中国近海营养盐结构失衡与磷消耗问题及其生态环境效应的研究进展

近海的生态环境问题态势严峻。在机制上,普遍认为富营养化是导致近海环境恶化的主导因子,但实际上,营养盐的结构失衡对近海生态环境问题的产生可能起到了更重要的作用。目前关于营养盐结构失衡的主导因素和机制尚缺乏全面系统的研究。本文基于对已有数据和文献资料的整合分析发现,由于存在强烈的人类活动影响,中国近海营养盐结构失衡问题较过去更为突出,且可能引发潜在“磷消耗”问题,其影响在某种程度上较传统意义上的磷限制要强,并进而产生深远的生态环境效应。据此提出,今后相关的研究应该特别关注河流流域-近海环境变化和它们之间的内在关联,阐明控制近海营养盐浓度、形态、分布和结构的关键生物地球化学过程,量化近海氮与磷的滞留机制与效率,揭示浮游植物群落结构变化与营养盐结构失衡和磷消耗的耦合关系及其生态效应等,最终制定中国入海河流与近海氮磷协同控制的适应性管理措施。

北太平洋中西部剑鱼(Xiphias gladius)管理策略评价

剑鱼(Xiphias gladius)属于大洋性中上层高度洄游性鱼种,是远洋渔业重要的目标渔获物和兼捕种类,具有较高经济价值。本文在北太平洋金枪鱼与类金枪鱼国际科学委员会(ISC)对剑鱼资源评估结果基础上,使用1951年到2018年渔获量数据,通过先验参数设置构造操作模型模拟北太平洋中西部剑鱼的种群动态和渔业动态,通过不同管理策略捕捞规则计算对数据和参数要求筛选出9种备选管理策略(DD, DD4010, CC1, SBT1, GB_slope, ICI, ICI2, SPmod, MCD)并对其管理效果进行量化分析,并对短期和长期产量进行预测。通过对各先验参数时间序列分布及各管理策略的权衡,使用Kobe图表达实施管理策略前后剑鱼资源状况的变化,最终确定使用根据时间序列平均值和标准误差指数来调整渔获量的管理策略(ICI)为最佳的管理策略。对9种管理策略其中4种输出型管理策略(MCD,ICI,ICI2,SPmod)进行总可捕量(TAC)计算,分别拟合中国台湾CPUE序列和日本CPUE序列,最终得到ICI管理策略对未来50年TAC控制量在10 404.48 t, 50%置信区间在6 678.51~18 743.22 t。对最终所选择的ICI管理策略进行敏感性测试,结果表明其对渔获量和丰度指数较为敏感。

夏季长江口海域溶解态铁的分布及混合行为研究

本文基于2015年7月长江口的现场调查资料,分析讨论了长江河口区溶解态铁(DFe)的含量分布与混合行为及其影响因素。结果表明:长江径流携带大量的DFe入海,且口内区(Ⅰ)浓度高于混合区(Ⅱ)和外海区(Ⅲ),平均浓度分别为166.45±6.26 nmol/L, 14.04±8.80 nmol/L和6.18±1.51 nmol/L。受去除作用和海水稀释的影响,在河口区DFe的浓度下降率达到96.92%。DFe浓度与盐度的关系符合指数模型,由模型与理论稀释线估算的长江口海域DFe的理论最大去除率为97.75%,与实际测得的最大浓度下降率相近。长江冲淡水、苏北沿岸流和台湾暖流影响DFe的水平分布。受长江冲淡水影响,长江口外海域DFe浓度高达176.50 nmol/L。苏北沿岸流主要影响研究区域北部的表层水,其携带的DFe浓度低于长江冲淡水。台湾暖流是导致研究区域东南部DFe浓度较低的主要原因,使得中层和底层水中浓度分别低至4.04nmol/L和4.79nmol/L。另外,在表层海水中DFe的分布受到叶绿素a、溶解有机碳和溶解氧的共同影响,DFe与叶绿素a、溶解氧呈显著负相关,与溶解有机碳呈显著正相关。

