典型自然源气溶胶沉降引起的海洋初级生产响应

大气沉降是陆源物质向海洋输入营养盐的重要方式,沙尘、野火和火山喷发均能够产生气溶胶,这些典型的自然源气溶胶在风场的作用下,能够进行远距离的输运,期间由于沉降作用进入海洋,为上层海洋提供限制性营养盐促进海洋浮游植物生长,提升海洋的初级生产力,促进碳循环过程。以海表叶绿素浓度作为海洋初级生产力的重要指标,通过海表叶绿素浓度的响应,探究沙尘、野火和火山这三种典型自然源气溶胶的传输路径及其沉降对海洋初级生产的影响。结果显示,海洋初级生产对气溶胶沉降的响应不仅与气溶胶排放类型有关,也与温度、动力过程、光合有效辐射等海域初级生产影响因素有关,体现了海洋初级生产对自然源气溶胶的敏感性,自然源气溶胶沉降所驱动的海洋初级生产在全球碳循环中具有重要的潜在影响。     

近20年中国近海和海岸带大气黑碳干湿沉降及源解析

作为一种在大气中普遍存在的碳质气溶胶成分,黑碳因可对生态环境产生深远影响而备受关注。对海洋大气黑碳沉降的深入认识有助于进一步明确海洋碳循环过程。目前对中国近海和海岸带大气黑碳沉降的研究工作少且零散,相关研究数据不足以探求其规律。对该区域近20年来已报道的大气黑碳数据进行系统梳理和再分析,利用整合的数据集成估算沉降通量并分析其空间分布特征,最后评述了目前黑碳的源解析方法并评估了该区域大气黑碳的来源,对未来近海大气黑碳研究作了展望。结果表明:(1)中国近海和海岸带陆域大气黑碳浓度平均值分别约为1.95±1.28和5.05±2.62μg·m–3,具有显著的人为污染特征,由北向南,海岸带陆域黑碳浓度近似呈“V”形分布,最低值位于南黄海沿岸,而近海区则大致呈递减趋势;(2)中国近海和沿海陆域大气黑碳的总沉降通量分别为413.2±137.1和1422.7±721.1 mg·m^-2·a^-1,以湿沉降为主,南北差异明显,主要受控于降水过程和陆源排放强度;我国近海黑碳大气沉降量可占全球海洋黑碳总沉降量的16%;(3)化石燃料源贡献了中国海岸带大气黑碳总排放量的...     

中国东部陆架海沉积有机碳研究进展：来源、输运与埋藏

大河影响下的河口陆架区陆海相互作用活跃,是有机碳的主要沉积区,在全球碳的生物地球化学循环中发挥着重要作用。中国东部陆架海包括渤海、黄海和东海陆架,黄河和长江两条大河直接流入该区。从有机碳来源、输运和埋藏保存等方面总结介绍了近年来中国东部陆架海沉积有机碳源汇过程的研究进展。研究表明,土壤有机碳和海洋初级生产力是本区沉积有机碳的主要来源;有机分子标志物和多元统计分析模型的综合应用能更准确地评估近海沉积有机碳的源汇特征;陆架泥质区是长江和黄河陆源沉积有机碳的重要储库;河流输入、沉积再悬浮和远距离物质输运等沉积动力过程显著影响着本区不同来源、不同类型陆源沉积有机碳的输运和归宿;大河物质输入、海洋初级生产力以及陆架沉积作用共同支撑着该区较高的有机碳埋藏能力。本区的研究今后需要从海陆结合的地球系统科学的角度,从整体上研究沉积作用过程与有机碳迁移转化的影响机制和响应关系;结合我国东部陆架海特有的沉积物源汇体系特征,揭示从流域到近海物质输运体系中不同来源有机碳的年龄分布和归宿,并在气候变化和人类活动影响日益显著的背景下,探究不同时空尺度沉积有机碳的输运和埋藏保存及其对大气CO2和全球变化的影响和意义。     

