海洋悬浮物浓度的长期演变特征及机制

受气候变化和人类活动的影响,21世纪以来全球海洋的悬浮物浓度发生了显著变化。悬浮物浓度的剧烈变化不可避免地对海洋生态环境、地貌演化和生物地球化学循环产生重大影响。随着气候变化对人类活动的环境影响研究的深入,以及卫星遥感数据的不断积累,悬浮物浓度的长期变化趋势及其机制已成为地球科学研究的热点。本文概括性地总结了海洋悬浮物浓度长期变化的国内外研究进展,指出了中国近海相关研究的不足之处,并对未来发展方向作出了展望。

胶州湾国家海洋公园沿岸地区土地利用预测研究

元胞自动机-马尔科夫耦合模型(CA-Markov模型)作为土地利用变化(LUCC)的一种研究手段,具有马尔科夫模型精确地模拟LUCC未来变化情况,同时还具有元胞自动机模型模拟复杂系统空间变化的能力。本研究运用CA-Markov模型,以分区预测为原则,对胶州湾国家海洋公园沿岸地区过去十年的土地利用构成及变化进行分析,同时对研究区未来三十年的土地利用变化进行中期预测和长期预测。结果表明:胶州湾国家海洋公园沿岸地区建设用地面积在过去十年增大,而在未来三十年将不断减小;模型的预测精度将随预测时长的增加而下降,需要根据其他因素对模拟结果进行一定程度的修正;未来土地利用方式的转变将为国家级海洋公园的生态保护和海洋生态文明建设起到积极推动作用。

围填海对海洋水动力与生态环境的影响

近10年来,中国海岸带围填海活动呈现出规模大、速度快的发展态势。围填海能带来显著的经济效益,但对海洋环境与生态的负面影响也不可忽视。针对围填海对海洋环境和生态的影响及作用机制,分别从水动力和生态系统两个方面进行了概述。围填海改变了海洋的自然几何属性(原始岸线、地形地貌、海湾面积),引起水动力环境的变化(潮汐系统和海湾水交换能力),进而影响了海湾的环境容量;围填海破坏了生物栖息地、导致生物多样性的丧失,影响到生态系统结构与功能的稳定性;水动力与生物多样性的变化可显著影响到生物地球化学过程,加速富营养化进程,恶化水质,增加生态灾害风险。目前,围填海后的生态修复策略主要有增加生物量、建设自然保护区、退陆还海3种方式;而生态补偿策略则多基于"生态系统服务功能与生境面积的大小为线性关系",通过对其经济价值的量化后进行生态补偿与实施相关政策。国际上,生态系统服务功能的量化参数逐步纳入实际管理,并在线性关系研究的基础上,逐步纳入一些非线性的理念,使生态补偿机制更为合理化;而我国对于围填海生态效应的定量化研究及科学理论在管理政策中的实际应用仍亟待提高。整体而言,全面、准确地评估围填海对海洋环境与生态的影响离不开自然科学与社会科学的交叉与融合。

夏季东中国海大气二甲基硫浓度特征的数值模拟研究

海洋源排放的二甲基硫(Dimethylsulfide, DMS)是全球大气硫循环的主要参与者。本研究利用机器学习法构建了夏季东中国海12 km×12 km分辨率海表DMS浓度清单,基于该清单和WRF-CMAQ模型模拟了2016年夏季东中国海DMS的海洋释放和DMS在大气中的物理化学过程,探究了夏季东中国海大气DMS及其氧化产物的浓度特征和主要影响因素。结果表明:海表DMS浓度随离岸距离增大而降低,平均浓度为7.66 nmol/L;与全球海表DMS浓度数据库在东中国海的结果相比,本研究计算的海表DMS浓度是其2~3倍,与观测浓度更为接近,也更好地再现了海表DMS空间分布特征。DMS海-气通量受海表DMS浓度及风速等因素影响,研究海域海洋释放DMS通量为3.0~47.2μmol/(m^(2)·d)。东中国海夏季大气DMS浓度为1.54~16.73 nmol/m^(3),渤海(7.22 nmol/m^(3))>东海(5.92 nmol/m^(3))>黄海(5.38 nmol/m^(3))。大气DMS浓度日变化呈双峰分布,在08:00和18:00左右浓度较高,午间和夜晚浓度较低,这主要与DMS的被大气中自由基的氧化等过程有关;大气DMS的氧化转化使夏季东中国海SO2、SO42-和MSA月均浓度分别升高了0.02~0.92、0.01~1.08、0.01~0.06μg/m^(3)。

