海洋中微塑料的来源、分布及生态环境影响研究进展

微塑料(粒径<5mm的塑料)作为海洋环境中一类新型污染物正受到越来越多的关注。我们从微塑料来源、分布和生态影响等方面总结分析了近年来海洋微塑料研究的进展。结果表明,海洋中的微塑料主要来源于在阳光、风浪和海流等作用下的海上塑料垃圾的分解,陆源塑料垃圾输入、海上船只塑料垃圾的丢弃、水产养殖业漂浮装置的废弃等是海洋中塑料垃圾的主要来源。海洋微塑料分布呈全球化趋势,近岸、大洋、深海和极地都有微塑料的存在,已有研究表明深海是微塑料的主要汇集区。微塑料不但会影响藻类的光合作用,还会影响一些海洋生物的产卵量和繁殖能力,甚至会引起某些海洋生物的营养不良甚至死亡;微塑料自身含有和表面富集的污染物会在水动力作用下影响污染物的全球分布并对海洋生物产生复合毒性影响。为减少海洋塑料垃圾,控制海洋微塑料污染并为污染防治提供支撑,保护海洋环境安全和人类健康,今后的研究方向将主要包括:不同粒径微塑料的快速分离和在线鉴别方法的建立;水动力对微塑料全球迁移变化的影响;微塑料复合毒性对海洋生态环境的污染效应及机制;管理和技术体系以及相关政策法规的制定等。

海洋沉积物/颗粒物在生源要素循环中的作用及生态学功能

海洋沉积物/颗粒物是生源要素循环过程中的关键源与汇,沉积物/颗粒物一方面是海水生源要素的主要归宿,生源要素从溶解态经复杂的生物-化学过程转变为颗粒态,颗粒物质再沉降形成沉积物,另一方面,海洋沉积物/颗粒物经过微生物-浮游动物-底栖生物作用分解形成溶解态的生源要素,并释放到海水中再次被浮游植物利用,进入下一轮循环,所以,海洋沉积物/颗粒物具有异常重要的生态学功能。浮游植物是海水溶解态生源要素的利用者和海源颗粒态生源要素的初始形成者,浮游动物通过摄食浮游植物或其他有机颗粒物可释放出溶解态生源要素或形成更大的颗粒物,颗粒物沉降后形成的沉积物又通过底栖生物摄食-扰动-破碎等过程将颗粒生源要素释放进入水体参与再循环。生态系统不同类群的生物在颗粒生源要素的释放-沉降中所起的作用不同而又相互关联,其中浮游动物-底栖生物的摄食与代谢、微生物参与的分解过程起着非常重要的作用。所以,海洋沉积物/颗粒物生态学功能研究作为支撑海洋环境和资源的持续利用的科学基础,已成为海洋科学的前沿领域,必将获得跨越发展。

全面提升海洋综合探测与研究能力——中国科学院海洋先导专项进展

中国科学院海洋先导专项的主要任务是针对国家对海洋的战略需求,瞄准海洋领域国际前沿问题,建立海洋综合探测与研究体系,从海洋系统的角度研究海洋的各种现象、过程和规律、提出应对措施。海洋科学的发展在很大程度上依赖于技术的进步和装备水平的发展,能力建设是实现海洋先导专项科学目标的前提和基础。本文重点介绍海洋专项实施以来在能力建设方面的主要进展,包括近海与深远海观测网建设、深海综合探测与研究平台体系建设、海洋装备研发,以及随着能力建设水平的提高所带来的科学认知上的突破。通过科学目标与技术研发的有机结合、国家海洋战略目标与基础科学发展的有机结合、海洋科学与经济社会发展有机结合的实践,海洋先导专项全面提升了我国海洋综合探测与研究的能力,为深入认知、预测、预警预报、综合管控、开发和保护海洋奠定了基础,推动我国海洋科技向纵深发展,从陆架边缘海走向广袤的深海大洋,从中国近海所面临的资源环境与可持续发展问题到探索全球海洋运作机制与未来海洋发展战略。