牙鲆芳香化酶Cyp19a多克隆抗体制备及其应用

芳香化酶Cyp19a在鱼类性别决定和性别分化中起关键作用,通过调控体内雌、雄激素的转化来影响鱼类性别表型形成。为深入研究Cyp19a在牙鲆(Paralichthys olivaceus)性腺分化和发育过程中的表达规律及作用机制,本文从牙鲆cDNA中克隆获得1557 bp的cyp19a基因编码序列,并成功构建了原核重组表达质粒。经体外重组与纯化获得较高纯度的重组Cyp19a蛋白;以此作为抗原免疫兔子,制备多克隆抗体。用间接酶联免疫吸附剂测定(ELISA)技术检测抗血清效价,评估其免疫原性。结果表明免疫结束后得到的抗体血清效价超过了1∶50000,且纯化后抗体具有较好活性。Western Blot(WB)检测结果表明Cyp19a兔多抗可以特异性识别牙鲆重组Cyp19a蛋白和内源性Cyp19a蛋白。蛋白水平的雌雄性腺差异表达分析显示,牙鲆Cyp19a蛋白在卵巢中高表达,在精巢中微量表达。利用Foxl2和Dmrt1重组蛋白处理牙鲆性腺分化期幼鱼可分别显著上调和下调Cyp19a的表达(P<0.05)。综上所述,本研究成功制备了牙鲆Cyp19a多克隆抗体并进行了应用,为深入研究牙鲆等鱼类性别分化机制提供有力工具。

方斑东风螺3个选育世代遗传多样性和遗传结构的微卫星分析

采用12个多态性微卫星标记对方斑东风螺(Babylonia areolata)泰国选育系TF4~TF6连续3代选育群体的遗传多样性与遗传结构进行了分析。3个群体的多态信息含量分别为0.730、0.717和0.708,均高于0.5,表现出较高的多态性。平均等位基因数(A)、有效等位基因数(Ae)、观测杂合度(Ho)、期望杂合度(He)和Shannon’s信息指数(I)的变化范围分别为11.667~12.583、6.334~6.915、0.658~0.672、0.737~0.787和1.837~2.003,整体呈降低趋势,但差异并不显著(P>0.05)。分子方差分析结果显示,群体间的遗传变异仅占总变异的0.95%;群体间的遗传分化系数(Fst)介于0.00569~0.01324,处于低等分化水平(Fst<0.05)。主坐标分析和STRUCTURE分析结果显示,3个群体呈现出相似的遗传背景和遗传结构。以上研究结果表明,经过连续多代的人工选育,方斑东风螺选育群体保持着较高的遗传多样性水平,遗传变异和遗传分化水平较低,遗传结构趋于稳定,仍具有较高的遗传选育潜力。

细菌源3-羟基脂肪酸作为环境变化代用指标的研究进展

细菌源3-羟基脂肪酸(C10-C18)作为环境变化指示指标具有良好的应用前景,但相关研究还很不系统,在海洋环境中的应用刚刚起步。3-羟基脂肪酸主要用于环境中pH和温度的重建,通过其支链比(异构和反异构3-羟基脂肪酸之和/正构3-羟基脂肪酸之和)与pH的显著正相关关系反演环境中的pH,通过其C15和C17同系物的反异构/正构比(RAN15和RAN17)与大气年均温的显著负相关关系反演环境中的温度,相比基于甘油二烷基甘油四醚类化合物或其他生物标志物的环境代用指标具有明显的优势。然而,陆地生态系统中基于3-羟基脂肪酸的环境指标不适用于海洋环境,最新研究提出了基于3-羟基脂肪酸的新的海洋温度指标(RAN13),而3-羟基脂肪酸作为海洋环境中pH替代指标的成功应用尚未见报道。3-羟基脂肪酸与特定细菌群落的空间耦合或菌株培养实验显示含有3-羟基脂肪酸的细菌可能主要是变形菌、蓝细菌等。分析表明,3-羟基脂肪酸作为全球环境演变有效的替代指标需要更多的数据和证据支持,未来可从海洋适用性、新指标体系和微生物来源几个方面展开继续研究。

基于多时相遥感数据的海岸线自动提取方法

海岸线是海洋的重要组成部分,对于海域管理具有重要意义。本文根据岸线位置确定原理,即将多时相瞬时水边线上边界近似作为海岸线,提出了一种基于多时相水边线的海岸线自动提取方法,该方法应用区域生长与边缘检测相结合的方法提取瞬时水边线,然后采用海岸线自动判别算法进行海岸线的提取。首先计算归一化水体指数(normalized difference water index,NDWI)图像,利用区域生长算法进行海陆分割,得到海陆分割二值图;然后利用Canny边缘检测对海陆分割结果进行边缘检测,得到瞬时水边线;最后利用海岸线自动判别算法得到多时相瞬时水边线上界作为海岸线。本文以马六甲海峡部分海岸作为研究区域,应用多期Landsat 8遥感影像进行了海岸线提取和分析。为验证海岸线提取精度,对获取时间接近高潮时的一景哨兵二号影像进行目视解译得到人工解译的海岸线,与本文提取海岸线进行对比。结果显示,本文算法得到的海岸线平均偏移量和均方根误差分别为21.01 m和21.96 m,能够满足30 m分辨率遥感图像的精度要求,相比采用单景影像提取海岸线,精度有明显提高。

