。上述研究结果为全面评价末次冰期以来大堡礁海域气候环境变化提供了数据基础。

关键词：大堡礁碳酸盐石英有机质红度

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湖泊微生物硝化过程研究进展

微生物学报 2020年第6期60卷 1148-1161页

作者：孙小溪蒋宏忱中国地质大学(武汉) 生物地质与环境地质国家重点实验室湖北武汉430074

湖泊中微生物介导的硝化作用在生境内部氮周转和温室气体N2O释放方面扮演着关键的角色。因此,研究湖泊微生物硝化过程及速率有助于我们整体评估湖泊生境内部的氮循环状态,全面认识湖泊响应区域乃至全球气候变化的规律。本文综述了湖泊... 详细信息

湖泊中微生物介导的硝化作用在生境内部氮周转和温室气体N2O释放方面扮演着关键的角色。因此,研究湖泊微生物硝化过程及速率有助于我们整体评估湖泊生境内部的氮循环状态,全面认识湖泊响应区域乃至全球气候变化的规律。本文综述了湖泊生境中硝化过程及其驱动微生物和影响因素,包括氨氧化过程、亚硝酸盐氧化过程和完全氨氧化过程,同时聚焦前沿,归纳了氨氧化古菌、氨氧化细菌和完全氨氧化菌产生N2O的机制和相对贡献。最后对湖泊硝化过程研究现状和未来发展方向提出总结和展望。

关键词：湖泊微生物硝化 N2O 影响因素

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热泉中驱动碳循环的微生物研究进展

地球科学 2018年第A01期43卷 31-41页

作者：张艳敏吴耿蒋宏忱中国地质大学生物地质与环境地质国家重点实验室湖北武汉430074

微生物驱动的碳循环是热泉生境各元素生物地球化学循环的核心部分.研究热泉生境驱动碳循环微生物及其代谢机制,既有助于揭示地球早期生命起源与演化、探讨地外生命,又具有重大的生物工程应用意义.综合阐述了热泉生态系统驱动碳循环的功... 详细信息

微生物驱动的碳循环是热泉生境各元素生物地球化学循环的核心部分.研究热泉生境驱动碳循环微生物及其代谢机制,既有助于揭示地球早期生命起源与演化、探讨地外生命,又具有重大的生物工程应用意义.综合阐述了热泉生态系统驱动碳循环的功能微生物在系统发育学上的分布、功能基因的相对丰度和活性、功能群与环境因子(如温度、pH)的响应关系,旨在了解热泉中驱动碳循环微生物的研究现状并为其后续研究提供理论基础.

关键词：热泉微生物碳循环功能环境条件生物地球化学

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湖泊微生物反硝化过程及速率研究进展

微生物学报 2020年第6期60卷 1162-1176页

作者：孙小溪蒋宏忱中国地质大学(武汉) 生物地质与环境地质国家重点实验室湖北武汉430074

湖泊中微生物介导的反硝化过程对于区域乃至全球的气候环境变化有着深远的影响。因此,研究湖泊微生物反硝化过程及速率有助于我们深刻理解湖泊氮元素生物地球化学循环规律,全面认识湖泊生境对全球氮循环的贡献。本文综述了湖泊生境中反... 详细信息

湖泊中微生物介导的反硝化过程对于区域乃至全球的气候环境变化有着深远的影响。因此,研究湖泊微生物反硝化过程及速率有助于我们深刻理解湖泊氮元素生物地球化学循环规律,全面认识湖泊生境对全球氮循环的贡献。本文综述了湖泊生境中反硝化过程(包括典型的反硝化过程及与其他物质循环耦合的反硝化过程,如与有机氮耦合的共反硝化作用、与碳循环耦合的硝酸盐/亚硝酸盐依赖型厌氧甲烷氧化、与铁循环耦合的硝酸盐依赖型铁氧化、与硫循环耦合的硝酸盐还原硫氧化)的速率、驱动微生物及其影响因素。最后对湖泊反硝化过程研究现状和未来发展方向提出总结与展望。

关键词：湖泊微生物反硝化速率影响因素

BIFs的形成及其铁氧化机制研究进展与展望

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地学前缘 2023年第2期30卷 333-346页

作者：黄柳琴李林鑫蒋宏忱中国地质大学(武汉)生物地质与环境地质国家重点实验室湖北武汉430074

条带状铁建造(banded iron formations, BIFs)是早前寒武纪(3.8~1.8 Ga)缺氧古海洋中大规模Fe(Ⅱ)氧化形成的一类富铁沉积岩,具有典型的硅质层与铁质层互层的条带状或层状结构,形成的铁矿物主要以磁铁矿和赤铁矿为主。BIFs构成了全球规... 详细信息

