基于海洋放射性核素时空演化体系的海洋核安全评估技术

本文指出全面构建海洋中放射性核素本底基线的时空演化体系是海洋核安全评估的基石,提出本底基线法、活度限值法和剂量限值法三种海洋核安全评估技术,并应用于福岛核事故后污染最严重的核心海区——港口区,定量剖析港口区的海洋核污染历史与现状,有利于评估过去12年以来日本福岛核电站修复进程中相关修复措施的有效性。之后,本文在利用海洋数字孪生技术的基础上,针对上述三种海洋核安全评估技术对应提出从寻找人类核活动历史的可靠“档案馆”、健全海洋放射性核素的基准/标准限值和探索长期低剂量生物辐射效应与风险三个角度展望未来海洋核安全评估技术需求与发展方向,以期为国内外新形势下我国海洋核安全评估与管理提供一定借鉴。

西沙群岛永乐环礁礁外坡沉积物中有机碳的含量与来源分析

有机碳埋藏作用是碳循环过程的重要环节,但迄今关于珊瑚礁沉积物中有机碳的研究却很少,影响着对珊瑚礁碳循环的准确评估。本文以南海西沙群岛永乐环礁礁外坡的现代表层沉积物为材料,分析其总有机碳(total organic carbon,TOC)含量、总氮(total nitrogen,TN)含量、有机碳同位素(δ13C)值以及沉积物粒度、叶绿素含量等指标。永乐环礁礁外坡的生态状况相对较好,具有代表健康珊瑚礁生态系统沉积物中有机碳特征的潜力。结果表明:(1)永乐环礁礁外坡沉积物中的TOC含量在0.71~1.66mg·g^(−1)之间,平均为(1.23±0.3)1mg·g^(−1);TN含量在0.12~0.28mg·g^(−1)之间,平均为(0.20±0.05)mg·g^(−1);(2)C/N比值在6.16~7.59之间,平均为(6.75±0.34);δ13C值在−17.49‰~−15.85‰之间,平均为(−16.61±0.49)‰,表明沉积物中的有机碳以海洋自生来源为主,且主要来自底栖植物;(3)有机碳含量与水深负相关,与叶绿素a含量和脱镁叶绿素含量正相关,表明底栖植物控制的初级生产力是礁外坡有机碳含量的主要来源。结合全新世以来太平洋海域礁外坡沉积物沉积速率(2~5mm·a^(−1)),推测永乐环礁礁外坡有机碳埋藏通量约在3~8g·m^(−2)·a^(−1)之间。本研究为评估南海珊瑚礁对碳循环的贡献提供了新的信息。

西沙群岛银屿珊瑚礁的生态快速退化及其对鱼类的影响

珊瑚礁生态系统退化能够改变珊瑚礁三维结构的复杂性及底栖生物组成,从而对珊瑚礁鱼类群落产生重要影响。南海珊瑚礁在近几十年来处于快速退化之中,但其退化对珊瑚礁鱼类群落造成的生态影响仍不清楚。西沙群岛珊瑚礁近年受高温和长棘海星暴发等的影响而出现生态退化,因此,本文以西沙群岛银屿珊瑚礁为研究对象,通过水下录像样带调查和差异性检验、线性回归评估其珊瑚礁生态退化状况及其对珊瑚礁鱼类群落的影响。结果表明:2020至2021年,银屿活珊瑚覆盖率从33.27%下降到9.07%,草皮海藻覆盖率从8.38%上升到36.50%,珊瑚补充量从21.42ind.·m^(−2)下降到3.64ind.·m^(−2),珊瑚物种丰富度从40.00下降到16.83,珊瑚Shannon-Weaner指数从3.26下降到2.14。鱼类密度从177.16ind·100m−2下降到105.07ind.·100m^(−2),鱼类物种丰富度从30.56下降到17.17,鱼类Shannon-Weaner指数从2.24下降到1.63,珊瑚食性鱼类生物量从2.45g·m^(−2)减少到0.43g·m^(−2),肉食性鱼类生物量从7.35g·m^(−2)减少到1.70g·m^(−2),杂食性鱼类生物量从7.04g·m^(−2)减少到0.95g·m^(−2),鱼类总生物量从32.99g·m^(−2)减少到11.66g·m^(−2)。短短2年内,银屿珊瑚礁已经被草皮海藻和大型海藻占据优势,但是鱼类群落对珊瑚礁区的藻类并没有表现出自上而下的控制效应。在4种类群的鱼类中,植食性鱼类受到生态退化的影响最小。珊瑚礁鱼类的物种丰富度和多样性均受限于珊瑚物种丰富度。基于以上结果,推测银屿珊瑚礁的快速退化是导致珊瑚礁区鱼类群落物种多样性和密度下降,改变珊瑚礁鱼类群落的结构的主要原因。希望未来进一步增加调查的频率和范围,以便更深入地揭示鱼类群落与珊瑚礁生态变化的动态关系。

