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。

21世纪中国海洋环境保护科学面临的问题和发展趋势

海洋环境保护科学是一门新兴的、应用性很强的科学。其产生本身就开始打破了原本某些学科“封闭”研究的状态 ,改变了经典性学科所形成的学科分化式研究为主的“学科导向性”研究的模式 ,率先走上以“问题导向性”的研究道路。也就是科学研究的发展动力是以社会需求为主 ,而以学科发展为辅。 2 1世纪海洋环境保护科学的发展将会使当前仍呈较离散性各分支学科的研究 ,从整体上进入更高层次 ,其学科发展的“问题导向性”会更趋明显。这里所说的“问题”就是海洋环境与发展问题中的重要科学问题。国际和国内实施的一系列大型研究计划如“国际地圈与生物圈研究计划(IGBP)”中的“海岸带陆海相互作用研究 (LOICZ)”和“全球海洋通量研究 (JGOFS)”、“全球海洋环境污染调查监测计划(GIPME)”、“全球海洋观测系统 (GOOS)”、“全球海洋生态系统动力学 (GLOBEC)”以及近期启动的“全球有害赤潮生态学与海洋学 (GEOHAB)”和“渤海碧海行动计划”等 ,将都是根据有关的科学问题提出 ,并以解决这些科学问题为目标 ,组织多学科、跨学科的综合研究。与此同时 ,对于各分支学科基础理论和技术方法研究的创新性实际上有更高的要求。

“我国近海有害赤潮发生的生态学、海洋学机制及预测防治”研究进展

介绍国家重点基础研究发展计划项目(“973”项目)“我国近海有害赤潮发生的生态学、海洋学机制及预测防治”的研究背景和主要研究内容,即以我国赤潮高发区东海作为主要研究海域,重点开展重要有害赤潮种的生物学特征及生态适应策略研究;近海赤潮高发区有害赤潮与富营养化的关系研究;近海赤潮高发区有害赤潮生消关键物理过程、数值模拟与预测研究;有害赤潮的危害机理及防治机理研究等。简要报道了项目通过现场综合航次获得的东海大规模赤潮发生前后水文、化学和生物学等诸多要素的变化特征,以及结合实验室模拟研究,在探索重要赤潮生物种群变化的动力学过程及其调控机理等方面取得的进展。另外,对项目的研究前景进行了展望。

中国海洋碳循环生物地球化学过程研究的主要进展(1998-2002)

阐述了1998-2002年期间中国海洋碳循环及其生物地球化学过程研究的3个主要进展部分:(1)海-气二氧化碳通量过程;(2)海水中碳及其生物地球化学循环;(3)入海河流流域土壤和沉积物在海洋碳循环中的作用。海洋与陆地容纳了近一半人类排放的二氧化碳,另外的50%被释放到大气中,海洋在缓和二氧化碳温室效应方面的作用不言而喻的。海洋储有的碳主要以无机碳的碳酸盐(CO32-)和碳酸氢盐(HCO3-)的形式存在。海洋生态系统通过生物泵的作用驱动大气CO2进入海洋,在表面混合层中,由于生物的光合作用,CO2不断被转化成有机碳和生物碳酸盐,并进一步从表层CO2向深层转移,形成了海洋碳循环的主要途径。海洋水体中碳循环过程受到河口与近海碳的形态、转化、分布、迁移和生物生产过程等影响,海洋生物泵明显影响着海洋对空气中CO2的容量。春季和冬季东中国海皆为大气二氧化碳的汇,夏季皆为二氧化碳的源,秋季渤海与北黄海为二氧化碳的汇,南黄海与东海是二氧化碳的源。入海河流流域土壤、非入海河流流域的土壤和海洋沉积物在碳的来源、分布、含量及其迁移循环中具有重要的作用。

70年来中国化学海洋学研究的主要进展

我国的海洋化学工作者通过70年来,特别是近30年来的化学海洋学研究,实现了我国与世界先进水平进入同步发展的快车道,其显著的特点是:(1)化学海洋学研究从元素地球化学分布系统转向了以揭示深层次海洋生物地球化学过程为核心的研究;(2)化学海洋学研究实现了多领域、多视点的综合交叉研究;(3)更加关注了人为影响与自然变化共同作用下的海洋生态环境变化研究,对近海和海岸带而言,更加注重从海陆统筹一体化角度探析化学物质的分布迁移特征。本文从生源要素的海洋生物地球化学过程、微/痕量元素与同位素的海洋化学研究、生物过程作用下的化学海洋学过程等角度,重点总结归纳和分析了30年来我国海洋化学研究的重要进展和发展状况,以期对化学海洋学的进一步研究提供借鉴和启迪。