热带西太平洋海洋系统物质能量交换及其影响——中国科学院海洋先导专项介绍

本文重点介绍海洋专项的科学意义、聚焦的关键问题、研究区域的选择、总体研究思路、实施方案与预期成果。海洋专项面向国家重大战略需求和国际海洋科技前沿,以西太平洋及其邻近海域海洋系统为主要研究对象,从"海洋系统"的视角开展综合性协同调查与研究,在西太暖池对东亚及我国气候的影响机制、邻近大洋影响下的近海生态系统演变规律、西太平洋深海环境和资源分布特征等领域开展系统研究,同时进行我国深海研究探测装备的研发与应用,为提升我国深海大洋理论研究水平,为我国海洋环境信息保障、战略性资源开发、海洋综合管理、防灾减灾、海上丝绸之路建设提供科学依据,为建设"海洋强国"提供科技支撑。

对海洋科学的认识与实践

"热带西太平洋海洋系统物质能量交换及其影响"是中国科学院海洋领域投入最大、参加人员最多的一个海洋科学先导项目,该项目使我们第一次有机会从海洋系统角度研究中国近海到西太平洋的一些海洋前沿问题。来自物理、化学、生物、地质和大气等不同学科的科学家们围绕共同的问题,在同一个区域、从不同方向开展协同研究。目前,海洋先导专项已在深海探索与研究、海洋能力建设、科考平台建设、技术队伍建设、科研与技术有机融合的体系建设和海洋前沿探索方面取得一系列突破,为全面、综合地开展深海资源的探测与近海生态安全研究奠定了重要基础。海洋先导专项更多系统性、有影响力的成果将在未来不断涌现出来。

奠基海洋化学研究,助推海洋科学发展——中国科学院海洋研究所海洋化学研究70年

本文系统总结了中国科学院海洋研究所建所70年来,海洋化学研究的发展历程和主要科学贡献,在此基础上,提出了海洋化学的发展愿景。建国初期的中科院海洋研究所是我国海洋化学研究的主要奠基者和引领者,70年来一直是我国化学海洋学、海洋生物资源化学利用以及海洋腐蚀与防护等领域的中坚力量,为中国海洋化学的发展做出了不可替代的重大贡献。1950-1990年,系统获得了渤黄东海重要化学要素的分布特征,发现了黄东海溶解氧存在最大值系冬季保持而来;构建了大型海藻经济组分提取的系统化方案,奠定了世界最大规模海藻化学工业的基础;系统开拓了我国海洋腐蚀与防护领域的研究。1990-2020年,中科院海洋研究所的海洋化学研究全面与国际接轨,系统研究了中国近海化学要素特别是微痕量无机/有机组分的分布迁移转化特征及机制,提出了海洋生物地球化学研究的系统思路;研制成功褐藻多糖硫酸酯治疗肾衰新海洋药物,发现大量具有生物活性的海洋活性物质,在应用海洋化学领域也有重要进展。

细菌藿多醇的环境指示作用及其在海洋生态环境重建中的应用

细菌藿多醇(Bacteriohopanepolyols,BHPs)是细菌细胞膜中高度结构变异的五环三萜类化合物,易保存且受成岩作用影响较小,广泛分布于陆地和海洋环境中。BHPs作为一种新型微生物标志物,由于其细菌来源专属性和环境专属性,近年来已在示踪有机质来源、环境演变过程以及反演古环境方面表现出巨大的应用潜力。本文系统分析了近年来全球土壤、沉积物和海水中BHPs的组成、分布和来源,发现热带和温带区域中BHPs的多样性和含量通常高于寒带区域,且由土壤、河流、近海到外海海域逐渐降低。探讨了土壤标志物BHPs、细菌霍四醇同分异构体(BHT-Ⅱ)和35-氨基霍多醇在有机质来源、缺氧环境、厌氧氨氧化和甲烷氧化活动方面的环境指示作用及在海洋生态环境重建中的应用,以期为示踪海洋生态环境变化提供新指标和新途径。

