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流域生物地球化学循环与表层地球系统层圈相互作用 被引量：1
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作者 李思亮 王欣楚 +8 位作者 戚羽霖 钟君 丁虎 文航 刘学炎 郎赟超 易沅壁 王宝利 刘丛强 《地学前缘》 北大核心 2025年第3期62-77,共16页
流域是表层地球系统中相对独立的单元或子系统,通过对流域系统性和综合性的研究能更深刻地理解表层地球系统层圈相互作用。流域物质循环是全球生物地球化学循环的重要组成部分,反映了表层地球系统各层圈之间的能量和物质循环状态,同时... 流域是表层地球系统中相对独立的单元或子系统,通过对流域系统性和综合性的研究能更深刻地理解表层地球系统层圈相互作用。流域物质循环是全球生物地球化学循环的重要组成部分,反映了表层地球系统各层圈之间的能量和物质循环状态,同时也反作用于各层圈的运行和维持。本研究综述了流域生物地球化学循环与地球层圈相互作用之间的关联机制,重点探讨了人类世以来强烈人为活动和全球气候变化对流域物质循环和生态环境的影响。首先分析了流域生物地球化学循环特征及其与全球变化的相互关联,其次剖析了流域生物地球化学循环与全球环境变化之间的互馈作用,以及人类世人为活动对流域生物地球化学循环的强烈扰动,然后解析了流域过程与全球生态系统之间的相互联系和作用机制。综合分析表明人类世以来强烈的人为活动极大地扰动/加速了地表部分物质循环,导致流域系统多个关键变量参数超过生态环境突变临界点,也极大地影响多层圈物质循环和地球系统的稳定维持。最后根据当前流域科学发展态势与挑战,提出了流域生物地球化学循环的研究前沿,通过研究范式变革、人工智能和多同位素等多学科新方法技术融合,指明了微生物等多因素驱动新机制以及构建流域动态系统模型等新方向,最终为深刻理解表层地球系统层圈作用的运行机制和人类可持续发展提供科学基础。 展开更多
关键词 表层地球系统 流域 生物地球化学 层圈相互作用 全球变化
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基于流域系统水文水环境耦合模型的氮循环研究进展 被引量：1
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作者 弓耀奇 岳甫均 +3 位作者 刘鑫 郭田丽 王浩阳 李思亮 《地学前缘》 北大核心 2025年第3期183-195,共13页
在气候变化和强人类活动等多重因素的耦合影响下,活性氮输入过量,加剧了陆地生态系统氮素向水生生态系统的流失,影响了流域水环境质量。识别流域内氮素来源及其转化过程的时空变化特征,已成为防控流失及改善环境质量的首要任务。由于氮... 在气候变化和强人类活动等多重因素的耦合影响下,活性氮输入过量,加剧了陆地生态系统氮素向水生生态系统的流失,影响了流域水环境质量。识别流域内氮素来源及其转化过程的时空变化特征,已成为防控流失及改善环境质量的首要任务。由于氮的来源多样、生物地球化学过程复杂,且受到诸多因素的耦合影响,限制了对流域系统氮循环的科学认知。在众多的研究方法中,模型模拟因具有灵活性高、系统性强、可多场景模拟分析等诸多优点,已成为揭示流域系统氮迁移转化及动态变化过程的重要手段。本文综述了流域水文模型及流域土壤、地表水与地下水氮素迁移模型的特征,对比了模型的原理、特点与研究范例。结果表明,在影响氮循环的诸多因素中,无序的强人为干扰、极端气候变化已成为扰动流域氮循环的重要因素。水文过程驱动下的水-氮耦合多过程、多机制研究尤为重要,基于此构建的水文生物地球化学模型(如CNMM-DNDC、PIHM等),已成为获取流域系统氮素时空分布规律及其预测分析的重要手段。此外,大数据与过程机理模型相结合已成为揭示氮循环过程中复杂问题的重要途径。通过综合诸多模型对空间格局、人为影响强度的适用性,梳理出针对受强人类干扰的滨海平原河网区氮循环适用模型,以加深对海陆交错带滨海流域地表水、地下水及海水相互作用下的氮循环科学认知,更全面、科学地评估滨海平原河网系统水环境质量与环境效应。 展开更多
关键词 氮循环 流域 模型 滨海流域 过程模型
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水体硅碳化学计量趋同的浮游植物驱动机制
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作者 李婉珠 王宝利 刘丛强 《地学前缘》 北大核心 2025年第3期311-319,共9页
浮游植物元素化学计量比对其生境中营养元素可利用性变化的响应与反馈研究,是理解水生生态系统结构和功能相互关系的关键要素。水体中硅(Si)碳(C)化学计量比的动态变化一定程度上能够反映其中Si-C生物地球化学循环的耦合关系,但目前浮... 浮游植物元素化学计量比对其生境中营养元素可利用性变化的响应与反馈研究,是理解水生生态系统结构和功能相互关系的关键要素。水体中硅(Si)碳(C)化学计量比的动态变化一定程度上能够反映其中Si-C生物地球化学循环的耦合关系,但目前浮游植物Si∶C计量比与溶解硅(DSi)和CO_(2)浓度的相互作用模式和潜在机制尚不清楚。在此,我们发现湖泊浮游植物Si∶C摩尔比随年际变化趋向于与其生境中DSi∶CO_(2)摩尔比一致(即硅碳化学计量趋同),且这种趋同是由浮游植物群落演替来驱动的。不同类型内陆水体(河流、湖泊、水库和湿地)大空间尺度调查结果显示浮游植物Si∶C摩尔比和DSi∶CO_(2)摩尔比空间差异显著,大都偏离Redfield比例。随机森林分析显示,硅藻门相对丰度、水温和溶解无机氮是浮游植物Si∶C比形成的重要预测因子。宏转录组学证据表明,伴随着浮游植物群落演替,其分子水平上蛋白质周转响应并反馈DSi∶CO_(2)比变化,进而导致水体硅碳化学计量趋同。这些发现为水体浮游植物化学计量学的认识提供了新的见解。硅碳化学计量趋同在一定程度上可以表征表层地球系统岩石圈、水圈和生物圈之间的相互作用,并为描述水生生态系统结构和功能对环境变化的响应提供了一种定量模式。 展开更多
关键词 水生生态系统 浮游植物 化学计量比 群落组成 宏转录组
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