“北部湾海洋环境与变化”专辑前言

北部湾是全国沿海省(区、市)中生态环境保护得最好的区域之一,拥有红树林、海草床及珊瑚礁等典型海洋生态系统,具有极高的生物多样性、生态服务功能和科学研究价值。受气候变化和人类活动双重影响,北部湾海洋生态系统承受的压力不容忽视。近年来北部湾海洋科学研究取得了长足的进步,为了更好地促进海洋科学研究特别是多学科交叉研究,自然资源部第四海洋研究所联合自然资源部第二海洋研究所组织了“北部湾海洋环境与变化”专辑。

北部湾北部海域大型底栖动物的群落结构特征

【目的】探明北部湾北部海域大型底栖动物的物种组成、群落结构、多样性及其与环境因子的相关性,为北部湾北部海域生态监测、环境评价和大型底栖动物多样性保护提供数据支撑,也为北部湾北部海域海洋资源的可持续开发利用提供科学依据。【方法】于2020年10—11月(秋季)和2021年4—5月(春季)对北部湾北部海域共20个调查站位进行大型底栖动物取样,统计底栖动物丰度、生物量、优势度(Y)和种类更替率,并计算Shannon-Wiener多样性指数(H')、Margalef丰富度指数(D)和Pielou均匀度指数(J'),通过相似性百分比分析(SIMPER)确定划分群落时的主要物种,以ABC曲线(丰度/生物量)分析大型底栖动物群落受干扰情况,并利用SPSS 24.0分析环境因子与大型底栖动物多样性(H'、J'和D)的Pearson相关性。【结果】春季调查共鉴定出50种大型底栖动物,隶属于9个门类,优势种有12种;秋季调查共鉴定出40种,隶属于5个门类,优势种有10种;春、秋两季大型底栖动物的共有优势种为光亮倍棘蛇尾、疣吻沙蚕和日本文昌鱼。春季大型底栖动物平均丰度为143.11 ind/m^(2),秋季为186.38 ind/m^(2);春季大型底栖动物平均生物量为18.92 g/m^(2),秋季为24.15 g/m^(2);春季大型底栖动物多样性明显高于秋季,具体表现为:春季H'(1.566)>秋季H'(1.126),春季J'(0.780)>秋季J'(0.613),春季D(0.694)>秋季D(0.548)。在春季,北部湾北部海域各站位的大型底栖动物群落结构可划分为五大类群,在秋季可划分为四大类群,两季均存在的特征种为光亮倍棘蛇尾和日本文昌鱼。Pearson相关分析结果表明:春季大型底栖动物的H'、J'和D与各环境因子均无显著相关性(P>0.05),结合ABC曲线分析可知北部湾北部海域春季大型底栖动物群落受到的干扰较小;在秋季,H'与溶解氧呈显著正相关(P<0.05,下同),与水温、硝酸盐及溶解态无机氮呈显著负相关;J'与溶解氧和pH呈显著正相关,与磷酸盐、硝酸盐及溶解态无机氮显著负相关;D与溶解氧呈极显著正相关(P<0.01),与水温、磷酸盐、硝酸盐及溶解态无机氮呈显著负相关。【结论】北部湾北部海域可能存在中度污染或干扰,尤其是秋季的生物群落结构稳定性较差;水温、溶解氧、磷酸盐、硝酸盐及溶解态无机氮等环境因子是影响秋季大型底栖动物群落的主要环境因子,即控制氮、磷输入是维持北部湾海域生态平衡的重要举措。

海洋沉积源-汇过程的驱动因素:以北部湾为例

北部湾是热带、亚热带陆架半封闭海湾,具有独特和复杂的源-汇过程,是研究陆海相互作用、海湾沉积动力学、海湾生态系统动力学、气候变化和人类活动影响的一个小型天然实验室。该文总结了在北部湾沉积物类型、沉积物来源、沉积物输运和沉积格局、沉积环境变化与气候记录、人类活动对沉积环境的影响等方面的研究进展。针对存在的问题并结合当前的研究热点,对未来研究提出了如下建议:(1)加强北部湾现代沉积过程研究,重视物源端元特征的研究和现代直接观测研究;(2)聚焦泥质沉积中心,开展更多浅地层剖面、科学深钻孔和高分辨率沉积记录研究;(3)聚焦国家碳中和需求,深入研究北部湾沉积碳储库的规模、结构、增汇潜力和脆弱性;(4)推动与越南等国的国际合作调查研究;(5)基于系统科学思维加强与其他学科的交叉融合。