基于多处理板联合SAR成像的分布式计算模拟系统研究

合成孔径雷达(SAR)卫星的探测范围有限,全轨利用率不高,并且单个卫星的计算和存储资源有限,难以完成大量的星载合成孔径雷达数据处理。本文拟采用多处理板联合的数据处理方法,针对星上分布式计算构建一种模拟系统,以提高星上数据处理效率,验证多处理板联合的数据处理方法在高效利用卫星计算与存储资源、提升单个卫星全轨利用率等方面的优点。本系统基于距离多普勒(range Doppler,RD)成像算法的多卫星分布式SAR实时处理方法,并以现场可编程门阵列(FPGA)芯片为核心构建了分布式计算模拟系统。不同于传统的单个卫星RD算法处理过程,该系统将处理过程分为三个阶段。每个阶段内运算任务被合理地分配给不同的数据处理单元。利用高分三号卫星(GF-3)SAR原始数据进行成像处理,以检验方法和系统的性能。

广东省入海排污口分类分布特征及监督管理措施研究

本研究在广东省现有入海排污口清单的基础上,将入海排污口划分为4类,研究分析了入海排污口的数量、类型和分布情况。研究表明,广东省共有入海排污口1436个,东西两翼数量多于珠三角,区域和地市差异明显。结合广东省近岸海域环境质量状况和排污口分布特征,针对性提出了推进入海排污口规范化设置与备案、分类推进各类排污口污染治理,提升入海排污口监管能力建设等监管措施,为分类实施污染防治措施、强化重点入海排污口监督管理奠定基础。

棘皮动物神经肽结构与功能研究进展

神经肽作为一种古老的信号分子,在动物的行为和生理过程中发挥着重要作用。近年来,随着生物信息学和分子生物学技术的发展,大量神经肽得以发掘和揭示,其中海洋生物(棘皮动物)神经肽信号系统及其功能研究亦取得了一定进展。本文对棘皮动物神经肽相关研究进展成果进行了归纳与总结,综述了主要神经肽结构、信号系统、功能及进化地位,并对其今后研究发展趋势进行了展望。

盐场海芽孢杆菌与大洋铁锰结核相互作用

本文研究了盐场海芽孢杆菌(Marinibacilluscampisalis)与大洋铁锰结核的相互作用过程,以及海洋微生物在铁锰结核形成中的作用。实验选取从深海沉积物中分离培养的盐场海芽孢杆菌(Marinibacillus campisalis)和大洋铁锰结核样品进行相互作用实验,设置有菌组和无菌组,培养过程中间隔取样分析。运用X射线荧光光谱(XRF)分析测定大洋铁锰结核元素组成,通过电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)和电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)测定反应过程中Fe、Mn、Co、Ni、Cu等离子浓度的变化,通过透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)观察并分析微生物表面情况,利用X射线衍射(XRD)分析手段测定铁锰结核矿物组成的变化。实验进行1天内细菌处于对数生长期,有菌组的Fe、Mn等离子浓度增加;2—7天内细菌处于稳定期, Fe、Mn等离子浓度有一定程度降低,但总体浓度均大于无菌组的离子浓度,金属离子被吸附在菌体表面,新形成了简单的含Fe化合物和矿物;实验结束后,XRD分析结果显示样品的矿物含量,如菱铁矿、赤铁矿和针铁矿等有轻微程度的增加。研究表明盐场海芽孢杆菌(Marinibacilluscampisalis)能够促进释放铁锰结核中的Fe、Mn等元素,同时对释放出的金属离子又有富集作用,并能够诱导新矿物的形成。本研究为深入了解铁锰结核的生物成因提供了新的依据。