珊瑚记录的全新世ENSO变化及其机制研究进展

厄尔尼诺-南方涛动(ElNiño-SouthernOscillation,ENSO)是地球气候系统中最强烈的年际振荡,对全球天气及气候有重要影响。全新世作为与人类关系最为密切的地质时段,重建该时段ENSO的活动历史、探索ENSO的变化规律,将有助于提高对未来ENSO预测的准确性。本文基于珊瑚这一热带海洋的高分辨率气候记录载体,首先介绍从珊瑚骨骼指标中提取ENSO信号、衡量ENSO变率的方法;再梳理珊瑚记录的ENSO变率在早、中、晚全新世的变化历史;最后总结基于珊瑚记录得出的全新世不同时间尺度的ENSO变化机制。结果显示:珊瑚记录的ENSO信号可直接从其环境代用指标的极值变化中识别;或通过谱分析、滤波等方法提取环境代用指标在时间序列中的ENSO周期,再使用阈值分析、滑动窗口等方法定量分析ENSO的频率和振幅变化。珊瑚记录显示,全新世ENSO呈波动变化的特征,总体呈现自早全新世至中全新世ENSO变率不断减弱,而晚全新世ENSO变率持续增强的趋势。基于珊瑚记录得出,岁差变化引起的地表太阳辐射分布变化是全新世百年-千年尺度ENSO变化的主要因子,而气候系统内部驱动可能是全新世年际-年代际尺度ENSO波动的主要原因。与全新世一万多年的时间跨度相比,珊瑚记录的时间窗口累计仅数百年,远未达到揭示EN-SO活动规律和变化机制的程度,因此未来需要进一步延长珊瑚记录的时间序列长度、扩大珊瑚记录的空间区域来源,以揭示ENSO变化的规律和机制。

雷州半岛珊瑚礁生物地貌带与全新世多期相对高海平面

通过多次野外调查 ,将灯楼角珊瑚礁分为 8个生物地貌带 :礁前斜坡活珊瑚林带、外礁坪大块滨珊瑚礁岩带、中礁坪块状珊瑚混合带、中礁坪块状珊瑚—角孔珊瑚混合带、内礁坪角孔珊瑚带、沙坪台—海滩、沙堤和洼地 ,它们是海平面和气候环境变化的产物。以珊瑚礁及其生物地貌带作为高海平面的标志 ,根据 13个表层珊瑚礁样品的 TIMS铀系年代和 1个 1 4C年代 ,指出全新世以来至少存在过 5期相对高海平面 (7.2～ 6 .7、约 5 .8、 5 .0～4 .2、 2 .8～ 2 .0、约 1.5 cal.ka BP) ,每一期中还存在低海平面的波动。其中 6 .7～ 7.2 ka BP是整个全新世最高海平面时期 ,在这个时间段已经基本形成了现代珊瑚礁的地貌格局。这个时间段以后形成的珊瑚礁是在 6 .7～ 7.2 ka BP形成的珊瑚礁礁坪的礁塘或礁坑等低洼地中形成的 ,迄今为止 ,没有再出现过高出 6 .7～ 7.2 ka

