资料收集与分析：系统收集长江中游及其附近地区（宜昌、恩施、长阳、五峰、绿葱坡、神农架、武汉、九江等）最近50年的气象资料，分析当地气候对区域生态环境的影响。
技术开发：开发石笋微生物类脂物的分离、富集和分析技术，为提取研究载体中的低含量类脂物提供技术保障；开发Mo同位素分析技术，为研究其对环境和生物的作用过程提供技术支撑。
地质样品微生物类脂物分析：同一个样品同时分析游离态和结合态的类脂物。其中游离态类脂物的分析按常规超声方法进行，而结合态类脂物的分析采用酸消解方法。烷烃和芳烃可以直接上机测试，非烃组分经BF3-甲醇溶液甲酯化、BSTFA硅烷化后再上机分析。利用气相色谱仪、气相色谱-质谱联用仪对分子进行鉴定和定量，用气相色谱-燃烧/热裂解-同位素比质谱仪分析分子的单体碳/氢同位素。
有壳变形虫分析: 有壳变形虫和水文条件的相关关系已经得到应用，为了进一步确定在研究区两者之间的定量关系，本项目将开展所研究泥炭地现代有壳变形虫和水文（水位、含水量）等环境变量之间的关系，建立“有壳变形虫—水位” 转换函数模型，然后将沉积物中的有壳变形虫数据（百分含量）代入该模型，从而反推古水位的变化曲线，实现古水位的定量重建。在神龙架大九湖泥炭地表层设30-50个样点，采集各样点的泥炭藓植物用于现代有壳变形虫的分析，同时测量各样点的环境指标，经过统计，并根据生态学方法确定“有壳变形虫—环境变量”之间的关系，计算各属种的最佳水位适宜值，并建立“属种—水位”转换函数模型。
沉积物同位素地球化学分析：通过对湖泊和洞穴沉积物进行精细定年、测定其碳、氧和钼同位素组成，以及各类化合物的单体同位素组成，研究微生物与碳循环耦合关系。
沉积物元素地球化学分析：对石笋进行高空间分辨率（20微米间隔）的分析，获取Ca、Mg、Ba、Sr、P、U、等地球化学组成，建立末次冰盛期以来高分辨率的湿度变化曲线。
古DNA的提取、多重PCR 扩增、分子克隆和序列测定等。 4. 显生宙碳循环异常环境的地球生物学过程 在中国南方有较好地层学研究基础的地区，选择一些代表不同沉积古地理背景的地层剖面，以关键环境标志和生态系不同营养层次生态类群为重点开展系统的野外和室内研究工作，建立区域上具有代表性的关键环境事件和生态系结构演变序列，为生物与环境协同演变过程分析提供第一手资料。计划重点研究剖面为：安徽巢湖剖面、贵州明塘―关刀剖面、贵州青岩剖面、贵州紫云四大寨、广西田东作登剖面、贵州安顺六枝剖面、湖南桑植剖面、安徽巢湖剖面、广西东攀剖面剖面、湖南慈利剖面、湖北崇阳剖面、重庆老龙洞土地垭剖面等。所要研究的关键环境事件标志包括：（1）沉积古地理（特别生物建隆标志）；（2）碳同位素与碳循环；（3）元素地球化学与古海洋化学等。生态系结构研究包括：（1）生物类群结构；（2）生物习性结构；（3）食物链结构。野外工作包括剖面测量（包括岩性和沉积构造的详细描述）、各类大化石和微体化石（放射虫和有孔虫）样品采集、微古植物样品、火山事件、旋回地层样品、同位素样品以及沉积地球化学样品的采集。室内工作包括化石的鉴定与统计、微体化石处理-鉴定-统计以及其他各类样品的室内处理-测试-分析；不同剖面以上各类指标的综合对比研究。
华南晚泥盆世F-F之交主要研究广西横县六景剖面、广西桂林杨堤剖面、贵