2021年8—9月北部湾叶绿素a分布特征及影响因子探究

叶绿素a(Chl a)作为浮游植物光合作用的主要色素,常被用来指示水体中浮游植物现存量。依托国家自然科学基金委共享航次计划2020年北部湾科学考察实验研究夏季航次数据,对2021年8—9月北部湾Chl a质量浓度进行分析,探讨其空间分布特征及影响因素。结果表明,北部湾8—9月海水Chl a质量浓度为0.03~10.59μg/L(平均值为0.84μg/L),其中,表层质量浓度为0.08~10.59μg/L(平均值为0.97μg/L),底层质量浓度为0.03~4.69μg/L(平均值为0.99μg/L)。结合遥感资料分析,在空间上,北部湾海域Chl a质量浓度大体呈现出近岸高远岸低的分布特征,高值区大多分布在广西近岸海域即北部湾北部,而北部湾中部和南部质量浓度相对较低。水体环境参数与Chl a的相关性分析指示水体氮限制是影响北部湾海域8—9月Chl a质量浓度的重要因子。

基于装置得分的北太平洋波浪能资源评估

针对波浪能发电量取决于当地波浪特征和波浪能发电装置,而传统单一的波能流密度评估法则只考虑了地区波浪特性,未结合装置加以分析,评估结果偏向理论的问题,本文利用欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts, ECMWF)提供的第五代大气再分析数据集(ECMWF Reanalysis v5, ERA5)中的再分析波浪数据,通过装置得分的波浪能评估方法对北太平洋区域1979—2020年波浪能的空间分布进行了分析。结果表明:在本研究所涉及的地区中,纬度较高的地区波能流密度大且装置得分高,本研究所用评估方法的结论同传统评估方法一致,但在中国南海和部分太平洋纬度较低的地区,发电装置有着较好的连续发电条件,发电效率较高。不同装置间的适配区域也有很大不同,AquaBuoy和Pelamis装置的最佳适用区位于北太平洋纬度较高的地区,而Wave Dragon装置的最佳适用区范围更广,在150°E—160°W之间的纬度较低的地区也表现突出。对于中国南海海域,AquaBuoy装置的适配性最好,而北太平洋纬度较高的地区则最适合布置Pelamis装置,北太平洋纬度中游和较低区域最适合布置Wave Dragon装置。

有机磷酸酯的污染现状、来源和生态风险:以南海北部湾表层沉积物为例

本文以南海北部湾海域为例,调查了34个表层沉积物样品中有机磷酸酯(OPEs)的污染水平和分布特征,并分析了OPEs可能的来源,最后采用风险熵值法对OPEs的生态风险进行了评价。结果表明,样品中共检出9种目标OPEs,总检出质量分数为<LOQ~35.1 ng·g^(-1),检出化合物单体主要以磷酸三苯酯(TPHP)、磷酸三正丁酯(TNBP)、磷酸三(2-氯丙基)酯(TCIPP)和磷酸三(2-氯)乙酯(TCEP)为主。总体来看,远岸OPEs总检出质量分数高于近岸,且主要检出单体的质量分数也与近岸存在明显差别。造成上述差异的原因一方面可能与化合物自身的理化性质有关,亲脂性较高的TPHP和TNBP化合物可能更易累积在沉积物中。另一方面可能与来源有关,远岸以TPHP和TNBP为主的检出结果可能与海上油气开采和运输、海底光缆和输油管道铺设、船舶航运活动以及海流输运有关;而近岸主要检出的TCIPP和TCEP可能主要与城镇生活和工业污水排放以及海上养殖投料有关。表层沉积物中的OPEs生态风险评价结果表明,尽管绝大多数OPEs单体对水生生物的生态风险较低,但TPHP以及总OPEs对水生生物具有中等生态风险。因此,北部湾广西海域OPEs污染情况需要引起重视,尤其要高度关注近岸的TCIPP和TCEP,远岸的TPHP和TNBP的污染排放和管控,从源头减少污染。

