珊瑚礁生态系统固碳过程及储碳机制研究进展

珊瑚礁生态系统在全球碳循环和气候变化中发挥着重要作用。珊瑚礁生态系统是潜在的蓝色碳汇,我国珊瑚礁总面积约占全球的11%,每年的固碳量大约在3.5×10^(6)~4.5×10^(6)t之间。珊瑚礁生态系统的总储碳量非常巨大,同时珊瑚礁生态系统作为碳库在碳交易中具有非常大的潜在应用价值。文章综述了珊瑚礁生态系统中的固碳过程及储碳机制,包括碳酸盐泵、生物泵和微型生物碳泵,阐述了三种碳泵的研究进展。同时,针对目前研究存在的不足和问题,提出未来研究方向,以期为南海岛礁珊瑚礁生态系统的保护和管理提供科学依据。

GNSS-IR测量水位的精度评估和站点对比:以中国南海北部和日本南部站点为例

通过南海北部和日本多个实例,量化分析影响近岸全球卫星导航系统干涉反射计(GNSS-IR)反演潮位或风暴潮过程效果的主要影响因素。结果表明:接收机所能接收的卫星信号波段数量、反射信号功率对反演的时间分辨率和精度影响巨大。研究以中国香港HKQT站点为例量化多模多频GNSS-IR监测风暴潮的优势,同时展示日本J425站点在潮位站空缺地区记录完整风暴潮波形的能力。分别针对卫星信号接受波段、硬件配置、台站架设位置和架设高度等因素,对未来架设具有测量海平面能力的近岸GNSS站点提供具体的指导意见。

红树林固氮微生物及其生态功能研究进展

微生物固氮是红树林生态系统中氮素循环的一个关键环节,其产生的新氮源对红树林生态系统的氮素营养供给和初级生产力的提高有着重要意义。本文聚焦红树林固氮微生物的研究历史和现状,综述了红树林固氮微生物的群落结构、固氮速率及其测定方法,探讨了固氮微生物在红树林生态修复中的应用及其对红树林生境的指示作用,阐述了固氮微生物在耦合红树林碳、氮、硫元素循环的重要角色,并展望了红树林固氮微生物的研究前景和新视角。

热带海草泰来草沉积物真菌的群落结构、功能与分子生态网络研究

真菌是海草床生态系统的重要组成部分,它们在维持海草健康和生态系统碳氮等营养元素循环方面发挥着重要作用。为了阐明海草床生态系统真菌的群落结构及功能,文章以热带海草泰来草(Thalassia hemprichii)沉积物为主要研究对象,通过Illumina Miseq高通量测序技术分析海南岛和西沙群岛两个研究区域泰来草沉积物真菌的群落结构与物种多样性,并利用FUNGuild数据库对真菌营养类型进行预测和功能注释。研究结果表明,子囊菌门(Ascomycota)(相对丰度24.30%~76.20%)和担子菌门(Basidiomycota)(相对丰度4.98%~52.24%)为两个研究区域的共同优势种群,但是子囊菌门真菌的相对丰度在两个研究区域间存在显著性差异(p<0.05),两个区域内共有的海草沉积物真菌分类操作单元(operational taxonomic units,OTUs)数量占比为5.15%,其相对丰度为31.19%。两个研究区域泰来草沉积物真菌群落的α多样性指数中的香农指数(Shannon)和系统发育多样性(phylogenetic diversity)以及β多样性之间都存在显著性差异(p<0.05)。FUNGuild功能预测分析表明,大部分真菌的营养类型尚未确定(72.11%~91.92%),其中能够确定的主要营养类型为共生营养型(symbiotroph)、腐生营养型(saprotroph)和病理营养型(pathotroph),3种营养型可以进一步分为41个生态功能群。基于随机矩阵理论(random matrix theory,RMT)构建的两个研究区域海草泰来草沉积物真菌分子生态网络结果显示,海南岛泰来草沉积物真菌网络结构更加复杂,其平均聚类系数更高、平均连通度更高、密度更高,该真菌群落可能对外界环境变化更为敏感,而西沙群岛海草沉积物真菌群落的模块化程度更高,其中粪壳菌纲(Sordariomycetes)为分子生态网络中的关键类群。