海上风电对海洋生态环境与海洋生物资源的综合影响研究进展

海上风电具有就近消纳方便、发电效率高和不消耗化石能源等特点,在低碳经济发展背景下,加快海上风电开发已成为全球各国促进能源结构转型与可持续发展的普遍共识。但海上风电在建设及运营过程中所产生的噪音和磁场对海洋环境和生物的影响尚不明确。本文系统梳理了全球海上风电发展现状,分析了海上风电开发对海洋生态环境与生物资源的综合影响,从生理、行为和分子三个层面重点分析了海上风电所产生的噪音和磁场对海洋生物的潜在影响,以期为科学利用海上风电提供参考。

中国边缘海海洋沉积生态环境反演中的生物标志物

中国边缘海是海—陆—气圈进行物质和能量交换最活跃的海域之一,重建中国边缘海海洋生态环境演变对深入探析人类活动和气候变化的耦合作用意义重大,海洋沉积物生物标志物为定性/定量揭示海洋生态环境演变提供有效手段,可为预测人类活动影响下的海洋生态环境演变趋势提供科学支撑。本文总结归纳目前海洋沉积物中常用的古菌、细菌和真核来源生物标志物在海陆来源、化学结构、分布规律与功能等方面的特征,分析了不同生物标志物类型在重建海洋温度、酸碱度、氧化还原环境和浮游植物演变过程中的应用状况,剖析了多参数生物标志物在重建中国边缘海生态环境演变中存在的问题。总体而言,利用生物标志物重建中国边缘海生态环境演变的研究大多还停留在定性描述水平;由于对生物标志物母源生物及其适应机制认识不足会导致对生物标志物指标的解译存在偏差,进而影响海洋环境重建结果的准确性;此外,多种重要海洋环境演变参数并未建立起有效的生物标志物指标。未来的海洋生态环境重建研究应从结合新技术新方法厘清生物来源,整合大数据分析方法构建有更精确对应关系的校正公式以实现定量反演和准确预测,同时结合功能微生物群落筛选出更具独特性的新型生物标志物等方面开展研究。

海洋水环境中藻毒素的检测技术及分布研究进展

海洋藻毒素是海洋有害藻产生的次级代谢产物,具有种类多、毒性强和生物蓄积性等特点,对海洋生态系统、海产养殖业以及人类健康会造成严重威胁。近年来,近海水环境中的海洋藻毒素已引起人们的广泛关注。通过对近海水环境中海洋藻毒素的富集技术、仪器分析方法和分布特征方面的研究进展进行归纳和总结发现:被动固相吸附和固相萃取技术是海水中海洋藻毒素的主要富集技术,结合液相色谱-质谱联用技术进行检测,是目前近海水环境中各类海洋藻毒素检测的最有效方法;多种海洋藻毒素在全球近海水环境中有分布,且欧洲近海海水中藻毒素种类最丰富、浓度也相对较高;在中国近海水环境中多种脂溶性藻毒素广泛分布。在全球气候变化以及近海污染不断加剧的背景下,海洋藻毒素对近海水环境的影响不容忽视,今后的研究方向将主要包括:重要养殖区海水中藻毒素的长期连续监测;海水中典型藻毒素的现场快速检测技术;近海水环境中海洋藻毒素的来源及其影响因素;典型海洋藻毒素的迁移转化规律及其生物可利用性等。