黄河三角洲人工海岸带对海洋生态环境的影响

以黄河三角洲高效生态经济区的冲刷型和淤积型两类人工海岸带的近海区域为研究对象,对比分析不同类型岸带近海海洋的水质、沉积物和生态环境的特征及演变趋势。结果表明,冲刷型岸带近海水体中悬浮物含量、Hg+、Pb^(2+)、Cu^(2+)、Zn^(2+)等离子含量呈逐年上升趋势,磷酸盐含量呈逐年下降趋势,而淤积型岸带呈与其相反的变化趋势;淤积型岸带近海沉积物重金属离子中Cu^(2+)、Cd^(2+)、Zn^(2+)等离子含量呈下降现象,与冲刷型岸带近海沉积物的变化不同;淤积型岸带的浮游植物、浮游动物和底栖生物的物种数量、生物量和多样性指数、丰度、均匀度呈现逐年上升趋势,而优势度呈下降趋势。受近岸海洋冲淤环境及人工岸带的影响,冲刷型岸带与淤积型岸带近海的水质环境、沉积物环境和海洋生态环境有着显著差异;近岸带的淤积环境为海洋生物的生长提供了有利条件。

环境CO_(2)浓度升高对海洋有毒微藻生长及产毒的影响研究进展

近年来,由人类活动引起的近海环境污染不断加剧,这使得有害藻华(harmful algal blooms,HABs)暴发的范围及危害不断扩大,其中有毒微藻藻华也因其毒性效应而逐渐受到关注。18世纪后期以来,全球气候变化加剧了有毒藻华的发生和发展,其中有毒藻华暴发的潜力和危害性也可能增加,环境二氧化碳(CO_(2))就是其中一个影响因素。到2019年为止,环境CO_(2)浓度已达到工业化(1750年)前的148%,对有毒藻华的发生、发展产生了重要影响。CO_(2)浓度的升高能够缓解微藻的碳限制,促进产毒藻类的固碳和生长;同时,CO_(2)溶于海水使得海水pH降低,也有可能对某些有毒藻华微藻的生长产生影响。CO_(2)浓度升高还会影响有毒微藻藻毒素的合成,提高产毒效率或促使毒素由低毒性组分转化为高毒性。本文综述了环境CO_(2)浓度升高对有毒藻华微藻生长和产毒等的研究进展,探讨了CO_(2)升高背景下有毒藻华暴发的潜力及危害性,以期为深入研究全球变化对有毒藻华的影响提供参考,并为有毒藻华监测预警方案的优化提供理论支撑。