北太平洋大气沉降的时空特征及其对副极区海洋生态系统的影响

北太平洋副极地海区作为全球海洋三个高营养盐低叶绿素(high nutrient and low chlorophyll, HNLC)海区之一, 其浮游植物生长受到微量元素铁的限制。对于开阔大洋, 大气沉降是海洋表层铁的一个重要来源, 铁元素沉降进入海洋后能够促进浮游植物生长, 进而引起海洋初级生产力和生物泵的响应。本文利用SPRINTARS(Spectral Radiation-Transport Model for Aerosol Species)模式的时长为20a的日均大气沉降数据, 对北太平洋海区大气沉降的时空特征进行了分析。结果表明, 进入北太平洋海区的大气沉降量为26.81Tg·a^-1, 并且存在显著的季节变化: 春季最高, 冬季最低, 5月份进入海洋的沉降量达到峰值。大气沉降主要来源于陆地区域, 在风场的驱动下向海洋传输, 因此大气沉降量的空间分布呈现出西高东低的特征。本文以2010年8月中旬卫星观测到的一次强沙尘(即高大气沉降量)事件为例, 研究了大气沙尘的传播路径。进一步结合2001年4月9—12日及2008年4月20—22日的沙尘事件, 分析了西北太平洋K2站位(47°N, 160°E)附近海域海洋初级生产力对大气沉降——沙尘事件的响应。结果表明, 三次沙尘事件后, K2站位的颗粒有机碳通量、叶绿素浓度均有明显增加, 即沙尘事件对北太平洋副极区海洋初级生产力存在促进作用。     

国际海洋浮游动物研究进展

综述了国际上有关海洋浮游动物种群、群落结构、多样性及浮游动物对全球气候变化响应等方面研究进展。海洋浮游动物种类繁多, 数量丰富, 分布广泛, 是海洋生态系统中最重要的生物类群。在海洋食物网中, 浮游动物通过摄食浮游植物控制初级生产力, 同时, 又被更高营养阶层的动物(鱼、虾、鲸、海鸟等)捕食, 充当次级生产者的角色, 其群落结构、种群动态和物种多样性影响鱼类和其他海洋动物资源量, 浮游动物是海洋食物网中关键环节。海洋生态系统动力学过程的关键环节是浮游生物的生物学和生态学过程, 多项国际研究计划以生物多样性和年际变化趋势为研究重点并联系全球变化及响应, 因此, 浮游动物的研究已成为海洋生态研究的核心内容之一。国际上对浮游动物的研究主要集中在以下6个方向:(1)浮游动物生境、种群的分布和扩散动力学研究;(2)浮游动物的群落结构和多样性;(3)浮游动物的实验生态和现场受控生态研究;(4)浮游动物对全球气候变化的响应;(5)深海、南北极、低氧区等极端生境的浮游动物生态学研究;(6)浮游动物研究新技术和方法。     

微量元素地球化学循环对海洋酸化的响应

通过深入分析海洋中碳、营养盐、微量金属元素的地球化学特性对酸化响应的研究进展,指出海洋酸化不仅会影响海洋中的碳化学,而且能影响海洋中营养盐、微量元素等的地球化学特性和过程;海洋酸化一个重要的、但被低估的结果是能大范围地改变海洋碳系统之外的无机和有机化学环境;不同海域的生物和地球化学系统对酸化产生不同的响应,同一物质循环的不同过程对酸化的响应可能截然不同;酸化给海洋带来的影响是极其复杂多变的,而且这些影响之间还存在错综复杂的相互作用;生态系统对海洋酸化的自然响应是很多生物和非生物因素独立和共同作用的结果,对很多单一物种或单一因素酸化响应的简单概括或总结,远不能描述海洋酸化对整个生态系统的影响规律。海洋酸化微量元素响应研究,应该具体到物质循环的关键环节(如碳泵、生物泵、硝化作用、固氮作用以及元素赋存形态转化等)及关键要素(如POM,DOM及CDOM等)等的响应,并探讨它们之间的相互作用,进而更全面地了解海洋酸化对海洋中物质循环的影响。     

中国近海碳循环研究的主要进展及关键影响因素分析

海洋是地球碳的最重要贮存库之一,是全球碳循环系统的一个至关重要的子系统和大气CO2的汇.海洋碳循环过程不仅涉及海洋生物生产过程、化学能流与物流过程,还与不同时空尺度的海洋环流、大气动力学过程密切相关.大洋碳循环是海洋碳循环的主体.边缘海是陆地与大洋的连接带,虽然面积远比大洋小,但由于人类活动的影响以及河流径流不断向其输入丰富的营养物质,致使其中发生的生物地球化学过程比大洋复杂,所以,探明近海碳循环过程是全世界海洋学家必须要面对而且是与大洋碳循环相比更为难解、更具挑战性的研究课题[1, 2].     

东海、黄海浮游植物生物量的粒级结构及时空分布

浮游植物是海洋初级生产力的主要贡献者,初级生产过程是碳的生物地球化学循环的基础,它启动了海洋生态系统的能量流和物质流,支持着大量的渔业生产量.不仅如此,通过复杂的反馈机制,这一过程还对全球气候变化系统产生深远影响.沿岸海域只占全球海洋面积的8%,但却提供了26%的全球生物生产量和2/3到3/4的世界渔业产量.因此,许多重大的国际研究计划,如海岸带陆海相互作用(LOICZ)、全球海洋生态系统动力学研究(GLO-BEC)等,都将近海浮游植物研究作为非常重要的课题.     