脂肪酸标志物在海洋生态系统营养关系研究中的应用

脂肪酸在食物链传递过程中相对保守,可以作为标志物示踪研究海洋生物间的营养关系。脂肪酸标志物属于营养学标志物的一种,是海洋生态系统营养关系研究中很有发展前景的分析方法之一。总结概括了目前国际上应用较广泛的脂肪酸标志及脂肪酸标志体系的建立过程、近年来脂肪酸标志物在海洋生态系统营养关系研究中的应用领域,展望了脂肪酸标志法的应用前景。

数据同化在海洋生态模型中的应用和研究进展

将数据同化方法引入海洋生态系统动力学模型研究,利用现有的观测数据,获得最佳的模式参数、初始场或提高状态模拟,是当前多学科交叉研究的热门领域。本文依据国内外研究进展,主要就海洋生态模型研究中所采用的变分伴随、卡尔曼滤波、模拟退火法方法进行了介绍,总结了数据同化在我国的海洋生态系统研究中的现状和发展趋势。

近海海洋酸化对痕量元素在沉积物-海水界面处生物地球化学特性的影响研究

痕量元素在海洋环境中不仅能够密切参与物质循环,显著调控生命代谢,有些情况下还会对浮游及底栖生物产生抑制和毒害,是海洋系统中具有重要生物地球化学作用的“双刃剑”。工业革命以来,海洋不断吸收大气CO_(2)使得海水pH和碳酸根浓度持续下降,在全球范围内都出现了海洋酸化的现象。海洋酸化作为新的环境胁迫打破了痕量元素在沉积物-间隙水-上覆水中既有的平衡态势,导致痕量元素在海洋环境中的生物地球化学特性变得更加复杂和不确定。本文从痕量元素在沉积物-海水体系中的赋存形态与交换过程入手,探讨了海洋酸化条件下痕量元素在沉积物-海水体系中的扩散迁移与再平衡行为,分析了由此产生的生物毒性效应和生物可用性影响。最后,对海洋酸化与多种环境条件、多种污染物联合作用所导致的与痕量元素相关的生态效应研究进行了展望,以期为未来海洋酸化与痕量元素协同研究提供有意义的科学参考。

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。

铁同位素在现代海洋环境的示踪研究

随着海洋环境介质铁同位素测试技术的发展,特别是海水和沉积物中不同铁赋存形式的同位素组成研究备受重视,铁同位素已经展现出对各类生物地球化学过程的崭新的示踪作用。本文在不同铁价态和赋存形式之间转化的专属分馏机制框架总结基础上,汇总了现代海洋环境中大气沉降、陆源径流、沉积物、地下水和海底热液等不同来源的铁同位素特征范围,探讨了海洋内部铁循环的生物地球化学过程,包括生物吸收、颗粒态/溶解态铁的转化以及清除作用的铁同位素分馏机制,辨析海水剖面在不同层位上铁同位素组成的主导控制因素。另外,应用溯源混合模型甄别大西洋、太平洋和南大洋等多个海域铁来源,以此验证了全球气候变化与海陆多个物理化学过程的密切关系;利用不同结晶度和反应活度的矿物铁同位素数据可示踪早期成岩过程中铁还原的深度和程度,亦有助于辨析古海洋沉积物的铁同位素数据并提高古氧化还原环境的重建精度。