平端深海偏顶蛤(Gigantidas platifrons)实验室蓄养过程鳃部含菌上皮细胞超微结构动态变化研究

平端深海偏顶蛤(Gigantidasplatifrons)是南海台西南冷泉区的典型优势物种,鳃丝上皮细胞内共生大量甲烷氧化菌,通过甲烷有氧氧化合成有机物为共生体系提供物质能量,是平端深海偏顶蛤赖以生存的重要能量来源器官,溶酶体在共生体系的营养互作和稳态维持中可能发挥重要作用,本研究使用电镜技术观测了常压培养过程中(0d,30d,90d)平端深海偏顶蛤共生体系中共生菌和溶酶体的动态变化,通过鳃上皮含菌细胞超显微结构的变化研究常压培养对深海共生体系的影响,并探讨溶酶体在宿主-共生菌营养传递和共生菌群稳态维持中的关键作用。研究发现,在原位状态样品中(0d)共生菌和溶酶体呈极化分布,细胞结构完整清晰;蓄养30d后,含菌细胞出现明显破碎,共生菌数量大幅降低,溶酶体数量、范围和消化程度大幅增加,对细胞顶端的甲烷氧化菌进行分解;而90d后,共生菌在溶酶体的作用下消失殆尽,鳃部有明显细胞脱落后留下的坑洞,细胞呈现空泡状,无法明确区分各种细胞组分。上述结果展示了长期常压蓄养过程中鳃上皮含菌细胞中溶酶体与甲烷氧化菌的动态变化,推测当共生菌丢失后溶酶体也同步降低活跃度,平端深海偏顶蛤在共生互作中通过溶酶体主导消化和调控共生菌。

海洋生态重要性区域的内涵与识别方法研究——以黄河口为例

海洋生态环境目前正在承受来自人类活动和气候变化的巨大压力,急需必要的管理工具或决策支持系统来应对这些压力所带来的生态环境问题。对海洋生境的分类识别是开展生物多样性保护的基础和前提,海洋生态重要区识别作为一种客观、科学和灵活的生境分类评估和选划方法,已被科学界和管理者广泛接受和认可。本文首先介绍了海洋生态重要区的概念内涵以及识别方法的研究进展,给出了海洋生态重要区的定义,之后以黄河口为例,初步建立了针对该区域的生态重要区识别标准和评价方法,对黄河口及邻近海区进行了生态重要性等级划分。本文是对生态重要区识别方法在我国近海的首次应用尝试,研究结果可为我国基于生态系统的海洋管理提供科学方法和工具,也可为其他区域的研究提供借鉴。

环境DNA技术在生态保护和监测中的应用

生物多样性减少、生态系统功能退化、全球气候变化是全球性重大问题,在避免对当前生态环境再破坏的前提下,开展全面准确的生态监测来查清和明确生物多样性,对生态保护和可持续利用极其重要。环境DNA技术(eDNA)的发展提供了一种生态和生物多样性监测的新手段,是近年来的前沿热点技术之一。国际上已经将其广泛应用于生态监测中,而我国的相关研究成果,尤其是在海洋生态监测中的研究成果则相对缺乏。本文综述了eDNA技术的发展和国内外基于eDNA技术取得的相关成果,主要从eDNA技术与传统监测方法的互补性、基于eDNA技术监测物种生活史过程、基于eDNA技术推算物种丰度、基于eDNA技术研究生态系统结构变化等几个主要方面进行了介绍;阐释了eDNA技术应用的研究领域和方向;揭示了eDNA技术在生态监测中的适用性和重要性;指出了eDNA技术存在的一些问题。本综述对于生态保护与监测、资源的保护和可持续利用具有一定的参考价值。

热带海洋生物稀土元素生态化学特征分析研究

于中国南海南沙海域采集了30种鱼类、5种贝类和4种甲壳类热带海洋生物,以HNO3-H2O2为消解体系,利用微波消解进行前处理,并用电感耦合等离子体质谱测定了生物体中稀土元素(Rare earth elements,REE)的含量,分析了稀土元素的生态化学特征。结果表明,微波消解-ICP-MS方法测定稀土元素,各元素的线性关系良好(r=0.9997~1.0000),检出限可达ng/L,准确度高和精密度较好,相对标准偏差(RSD,n=3)<5.0%,各稀土元素回收率在91.5%~106.7%之间。鱼类、贝类和甲壳类生物样品中稀土总量(∑REE)变化范围分别为5.02~34.8μg/kg,30.4~1481μg/kg和103~863μg/kg,3类生物对各稀土元素的富集平均含量为甲壳类>贝类>鱼类,14种稀土元素在鱼类/贝类/甲壳类内含量存在明显正相关性(r>0.80);生物体内轻稀土元素(La^Eu)含量高于重稀土元素(Gd^Lu)含量,从稀土配分模式看出,鱼类/贝类/甲壳类中REE分布模式基本一致,Gd均出现负异常,轻重稀土元素之间有明显的分馏;生物体中δEu值出现负异常,δEu值与相应海域沉积物中δEu值相近,而δCe值出现正异常;同时研究了稀土元素在生物体中的富集和沉积物沉降过程中相关性等。本研究得出的关于热带海洋鱼类/贝类/甲壳类稀土元素的含量和分配规律,可为研究南海水体环境中稀土元素的含量水平和迁移富集提供基础资料。

