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第4卷第1～2期地学前缘(中国地质大学,北京)Vol.4No.1～2

1997年3月EarthScienceFrontiers(ChinaUniversityofGeosciences,Beijing)Mar.1997

全球生物地球化学循环研究的进展

庄亚辉⒇

(中国科学院生态环境研究中心,北京2871信箱,100085)

摘要简要介绍了全球元素生物地球化学循环研究的新进展。首先说明几十年来生物地球

化学循环研究重点的转变,其次分析了当前研究的特点,这就是多层次地(时空及生态系统)进

行实验和数学模拟并外推至全球,比经典的循环研究要细致得多。经典研究往往只是将定位点

上的结果简单地外推到区域甚至全球。最后有选择地阐述了生物地球化学循环各领域(源、汇、

转化过程、测量方法、模式等)内的发展趋势与热点,其中主要有农业生态系统含碳、氮痕量气体

的源、遗漏的碳汇、碳、氮、硫、磷间的耦合作用、同位素丰度比及指示物的应用和氧化亚氮和甲

烷释放模式。

关键词生物地球化学循环释放源汇传输及转化过程痕量气体测定过程模拟

CLCP593,Q14,P69

全球生物地球化学循环是研究元素的各种化合物在生物圈、水圈、大气圈、岩石土壤圈

各储库之间的迁移和转化。除了各种物理、化学、生物过程与通道的研究外,还包括其源、汇、

〔1〕

通量、储库及模式研究。在50年代以前,经典的元素循环是以自然界的生物地球化学过程

为对象的〔2～3〕,二次世界大战结束后,大量的核试验引起人们对人工核素的全球沉降和迁移

过程的关注。60～70年代工农业的发展带来了化肥、农药、洗涤剂和重金属的全球性污染。在

国际科联环境科学问题委员会(SCOPE/ICSU)的倡导下,开展了全球碳、氮、硫、磷和重金

〔4～6〕

属的生物地球化学循环的研究。80年代以来,国际地圈生物圈计划(IGBP)以及其它许

多的国际全球科研计划针对人类活动引起的系列全球变化,例如温室效应、臭氧层破坏、海

平面升高、森林锐减、土地退化等进行研究。这些问题均与元素循环有关,因此给碳、氮、硫、

磷生物地球化学循环的研究带来了新的推动力和新的研究内容,使元素循环研究进入一个

〔7〕

新的阶段。1987年,美国地球物理学会为此专门出版了GlobalBiogeochemicalCycles学术

刊物,刊登此方面的新成就。

由于篇幅限制,本文只讨论碳、氮、硫、磷四个元素的一些新进展,分别介绍生物释放源、

汇、转化传输机理、实验方法及模式的前缘内容、热点与趋势。但这并不意味着其它元素不重

要。例如,人们已认识到卤素元素生物地球化学的循环对全球变化的影响,氧循环(也就是水

循环)的重要性更是毋庸置疑的。

⒇收稿日期:1996-07-08修改稿收到日期:1996-11-30

作者简介:庄亚辉,男,1930年生,研究员,环境化学博士生导师,国际科联环境问题委员会中国委员会委员,从事氮、

硫氧化物的活化与转化以及碳、氮、硫痕量气体释放源的研究。

本研究受美国国家科学基金会1995～1997年项目、国家自然科学基金委员会化学部课题、国家自然科学基金委员会

跨学部项目、中国科学院环境科学委员会及资源环境局重大科技项目基金资助。

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前沿边缘分支热点地学前缘

1997,4(1～2)

1当前生物地球化学循环研究的特点