大洋岩石圈俯冲过程中流体活动的岩石地球化学记录:以中国西南天山(超)高压变质带为例

大洋岩石圈俯冲变质作用直接影响俯冲带岩浆作用和地幔组成的不均一性。近年的研究发现,大洋岩石圈俯冲变质作用非常复杂。本研究以采自西南天山富含脉体的变质岩样品为例来探讨大洋岩石圈俯冲作用过程中流体对元素地球化学行为的影响。根据岩石学特征,将该样品分为三部分:榴辉岩部分、退变蓝片岩部分和脉体。脉体以绿辉石为主、并普遍含有碳酸盐矿物和磷灰石,反映该样品经历过榴辉岩相变质条件下富CO2、P和卤族元素的流体改造。样品的全岩Lu-Hf等时线年龄为332±24 Ma,这与前人用SHRIMP U-Pb锆石定年等方法得到的西天山峰期变质年龄一致。这三部分样品的全岩Th-U-Nb-Ta-Zr-Hf、稀土元素等不易迁移元素的配分模式均类似于洋岛玄武岩(OIB)的特征,表明其原岩与OIB类似。这三部分样品的K、Rb、Cs、Ba等元素相对亏损,且含量变化较大,在蓝片岩部分的含量明显高于榴辉岩部分,表现了这些元素的活动性。另外,白云母中富集Rb、Cs、Ba元素,以及K和Rb、Cs、Ba之间很好的相关性体现了白云母的存在对这些元素的控制作用。这些岩石样品主要经历了两阶段变质作用,即榴辉岩化过程和不同程度水化作用改造。第一阶段中,K、Rb、Cs、Ba等水溶性元素丢失,而第二阶段中,外来流体造成水化作用改造,并使水化程度高的蓝片岩部分形成了大量白云母等含水矿物,使这些元素表现出再富集并得以保存。因此,如果白云母稳定存在,俯冲大洋岩石圈简单变质脱水则难以解释岛弧岩浆高K、Rb、Cs、Ba等水溶性元素特征。

南海北部陆架坡折附近表层沉积物的粒度特征和其输运趋势

对南海北部陆架坡折附近取的50个表层沉积物样品,作粒度测试,计算粒度参数。粒度分析表明研究区的沉积物主要存在4种类型:含砾砂、砾质砂、砂质砾和含砾泥质砂;沉积物组分中砾石和砂占绝对优势,基本上不含黏土。综合因子分析和聚类分析的结果把研究区划分为4类沉积区:Ⅰ类沉积区属于内陆架沉积区,Ⅱ类沉积区属于陆架坡折上部沉积区,Ⅲ类沉积区属于陆架坡折下部沉积区,Ⅳ类沉积区区属于陆架边缘沉积区,每类沉积区都代表着不同的沉积环境。研究区沉积物的粒径趋势分析结果显示,陆架坡折附近的沉积物主要向内陆架和外陆架边缘或上陆坡输运,同时存在着跨陆架输运和沿陆架坡折输运现象,这与研究区实测的底流方向相一致。本研究表明,南海北部陆架坡折附近的沉积环境和沉积物输运模式比较复杂和特殊。本研究对今后陆架和陆坡区其他相关的研究具有十分重要的指导和借鉴意义。

基于伴随同化方法的Ekman模型垂向涡动黏性系数时间变化研究

为了得到一种有效的计算海水涡动黏性的途径,本文基于伴随同化方法,研究了Ekman模型中垂向涡动黏性系数(verticaleddyviscositycoefficient,VEVC)的时间变化。本文推导了时间变化VEVC的优化关系式,并利用理想实验对三个影响因素进行了探究,包括优化算法、初始猜测、观测深度,其主要结论是:(1)梯度下降法的优化效果优于共轭梯度法和有限记忆BFGS(limited-memoryBroyden–Fletcher–Goldfarb–Shanno)法;(2)初始猜测值与实际值接近时,收敛速度更快,反演误差更小;(3)反演结果对表层和次表层的流速更为敏感。本文从百慕大试验站锚泊系统(Bermuda Testbed Mooring, BTM)的数据中提取了Ekman流速,并反演了VEVC的时间变化,实际实验结果表明:(1)对于实测数据而言,仍是梯度下降法优化效果最好;(2)将VEVC设置为时间变化型的反演策略,反演效果优于常数型和深度变化型;(3)该地区VEVC在0.01m^2/s左右。该研究为Ekman流的数值模拟提供了一种确定VEVC时间变化的有效方法,对于其他动力机制的研究具有一定的参考价值。

面向海上目标搜索任务的多无人机协同航路优化

提出了一种面向多无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)协同搜索海上目标任务的航路优化方法。首先,分析多无人机协同航路优化问题的基本要素模型。然后,在对各UAV独立维护的目标概率图信息进行探测更新的基础上,采用状态预测一致性算法实现目标概率图信息的快速融合。最后,同时考虑局部搜索收益与未来搜索收益,采用分布式模型预测控制(distributed model predictive control,DMPC)方法优化各UAV的搜索航路。仿真结果表明,本研究提出的方法具有较高的搜索效率,可有效应用于海上目标的快速搜索任务,具有重要的应用价值。