基于有孔虫指数评估西沙群岛羚羊礁过去2600年的生态环境状况

有孔虫指数(Foram Index,FI)是利用珊瑚礁区沉积物中底栖有孔虫功能组(藻类共生种、机会种、非自养种)的含量评估珊瑚礁区生态环境健康状况的指标,迄今中国对该指标的应用还较少。文章以西沙群岛羚羊礁的潟湖中钻取的LYJ2岩芯为材料(全长287 cm,底部对应的年代为2665 a BP),以0.5 cm的间隔取样,在显微镜下鉴定有孔虫功能组,计算FI值。结果显示:1)近2600年的FI变化范围为4.1~7.9,均值为5.9。2)FI成波动变化的模式,具体可分为3个上升期:2380―1628,1212―572和252―92 a BP;3个快速下降期:1628―1212,572―252和92 a BP至今及1个小幅下降期:2665―2380 a BP;3)FI在长期变化趋势上叠加不同尺度的年代际波动,具有66.7、54.4 a等周期。基于FI值对珊瑚礁健康状况的评估标准,推测近2600年来西沙羚羊礁的生态环境总体是健康的;基于FI值与海表温度对比分析,推测羚羊礁FI值主要受海表温度影响,与气候变化具有一致性,FI高值与中世纪暖期、罗马暖期大致对应,而低值与小冰期、黑暗时代冷期大致对应;FI值具有3次快速下降阶段,前两者(1628―1404,572―252 a BP)与黑暗时代冷期、小冰期相对应,可能是由于冷期冬季风增强导致大气粉尘物质增多、降雨增加、羚羊礁海域营养物质增加所致;后者(92 a BP至今)与近40年来西沙群岛珊瑚礁生态系统的快速退化相对应,可能是由人类活动加剧、大气氮沉降通量增加等导致的羚羊礁海域营养浓度升高所致。文章揭示了有孔虫指数可大体记录南海珊瑚礁的健康状况,可用于对地质历史时期珊瑚礁健康状况的评估。

中全新世海南潭门滨珊瑚的生长率特征及其气候意义

珊瑚生长率是珊瑚古气候研究的重要指标,其反映珊瑚生长快慢,并提供高分辨率的海水表层温度变化信息。中全新世作为当前全球变暖的地质历史相似型,利用珊瑚生长率重建该时期的气候环境状况对于理解现代气候变化的过程及其机制具有重要的参考价值。文章对采自海南潭门珊瑚岸礁的23段中全新世(6143—4356 a BP)滨珊瑚进行生长率分析,并基于该区域现代(2005—2021 AD)滨珊瑚生长率与SST的关系重建了中全新世期间共406 a的年均SST序列。结果显示:1)中全新世滨珊瑚生长率的变化范围为0.607~1.670 cm/a,均值为1.079 cm/a,且存在明显的波动变化过程;2)基于生长率重建的中全新世平均SST为25.7±0.54℃,这与全球变暖程度加剧背景下的现代海温相近;中全新世年均SST的变化范围为24.7~26.8℃,其中5860、5660和5160 a BP为3个显著的低温期;3)对比现代与中全新世(5427—5394、5243—5209、4515—4456和4404—4356 a BP)珊瑚生长率的频谱周期,发现现代与中全新世珊瑚的生长率均存在显著的3~7 a ENSO周期,但中全新世ENSO主周期改变且频率显著降低,表明中全新世的ENSO活动总体偏弱;概率密度函数统计进一步显示中全新世期间ENSO变率存在逐渐增强的趋势。

涠洲岛42年来海面温度变化及其对珊瑚礁的影响

涠洲岛位于南海珊瑚礁分布的北缘 .温度是影响其珊瑚礁生态系统发育的重要因素 .对器测温度分析发现 ,近 4 2年来涠洲岛海面温度 (SST)与全球气候变暖呈准同步变化趋势 ,存在 3～ 4年与 7～ 8年的变化周期 ,2 0世纪 80年代后期以来 ,涠洲岛SST上升比较明显 .其月平均最高SST的持续上升将使本区珊瑚生长处于一种非常敏感的边缘 ,加上人类活动 (建筑取材、炼油、旅游、捕鱼、养殖等 )对涠洲岛珊瑚礁的潜在不利影响 ,则可能导致珊瑚礁的退化 .此外 ,在系统的野外调查基础上 。