山东近海赤潮物种多样性研究进展

山东近海浮游植物多样性很高,其中包括很多能够引发赤潮的赤潮物种。在气候变化和人类活动的双重影响下,山东近海赤潮事件的规模越来越大,赤潮暴发频率也越来越高,给生态环境及人类健康带来负面影响,从而引起越来越大的关注。为系统了解山东近海的赤潮物种多样性,评估潜在的赤潮暴发事件,对过去84年间(1936~2019年)完成的以山东近海浮游植物为研究对象的生态研究项目进行了全面的文献检索,并对文献报道的结果进行了整理和分析。这些生态研究项目基本都采用了基于形态特征的方法对浮游植物进行了物种鉴定。对检索到的119个生态研究项目的鉴定结果汇总得到659种浮游植物,其中包括155种赤潮物种,以硅藻(78种)和甲藻(67种)为主,还包括棕鞭藻(5种)、定鞭藻(2种)、隐藻(1种)、未定类的三深碎裂藻(Ebria tripartite)和红色中缢虫(Mesodinium rubrum)。鉴定频率最高的赤潮物种包括中肋骨条藻(Skeletonema costatum)、旋链角毛藻(Chaetoceros curvisetus)、尖刺伪菱形藻(Pseudo-nitzschia pungens)、夜光藻(Noctiluca scintillans)和短角弯角藻(Eucampia zodiacus)。由于这些调查研究采用的基于形态特征的物种鉴定方法,对细胞尺寸较小、形态特征不显著以及固定过程中不稳定的物种往往做不到准确鉴定,且形态学鉴定还受到研究者经验的影响,因此,这些鉴定结果不能全部代表甚至可能严重低估了山东近海的赤潮物种多样性。在该文统计的155个赤潮物种中,只有118个物种的18S rDNA V4区序列得到解析,从而可以在宏条形码分析中可以得到鉴定。未来的研究应该将形态学方法与分子学方法结合起来,并且解析所有赤潮物种的分子标记(包括18S rDNA V4)序列,从而更好地跟踪山东近海的赤潮物种多样性及其时空动态分布,为赤潮预警预报提供依据。

中国现代化海洋牧场建设的战略思考

现代化海洋牧场是实现海洋环境保护和渔业资源高效产出的新业态,对推动新旧动能转换具有重要意义。本文综述了现代化海洋牧场理念、发展历程与建设现状,并从原创驱动、技术先导、工程示范等角度提出了保障中国现代化海洋牧场健康发展的战略建议,以期为中国海洋渔业升级转型提供参考。

吕泗渔场海洋学特征与定置网渔获性能的研究

本文以2006—2009年吕泗渔场海洋学调查和已有相关研究相结合。综述吕泗渔场的地形、地貌、水团与温盐要素特征和渔业生物多样性特点。在此基础上,论述吕泗渔场帆张网、坛子方、洋方网、深水方、单根方主要定置渔具的分布及其渔获性能,并进一步阐明辐射沙脊是该渔场最突出特点,适应该地貌开发出不同类型网具的有效性与多样性。吕泗渔场当前定置网具属过量发展,渔业资源已衰退,应该加强管理和资源保护。

大洋海山及其生态环境特征研究进展

海山作为深海大洋独特地貌,尽管其研究可追溯到100多年前,但对大洋海山的形成、地质特征、动力学特性、生态环境等方面了解甚少。随着人们认识海洋程度的提升,特别是回声探测、无人潜水器和卫星技术等技术的应用,对大洋海山的系统探索已取得了前所未有的进展,大洋海山研究已成为当代人们所渴求探索的领域之一。本文对大洋海山的研究历程、分类、生物群落特征、水文环境特征以及维持海山区高生物量的机制进行了总结。目前全球海山主要有两种分类方式,其分类一是基于构造特征,可将海山分为板块内海山、大洋中脊海山和岛弧海山;二是基于山顶到海表面的距离,可将海山分为浅海山、中等深度海山和深海山。海山为生物提供了独特的栖息地,形成了高生物量、高生物多样性和高生物独有性等三种主要的生物群落特征,使海山成为世界海洋渔业的重点海域和生态环境研究的热点区域之一。海山突出的地形对大洋环流造成阻隔,因而在海山周围形成了其独特的水文环境,其中海山环流和上升流是其两种典型代表,这些独特的水文环境特征对生物群落的组成和分布具有重要影响。海山区的高生物量主要通过上升流输送、地形诱捕和海流水平输送三种机制维持,三种机制对支撑海山生态系统的物质循环和能量流动至关重要。

一株海洋几丁质酶产生菌的筛选及其产酶条件的初步研究

从胶州湾的海泥中分离到一株几丁质酶高产菌株。经16SrDNA序列分析,认为该菌属于假交替单胞菌(Pseudoaltermonas),并将其命名为SS01。对该菌产几丁质酶的最佳培养条件进行了研究,发现与其它几丁质酶产生菌相比,SS01菌株的最适产酶温度较低,酶活较高。在Zobell2216E培养基中,SS01菌株培养9h进入稳定期。胶体几丁质可诱导该菌几丁质酶的产生。在几丁质培养基中,SS01菌株产酶的适宜条件是:培养温度24℃,培养基起始pH7.0左右,蛋白胨为N源(5g/L),胶体几丁质为C源(5g/L),170r/min振荡培养130h,酶活可达116.2U/mL。

