海洋超微型蓝细菌聚球藻的生态学研究进展

海洋超微型蓝细菌是地球上数量最多的光合自养原核类群,主要由聚球藻(Synechococcus)和原绿球藻(Prochlorococcus)两个属组成,贡献了约25%的海洋净初级生产力.聚球藻是一个古老且多样性非常高的类群,从赤道到极地都有分布.聚球藻与异养细菌及蓝细菌病毒的相互作用维系了微食物环的结构和复杂性,对于海洋生源要素生物地球化学循环过程至关重要.在全球变化的大背景下,基于模式预测,聚球藻将会在生态系统中发挥更重要的作用.本文从海洋聚球藻对初级生产力的贡献、遗传多样性,及其与异养细菌、蓝细菌病毒的互作机制4个方面综述该领域研究的新进展.

台湾海峡生态系统对海洋环境年际变动的响应分析

通过比较1985～2001年的海表温度与其间收集的现场营养盐、浮游植物和浮游动物丰度及群落结构变动信号，以及1971～1998年的中上层鱼类渔获量变动信息，发现了台湾海峡生态系统对物理环境年际变动产生的响应迹象．1997年夏季台湾海峡处于偏冷状态，南部近岸上升流强度减弱；1997年冬季正值一个较强的暖事件发展到顶峰，北上入侵暖水强度增强、浙闽沿岸冷水强度减弱．导致这两个时期营养盐分布特征改变，发生了一系列从浮游植物到浮游动物，从生物量到群落结构的异常响应，暖水性中上层鱼类渔获量则似乎呈现出El Nino年偏高的趋势．根据有限的辅助证据推测，El Nino很可能不是控制台湾海峡海洋环境年际变动的强信号，而台湾海峡的气候一海洋一生态长期低频变动可能更多地受到东亚季风一中国边缘海系统的控制．

基于LabVIEW虚拟仪器技术的海洋环境监测数据采集与处理系统

介绍一种基于LabVIEW虚拟仪器技术的数据采集与处理系统。该系统以单片机和计算机为硬件平台,采用高精度16位Σ-ΔA/D转换器AD7705对采集到的信号进行A/D转换,通过串口进行数据通信,实现了叶绿素浓度的计算机自动采集、实时数据显示、分析和数据管理等功能。该实现方案还可用于温度、盐度等参数的高精度自动数据采集系统,在海洋环境监测中具有推广应用的现实前景。

厦门东西海域海洋线虫群落种类组成及摄食类型的初步比较研究

2002年6月30日和7月1日在厦门海域2个采样点取样,对厦门东西海域自由生活海洋线虫的群落结构进行了初步比较研究。结果显示:2个站位共鉴定自由生活海洋线虫53种,西海域37种,东海域31种,其中优势种是茅咽线虫Dorylaimopsis variabilis.、萨巴线虫Sabaticria sp.、霍帕线虫Hoppcria sp.、海洋拟齿线虫Parodontophora marina和星火线虫Marylymnia sp.;对海洋线虫群落结构和生物多样性指数的比较表明,2个站位的群落多样性指数和优势种基本一致,但优势种的优势度有一定差异。西海域站位出现的种类多,但种类分布不均匀;东海域出现的种类少,但种类分布较均匀。非选择性沉积食性者(即1B型)和底上硅藻食性者(即2A型)是该海域两个站位的优势摄食类群。从优势种和摄食类群方面来看,厦门海域与台湾海峡南部、黄河口站位海洋线虫群落有一定的相似性。