大气氮沉降对南黄海初级生产过程影响的数值研究

本研究利用三维物理-生物耦合模型模拟了大气氮沉降对南黄海主要初级生产过程的影响,并通过数值实验区分了不同季节大气氮沉降的贡献。模拟结果显示,大气氮沉降明显增大了南黄海表层溶解无机氮的浓度,近岸海域增加量较大,可以达到3.0 mmol/m^3,且由近岸海域到黄海中部海域有明显的递减趋势,这主要是由于近岸海域无机氮来源众多,导致浓度较高,大气沉降的氮不会被浮游植物生长吸收,出现氮累积。大气氮沉降明显促进了黄海中部春季表层水华和夏季次表层叶绿素最大值两个重要初级生产过程,春季表层叶绿素增加量最大,可达0.20 mg/m^3,夏季次表层叶绿素浓度增加最显著,可达0.10 mg/m^3,分别约为峰值浓度的10%和6%。不同季节大气氮沉降对初级生产过程的贡献不同,冬季氮沉降可以存留下来影响春季水华过程,但作用小于春季氮沉降;夏季,由于水体层化较强,本季的氮沉降对次表层叶绿素最大值的促进作用并不明显,反而冬季氮沉降的影响大于春季和夏季的氮沉降。同时,大气氮沉降也促进了氮循环的各个过程,包括浮游植物生长吸收、呼吸释放和矿化过程。     

海洋初级生产力的结构

海洋初级生产力的研究发展到今天,其内涵和信息已不是一个简单的量值所能表达得了的,必须建立起一个能够反映其生态学意义的关于生产力结构的概念。在这个概念中,初级生产力的结构归纳为以下4个方面:(1)组分结构,即不同类群生产者(包括自养微生物、各类浮游植物等)对初级生产力贡献的比例;(2)粒级结构,即不同粒径级(<2μm,2—20μm,>20μm)生产者对初级生产力贡献的比例;(3)产品结构,即初级生产产品中颗粒有机碳(POC)和溶解有机碳(DOC)的分配比例;(4)功能结构,即新生产力占总初级生产力的比例。     

海洋生态系统服务的分类与计量

通过界定海洋生态系统服务的概念和内涵以及分析其组成结构、生态过程及生物多样性等服务的来源,详细描述了海洋生态系统所提供的食品供给、原材料供给、基因资源、气候调节、空气质量调节、水质净化调节、有害生物与疾病的生物调节与控制、干扰调节、精神文化服务、知识扩展服务、旅游娱乐服务、初级生产、物质循环、生物多样性和提供生境等15项服务。根据这些服务的相似作用与性质,参照千年生态系统评估的分类体系,进一步归纳为供给服务、调节服务、文化服务以及支持服务这4大基本服务类型。同时,也对各项服务的内容、表现特征和计量特征进行了描述。海洋生态系统服务不仅是海洋管理的核心内容,提高和维持海洋生态系统服务更是海洋管理的最终目标。     

中国近海区域浮游植物生态对气候变化的响应

我国近海区域对气候变化高度敏感,浮游植物生态的变化关系到我国近海生态安全.采用重构的遥感数据等资料,分析并综述我国近海区域浮游植物叶绿素a浓度、初级生产力和浮游植物群落结构对气候变化背景下海水升温、风场等环境因子的响应.结果表明,东(南)中国海叶绿素a浓度略有上升(下降)的趋势,但浮游植物群落结构和生物量有明显的变化;其中,微微型浮游植物和甲藻占比增加,小型浮游植物物种成为海区优势种,暖水性种分布区北扩,而这与气候变化背景下海洋热动力环境的长期变化及其对营养盐供给的影响关系密切.分析还指出了气候变化对我国近海区域海洋生态影响研究迫切需要开展的若干工作.     