典型海岛生态环境物联网信息感知及传输技术

海岛生态物联网是海岛生态环境监测与物联网相结合的新技术,对生态环境监测信息的集成共享、灾害预警、资源合理开发利用具有积极推动作用。文章结合庙湾岛珊瑚生态修复应用需求,基于海岛生态人文环境特点,对海岛生态环境物联网技术展开研究,重点研究了珊瑚修复区海底生境参数感知技术、岸基供电控制及信息中继技术、物联网数据传输技术及远程服务器终端遥控及信息接收和管理技术等生态物联网关键技术,可望为海岛生态物联网建设提供参考,为海岛生态修复及健康评估提供技术支撑。

冷泉渗漏对海洋沉积物氧化还原环境地球化学识别的影响--以南海东北部F站位活动冷泉为例

氧化还原敏感元素(Mo、U、V、Re、Ni、Co、Cr)已被广泛用于判别沉积环境的氧化还原状态,以及计算上覆水体和大气层中的氧气浓度。然而海底冷泉活动由于微生物作用形成的硫化氢可以导致这些元素指示的氧化还原信号发生变化和模糊,进而影响氧化还原状态判别的有效性。文章通过对南海活动冷泉F站位海底3根插管沉积物的氧化还原敏感元素地球化学特征分析,发现冷泉活动区海底沉积物相比正常海底环境普遍表现为较高的Mo含量,并指示孔隙水为硫化环境,表明甲烷厌氧氧化作用形成的硫化氢对沉积物中Mo富集具有促进作用。冷泉沉积物的U/Th、V/Cr和Ni/Co显示底层海水具有较高的氧浓度,与正常海底特征相一致。但是V/(V+Ni)>0.7指示了沉积物形成时的环境缺氧,可能与陆源碎屑中较低的Ni含量有关。冷泉沉积物Re/Mo比值接近现代海水值,与现代海洋硫化盆地的特征类似,指示了冷泉附近海洋硫化分层特征。因此冷泉活动区海底沉积物的Re和Mo容易受到甲烷渗漏的影响,不能可靠指示真实的氧化还原状态。

全潜液囊式波浪能俘获系统特性研究

针对海洋监测潜标系统的供电需求,研发设计一种元器件少、结构简单、适用于潜标的水下波浪能俘获系统。相对于使用液压系统的波浪能发电装置,此系统具有工质环保的特点。该系统由液囊、主体、基础和能量传输4部分组成,工质采用水。在实验室造波水槽中对该系统的特性进行模型试验研究,发现该系统适合在长周期和大波高的波浪下工作,试验中功率最大工况为波高0.20 m,周期3.4 s,功率可达5.2 W,效率最大工况为波高0.08 m,周期3.1 s,效率可达25%,且系统的功率和效率会随液囊在水下深度的增大而快速下降。

沉积过程对被动大陆边缘构造热演化影响研究

在被动大陆边缘形成过程中,沉积过程会促进岩石圈挠曲均衡调整和产生沉积热披覆效应,影响大陆边缘结构和热演化过程,是被动大陆边缘伸展破裂机制研究和油气盆地烃源岩演化的重要控制因素。本文总结了被动大陆边缘构造热演化研究进展,分析了沉积过程对其构造热演化的影响。多种地质证据表明,沉积-剥蚀过程会通过调整裂谷体系中的负载分布和地壳后续变形等,对裂谷断层发育、大陆边缘形态及对称性、裂后异常构造沉降和岩浆作用等有重要影响。然而,目前被动大陆边缘形成过程数值模拟研究仍较少考虑二维(2D)或三维(3D)剥蚀-沉积过程,不能较好地恢复沉积盆地热史和生烃史。通过耦合2D或3D沉积过程的岩石圈构造演化模型,可以对被动大陆边缘构造热演化带来新的、全面的认识。

南海开放共享航次关键科学问题的思考——从多尺度海洋动力学角度出发

南海是西太平洋最大的边缘海,通过一系列的海峡与西太平洋和印度洋相联通,其不同时空尺度的海洋环流动力过程及其生态环境效应是南海区域海洋学研究的重要内容。自20世纪50年代末全国第一次海洋普查开始,我国对海洋调查的支持力度不断加大,以科学考察船为代表的海洋科学观测平台建设不断加强;进入新千年以来,国内海洋科考船依托的各主要研究所和院校本着开放的理念,先后组织多单位联合进行海上观测。尤其是最近10年,国家自然科学基金委员会支持实施了船时共享航次计划,进一步促进了国内海洋界的交流和合作,南海区域海洋学的相关研究取得了很多重要的成果。从多尺度环流动力学的角度出发,本文简要回顾了南海海洋观测的发展历程,并初步总结了近些年来南海关键科学问题的研究进展,包括南海和西太平洋的水体交换过程、南海中小尺度过程、多尺度相互作用及其生态环境效应等;并且在现有的研究基础上,对未来南海的观测和科学问题提出若干思考与展望。