海洋降水中无机离子浓度及湿沉降通量——中国海及西北太平洋降水的研究

于2016年春夏季搭载航次采集了黄、东、南海及西北太平洋的海洋降水,用离子色谱法测定了其中的Cl^-、NO_3^-、SO_4^(2-)、PO_4^(3-)、Cl^-、NH_4^+、K^+、Mg^(2+)和Ca^(2+)离子浓度,并计算了其湿沉降通量及对海洋初级生产力的影响.结果表明,海洋降水样品主要受海洋影响,海盐离子浓度较高且不同海域主要离子类似;西北太平洋主要离子为Cl^-、Cl^-、SO_4^(2-)、Mg^(2+),黄海主要离子NO_3^-、SO_4^(2-)、Ca^(2+)、Cl^-,东海和南海主要离子均为Cl^-、Na^+、NO_3^-、SO_4^(2-).海洋降水中总离子浓度(mmol/L)的空间分布为西北太平洋(1.27)>南海(0.53)>东海(0.40)>黄海(0.31).海洋降水中无机氮主要以硝态氮的形式存在,在气团由陆地向海洋传输的过程中,硝态氮在无机氮中的贡献也不断增加.Cl^-、NO_3^-、SO_4^(2-)、PO_4^(3-)、Na^+、NH_4^+、K^+、Mg^(2+)和Ca^(2+)的湿沉降通量[mg/(m^2·h)]范围分别是:3.47~451.43、0.60~49.36、1.13~124.02、0.0015~0.094、1.21~383.37、0.06~7.57、0.25~28.86、0.17~47.39和0.37~27.24.在靠近源区、降水量多的区域主要无机离子的湿沉降通量较高.估算结果显示,每小时降水所含氮磷可为各海域提供占初级生产力0.13‰~32.08%的新生产力.

亚洲沙尘的远距离输送及对海洋生态系统的影响

亚洲沙尘是全球沙尘的重要组成部分,其环境效应已得到广泛关注,但至今对亚洲沙尘输送/沉降—海洋生态系统响应—辐射活性气体海气交换—间接气候效应这一过程的认识却是非常初步的。亚洲沙尘存在3个主要源区,对其排放强度的认识仍存在较大的不确定性。亚洲沙尘可以通过长距离输送而影响到广大的北太平洋,其传输路径和影响范围决定于沙尘的来源、粒子谱分布与大气环流特征等因素。沙尘沉降是海洋营养物质和污染物质的来源之一,但沉降通量的估算结果仍有待进一步验证,而对海洋生态系统的作用机制及其反馈还缺乏足够的了解。论文在综述国内外相关研究的基础上,提出了"亚洲沙尘与海洋生态系统"(Asian Dust and Ocean EcoSystem,ADOES)研究计划的科学目标和主要研究内容。

海洋生态系统服务的内涵与特点

从生态系统服务的概念出发,提出了从服务产生的载体、实现的途径和最终的效应等3个方面来界定海洋生态系统服务的内涵。并在此基础上,辨析了几个在海洋生态系统服务方面容易引起的误解。由于海洋生态系统内生物种类和过程的极大多样性,海洋生态系统将支持更为丰富的生态服务。同时,海洋生态系统的服务也具有明显的异地实现性和开放性特点,而这些特点导致了对海洋生态服务的滥用和难于管理。最后,文章也简要地分析了海洋生态系统服务减弱或丧失以后对人类产生的后果,自然灾害发生频率增加和生活环境恶化。希望本文可以更好地帮助认识和理解海洋生态系统服务,并对海洋生态服务的维持和管理提供依据。

大气有机氮沉降及其对海洋生态系统的影响

有机氮是大气中含氮物质的重要组成部分。大气中有机氮化合物的种类繁多,按其存在的形态可分为:氧化型、还原型以及生物/颗粒型有机氮,这些有机氮可来自自然源和人为源的直接释放,也可来自于无机氮与碳氢化合物间的大气化学反应。大气有机氮对海洋的输入不仅可以促进海洋初级生产力的增长、进而增加二氧化碳的吸收速率,还可能影响海洋生态系统的结构和功能。分析了海洋大气有机氮沉降的最新研究进展,结果表明:气溶胶中的有机氮在总氮中所占的比例为39.6%±14.7%;陆地雨水中以有机形式存在的溶解氮为30.2%±15.0%,而海洋上,溶解有机氮可达到雨水中总氮的62.8%±3.3%。可见,目前仅包括无机氮沉降的入海通量可能低估了1/3。因此,开展大气有机氮沉降的研究,有助于评价有机氮在全球氮循环中的作用,以及对海洋生态系统的短期和长期的影响。