基于动态湿度传感的穿戴式呼吸功能检测系统:肺功能测量原理与实验对照

传统的肺功能检测仪是基于测量呼气和吸气期间的气流和压力变化来评估受测者的呼吸功能.这些技术主要基于机械式压差传感器或涡轮传感器,通过测量受测者口腔吹气和吸气的能力来评估其肺功能.其所测得的肺功能参数包括峰值呼气流量(peak expiratory flow,PEF)和用力肺活量(forced vital capacity,FVC)等.本文报道了基于动态湿度传感技术发展而来的穿戴式呼吸功能检测系统(穿戴式呼吸波谱仪).基于湿度传感器的特点,对呼吸检测原理与设备的定量设计与模拟潮气实验进行了全面的探索.根据达西定律,通过穿戴式呼吸波谱仪的气体流量与其内外压差成正比关系,该系统符合压差式传感原理.以此为基础,根据其结构特点,建立PEF和FVC与传感器电信号变化的定量关系.实验结果验证了波谱仪内相对湿度的最大变化率与PEF呈线性正相关的关系.波谱仪的模拟潮气实验结果表明,测试范围为180—840 L/min条件下,PEF的示值误差小于10%,相邻测试误差小于5%,频率响应测试误差小于12%,符合呼气峰值流量计行业标准的要求.此外,将传统便携式肺功能检测仪作为对照,进行不同PEF(300—720 L/min)和FVC(3—6 L)条件下的模拟潮气实验.结果表明,波谱仪所测PEF和FVC的平均示值误差分别约为0.35%和0.23%,均远远小于便携式肺功能检测仪,充分验证了该系统对肺功能实时评估的准确性和可靠性.更重要的是,在模拟自由呼吸条件(PEF为12—24 L/min,FVC为0.5—0.7 L)下,波谱仪的电信号变化与自由呼吸体积仍呈线性关系.因此,穿戴式呼吸波谱仪可对人体自然、微弱的鼻呼吸,进行自由、动态、定量的长期监测.所测量人们的自由呼吸波谱在人体肺功能实时监测以及呼吸系统疾病远程监测方面,具有巨大的应用潜力.

漳江口溶解态稀土元素的地球化学特征及影响因素

河口区域稀土元素(Rare earth elements, REEs)的地球化学行为对理解海洋中REEs的循环具有重要意义。本文通过现场调查对2018年9月(暴雨时期)、2019年12月(旱季)及2020年8月(湿季)溶解态REEs在漳江口的分布特征、REEs的主要影响因素及人为稀土元素钆(Gd)污染进行研究。结果表明:漳江口溶解态REEs在不同时期的分布及分异存在显著差异,溶解态REEs含量暴雨时期>旱季>湿季。暴雨时期溶解态REEs主要呈现轻/中稀土相对富集及Ce正异常现象,而旱季及湿季溶解态REEs主要呈现重稀土相对富集及Ce负异常现象,颗粒物-水作用是不同时期溶解态REEs含量及分异存在差异的主要原因。Gd在不同时期均呈现正异常,暴雨时期、旱季及湿季人为Gd占比分别为18%~29%、26%~69%及22%~60%,推测Gd污染可能受河口上游医院核磁共振造影剂使用的影响。以上研究表明暴雨导致的颗粒物释放对河口溶解态REEs具有显著的贡献,今后研究需要重视特殊事件(如暴雨)对河口溶解态REEs来源和收支的影响。漳江口上游的人口密度相比全国其他地区较低但存在较为严重的人为Gd污染,说明我国其他河口人为稀土污染及来源也应引起广泛的重视。

海藻对海洋热浪的生理生态学响应:进展与展望

近年来,海洋热浪事件在全球范围内频发,且随着海洋升温有加剧的趋势,正深刻影响着海洋生态系统,但目前人们在海藻对海洋热浪生理生态学响应方面还缺乏系统的科学认知.在已有研究中发现,海洋热浪能显著降低冠型大型海藻光合色素和光合作用,从而导致其生物量下降甚至消亡;且相对于高纬度,低纬度海藻林应对海洋热浪表现得更脆弱.同时,海洋热浪加剧了海藻地理分布向极地扩张的趋势,促进草皮型海藻和一些耐高温微藻的光合作用和生长,从而导致近岸海藻林由冠型大型海藻向草皮型海藻的演化以及赤潮的暴发;海洋热浪还会导致近岸海藻群落结构同质化.一些海藻可以通过细胞应激反应和热适应来抵御海洋热浪,其从热浪中恢复的潜力大小取决于热浪的严重程度、海藻的物种特质、种间竞争及上行压力.未来的研究需要关注海洋热浪对养殖大型海藻的影响,并结合其他重要环境因子(如酸化、暖化和富营养化)来综合研究海洋热浪的效应.

海洋微藻碳酸酐酶研究进展

海洋藻类通过光合作用同化CO_(2)和H_(2)O,贡献了全球初级生产力的46%,对其固碳机制的探索研究意义重大.受限于水环境中的无机碳理化性质以及固碳关键酶对底物CO_(2)的低亲和力,海洋光合藻类演化出碳浓缩机制(CCM)以提高固碳效率.碳酸酐酶(CA)是CCM中的关键酶,能催化HCO_(3)-与CO_(2)的可逆转化.得益于近年来藻类基因组学和转录组学的快速发展,藻类CA的鉴定、生理特性及其与CCM的关系研究深入到分子水平,人们基于多样性特征,包括不同亚细胞定位、基因序列多样性、蛋白结构多样性以及功能多样性,将CA划分为不同家族.本文综述不同光合微藻的CA基因家族多样性、生理活性及其在CCM中作用的研究进展,提出未来需进一步拓展CA基因家族在不同微藻CCM中生理功能多样性与环境响应机制的研究,包括:加强海水升温与酸化、大洋环境中金属离子共限制对微藻CA活性及CCM的影响等方面的研究;在具有重要生态意义与珊瑚共生的虫黄藻中深入开展CA研究;分析CA结合不同金属辅因子的生态学影响;并对微藻CA在全球气候变化以及“碳中和”背景下的应用前景进行展望.