州独山大河口剖面和四川北川甘溪剖面，以牙形石生物地层和旋回地层为基础，进一步精细和优化研究剖面晚泥盆世F-F之交的年代地层格架。通过对剖面的系统研究确定晚泥盆世F-F之交菌藻微生物类型、丰度、分异度、亲缘关系和演变以及菌藻微生物功能群特征与关键环境因子的关系。通过对主要研究剖面珊瑚-层孔虫礁和菌藻微生物礁的精细解剖和系统的资料整理，揭示珊瑚-层孔虫等宏体生物为主体生态系与菌藻微生物为主体生态系更替的地球生物学过程。
以华南奥陶-志留纪之交多层火山物质—钾质斑脱岩为载体进行精确定年，从而建立年代地层-综合地层学格架，标定各类事件的时空变化关系。在标定精确的时空格架的同时，努力揭示火山活动及由此产生的大气CO2和营养元素与微生物繁盛之间的可能联系。由于高成熟度导致了生标的直接提取不能奏效，我们将采取“对比地质学”的思路来开展这段地层的微生物功能群替代指标的识别和研究。开展相关地层的岩石地球化学及稳定同位素分析，同时确定古海洋生产力或其替代指标及其变化。
5. 新元古代极端地质环境的地球生物学过程
在华南（扬子）地区，开展成冰系（南华系）、埃迪卡拉系（震旦系），以及埃迪卡拉系-寒武系界限上下的地层、岩石、古生物化石及相关矿产的调查和研究。综合运用地质学、古生物学、元素和稳定同位素地球化学等方法，获取沉积岩中记录的各种古气候、古海水化学、微生物和古生物化石的信息和证据，揭示极端寒暖交替时期海洋出现的“冷泉”事件，探讨极端气候环境下的地球生物学过程，以及它们对古海洋化学、早期多细胞真核生物（群）辐射和灭绝的关系。
在极端冷、暖事件研究方面，采用各种铁组分分析、元素和微量元素（包括REE）、同位素等地球化学手段研究南华纪（以下江群、江口群为代表）的古气候（CIA指数等）与古海洋化学（氧化还原敏感元素、Fe组分等）的变化，根据碳（无机碳和有机碳）、硫（CAS和黄铁矿）同位素分馏和变化探讨海洋微生物（古菌、细菌和藻类）的响应及作用。同样的地球化学方法还用来研究南沱冰期之后帽白云岩、江口冰期间的BIF铁矿和灯影期深水硅岩形成环境、成因及微生物的作用。综合起来，确定新元古代古气候、古海洋环境变化的基本特征，结合发生的（微）生物作用，建立极端气候、海洋氧化还原与地球生物学过程关系的模式。
在冷泉事件研究方面，采用“将今论古”的对比方法阐述华南新元古代“冷泉”事件的成因、识别标志、古地理分布和微生物功能群印迹，分析“冷泉”事件的古环境效应和地球生物学过程。拟选择华南地区有代表性的“冷泉”记录地层剖面（例如，陡山沱组“盖帽”、大塘坡组“白云岩”夹层），在充分收集分析前人资料和已有研究工作基础上，有针对性地开展高分辨的地层学、沉积学、元素和稳定同位素地球化学等研究。加强新元古代“冷泉”事件地质记录，以及“冷泉”环境与地球早期多细胞后生动物的出现和有机质保存之间的关系，进而探索新元古代甲烷“冷泉”极端地质环境的地球生物学过程。
在多细胞真核生物出现、演化与古环境研究方面，采用古生物学、生物地层学、沉积学和沉积岩石学、同位素地球化学和元素地球化学方法开展华南地区有宏体古生物化石出现的埃迪卡拉系地层的综合研究。在前期关于瓮安生物群、庙河生物群、西陵峡生物群和高家山生物群古生物学研究基础上，开展华南埃迪卡拉系生物地层学研究工作。结合碳同位素化学地层学研究，进行埃迪卡拉系内部划分和地层的区域及洲际对比。开展皖南埃迪卡拉系蓝田组（相当于陡山沱组）蓝田生物群的发掘和系统古生物学研究。结合化石生物群埋藏学和相关地层元素