用于海洋沉积物中厌氧氨氧化细菌分子生态学研究的引物比较

为比较厌氧氨氧化细菌16SrRNA基因的2对特异性引物(Amx368F/Amx820R、Brod541F/Amx820R)在其分子生态学研究方面的优点与不足,本研究采用高通量测序和qPCR技术对长江口及其邻近海域沉积物中厌氧氨氧化细菌细菌的群落组成、多样性和丰度进行比较分析,结果表明,引物Amx368F/Amx820R特异性较高,能够较为完整地反映沉积物中厌氧氨氧化细菌的多样性信息,且其覆盖的厌氧氨氧化细菌丰度与功能基因hzo丰度正相关(P<0.01);而引物Brod541F/Amx820R特异性较低,覆盖部分厌氧氨氧化细菌及其他多个门的细菌,其量化的厌氧氨氧化细菌与功能基因hzo丰度无明显相关关系(P>0.05)。因此,引物Amx368F/Amx820R能够更加真实地反映厌氧氨氧化细菌在海洋沉积物中的群落特征,在其分子生态学研究中更具优势。

海洋浮游生态系统中DMSP的来源及在食物链中的传递和转化研究进展

β-二甲基巯基丙酸内盐(DMSP)是一种在海洋中普遍存在的重要生源有机硫化物,其降解产物二甲基硫(DMS)挥发到大气中会形成云凝结核,进而对大气温度产生负反馈效应。DMSP主要由浮游植物和部分细菌生物合成,在浮游食物链和微食物环中进行传递和转化,并进一步通过食物网进入更高营养级。浮游生物是驱动全球碳、硫循环的关键环节,在DMSP生物地球化学循环中的作用越来越受到人们的重视。本文针对DMSP的来源、归宿及在浮游食物链中的传递和转移等方面进行综述,介绍了浮游食物链和微食物环在DMSP传递、转化中的作用。DMSP在海洋食物链中仍有不少传递和降解途径为研究空白,今后应针对目前的研究不足深入开展DMSP的产生、传递和转化机制研究,进一步完善DMSP的生物地球化学循环机制。

海洋沉积物中氧化还原敏感元素对水体环境缺氧状况的指示作用

近年来由于人为污染水体富营养化加剧,缺氧区面积不断增大,利用沉积物中氧化还原敏感元素反演水体缺氧情况已经发展成为海洋化学领域的热点研究方向。本文详细阐述了氧化还原敏感元素的富集机制,并总结了利用沉积物中氧化还原敏感元素在不同氧化还原条件下的富集程度反映海水缺氧程度和底质氧化还原状况的一系列指标,如Re/Mo、Cd/U、Th/U、V/Sc、V/(V+Ni)值,U—Mo共变模型,δ^(98/95)Mo,多指标微/痕量元素模型以及氧化还原敏感元素-有机质共变模型等。沉积物中Re、Mo含量、Re/Mo值、自生Mo/U值、Th/U值对上层水体缺氧和氧化条件区分良好,可定量指征上层水体的缺氧情况。沉积物中Re含量近似于1 ng/g(地壳值),Mo含量>1μg/g(地壳值),Re/Mo值接近0.3×10^(-3),Mo—U富集系数比为(0.1～0.3)×现代海水,Th/U值>2,可指示氧化环境;Re含量在10～30 ng/g,Mo含量近似于1μg/g,Re/Mo值10×10^(-3)～30×10^(-3),Mo—U富集系数比>1×现代海水,Th/U值在0～2范围内,可指示缺氧环境;Re含量>30 ng/g,Mo富集达到20～40μg/g,Re/Mo值接近0.7×10^(-3)(海水中Re/Mo值),Mo—U富集系数比为(3～10)×现代海水,可指示极度缺氧的硫化环境。Mo_(EF)—U_(EF)交会对数坐标图、氧化还原敏感元素-有机质共变模型指标可定性分析上层水体的缺氧情况;V/(V+Ni)值对于次氧化沉积物指示效果不佳;Cd/U值在次缺氧条件下的变化机制复杂,还需进一步研究。生物扰动、成岩作用、人为污染、水体局限、高有机碳通量、Fe、Mn氧化物循环等因素通过影响氧化还原敏感元素在沉积物中的富集与迁移,从而影响氧化还原敏感元素指标的应用,应剔除有机质吸附与陆源输入等非自生部分的影响,结合各种指标互相印证,综合判别水体氧化还原状态。