水产动物源胶原蛋白医学应用研究进展

胶原蛋白具有免疫原性低,生物相容性较好等优点,同时还具有可降解、止血和促进细胞生长增殖的特性。其中水产源胶原蛋白在提取工艺、安全性方面具有更大优势,因此在医学应用方面得到了广泛的研究与应用。本文探讨了水产动物源胶原蛋白在医学应用方面的研究进展,为后续的研究工作提供依据。

冲绳海槽中、南部热液活动区金属硫化物的地球化学特征

对新近(2014年)采自冲绳海槽南部Yonaguni KnollIV热液活动区和中部伊平屋热液活动区的金属硫化物样品分别进行了X射线荧光光谱(XRF)和等离子体质谱(ICP-MS)分析,旨在通过对比分析两个热液活动区金属硫化物的元素地球化学特征,探讨两个不同热液活动区成矿元素的富集规律、热液成矿的作用过程及其区域差异。研究结果表明:在冲绳海槽中部和南部热液区分布有两种金属硫化物,分别为富Fe-Zn型硫化物和Ba-Zn-Pb型硫化物(+硫酸盐);相较于大洋中脊和其它弧后盆地的热液硫化物,研究区硫化物中Pb的含量明显较高,而Cu和Fe的含量相对较低,这与冲绳海槽存在较厚的沉积盖层有关;无论是常量元素、微量元素、还是稀土元素(REE),其含量和相关的特征值都变化较大,表明研究区热液硫化物形成于不同的热液成矿阶段;富Fe-Zn型硫化物是在高温热液活动阶段形成的,而Ba-Zn-Pb型硫化物(+硫酸盐)则形成于热液喷出海底与海水混合的过程中,成矿温度较低;即使在同一热液活动区,成矿环境也有较大变化,主要表现在成矿温度的波动上;研究区热液硫化物中REE的配分模式特征表明硫化物中REE的物源相同,但经历的过程(REE的迁移和富集)有所不同,反映了热液硫化物形成于不同的热液成矿阶段;热液成矿作用存在区域性差异,海槽南部的成矿温度较中部低,成矿物质来源方面,南部热液区硫化物的Pb含量较中部高,表明其成矿物质可能部分来源于沉积物。

1992年以来盐城滨海湿地植被动态变化研究

基于1992～2016年4个时相的遥感数据,对盐城滨海川东港至梁垛河口岸段进行景观分类,分析湿地植被类型及分布,借助转移矩阵法探究滨海湿地植被的时空演变。结果表明:茅草、芦苇、碱蓬,米草为川东港至梁垛河口段主要湿地植被类型。1992～2016年植被总面积减少,其中茅草几近消失殆尽;芦苇、碱蓬面积持续缩减;米草面积大幅增长。1992～2000年植被面积快速缩减,大面积的茅草碱蓬地被开发为耕地;2000～2009年养殖塘侵占湿地植被,规模剧增。2009～2016年,米草向海方向扩张的同时靠陆侧转变为养殖塘。川东港至梁垛河口的植被演变是自然和人为共同作用的结果。一方面受淤积型海岸影响,另一方面受政策引导下的各类滩涂开发活动,及互花米草的引种所带来的快速扩散的影响。本文研究结果为盐城滨海湿地管理与可持续发展提供理论参考。

我国海洋渔业经济组织的演进与培育研究

我国海洋渔业从业主体类型多样,数量众多。对个体经济组织、合作经济组织、公司组织和企业战略联盟这4种海洋渔业主要经济组织进行了概述,分析了每种海洋渔业经济组织的演进,进而提出了顺应演进趋势对其进行培育的对策建议。

基于Landsat遥感数据的长岛南部岛群景观格局演化研究

为了了解长岛南部岛群在经济发展背景下的景观格局及未来变化趋势,利用1990~2015年6景Landsat TM5、TM7和OLI8影像数据源,基于地理信息系统(GIS)平台采用决策树分类的方法对长岛南部岛群的景观类型进行了分类,并结合Frag-stats软件提取7种不同的景观格局指数,对长岛南部岛群的景观格局演化特征进行了系统分析。结果显示,人为活动是近年来长岛南部岛群景观格局演化的主要驱动力,该岛群景观类型变化以建设用地、水产养殖用地增加和林地减少为特征,建设用地斑块聚集度指数较高,斑块的聚集度指数逐年增加,整体上斑块的聚集度和连通性很好。不同景观指数(SHDI(景观斑块多样性)、PAFRAC(周长面积分维数)、PD(斑块密度指数)、LSI(斑块形状指数)、CA(斑块面积指数)、AI(景观聚集度指数)、COHESION(斑块结合度指数))对人为扰动因子均具有良好的表征。相关研究结论可为长岛南部岛群综合管理和生态红线划定提供有效依据。