海洋微型生物碳泵——从微型生物生态过程到碳循环机制效应

微型生物是海洋生态系统中"看不见的主角",在资源环境以及全球变化中扮演着举足轻重的角色.本研究通过方法创新和大量现场调查,从一类特殊微型生物类群——好氧不产氧光合异养细菌(AAPB)入手,展开了微型生物生态过程与机制的系统研究,修正了国际同行AAPB计数方法的误差,获得了全球海洋AAPB的分布规律,解释了以往现场实测结果的分歧,澄清了以往理论上的偏颇认识;建立了包括不产氧光能利用途径的上层海洋碳循环模型,并通过大量现场实测揭示:细菌光能利用关系到海区碳循环的"源""汇"格局;在这些研究基础上探讨了新的海洋碳循环机制,提出了"微型生物碳泵"理论框架,为全面认识海洋储碳机制、促进学科交叉、研发海洋碳汇奠定了基础.

海洋生物体中稀土元素的微波消解电感耦合等离子体质谱测定研究

建立了微波消解样品处理、电感耦合等离子体质谱法测定海洋生物体中稀土元素的方法。用人发标准参考物质（GBW09101）、植物标准参考物质（GBW07603）以及实际样品标准加入回收的方法对文中所述的分析流程进行确认。实验结果表明，所建立方法的测定结果与标准参考物质的标准值或推荐值一致；样品标准加入实验的回收率在97％～104％之间。方法的定量下限为0．01～0．31ng·g^-1（10σ，n=10，干样）。

盐度对海洋污损动物藤壶附着红树幼林的影响

于2005年4月和5月研究了厦门海沧吴冠滩涂人工红树林种植区秋茄幼林上藤壶分布的特征。结果表明:(1)秋茄幼林植株上附生有藤壶4种,分别是:纹藤壶(Balanus amphitrite amphitrite)、白脊藤壶(B．albicostatus)、白条地藤壶(Chthamalus withersi)和网纹藤壶(B．reticulates)。其中纹藤壶、白条地藤壶为主要种。(2)藤壶的空间分布格局总体上为聚集分布。分布型随所处位置海水的盐度变化而变化。平均盐度超过19的潮滩上藤壶危害明显加重,影响了秋茄幼苗的正常生长。

基于球体的海洋标量场要素的三维可视化技术研究

在分析海洋环境标量场要素数据特点,了解常规的海洋环境要素分析和可视化表达方式的基础上,对在三维球体模型上实现海洋标量场要素时空分析和可视化表达的方法和技术进行了研究.提出了海洋标量场要素数据的三维空间数据模型,以此为基础利用VC与Open GL技术实现纹理数据的实时绘制,并采用基于对象的方法在三维球体上对其进行可视化表达,实现了真正意义上基于地球球体模型的海洋标量场要素的可视化.该基于球体的可视化方式能更好地表现研究对象的区域特点,特别是在进行大范围区域乃至全球性研究时更具优势.同时,通过按需进行数据抽取,系统在数据加载效率与数据承载总量上都有所提高,在"数字海洋"原型系统中目前已经加载了全球范围多个精度的温度、盐度、密度、声速等标量场数据,并实现了业务化运行.