海洋环境中抗生素抗性基因研究进展

抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)作为一种危害人类和生物健康的新污染物,已成为21世纪人们面临的重大挑战之一.海洋是人类活动产生的ARGs的潜在储库,但目前人们对海洋环境中ARGs的来源、污染水平、传播路径、健康影响等的认知较为缺乏,相关研究尚处于起步阶段.本文在总结国内外最新研究的基础上,综述了国内外海洋环境中ARGs的研究进展,重点探讨了海洋环境中ARGs的来源、不同海域ARGs的污染现状、环境因素对海水和沉积物中ARGs组成的影响等,并进一步分析了海洋环境中ARGs的潜在生态和健康风险,以期为未来海洋环境中ARGs污染的相关研究和监管提供参考.

厦门邻近海域海洋环境放射性水平及评价

良好的环境质量是厦门成为一个宜居和滨海旅游城市的重要基石。自日本福岛核事故发生和福建省核电站陆续运行之后,厦门邻近海域潜在的核污染风险受到公众和管理部门的关注。本研究测定了2015年2月和8月厦门邻近海域海水和海洋沉积物中主要放射性核素的含量水平,并据此评价了该海域的环境放射性质量状况。结果表明海水中总铀、^(90) Sr、^(226) Ra、^(137) Cs处于我国海洋放射性水平变化范围以内,无明显季节差异,其他放射性核素^(58) Co、^(60) Co、^(134) Cs、^(110m) Ag、^(59) Fe、^(54) Mn、^(65) Zn均未检出,海水中^(90) Sr和^(137) Cs的活度最大值远低于国家海水水质标准限值,海洋沉积物中放射性核素活度水平亦在我国海洋放射性水平变化范围以内。利用我国现有的海洋放射性环境质量评价方法对厦门邻近海域放射性质量状况进行分级评价得出其海水放射性质量为2级,海洋沉积物放射性环境质量为1级,均属于安全级别。研究结果表明2015年在厦门附近海域未观测到放射性污染现象。

环境RNA技术在水生生态系统生物多样性监测中的应用

随着人类活动在全球范围内的不断增强,水生生态系统的生物多样性丧失,群落结构发生巨大变化。因此,进行准确可靠的生物多样性监测来确定目标区域的物种丰度和群落结构对生态保护和资源可持续利用至关重要。环境DNA技术(eDNA)作为一种非入侵性的新手段,正在迅速发展,然而,eDNA技术易出现假阳性,从而导致实时生物多样性监测不准确的现象仍然普遍存在。与eDNA技术相比,环境RNA技术(eRNA)的快速降解使得它具有减少eDNA监测结果假阳性的潜力。本文概述了eRNA技术在水生生态系统的生物多样性监测中的可行性,主要从eRNA技术在水生生态系统中的可检测性和提高检测分辨率的潜力两个方面来介绍;综述了eRNA技术目前在水生生态系统生物多样性监测方面的研究进展;指出了eRNA技术目前存在的问题并分析了未来的研究方向。本文对未来将eRNA技术实际应用于水生生态系统的生物多样性监测、生态保护和资源可持续利用具有一定的参考价值。