南海大洋钻探及海洋地质与地球物理前沿研究新突破

南海是西太平洋地区规模最大且具有代表性的边缘海盆地之一。经过近几十年的研究积累,尤其是通过实施5个国际大洋钻探航次(1999–2018年)与国家自然科学基金委“南海深海过程演变”重大研究计划(2011–2019年),我国科学家获得了大量宝贵的第一手资料,取得了一系列创新进展与重大突破,标志着南海海洋地质与地球物理研究正走向国际前沿。重要研究成果包括:(1)新提出南海是“板缘张裂”盆地,与经典的大西洋型陆缘模式不同;(2)大洋钻探首次获取了基底玄武岩样品,结合中国在南海首次深拖地磁测量实验,精确测定了南海海盆玄武岩年龄,揭示南海海盆从东向西分段扩张;(3)大洋钻探结果发现南海陆缘岩石圈减薄之初岩浆迅速出现,未发现缓慢破裂造成的蛇纹岩出露;(4)发现南海扩张结束后仍存在大量岩浆活动,可能受控于多种构造与地幔因素;(5)地球化学证据与地球动力学模拟都显示南海岩浆的形成受到周边俯冲带的影响。目前我国的海洋地球科学正在进入崭新的发展阶段,有望以南海为基点,开始拓展到周边大洋,通过主导大型研究计划以及建设我国大洋钻探平台,以提升我国在南海、西太平洋与印度洋海洋地质科学研究的实质性影响力与引领地位。

海洋涩度函数的研究及应用进展

在海洋中,涩度作为一个热力学参量,具有被动和示踪的性能,表示海水发生了温盐变化,但密度却没能显示的信息.相比于温度-盐度组合,密度-涩度组合在描述海洋动力过程和水团特性更为方便.通过结合涩度已有的理论框架和它在海洋研究中的应用情况,针对如下要点进行了回顾和总结:(a)引入涩度概念的缘由,不同的涩度函数定义和存在的争议;(b)涩度在大洋水团分析中有广泛的应用,可作为研究海洋动力学和环流的示踪参量,用于分析大气对海洋的能量注入,温盐结构,水团入侵和生物迁移等.以期进一步推动涩度动力学研究和拓展涩度在海洋不同领域中的应用.

南海北部神狐海域水合物赋存层位古环境和古生产率

天然气水合物作为一种新型的清洁能源,其形成需要稳定的有机质供应。南海北部神狐海域为天然气水合物成藏的有利区域,2017年中国地质调查局在神狐海域水合物试采获得突破性成功。为了进一步了解古环境和古生产率对形成水合物有机质供应的影响,对南海北部神狐海域水合物钻探区SH3站位180～215mbsf(meters below the sea floor)层位,尤其是水合物主要赋存层位190～200mbsf的古环境、古生产率以及陆源碎屑物质的地球化学指标进行分析研究。研究表明水合物主要赋存层位陆源碎屑物质(TDM)输入增加,较高的陆源碎屑物质输入和次氧化的沉积环境共同造就了比较好的有机质的外部保存条件;同时较强的水动力条件,有利于藻类生物的繁殖,因此,生物成因有机质比较丰富,再加上神狐海域有比较良好的热解气的形成条件,这3个层面共同保证了神狐海域具有比较充足的有机质供应。

海洋浮游介形类的多样性和生态学研究进展

海洋浮游介形类(ostracods)是一类分布较广的小型甲壳动物,大多数是典型的有机碎屑摄食者,本身又是中深层鱼类的饵料,在海洋碳循环中起重要作用。目前海洋浮游介形类研究主要集中在海洋表层,大约还有200—400种的海洋浮游介形类未被发现,尤其是栖息于深海的种类。今后介形类分类学研究的重要趋势之一是深海种类的发现。我国介形类研究起步晚,积累少,应加强我国不同海域深海介形类及其与环境关系的深入研究。文章综述了海洋浮游介形类的多样性和生态学等方面的研究进展,重点概述了海腺萤科分类的发展,比较分析了不同海域介形类的物种多样性和分布特征,总结了浮游介形类的生态作用及其影响因素,概括了我国海洋浮游介形类的研究现状,以期为海洋生物多样性、海洋生物地球化学循环以及深海生态学等方面的研究提供基础依据。