南海及西北太平洋卫星高度计资料分析:海洋中尺度涡统计特征

采用AVISO提供的卫星高度计融合数据,对南海及西北太平洋(5°～35°N,105°～150°E)1993～2009年17a间的中尺度涡活动进行统计分析.结果表明南海中尺度涡活动具有明显的年际变化,每年观测到产生的中尺度涡个数平均为21～22个,标准差约为4个,占年平均值的20%;而西北太平洋中尺度涡个数的年际差异不大,平均每年观测到150～151个中尺度涡产生,标准差约为14个,仅占年平均值的9%.中尺度涡的逐月统计结果表明南海和西北太平洋的中尺度涡活动均有明显季节变化,1993～2009年间的各月南海和西北太平洋分别观测到30～31个和213～214个中尺度涡产生,标准差分别约为6个和41个,均占各自月平均值的19%.中尺度涡主要集中分布在南海东北部、越南东部和黑潮流轴附近海域.涡动能、海面高度距平均方根以及涡度均方根的空间分布大致与涡旋个数分布一致,但在西北太平洋的低纬海区和黑潮延伸体区域则不甚吻合.在相同的涡旋判别标准下,西北太平洋低纬海区(5°～15°N)观测到的中尺度涡个数比中高纬海区要少得多.

海洋沉积物的铁和锌同位素测定

介绍海洋沉积物Fe和Zn同位素化学前处理及测定方法,报道南海西部夏季上升流区两个沉积物柱样的Fe和Zn同位素组成。样品采用HF+HNO3+HClO4常压消解,经脱盐后,转化为氯化物形式并经离子交换柱分离纯化后,用多接收器等离子体质谱法测定Fe和Zn同位素比值。该前处理方法可以快捷地实现海洋沉积物的消解、有机质的去除和海盐脱离;结合相关测试流程,可获得较高的δ56Fe(0.10‰,2SD)和δ66Zn分析精度(0.11‰,2SD)。两个沉积物柱样的δ56Fe值(相对于IRMM-014)和δ66Zn值(相对于JMC3-0749C)随深度变化不明显,两柱之间也无明显差异。总体上,南海西部上升流区1～2 ka以来的沉积物δ56Fe值(0.04‰～0.20‰)和δ66Zn值(0.12‰～0.30‰)与已报道的黄土和气溶胶、火成岩以及大部分海洋沉积物接近,明显高于静海相海洋沉积物的δ56Fe值。

3种海洋浮游微藻影响太平洋纺锤水蚤存活、发育和繁殖的比较研究

采用实验生态的方法,研究了3种海洋浮游微藻对太平洋纺锤水蚤(Acartia pacifica)存活、发育和繁殖的影响.实验以不同浓度的微藻投喂太平洋纺锤水蚤,测定了无节幼体发育到桡足幼体、桡足幼体发育到成体的时间和最终存活率,以及发育到成体后,在各浓度下,成体每天的产卵量和卵孵化率.结果表明:球等鞭金藻(Isochrysis galbana)、海洋原甲藻(Prorocentrum micans)适宜于作为太平洋纺锤水蚤生长、繁殖的饵料;摄食牟氏角毛藻(Chaetoceros mulleri)的太平洋纺锤水蚤可以完成无节幼体到成体的发育,但牟氏角毛藻对太平洋纺锤水蚤的生长、发育和繁殖具有一定的负面影响;牟氏角毛藻对太平洋纺锤水蚤产卵量和卵孵化的抑制作用更为显著,只有在低细胞碳质量浓度(0.35μg/mL)时,成体产卵量和卵的孵化才正常,当牟氏角毛藻细胞碳质量浓度达到1.70μg/mL或更高时,该桡足类的产卵量下降,且没有卵能孵化出幼体,表明牟氏角毛藻显著抑制了太平洋纺锤水蚤的繁殖过程.

厦门近海沉积物中高分子有机质的来源初探

采用多步连续-湿法-化学方法,分离提纯了于2010年7月和12月在厦门近海采集的沉积物样品,获得3类高分子有机质,即腐殖酸(HA)、干酪根和碳黑(KB)和碳黑(BC)。以扫描电镜(SEM)作为有效的辅助手段,观察沉积物原样及高分子有机质的形貌特征,结合稳定碳同位素(δ13C)的分析,初步探讨了厦门近海沉积物中高分子有机质的来源。扫描电镜观察发现,在原样沉积物中存在多种海源物质(如钙质硅藻和圆筛藻/冠盘藻);而在KB样品中同时发现类似于陆地植物的木质碎片以及来自海洋的藻胶鞘,暗示了其来源是海源与陆源共同作用的结果。稳定碳同位素研究表明厦门湾近海海域沉积物中有机质以陆源影响占优势,其比例在58.32%至84.45%之间;δ13C值整体上显示为夏季的贫于冬季的,这与研究区域的生态系统中陆源C3植被和海源水生植物的繁殖生长有关,同时还有排海污水及化石燃料煤燃烧后或者运煤船只洒落的碎屑的贡献。