海洋溢油生态损害快速预评估模式研究

海洋作为石油资源的主要产地和运输路线,海上溢油事故对海洋生态系统的损害十分巨大。为了评估溢油对海洋生态系统的损害,研制一套海洋溢油生态损害的快速预评估方法和模式非常必要,且对于海洋管理和生态索赔具有重要意义。本文建立了一套适用于渤海海域的海洋溢油生态损害快速预评估模式,该模式将海洋溢油生态损失分为两部分,即海洋环境容量损失和海洋生态服务功能损失,筛选出溢油量、溢油面积、溢油品质、生态敏感系数以及生态系统服务功能五大指标作为输入参数,运用环境经济学方法、卫星遥感技术以及成果参照法等方法对五个参数进行量化,快速评估海洋溢油生态损失。将该模式应用于"塔斯曼海"轮溢油案件进行验证,结果较为符合实际,且评估时间大大缩短,具有一定的实际应用价值。

海洋生态系统健康评价的底栖生物指数法研究进展

海洋大型底栖无脊椎动物能对自然和人为活动导致的水和沉积物质量变化做出可预测的响应,因此利用底栖生物作为海洋生态环境监测的生物指标和进行系统健康度量的生物指数已经得到了广泛的认可。本文比较分析了几种常用的和正在发展的海洋生态系统健康和生态环境质量状况评估的底栖生物指数,包括指示生物法、Shannon-Wiener多样性指数、BI指数、AMBI指数和Bentix指数,总结了这几种生物指数的应用和特性,探讨了底栖生物指数在实际应用中可能存在的问题和解决的办法,以期为我国海洋生态系统健康评估工作提供参考。

海洋环境中纳米金属的生物吸收及生物效应

当前随着纳米科技的发展,纳米材料,特别是纳米金属,因其独特的物化性质,在各行各业中的使用量呈指数增长,致使其在大气、水域、土壤环境中的安全性问题引起公众关注。尤其是在受到人类活动密切影响的近岸海洋环境中,纳米金属的潜在生态效应成为当前国内外研究的热点之一。本文重点综述了由于海洋环境的理化因子以及纳米金属独特的物化性质导致的纳米金属的环境行为,海洋生物对纳米金属的吸收,以及纳米金属的生物效应和可能的致毒机制,旨在为评估海洋环境中纳米金属的潜在生态危害,完善纳米材料的监管机制及保障纳米科技的可持续发展提供思路。

中国近海环境中汞的水质基准与生态风险

汞是中国近海海域中主要的重金属类污染物,由于其高毒性和稳定性,可能对海洋生态和环境产生潜在风险,但目前我国尚缺乏汞的海水水质基准研究。现有汞的海水水质标准主要基于国外的生物毒性资料制定,该标准能否为中国的海洋生物和环境提供恰当的保护尚不明确。因此,本文搜集筛选了74种中国海洋生物的毒性数据,并采用物种敏感度分布法推导了汞的海水水质基准。在此基础上,结合中国沿海水体中汞的环境暴露数据,采用商值法对中国近海水环境中汞的生态风险进行了初步评价。结果表明,中国近海环境中汞的长期基准值为0.433μg·L-1,短期基准值为1.659μg·L-1;整体上,中国近海环境中汞的生态风险较低,但局部海域存在高风险,慢性风险商最高达5.35。

中国近海环境中三丁基锡水质基准推导与生态风险初步评价

中国近海环境中三丁基锡化合物(TBT)的广泛使用对海洋生物产生了一定危害,但中国目前还没有建立相关的水质基准或标准,妨碍了该污染物的生态风险评价。本文根据文献筛选得到的59种生物的急性毒性数据和29种生物的慢性毒性数据,采用物种敏感性分布模型推导了中国TBT的海水水质基准,在此基础上,应用商值法和概率风险评价法对中国沿海地区水体中的TBT进行了初步生态风险评价。结果表明,中国近海环境中TBT的急性和慢性水质基准分别为0.137和0.006μg/L;两种评价方法结果均表明中国近海水体存在一定的风险,并且慢性风险远高于急性风险。因此中国近海环境中TBT的生态风险需要进一步关注。