珊瑚礁生态系统中微塑料污染及其生态效应研究进展

近年来,海洋环境中的微塑料作为一类新型污染物受到了国内外的广泛关注。海洋微塑料颗粒小、数量多、分布广、携带有毒有害物质、易被生物摄入,因此成为影响珊瑚礁生态系统健康的重要因素。通过文献调研,综述了近5年国内外在珊瑚礁生态系统中微塑料污染及其生态效应方面的研究进展,主要内容包括:(1)微塑料在珊瑚礁海域环境介质和生物体内的分布特征及影响因素;(2)微塑料对珊瑚生长发育、摄食及病害的影响;(3)微塑料对珊瑚礁生态系统其他关键物种的影响。最后,结合珊瑚礁生态系统的微塑料污染特征,提出未来研究工作应重点加强珊瑚礁生态系统中微塑料污染调查与监测、建立珊瑚礁相关的微塑料研究方法体系、探究微塑料毒性及其复合污染效应、评价微塑料污染对珊瑚礁生态系统的健康风险、解析微塑料污染来源及建立微塑料污染的管理控制体系几个方面,以提升我国珊瑚礁生态系统的微塑料研究水平和污染监管能力。

南海北部底层对流不稳定性研究

底层对流不稳定对海洋底层能量输运和湍流混合有重要影响。为评估底层对流不稳定对能量输运的贡献,基于 2018 年 9 月 20 日南海东北部东沙群岛海域(20.895 3 °N,117.180 8 °E,水深 385 m)37 h 锚定潜标高时空分辨率观测数据,对观测站位海洋底层水体的温度结构特征进行了分析,研究了对流底层厚度变化,及其对海洋底层能量输运和湍流混合的贡献。结果表明,观测站位对流底层出现的概率约为总观测时间的 56%,其厚度平均值为 6.17 m。底层平流为下坡流时,对流底层出现的概率约为 50%,其厚度相对较小,均小于 10 m;而为上坡流时,对流底层出现的概率约为70%,其厚度显著增大,可达到 40 m。对流不稳定驱动的垂向热通量 E_(B)和传热效率 Nu 具有间歇性特征,观测时间内E_(B)平均值为 0.41 W/m^(2),Nu 平均值为 249.91,且对流热通量远高于底层流速剪切通量。对流底层湍流热扩散率和涡扩散率的评估结果表明,随着底层湍流混合强度的增强,对流不稳定对底层湍流混合的贡献率逐渐减小。

基于浮标观测的南海西沙群岛潟湖区潮流特征研究

本文利用南海西沙群岛潟湖区29 d的全水深浮标观测资料研究了潟湖区内正压潮和内潮的基本特征,采用深度平均方法分析海流的适用性,并讨论潟湖区内潮的主要来源。深度平均流的动能谱显示全日潮流占主导,其动能占整体海流动能的41%。对比分析深度平均流和Tpxo7.2模式预测的全日、半日潮流的调和常数,两者均表明全日正压潮流受地形调制,主轴方向为西北-东南向,而半日正压潮流主轴方向为东-西向。两种方法得到的全日正压潮流大-小潮存在半个相位(6~7 d)的差异,进一步分析发现全日正压潮和全日内潮潮龄不同,存在部分相互抵消,且全日内潮大潮发生时间在深度上存在差异,推测由于缺少海表和海底的测量数据,导致深度平均方法得到的全日正压潮仍然包含全日内潮信号。调和分析结果表明,全日内潮的动能中相干部分占比高达91%,说明潟湖区的全日内潮是正压潮与局地岛礁地形相互作用产生,而从远场传播而来的可能性很小。

海南新村湾泰来草内生细菌与内生固氮菌的多样性与群落结构研究

内生菌对宿主植物的生长、发育、健康状态具有重要影响。通过构建克隆文库解析泰来草不同营养器官中内生细菌、内生固氮菌的群落组成和结构。从表面消毒的不同泰来草组织中提取DNA,基于16S rRNA和固氮基因nifH分别构建克隆文库,分析泰来草不同营养器官内生细菌和内生固氮菌的群落结构特征。新村湾泰来草共获得内生细菌分类单元(Operational Taxonomic Units,OTUs)162个,根、地下匍匐茎、叶分别含有72、45、52个OTUs,其中α-变形杆菌和γ-变形杆菌是优势类群,其相对丰度分别约为48.34%—62.72%和8.41%—33.21%。内生固氮菌OTUs 90个,根、地下匍匐茎、叶的OTUs数分别为59、19、27个,α-变形杆菌是优势类群,在根、地下匍匐茎和叶中所占的比例分别约为47.73%、48.99%和67.65%。泰来草不同组织部位内生细菌和内生固氮菌具有丰富的多样性,但是各个组织部位的优势菌存在差异,其中,根的内生细菌群落丰富度最高,叶的多样性最高;内生固氮菌群落的丰度和多样性最高的是根。另外,层级聚类分析和非度量多维尺度分析结果显示,泰来草根、地下匍匐茎和叶片三者的内生细菌、内生固氮菌群落结构均具有显著差异(R=1,P≤0.01)。本初步研究成果可为挖掘海草功能微生物提供新的视野,进一步将其应用于海草床的生态修复中。