温度对一种海洋微型异养鞭毛虫生长影响的初步研究

研究了温度对海洋微型异养鞭毛虫Cafeteria roenbergensis的生长率和细胞体积的影响，观察了细胞体积在不同生长期的变化。结果显示，当食物浓度满足饱和摄食要求时，在12～28℃的实验温度区间内，该种异养鞭毛虫的生长速率随温度升高而加快，生长率为0．19～2．09d-1；不同培养温度和不同生长期的鞭毛虫平均细胞体积有很大差异，最大平均细胞体积均出现在开始进入指数生长期的阶段；20℃和28℃条件下，C．roenbergensis分别于接种后48、36h平均细胞体积达到最大，分别为31．92和26．03um3，是实验初始阶段细胞体积的304％和253％，其后，细胞体积逐渐减小，但仍明显大于初始阶段的细胞体积。研究表明，不同温度下该鞭毛虫的生长适应策略可能存在差异。

厦门近海表层沉积物结构特征及物源初探

为研究厦门近海海域表层沉积物的结构特征、组成及来源,于2010年7月采集厦门湾表层沉积物,综合粒径分析、X射线衍射、扫描电镜等方法对沉积物进行表征。粒径分析的结果表明,沉积物的主体粒径在80μm附近,且有明显的次粒级峰,并以粗颗粒的主体粒级峰占有优势。研究的沉积物类型主要有三种,砂质粉砂、粉砂质砂和砂-粉砂,其中砂质粉砂是分布最广泛的沉积物类型区域沉积物,其含量达90%以上;而粘土含量以背景点鸡屿岛为最高,达到11.97%。X射线衍射分析表明,沉积物中优势轻矿物为石英、高岭石,部分区域含有石墨及一些零星分布的伊利石、海绿石和斜绿泥石。这些矿物组成显示了厦门湾海域表层沉积物具有较好的亲陆性,同时,其组成也受到了涨潮流的较大影响。沉积物形貌形态的研究发现,厦门湾沉积物组分较为复杂,其中含有多种藻类及其碎片(主要为硅藻)、矿物颗粒(高岭石)及未知名碎片;形状主要有孔状结构、层叠状结构、长条片状和不规则的六边形块状等。

盐酸、温度、时间及粒径对海洋沉积物碳酸盐去除的影响

通过南海北部表层沉积物相同体积不同盐酸浓度(0.1和1.0 mol.L-1)、不同温度(23和60℃)、不同时间(6、12和24h)和不同颗粒粒径样品(<160μm和<32μm)的交叉条件实验,利用各条件实验后样品的总碳含量及稳定碳同位素组成分析结果,研究了盐酸、温度、时间及颗粒粒径对碳酸盐去除的影响。结果表明,从提高沉积物碳酸盐盐酸酸解反应速率和效率及获取稳定可靠的TOC、δ13C有机质等参数的角度出发:(1)盐酸用量及浓度是最重要的影响因素;(2)升高反应温度是不必要的,升高反应温度既会抑制反应的进行,又会导致盐酸浓度下降并加速有机质分解,从而对沉积物总有机碳含量及其δ13C等的准确分析产生不利影响;(3)在1.0 mol.L-1盐酸过量的条件下,碳酸盐的大量分解在6h之前已基本完成;(4)颗粒粒径愈小,愈有利于样品的均匀混合及反应的进行,相应的分析结果离散度亦愈小。

海洋酸化正负效应:藻类的生理学响应

大气CO2浓度升高,引起海洋酸化,使得海水pCO2、H+和HCO3-浓度增加,CO32-浓度下降,并导致CaCO3的饱和度下降.海水pCO2升高,促进某些藻类的光合作用与生长,特别是在光能不足的情况下,这种促进效应尤其明显.然而,海水酸性的增加导致钙化藻类钙化量下降,蒙受阳光UV辐射的损害增加,威胁其生存.即使非钙化藻类,如某些硅藻类和赤潮藻类,pCO2升高引起的海水酸性增加可降低其耐受高光胁迫的能力,加大光抑制,且增加其呼吸作用.因此,海洋酸化究竟会导致海洋光合固碳量增加还是减少,取决于酸化与CO2浓度升高"双刃剑"效应的平衡,也就是取决于海洋酸化正、负效应的平衡.在不可逆转的海洋酸化进程中,藻类必然进行生理调节并适应酸化带来的海水化学胁迫,由此,遗传或进化方面的变化也会发生.海洋从大气中吸收CO2的量,依赖于藻类光合作用驱动的CO2生物泵,自然也依赖于海洋酸化的正、负效应.