大亚湾扁脑珊瑚中重金属的年际变化及其海洋环境指示意义

通过对南海北部大亚湾海区 1 976～ 1 998年扁脑珊瑚Platygyra骨骼Cu ,Pb和Cd含量的研究及其与观测记录的比较 ,初步认为珊瑚可以记录大亚湾海区重金属的年际变化特征 ;发现 1 979年和 1 991年是重金属含量比较高的年份 ;由扁脑珊瑚记录推测珊瑚中Cd含量短时间内可能受到了核电站兴建的影响 ,但近 2 0多年来的大亚湾扁脑珊瑚及海水中重金属状况的总体变化过程可能与整个广东海域水质的变化背景基本一致 。

雷州半岛造礁珊瑚Porites lutea月分辨率的δ^(18)O温度计研究

对雷州半岛西南部珊瑚岸礁区1995～1997年生长的造礁珊瑚Poriteslutea的骨骼密度、生长速度和δ18O分析表明：1）造礁珊瑚骨骼的密度、生长速度和δ18O与其生存环境的表层海水温度之间存在很好的相关性，高密度、低生长速率和高δ18O值对应于冬季；2）δ18O具有明显的年际和季节性变化。根据δ18O估计的表层海水温度变化范围与实测基本一致，进一步揭示了珊瑚骨骼δ18O可作为定量研究高分辨率表层海水温度变化的温度计。

永暑礁西南礁镯生物地貌与沉积环境

在海上系统调查的基础上提出南沙群岛永暑礁西南部礁镯并非传统的开放型环礁,而是一个封闭型的小环礁,封闭的泻湖能够为高分辨率古环境重建提供原生生物沉积。该小环礁可分为礁前斜坡活珊瑚林带、外礁坪珊瑚生长带、礁突起珊瑚枝块胶结堆积带、内礁坪枝状珊瑚生长—砂质沉积交互带、泻湖坡枝状珊瑚生长—细砂沉积带和泻湖盆底粉砂质生物沉积带共6个生物地貌和沉积带。12个礁坪原生滨珊瑚和2个礁岩滨珊瑚的14C和TIMSU Th测年结果表明永暑礁礁坪面形成于近代,它们没有提供中全新世高海平面的证据,约950aBP的中世纪暖期南沙群岛可能有过非常强的风暴潮。此外,1000年以内的珊瑚常规14C未校正年代与TIMSU Th年代存在显著差异,在环境解释中需要特别小心。

西沙群岛永兴岛地貌与现代沉积特征

通过对永兴灰沙岛的地貌考察和沉积物采样分析，认为永兴岛砂屑沉积物为现代环境的产物，指出了灰沙岛不同地貌单元沉积物的粒度和生物组分的特征；生物组分的分布还与其粒径大小有十分紧密的关系；同一粒级同一类型的生物屑的颗粒百分含量与重量百分含量之间存在比较密切的线性正相关关系；永兴岛西北部的沉积动力条件较东南部的强，并陆续向东南方扩大。

南海北部晚全新世高海平面及其波动的海滩沉积证据

揭示晚全新世以来的海平面变化过程对于理解海平面所处的现状和变化的趋势等具有重要意义。构造活动相对稳定的雷州半岛珊瑚礁区蕴藏着丰富的海平面变化信息,文中对该区晚全新世发育的海滩沉积序列研究表明,距今约1.7～1.2Cal.kaBP(14C年代为2.1～1.7kaBP)期间总体上是一个海平面持续上升的时期,其中在距今约1.5Cal.kaBP时海平面有过短暂的下降波动,约1.2Cal.kaBP时的海平面比现在的至少高128cm;之后海平面开始下降,至今海岸线后退了约210m,形成现代海滩-沙堤地貌体系。结合本区珊瑚礁记录的全新世其他时段海平面的变化特征,本文认为全新世海平面与气候变化一样,也存在千年、百年、年代际尺度的波动特征。

中国南沙群岛滨珊瑚高分辨率δ^(13)C的环境记录

南沙群岛永暑礁滨珊瑚月～季分辨率的稳定同位素分析结果表明,珊瑚δ^(13)C总体上具有比较清楚的年际变化周期,可以反映永暑礁日照时数、总云量和降雨量等的变化,对El Nino事件有比较明显的记录.1950年至1999年δ^(13)C存在非常显著的长期下降趋势,反映近50年来南沙群岛年总日照时数呈减少的趋势、年平均总云量和年雨量呈增加的趋势.