硅胶干燥剂涂层等温除湿传质特性的数值模拟研究

吸附除湿循环存在复杂的热质耦合传递现象,其中吸附阶段干燥剂释放的吸附热会导致除湿性能下降,而理想等温除湿可有效消除吸附热影响。为研究硅胶干燥剂涂层等温除湿传质特性,本文将热质传递解耦,依托实验验证的二维共轭传热传质数值模型,模拟研究决定气固侧传质阻力的两个关键因素——空气流速和干燥剂层厚度对传质特性的影响规律。结果表明:空气流速的增加能够强化气侧传质,因而固侧传质阻力对总传质制约作用增强,吸/脱附过程Sh和Bi_(m)均增大,而干燥剂层厚度增加时,固侧传质阻力增大,吸/脱附过程Sh减小、Bi_(m)增加。特别指出,干燥剂涂层除湿过程数值建模通常需要同时考虑气固侧传质阻力影响。

Asterarcys sp.海水藻株对UV-B辐射的响应及生理机制研究

为探究微藻对UV-B辐射的响应及生理机制,进一步提高微藻的潜在应用价值,以Asterarcys sp.SCSIO-44020海水藻株为研究对象,设置5个UV-B辐射处理组(0、10、30、50和70 min),各组对应的辐射剂量分别为0、150、460、770和1050 mJ·cm^(−2),从接种第一天开始,每隔48 h辐射处理1次,直至培养末期,开展UV-B辐射对该藻株的生理生化影响研究。结果表明,该藻株经20 d培养后,与对照组相比,10~50 min处理组的UV-B辐射对藻株生长无显著影响(P>0.05),70 min处理组对其生长则有显著抑制(P<0.05)。随着UV-B辐射时间的增加,蛋白质含量呈逐渐上升趋势,总脂含量反之,但各实验组与对照组相比均无显著性差异(P>0.05)。类菌胞素氨基酸(Mycosporine-like amino acids,MAAs)和总类胡萝卜素含量随UV-B处理时间的延长而增加,70 min处理组MAAs含量达到最高,为对照组的1.75倍;而50 min处理组的总糖和MAAs产量达到最高,比对照组分别提高了12.40%和57.61%。综上所述,Asterarcys sp.海水藻株具有极强的抗UV-B辐射能力,MAAs增加是其适应紫外辐射的关键,间歇式的50 min UV-B辐射处理可作为该藻株生产MAAs等微藻产物的有效调控手段。

黄土高原干涸小河流的芦苇分布特征及其环境适应性研究

芦苇是构成河岸植物群落的代表性物种,研究芦苇的生态习性对认识河流生态系统具有一定的意义。通过对黄土高原艾家畔村干涸小河沟的芦苇进行调查分析,运用采样点位、断面数据对比和线性回归分析等方法,探究黄土高原沟壑区干涸小河流芦苇的分布特征和环境适应性。研究结果显示,黄土高原艾家畔村干涸小河沟的芦苇分布特征在数量上表现为:河床靠近两岸>河床中心,远离河床低地>河床低地边缘;有分枝的芦苇和主秆折断的芦苇在数量上表现为:芦苇群落边缘>芦苇群落中央,河床靠近两岸>河床中心,河床低地边缘>远离河床低地;芦苇主秆的长度平均值和直径的平均值表现为:河床中心>河床靠近两岸,远离河床低地>河床低地边缘。在环境的适应性方面,芦苇为了获得光照和生存空间而形成种内竟争,因此群落中央的芦苇长势较好。河床中心的芦苇通过长高和变粗来获取光照和抵抗河流有水期的冲刷。河床靠近两岸地势较高和河床低地边缘的芦苇普遍较矮,分枝较多,主要以产生分枝的方式来竞争横向生存空间。