改性黏土絮凝海洋原甲藻对水体中氮、磷的影响研究

通过对比研究典型有害微藻海洋原甲藻(Prorocentrum micans Ehrenberg)自然消亡(A1组)及改性黏土絮凝(A2组)两种体系,考察两体系中氮、磷等主要水质因子的变化情况.结果表明,改性黏土能有效去除P.micans并影响其后期生长状态,0.4g/L改性黏土添加3.5h后去除率可达60%以上,且藻密度无二次增长.改性黏土絮凝藻华过程中能有效去除水体营养元素,A2组DIP和DIN较A1组分别降低85%和35%.另外,添加改性黏土对水体有机氮、磷影响值得关注,第33d A2组TON和TOP较A1组分别减少约120,6μmol/L.改性黏土对有机氮、磷存在一定的埋存保护作用,通过吸附絮凝、螯合等作用使有机氮、磷脱离水体系统,而自然消亡体系中的微藻消亡后将通过分解、矿化等过程快速进入水体参与再循环.该研究系统阐述了改性黏土絮凝P.micans对水体营养环境的影响,以期为现场治理提供理论支持.

海上溢油油膜厚度实验室模拟和理论模型对比研究

溢油量是衡量溢油规模的关键指标,是处理溢油事故的重要依据。油膜厚度是确定溢油量的基本前提,是一个尚未解决的国际难题。实验室中模拟了不同阶段和不同环境条件下扩展油膜的厚度变化特征。结果表明,实验室模拟与理论模型分析具有基本一致的变化趋势,扩展速度与扩展时间成反比;温度是影响油膜厚度的重要因素,相同条件下,温度越高,油膜厚度越小;海水盐度会影响溢油扩展,但这种影响并未延伸到对油膜厚度的控制上。由于实验室模拟限定在平静海面条件下,并未考虑风和海流等扩展中不容忽视的因素,故与理论构建模型相比系数相差较大。通过对比分析,前期构建的理论模型更能准确地反映海洋溢油的实际情况,加之在实例验证中的较高准确性,该模型具有业务化实施和广泛推广的潜力。

海洋环境中的溢油风化过程

随着石油工业和海上石油开发的迅速发展，水上石油运输日益繁忙，因海损、触礁、机械故障、人为操作不当等导致的石油溢油事故也日益增多，特别是大规模的溢油事故，其污染危害之严重，已为举世瞩目。研究溢油进入海洋环境后的行为，对于确定预警方案和相应治理措施具有重要意义。

海洋浮游细菌生长率和被摄食的研究综述

海洋浮游细菌利用海水中的溶解有机碳合成自身物质,是海洋浮游生态系统的二次生产者。微型浮游动物是细菌的主要摄食者,也是细菌生产向较高营养级传递的中介。研究海洋浮游细菌的生长率和被(微型浮游动物的)摄食率对理解海洋浮游生态系统的功能具有重要作用。本文综述了利用改变海水中生物类群组成(或功能)的培养方法研究海洋浮游细菌生长率和被摄食率的历程和现状,为我国的同类研究提供借鉴。改变海水中生物类群组成(或功能)进行培养的方法有海水分粒级培养、海水稀释培养和添加选择性抑制剂培养。这些方法各有其局限性,应用并不广泛。细菌及其主要摄食者异养鞭毛虫群落在自然海区和实验室内都有生长周期,鞭毛虫的生长周期落后于细菌,因此细菌的生长率有时会小于被摄食率,有时会大于被摄食率。我国这方面的研究相对落后,应值得引起重视,建议从海水稀释培养法入手开展相关研究。

海洋荧光溶解有机物质的研究

海洋溶解有机物质参与海洋中的许多物理、化学和生物作用,对认识海洋环境中所发生的各种过程具有重要意义。作者对海洋溶解有机物中的荧光组分即荧光溶解有机物的种类、来源、分布变化及其地球化学行为进行较为系统的评述。海洋中其可能的来源包括陆源输入,浮游植物生长、代谢及分解产物,沉积物释放,降雨等。其主要的去除途径则是光化学降解。