广西涠洲岛海域浮游动物群落结构的季节变化及影响因素

为了解广西涠洲岛海域浮游动物群落结构与环境因子的关系,探究海岛附近海域浮游动物群落季节变化规律,于2022年1月(冬)、4月(春)、8月(夏)、11月(秋)对广西涠洲岛海域的浮游动物进行采样,分析浮游动物种类组成、丰度、生物量和优势种在4个季节间的变化特征及其主要环境影响因素。全年4个季节共鉴定出浮游动物224种(类),包括浮游幼虫25种(类),隶属于18个类群,以桡足类最多(78种),水螅水母类次之(35种)。浮游动物种类数量呈现出春>秋>冬>夏的季节变化特征,种类组成上呈现春>冬>秋>夏的季节变化特征,优势类群在季节上存在桡足类-赤潮生物和胶质性生物-毛颚类-桡足类的更替现象,浮游动物群落结构季节变化特征明显。浮游动物的年平均丰度和生物量分别为(246.50±158.75)ind./m^(3)和(126.08±192.27)mg/m^(3),春季的丰度和生物量均最高(712.80±630.28)ind./m^(3)和(367.79±264.33)mg/m^(3),冬季的丰度最低(62.29±29.56)ind./m^(3),夏季的生物量最低(35.48±19.88)mg/m^(3),丰度和生物量均存在明显的季节变化。RDA结果显示水温、盐度、营养盐和叶绿素a是影响广西涠洲岛海域浮游动物群落结构季节变化的主要环境因素,海洋季风引起水团发生季节性变化驱动着浮游动物优势种的演替。研究海域浮游动物的重要类群桡足类丰度季节变化特征与布氏鲸在涠洲岛海域的迁徙规律吻合,表明渔业基础饵料生物影响着布氏鲸的迁徙活动。此外,春季原生动物和胶质性生物大量增殖生长引起桡足类优势度下降的现象对涠洲岛海域产生的生态影响值得关注与探究。

广西山口不同演替阶段红树植物叶茎根的生态化学计量特征

红树林是一种典型的湿地生态系统,研究其生态化学计量特征对了解不同演替阶段红树植物养分利用、分配以及环境适应策略具有重要意义。本文以广西山口红树林保护区由海向岸不同演替阶段的三种红树植物(白骨壤、秋茄和木榄)为研究对象,比较不同器官碳(C)、氮(N)、磷(P)以及沉积物中有机碳(sedimental organic carbon,SOC)、全氮(total nitrogen,TN)、全磷(total phosphorus,TP)的化学计量特征,分析三个演替阶段的红树植物不同器官和沉积物养分的生态化学计量特征。结果表明:C、N、P含量在三个演替阶段植物中均表现为叶、茎大于根(P<0.05),白骨壤叶和茎的N、P含量显著高于秋茄和木榄(P<0.05),不同演替阶段植物对于养分的利用策略不同,演替初期为竞争,演替后期为防御。相关性分析显示,秋茄茎与根中的P含量呈显著负相关(P<0.05),木榄叶与茎中的N含量、P含量均呈显著正相关(P<0.05),红树植物叶、茎的N、P含量与土壤SOC、TP以及C:N有显著的负相关性,随着由海向岸的群落演替,红树植物生长从N限制转为N、P两种元素共同限制。

台风右侧暖涡对台风“鲇鱼”的响应

基于多源观测数据,分析了台风右侧暖涡对2010年南海台风“鲇鱼”的响应,发现了意料之外的暖涡增强和海水下沉现象。台风“鲇鱼”过境期间,暖涡海面高度距平(SLA)最大值从30 cm增加至36 cm、半径从78 km增大至116 km、涡动能从166 m^(2)s^(2)增加至303 m^(2)s^(2)、振幅从3 cm增大至9 cm,台风右侧暖涡边缘的Argo站位处温跃层海水下沉20~40 m。为此,诊断分析了台风风应力旋度对暖涡的单独作用,结果显示暖涡及暖涡边缘的Argo站位处总体受正风应力旋度作用,正风应力旋度将使暖涡减弱、温跃层抬升,与观测到的暖涡增强和海水下沉结果不符。而基于实际海面流场的诊断分析表明,台风“鲇鱼”过境期间台风路径下方的海水辐散,路径右侧暖涡区域海水辐聚,暖涡SLA最大值、涡旋振幅均与辐聚强度呈正相关,Argo站位处海水下沉29 m,都与观测结果相符。个例分析研究表明,位于台风路径外围的中尺度涡对台风的响应不仅受风应力旋度的作用,还受海洋背景环境条件的调制,存在着需要深入研究的过程和机制。