基于海洋硅藻的碳九芳烃9种组分急性毒性测定与评价

碳九(C9)芳烃主要包括正丙苯(n-PBZ)、异丙苯(i-PBZ)和2-乙基甲苯(2-ET)等9种芳香烃。为确定C9芳烃泄漏入海后对海洋生物产生较大毒性的种类,本研究以三角褐指藻(Phaeodactylum tricornutum)和中肋骨条藻(Skeletonema costatum)2种硅藻作为受试生物,通过生长抑制试验得到n-PBZ、i-PBZ和2-ET等对硅藻的96 h半效应浓度(96 h EC_(50))。研究表明,9种芳香烃均能显著抑制硅藻生长,且抑制作用随暴露浓度的增加而增大。它们对三角褐指藻的96 h EC_(50)值介于2.51~6.11 mg/L之间,对中肋骨条藻的96 h EC_(50)值介于1.97~8.36 mg/L之间,均属于中等毒性。其中,茚(Ind)、邻三甲苯(1,2,3-TMB)、2-乙基甲苯(2-ET)和n-PBZ的毒性较大,而均三甲苯(1,3,5-TMB)的毒性较低。C9芳烃9种组分的毒性差异并不完全取决于其疏水性,还与其在暴露体系中的稳定性有关。研究结果表明,C9芳烃各组分对海洋微藻的毒性高于甲苯、二甲苯、苯酚等有机污染物,C9芳烃的海上泄漏将对海洋初级生产力造成较大危害,应重视泄漏事故的预防以及污染海域的生物修复。

气候变化下青藏高原生态水文过程研究进展

青藏高原是全球气候变化的敏感区和脆弱区,其生态水文过程对气候变化响应迅速。研究青藏高原的生态水文过程,可以更加深入地理解全球气候变化的机制和规律,为保护青藏高原生态环境、促进区域可持续发展以及应对全球气候变化挑战提供科学依据。利用多种在线搜索引擎,就“青藏高原”“气候变化”和“生态系统”等关键词进行了文献检索和总结。介绍了青藏高原气候变化趋势,综述了青藏高原生态水文过程变化情况及其驱动因素,归纳了青藏高原的生态水文模拟研究。结果表明:①青藏高原气候变化趋势整体趋于暖湿化,在此背景下,积雪、冰川和冻土均出现不同程度退化;②气候变化下青藏高原生态水文过程出现明显时空变化,其中温度和降水是主要驱动因素,积雪、冰川和冻土是潜在驱动因素;③青藏高原现有的生态水文模型大多是在传统模型基础上,通过耦合冻土冻融模型改进后得到的。未来的研究中,需要关注青藏高原生态水文数据的整合与共享问题,探究积雪、冰川和冻土变化对高原生态水文过程的潜在影响,建立更完善的冻土水热耦合模型,以提高青藏高原生态水文过程模拟能力。

全方位构建实验教学与实验室管理体系

从培养学生能力为基点出发,以课程开发、建设为主线,以开放共享的实验资源为平台,以实验教学运行管理体制机制改革为支撑,结合自身专业教学特点和实际,全方位、系统性地阐述了如何构建实验教学与实验室管理体系及对现有模式的改革举措,摸索出了提高实验教学水平和培养创新人才途径的有效方法。

2,2′,4,4′-四溴联苯醚(BDE-47)对4种海洋微藻的急性毒性

多溴联苯醚(PBDEs)是一类具有生态风险性的新型持久性有机污染物,其中BDE-47是对生物和人体毒性最强的PBDEs同系物之一.选择4种海洋微藻(海水小球藻、牟氏角毛藻、中肋骨条藻和赤潮异弯藻),采用概率单位-浓度对数法研究了BDE-47对海洋微藻的急性毒性效应(BDE-47浓度梯度设置为0、0.1、1、5、10、50μg·L-1).结果显示,BDE-47对海水小球藻、牟氏角毛藻、中肋骨条藻和赤潮异弯藻的96h半效应浓度(96hEC50)分别为0.79、1.52、1.99和2.25μg·L-1,表明BDE-47对海洋微藻属于极高毒性物质.