地球化学分析，如Fe组分等，探讨该时期古海洋环境变化。在此基础上进行地区间古海洋环境和古生物化石保存与埋藏方面的对比。
在富有机质烃源岩与微生物作用研究方面，充分收集前人有关华南震旦系-寒武系岩相古地理、富有机质沉积岩的分布、TOC、热成熟度（Ro）和硫、碳同位素等资料和数据，通过数据和文献资料分析提炼出新的问题和可借鉴的方法，设计实验分析项目。系统采集地质样品，由于有机质、黄铁矿易被氧化必须有效地去除风化面，并尽量利用石油、煤田、金属矿产钻探所获取的新鲜岩心样品。利用我们已经建立的实验室开展样品前处理与各种分析测试，包括测定不同存在形式的硫及硫同位素、有机碳及碳同位素分析和可溶有机质与沥青C生物标志化合物分析。研究湘西、黔西北震旦系-寒武系界界线附近两个地层剖面的富有机质黑色页岩中有机氢同位素、有机硫同位素、各种铁组分含量、生物标志化合物组成及特征，探讨微生物作用与烃源岩形成的关系，以及它们与海底火山热液、富H2S静水环境的关系等，建立这一时期烃源岩形成的微生物地球化学作用模型。
6. 中元古代硫循环异常环境的地球微生物学过程
野外地质工作是研究的基础与前提。拟选取华北地台天津蓟县、河北平泉、河北怀来、河北兴隆、河北涞水等中元古界不同相区的3-6条剖面进行多学科综合的野外地质研究；尽量选择成熟度相对较低、较新鲜的露头，据研究目标运用便携式岩石切割器和微钻机等系统采集岩石、微生物岩、MISS构造及各种地球化学样品。
层序地层与海平面变化是各研究方面共同的基础。主要采取野外与室内、地层与沉积、宏观与微观、生物与矿物、定性与定量相结合的技术路线.在野外综合地层与沉积研究基础上,建立地层与沉积相序列,据关键界面、地层结构与副层序叠加形式划分沉积层序并标定沉积体系时空分布；通过生物地层、年代地层及事件地层方法标定时间控制点，建立层序地层年代格架，通过沉积体系的时空分布与变化分析查明古环境变迁与沉积演化过程。
对微生物岩、MISS构造及沉积微相等研究，传统研究方法与新技术相结合，开展宏观与切片的显微镜和扫瞄电镜的研究，揭示微细结构与形态特征和分类单元。进一步运用X光衍射、ICP-MS、激光拉曼分析技术测定其主要矿物和化学成分，以确定微生物主要类群及其可能的微生物化学过程。
在微生物类群与功能研究方面，主要对薄片、化学处理获得的实体标本进行显微镜与SEM研究，通过形貌与结构特征识别微生物类分类单元。不同的微生物类群有不同的生物标志物，选择合适的样品开展类脂标志物研究，与现代微生物类群及其功能的对比，确定主导的功能群。
对生物矿化、微生物化学过程的研究，主要通过其产生的矿物组构和地球化学信号反演推断。如AOM作用会使海水中的HCO3-过饱和，导致以针状文石等矿物组构的快速形成，由于厌氧细菌活动，会产生显著的?13C同位负偏；而BSR作用则会形成过量的HS-，产生自生黄铁矿，SRB细菌的活动导致海水?34S偏移。因而对这些标志性矿物组合和地球化学信号的研究可以提供生物矿化与主导微生物过程的重要信息。
对氧化还原条件和氧化界面深度的研究标定，主要采用沉积岩的HRFe/TFe比值, 铁同位素?58Fe的测定进行恢复与研究。近年对新元古代的研究已经证明HRFe/TFe比值可以很好地反映古海洋氧化还原状态，而对中元古代?58Fe的研究表明它是一个重要的海洋氧化指标，能够有效地用于氧化界面深度与含氧量的标