条带状铁建造(banded iron formations, BIFs)是早前寒武纪(3.8~1.8 Ga)缺氧古海洋中大规模Fe(Ⅱ)氧化形成的一类富铁沉积岩,具有典型的硅质层与铁质层互层的条带状或层状结构,形成的铁矿物主要以磁铁矿和赤铁矿为主。BIFs构成了全球规模最大、储量最多的铁矿类型,具有重大的经济价值。BIFs也是地球环境与生命协同演化的产物,是研究早期地球许多重大演化事件(如大氧化事件)独特的载体。然而,由于早前寒武古海洋环境和沉积条件的独特性,尽管经过了近百年的研究,BIFs成因仍存在许多未解之谜。其中,最关键的科学问题莫过于溶解态Fe(Ⅱ)如何在缺氧古海洋中大量氧化形成特定的铁矿物组合。本文首先概述了BIFs类型、物质组成及来源,以及沉积条件等基本信息;然后从BIFs特殊的沉积环境入手,综述了前人提出的Fe(Ⅱ)氧化机理及存在的一些问题,讨论了微生物驱动下的氮元素生物地球化学循环对Fe(Ⅱ)氧化及BIFs形成的贡献及相关研究进展,最后对BIFs成因研究提出了展望。

关键词：条带状铁建造生物成因铁氧化机制氮循环耦合的铁氧化过程

多重环境因素对Fe^(2+)作用下化学反硝化去除亚硝的影响

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地球科学 2024年第8期49卷 2891-2900页

作者：李林鑫蒋宏忱黄柳琴中国地质大学生物地质与环境地质国家重点实验室湖北武汉430074

为了提高以Fe^(2+)作为还原剂的NO_(2)^(-)去除工艺在实际应用中的效率,设计了外源阴离子、Fe^(2+)浓度以及反应温度3个环境因素来探明其对Fe^(2+)化学还原NO_(2)^(-)过程的影响.结果表明,虽然提高Fe^(2+)浓度可以明显促进NO_(2)^(-)厂... 详细信息

为了提高以Fe^(2+)作为还原剂的NO_(2)^(-)去除工艺在实际应用中的效率,设计了外源阴离子、Fe^(2+)浓度以及反应温度3个环境因素来探明其对Fe^(2+)化学还原NO_(2)^(-)过程的影响.结果表明,虽然提高Fe^(2+)浓度可以明显促进NO_(2)^(-)厂的去除速率,但同时降低了Fe^(2+)的利用率,除此以外,升高温度和添加HCO_(3)^(-)/CO_(3)^(2-)都可以提高NO_(2)^(-)去除速率和程度.另外铁氧化所形成的副产物类型也受到温度和HCO_(3)^(-)的调控,温度在55℃以下(30℃,40℃)时铁氧化产物以纤铁矿和针铁矿为主,温度高于55℃时铁氧化产生磁铁矿.而在HCO_(3)^(-)体系中,磁铁矿可以在更低温度(40℃)条件下形成.这些发现对改进Fe^(2+)作用下的化学反硝化应用模式和副产物的二次处理利用提供了实验参考,为推动其在实际工程中应用提供了理论依据.

关键词：亚硝酸盐污染铁氧化化学反硝化高温磁铁矿

地热生境中硫循环微生物研究进展——对早期地球生命过程的启示

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地学前缘 2023年第2期30卷 479-494页

作者：马力谢逸豪吴耿蒋宏忱中国地质大学(北京)海洋学院北京100083 中国地质大学(武汉)生物地质与环境地质国家重点实验室湖北武汉430074

地热生境具有高温、缺氧等特点,与早期地球环境条件相似。因此,现代地热生境中嗜热菌可作为研究对象用来探讨地球早期生命与环境协同演化过程。微生物介导的硫循环过程是早期地球主要的生物地球化学过程之一。因此,研究地热生境微生物... 详细信息

地热生境具有高温、缺氧等特点,与早期地球环境条件相似。因此,现代地热生境中嗜热菌可作为研究对象用来探讨地球早期生命与环境协同演化过程。微生物介导的硫循环过程是早期地球主要的生物地球化学过程之一。因此,研究地热生境微生物介导的硫循环及其耦合的相关元素循环过程,有助于我们理解早期地球硫元素生物地球化学循环过程及其环境效应。本文综述了地热生境中硫循环微生物多样性特征及其影响因素,以及与硫循耦合的碳、氮、铁循环的微生物过程;结合地球早期的环境条件以及对应的地层中的同位素地质记录,探讨了地球早期微生物介导的硫循环过程可能产生的环境效应,为研究早期地球微生物介导的硫循环与环境的协同演化过程提出展望。

关键词：地热生境硫循环太古宙微生物环境效应

青藏高原北部湖泊表层沉积物参与卡尔文循环的固碳基因多样性及其影响因素

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地球科学 2018年第A01期43卷 19-30页

作者：唐阳刘永超杨渐蒋宏忱中国地质大学生物地质与环境地质国家重点实验室湖北武汉430074

研究青藏高原北部湖泊表层沉积物参与卡尔文循环固碳基因多样性及其对盐度的响应.采用构建克隆文库、聚合酶链式反应、rbcL基因系统发育分析等方法,研究青藏高原6个典型湖泊(洱海、青海湖、托素湖、尕海、小柴旦湖、茶卡盐湖)表层沉积... 详细信息

