流域生物地球化学循环与表层地球系统层圈相互作用

李思亮; 王欣楚; 戚羽霖; 钟君; 丁虎; 文航; 刘学炎; 郎赟超; 易沅壁; 王宝利; 刘丛强

doi:10.13745/j.esf.sf.2025.3.5

地学前缘 ›› 2025, Vol. 32 ›› Issue (03) : 62 -77. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2025.3.5

流域生物地球化学循环与表层地球系统层圈相互作用

李思亮, 王欣楚, 戚羽霖, 钟君, 丁虎, 文航, 刘学炎, 郎赟超, 易沅壁, 王宝利, 刘丛强

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摘要

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。