钦州湾沉积物中重金属的多元统计分析:空间关系、生态风险和来源识别

海湾是海洋和陆地相互作用和人类活动最强烈的区域,沉积物中重金属的含量和分布都受到人类活动的影响。为了探究钦州湾沉积物中重金属的含量水平、污染程度和可能来源,本研究分析了钦州湾表层沉积物中Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Hg和As的含量及空间分布,采用地质累计指数(Igeo)和潜在生态风险指数(PERI)定量分析了重金属的污染程度和生态风险,并利用自组织映射(SOM)和正定矩阵因子分解法(PMF)模型评估了重金属的可能来源。结果表明:钦州湾表层沉积物重金属中Zn的平均含量最高,Hg平均含量最低;除个别站位的Pb含量符合海洋沉积物质量第二类标准外,其他重金属含量均符合海洋沉积物质量第一类标准;Igeo结果表明钦州湾表层沉积物主要的污染元素为Pb、Hg和Cu;PERI结果表明Hg是钦州湾表层沉积物主要的生态风险元素。SOM和PMF模型结果表明钦州湾表层沉积物重金属主要受自然来源、农业活动、工业生产活动的共同影响,各来源的相对贡献率分别为39.65%、29.15%和31.20%。

冬季波浪与人工岛联合作用下日月湾海滩冲淤演变特征

人工岛作为一种新兴的海岸工程,它的建设所引起的岸滩冲淤和防护问题日益受到人们的关注。本文以海南万宁市日月湾人工岛为例,通过4期实测海滩剖面数据和多时相遥感影像,分析了冬季波浪与人工岛联合作用对日月湾海滩冲淤变化的影响,并结合海区波况,探究了海滩冲淤变化机理。研究表明,日月湾海区冬半年的平均有效波高与波浪周期明显强于夏半年,且波浪强度整体上呈现逐年上升的趋势,但在人工岛建设前后变化幅度较小;人工岛建设对海滩地貌变化有强烈影响,海滩呈现出岛后淤积而两侧侵蚀的显著特征,岛影区海滩不断淤积,岸线向海淤进达200m,甚至可能与人工岛相连形成连岛沙坝,人工岛后两侧海滩侵蚀,岸线向陆一侧蚀退最大距离达50m;海滩在冬季波浪和人工岛共同影响下,岸滩自北向南依次表现为稳定、侵蚀、淤积、相对稳定、略有侵蚀或淤积、侵蚀、淤积的冲淤变化特征。

夏季洪水对长江口及邻近海域颗粒有机碳分布与来源的影响

基于2020年7月洪水期间采集的长江口及邻近海域的温度、盐度、总悬浮物(Total Suspended Matter,TSM)质量浓度、颗粒有机碳(Particulate Organic Carbon,POC)质量浓度和颗粒有机碳稳定同位素(δ^(13)C_(POC))等数据,分析了洪水事件对该区域POC分布与来源的影响。结果显示,研究区域内POC和盐度呈显著负相关(r^(2)=0.41,p<0.01),与TSM呈显著正相关(r^(2)=0.92,p<0.01),表明咸淡水的混合是影响POC分布的重要因素。研究区域东北部表层海水POC质量浓度局部升高,并且δ^(13)C_(POC)值显示为海源信号,表明浮游植物生产是影响该海域POC分布的另一重要因素。此外,由于高径流量形成的稀释效应,洪水事件会降低陆源输入的POC质量浓度,研究区域东南侧偏轻的δ^(13)C_(POC)也表明,洪水事件会扩大陆源POC在东海的影响范围。

中越典型港湾海岸线与围填海的遥感比较——以防城湾和海防港为例

基于遥感影像与地理信息系统技术对比了1980年代—2010年代中国防城湾与越南海防港的海岸线及围填海变化情况。30多年来,两地海岸线均以向海迁移为主,其中防城湾海岸线平均端点变化速率为6.49 m/a,海防港为6.21 m/a,分别呈现先升后降与先降后升的变化趋势;在1980年代和1990年代,平均端点变化速率为防城湾大于海防港,在2000年代和2010年代则相反。防城湾和海防港年均新增围填海面积分别为122.48 hm^(2)/a和164.24 hm^(2)/a,围填海强度指数均呈不断上升的趋势,其中在1980年代和1990年代防城湾小于海防港,在2000年代和2010年代则相反。从1980年代至2010年代,围填海面积与年均空间扩展速率两指标,在防城湾呈先增加后下降的趋势,在海防港则呈持续波动状态。围填海为两地海岸线变化的主要因素,港口建设是其最主要的驱动力。