研究青藏高原北部湖泊表层沉积物参与卡尔文循环固碳基因多样性及其对盐度的响应.采用构建克隆文库、聚合酶链式反应、rbcL基因系统发育分析等方法,研究青藏高原6个典型湖泊(洱海、青海湖、托素湖、尕海、小柴旦湖、茶卡盐湖)表层沉积物微生物rbcL基因多样性,揭示不同湖泊中固碳微生物种群构成,同时初步分析各个湖泊中固碳微生物种群组成与环境参数的关系.结果显示:所有表层沉积物样品中固碳微生物共分3个门,即:变形菌门(Proteobacteria)、蓝藻门(Cyanobacteria)和绿藻门(Chlorophyta),分属于以下8个纲:Acidithiobacillia、α-Proteobacteria、β-Proteobacteria、γ-Proteobacteria、Chroococcidiopsidales、Oscillatoriophycideae、Synechococcales和Chlorophyceae.其具体分布情况有较大差异,从整体上分为3大类:在淡水湖泊(洱海)中,Synechococcales纲是主要固碳菌群,相对丰度为71.32%;在咸水湖泊(青海湖、托素湖)中,β-Proteobacteria纲、Synechococcale纲和Oscillatoriophycideae纲是主要固碳菌群,相对丰度分别是36.20%、23.47%和22.02%;在超盐湖泊(尕海、小柴旦湖、茶卡盐湖)中,Acidithiobacillia纲和Chlorophyceae纲是主要固碳菌群,相对丰度分别是53.33%和30.40%. Mantel检验结果显示,固碳微生物群落分布与盐度、溶解有机碳(DOC)、总磷、总氮、溶解无机碳(DIC)、pH及叶绿素a浓度存在显著的相关关系(P <0.05).ABT进一步分析显示,总磷对微生物群落的影响强度最大,相对影响强度百分比是20.04%.其次是盐度,相对影响强度百分比是16.81%.变形菌门(主要为Acidithiobacillia)和Synechococcale纲是青藏高原北部表层沉积物主要固碳微生物.不同盐度环境中的固碳微生物群落组成差异较大,盐度相似的环境中固碳微生物群落组成相似.因此,盐度和总磷是影响湖泊固碳微生物群落分布的主要因素.

关键词：青藏高原湖泊盐度固碳微生物 rbcL基因环境地质

近百年来我国西南地区酸沉降背景下湖泊环境变化——来自四面山龙潭湖沉积硅藻证据

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湖泊科学 2021年第6期33卷 1940-1950页

作者：管锡东蒋宏忱姜颖陈旭中国地质大学(武汉)生物地质与环境地质国家重点实验室武汉430078 中国地质大学(武汉)地理与信息工程学院武汉430078 中国科学院武汉植物园公共实验平台武汉430074

大气酸沉降会导致地表水体酸化和富营养化,同时气候变暖也会影响湖泊水体环境,湖泊生态系统如何响应二者相互作用是全球变化研究的热点之一.我国西南地区是全球酸沉降负荷最高的地区之一,然而目前对酸沉降影响下地表水环境变化规律知之... 详细信息

大气酸沉降会导致地表水体酸化和富营养化,同时气候变暖也会影响湖泊水体环境,湖泊生态系统如何响应二者相互作用是全球变化研究的热点之一.我国西南地区是全球酸沉降负荷最高的地区之一,然而目前对酸沉降影响下地表水环境变化规律知之甚少.本文以重庆四面山龙潭湖为研究对象,通过沉积岩芯的210 Pb测年和硅藻分析,并结合流域历史资料数据,揭示龙潭湖过去近百年来水环境变化及其主要驱动因子.结果表明,1926-1968年,龙潭湖以Achnanthidium minutissimum和Encyonema silesiacum占优势;随后,Lindavia bodanica快速增加至峰值后逐渐减少,伴随Aulacoseira alpigena和Aulacoseira ambigua含量上升.硅藻组合中以适应中性和弱碱性水体的属种为主,嗜酸性属种含量很少,表明目前水体总体维持弱碱性,这得益于当地紫色砂页岩和森林土壤对于酸沉降的缓冲作用.尽管目前龙潭湖仍维持弱碱性,1980s以来硅藻推导水体酸碱度下降、中富营养种增加,表明酸沉降降低水体碱度并提高营养水平.气候变暖加剧水体热力分层和营养富集,导致适应扰动、贫营养环境的***减少.2010年以来,中富营养属种略有减少反映湖泊富营养化有所减缓.

关键词：硅藻酸沉降山地湖泊湖泊酸化富营养化龙潭湖