“海洋生物学基础”课程教学改革探索

“海洋生物学基础”是海洋科学专业的核心课程,对海洋专业学生掌握基础知识和提高海洋学科学习兴趣具有重要的意义。文章探讨了“海洋生物学基础”课程需要实施的教学方式方法改革,通过内容模块化、教学方法改进、教学团队建设等改革途径,以提高课程的教学质量和教学效果。

南沙群岛珊瑚礁区仙掌藻的现代沉积特征

仙掌藻为温暖水体中钙化的绿藻，是南沙群岛珊瑚礁区重要的钙质沉积物源。对南沙群岛８座环礁现代沉积物样品的分析表明，仙掌藻碎屑在环礁各地貌沉积带沉积物中的含量，以泻湖盆底最高，平均为３２．６６％，最高可达７５％，泻湖坡次之，平均９．２２％，礁坪含量低，平均６．０６％。南沙群岛仙掌藻以砂质基底上生长的直立类型为主，能生长于各个地貌沉积带，最适生态环境为封闭性好、泻湖面积大、水深较大（１０～２５ｍ）、水动力弱的砂质泻湖盆底。仙掌藻的现代沉积特征反映了其生态特征，可作为中新世以来珊瑚礁沉积相划分的依据。

南沙群岛永暑礁等8座环礁现代沉积物中Ca、Sr、Mg的特征

南沙群岛永暑礁等8座环礁的现代沉积物中,不同礁体之间Ca、Sr、Mg含量变化较大;在同一个环礁的礁坪、泻湖坡和泻湖盆底等不同的地貌带中,Sr含量的变化特征最显著,它在泻湖盆底沉积物中含量最高;通过计算,Ca与Sr、文石与Sr、高镁方解石与Mg含量成正相关;Mg与Sr、文石与Mg、高镁方解石与Sr含量成负相关;Ca与Mg、Ca/Mg与粒径<0.063mm的百分含量、Ca/Mg与平均粒径（Mz）之间的相关性不显著。

西沙海区全新世海面温度变化幅度推算

根据南海西沙海洋站表层海温（ＳＳＴ）资料及附近ＳＣＳ９０－３６井（柱状样）前人测量的δ１８Ｏ、长链烯酮不饱和指标（Ｕ３７ｋ）等资料，用４种方法重新推算全新世古 ＳＳＴ，得出西沙海区全新世 ２００ ａ尺度 ＳＳＴ变化幅度为 ２．５～３．０℃。

雷州半岛灯楼角珊瑚礁的生态特征与资源可持续利用

分布于雷州半岛西南部灯楼角的珊瑚礁,自海向陆可分为6个生态带,已鉴定出现代活石珊瑚(Scleractinia) 13科2 5属39种3未定种。该珊瑚礁位于热带北缘,附近人口密集,它的发育受自然因素和人类活动双重制约。气候方面,近4 2 a来的温度总体上升有利于本区珊瑚礁的发育,而台风活动对本区珊瑚礁可能有负面的影响;人类活动对本区珊瑚礁的影响表现为旅游业的快速发展与保护行动滞后威胁珊瑚礁、渔业和养殖业影响珊瑚礁、作为建筑材料使用而破坏珊瑚礁等3个方面。作为一种重要的海洋生态资源,本区珊瑚礁若得以科学保护。

1950～1997年雷州半岛近海气候变化趋势

1950～1997年雷州半岛近海各站的气温呈同步变化趋势,存在明显的8～9a的变化周期;1968年以来气温呈上升趋势,上升率为0.2℃～0.25℃/10a,略低于同期全球平均上升率。1960～1997年海口、涠洲岛和硇洲岛的年平均海温呈同步变化的趋势,与该区气温变化趋势同步,存在6～7a的变化周期,1984年以来上升明显。海温与气温之间存在显著的相关性。1950年以来湛江和徐闻的年雨量呈准同步变化湛江的年降雨量存在增多的趋势,并显示出11a左右的变化周期。1950年以来热带气旋活动呈减弱趋势。