海南新村潟湖潮汐、潮流特征及其对营养盐的影响

基于海南新村潟湖2020年12月水文和水质多要素实测数据,研究了该海域的潮汐、潮流变化特征,并探讨了潮位变化对潟湖营养盐的影响。结果表明,新村潟湖的潮汐为不规则全日潮,潟湖口门处的潮流为往复流,涨潮历时15 h,落潮历时10 h。大、小潮期间3个观测站点溶解性无机氮(DIN)浓度变化范围为0.91~20.87μmolL,磷酸盐(PO^(3-)_(4))浓度变化范围为0.11~5.92μmolL,硅酸盐(SiO^(2-)_(3))浓度变化范围为2.36~134.75μmolL。大、小潮期间,潟湖内3个观测站点DIN、PO^(3-)_(4)、SiO^(2-)_(3)浓度随着涨、落潮过程发生变化。潟湖口门处流速对观测站点潮位变化有着重要的影响,潮通量基本决定了潮位的变化。潟湖口门处和渔排密集区域的营养盐浓度与潮位呈现显著的负相关关系,潮流流速对口门处和渔排密集区域的营养盐变化有着重要影响。该研究结果将为新村潟湖的污染治理及生态修复提供科学依据。

雪卡毒素及其产毒底栖甲藻的研究现状与展望

雪卡毒素(Ciguatoxins,CTXs)是一种高度氧化的环状聚醚梯类毒素,主要由冈比亚藻(Gambierdiscus)和福氏藻(Fukuyoa)两个属的底栖甲藻的一些产毒种类的株系产生。毒素通过海洋食物链在珊瑚礁鱼类中进行生物转化和积累,可引起常见的非细菌性海产中毒——雪卡毒素中毒(Ciguatera Poisoning,CP),食用被CTXs污染的鱼类会引起消费者产生胃肠道、心血管、神经方面的症状甚至导致死亡,但目前雪卡毒素中毒在全球引发的关注度与重视度不足。然而受全球气候变化和人类活动的影响,底栖甲藻在全球扩张趋势明显,特别是在亚洲地区,雪卡毒素中毒事件频繁爆发,雪卡毒素中毒对人类健康和生态系统健康构成了重大威胁。本文重点综述了产雪卡毒素底栖甲藻的种类多样性、化学多样性、生理生态学研究、以及毒素的生物合成机制与生物转化和累积方面的研究,并探讨了亚洲地区作为雪卡毒素潜在的爆发地点未来值得研究的领域以更好地保障亚洲海域的生态安全及居民健康。

赤道印度洋80°E断面盐通量的年际变化

本文通过对比四种再分析数据集,选取与观测数据更为一致的ORAS5资料,对赤道印度洋80°E典型断面上盐通量的年际尺度时空变化进行研究.总体上,盐通量年际变化高值区与气候态高值区较为一致,主要位于上150m层,水平方向存在三个重要区域:一是近赤道区域(3°S~3°N),其盐通量向东、量值最大且年际变化最显著,主要受Wyrtki急流和赤道潜流调制;二是赤道以南区域(3°S~6°S),其盐通量上强下弱且方向相反,100m以浅向东且年际变化显著,这是受南赤道逆流影响;三是赤道以北区域(3°N~6°N),其盐通量北强南弱且方向相反,5°N以北向西且年际变化较显著,主要受斯里兰卡南岸流影响.采用经验正交分解法得到两个主要年际变化模态.第一模态解释方差为39%,空间模态表现为近赤道75m以浅和赤道以南区域同相,与赤道以北和近赤道75m以深区域反相.第二模态解释方差为17%,空间模态表现为近赤道次表层与赤道以南区域变化显著且反相.两个模态的时间序列均表现为以两年周期为主的1~4年周期年际变化,其中第一模态与印度洋偶极子的相关性较大,第二模态与印度洋偶极子和厄尔尼诺与南方涛动的相关性相当.方差分析表明盐通量年际变化主要由流速决定,空间分布受到盐度的调制.合成分析则表明在不同的强年际气候事件期间,海表面温度和风场的变化导致印度洋赤道流系中海流的变化,盐通量在海流平流作用下产生相应的年际时空变化特征.