定与研究。
古海洋化学条件，如硫酸盐浓度与硫化状态，可以通过某些矿物组构与地球化学元素分析相结合取得重要信息。在低硫酸盐浓度、缺氧-硫化条件下，由于CaCO3成核受到限止，会形成以层状鱼骨状方解石、哑铃状文石为标志的海底碳酸盐沉淀；结合微量元素的测定能够提供古海洋化学条件的信息。
在上述多种沉积环境、海洋化学条件、微生物群落参数的研究基础上，将其臵于层序地层年代格架和沉积环境变化序列内综合分析，就能够对中元古代硫化环境变化及微生物过程做出良好的判定，从而取得重要的新成果。
四、年度计划
2011年
研究内容：
主要是收集文献资料，制定实施研究方案，建立和完善新实验方法，野外地质调查和样品采集。主要研究内容如下。
海洋典型极端环境下的微生物生态及分布特征的研究，典型微生物功能群的分离。利用不同微生物，合成有机质-粘土矿物集合体。设臵不同的对照实验，通过XRD、SEM等手段考察异养微生物参与下形成碳酸钙矿物的特征。开展磁铁矿仿生矿化研究。
采集洞穴石笋、大九湖泥炭、鄱阳湖等载体的样品，研究区域的地质、水文、环境、气候、植被、土壤等特征，开展现代地质过程观察和模拟试验，分析泥炭沉积微生物类脂物的分子及其单体同位素组成，泥炭沉积有壳变形虫的工作，开发Mo同位素分析新方法。
巢湖、明塘―关刀、青岩剖面、湖南桑植、安徽巢湖、浙江黄芝山和浙江长兴煤山二叠系-三叠系界线剖面的环境标志或生物多样性分析；广西田东作登剖面、湖南慈利剖面、湖北崇阳剖面、重庆老龙洞土地垭剖面二叠纪-三叠纪界线附近微生物岩野外研究。晚泥盆世F-F之交广西横县六景剖面、广西桂林杨堤剖面、贵州独山大河口剖面和四川北川甘溪剖面采集岩性、化石、岩相和地球化学样品。华南奥陶—志留界线相关剖面的选择和野外调查工作。微藻自养功能群与异养功能群的控制培养。
南华系剖面（湘黔桂）、“冷泉”事件及相关地层、蓝田组古生物和地层（皖南）、牛蹄塘组黑色岩系（黔西北、湘西）的野外调查。常量元素（XRF）、微量元素（ICP-MS）、铁组分、碳硫同位素和生物标志化合物等分析。蓝田生物群的埋藏学研究。选择中元古代部分典型剖面开展详细的野外地质调查与剖面测制，据野外工作，开展相关地质图件编制与层序地层、沉积相及微相的研究，开展沉积岩、矿物与微生物岩样品的加工与分析测试。
研究目标：
建立某些极端海洋环境的微生物生态，分布特征以及微生物与环境相互关系的初步认识。分离典型的参与C/S循环的微生物功能群菌株。初步建立实验室及船载环境条件模拟平台。培养成功各种功能微生物，合成粘土-有机质集合体，并证实有机质在粘土矿物表面或结构的赋存状态。查明异养微生物作用下，碳酸盐矿物形成的过程及特点。
了解长江中游现代气候和环境特征。通过泥炭建立地区反映气候环境变化的细菌、古菌和有壳变形虫的指标体系；在季节尺度上，认识气候信息的传输-转换-记录过程。
初步建立二叠系-三叠系之交部分剖面的环境恶化过程。完成二叠纪-三叠纪之交浅水台地相区微生物岩地层序列研究，优化研究剖面晚泥盆世F-F之交的年代地层格架和主要宏观环境因子的特征。完成华南奥陶系—志留系界线典型剖面的选择和观察、相关样品的采集与初步分析。