海洋大气化学及其观测工程技术展望

海洋大气化学是一门海洋化学与大气化学交叉的新兴学科,是研究海洋大气中化学物种(Chemical Species)含量、迁移变化、来源辨别及海气交换通量,以及预估人为和自然影响对全球气候变化和区域海洋生态系统影响的科学。海洋大气化学的进步也得益于海-气系统观测体系建设及其工程技术的创新,其中包括对微量要素的测量、复杂形态的辨别和原位探测等技术的突破。我国的海洋大气化学研究起步于20世纪80年代,通过中国沿海观察站、近海和大洋走航线和断面站以及南北极建立考察站等的立体观测平台,针对海洋大气化学关键过程即大气-海洋生物地球化学循环,开展碳、氮、硫、磷、铁等的迁移变化及其海气通量的观测。在碳、氮的海-气循环及海洋酸化机制,硫的海-气交换的气粒转化及气候效应等研究领域,取得了一批新的认知和引起国际学界关注的成果,促进了学科进步,建成了一个从近岸、大洋到极区的立体观测体系。     

大气气溶胶中的铁及其溶解度研究综述

生物活性铁(Fe)进入生物地球化学循环中能够调节碳循环,影响海洋初级生产力,间接影响全球气候变化。决定Fe生物可利用度的关键因子是可溶Fe含量,其中大气气溶胶的长距离传输是上层海洋获取生物可利用Fe的重要来源。近年来,对气溶胶中的Fe及溶解度的研究取得了重要进展,包括对不同区域Fe质量浓度和溶解度的观测以及对Fe溶解度影响因素的讨论。基于以上研究成果,汇总了近二十年全球部分陆地和海洋站点观测所得的不同粒径气溶胶颗粒物中的Fe质量浓度及其溶解度数据;重点介绍了气溶胶沉降入海洋前影响Fe溶解度的主要因素,包括Fe的来源、大气物理过程以及大气化学和传输混合过程等,并就各影响因素间的关联及相对重要性展开讨论;对未来气溶胶Fe的研究方向和方法提出建议。     

我国沿海地区海洋经济社会发展的近海水质影响研究

为促进我国沿海地区海洋经济社会和海洋生态环境协调可持续发展,文章采用成熟的海洋经济社会系统评价指标体系,综合运用环境库兹涅茨曲线、耦合协调度模型和逐步回归法,测算2006-2016年我国沿海地区海洋经济社会发展指数,分析海洋经济社会系统与近海水质间的拟合关系、弹性、耦合度和耦合协调度,并从系统、状态和指标3个层面解析影响近海水质的海洋经济社会因素。研究结果表明：2013年以前海洋经济社会发展与近海水质基本呈反向变化关系;近海水质的海洋经济社会系统弹性自2014年开始转为正值,但二者的耦合度和耦合协调度均较低;海洋社会发展对近海水质存在明显负向影响,海洋第三产业发展、海洋科技成果转化和海洋自然保护区建设有利于近海水质改善。建议严控陆源排污入海,提高海洋科技成果转化效率,优化海洋产业结构,持续加强海洋自然保护区建设,提升近海水质。     

中国近海区域古菌群落结构研究概述

古菌作为海洋微生物的重要组成部分,是海洋生态系统中物质与能量传递的重要贡献者,在全球生物地球化学循环中扮演着不可或缺的角色。虽然目前绝大多数的古菌尚未获得纯培养,但近年来分子生物学技术的发展使人们认识到古菌参与甚至主导了海洋生源要素循环的关键过程。本文介绍了目前研究海洋古菌多样性的主要手段,包括:荧光定量PCR、16S rRNA基因扩增子高通量测序、宏组学以及单细胞测序等技术,系统地阐述了中国近海不同区域(包括辽河口、黄河口、渤海、南北黄海、长江口、东海北部、珠江口以及南海区域)海水及沉积物中的古菌群落结构和多样性特征。研究表明我国近海地区的主要古菌类群为广古菌门(Euryarchaeota)、奇古菌门(Thaumarchaeota)、乌斯古菌门(Woesearchaeota)和深古菌门(Bathyarchaeota)等,其生物地理学分布主要受到环境因子和距离因素的影响,且在河口和近海海域呈现出完全不同的分布特点。在此基础上,对未来的研究方向进行展望,为全面深入了解我国边缘海生态系统中古菌群落及其参与的生物地球化学循环奠定了基础。     

海洋沉积物中碳的来源、迁移和转化

人类活动每年向大气排放的CO2约为65亿t，其中留在大气中的约占50%，大洋吸收约16亿-20亿t，陆地生态系统大约吸收0.7亿~1.4亿t(Bates，2001；Battle et al.，2000),还有大约13亿t找不到去处，称为大气CO2丢失项，而陆架边缘海有可能是这丢失项的去处。近海沉积物是大气二氧化碳的接受者，同时当条件合适时沉积物中的碳又可被释放重新进入水体乃至大气中，是碳循环中的重要源与汇，因此海洋沉积物在碳循环中的作用是全球碳循环的一个关键环节。虽然近十年来这方面的研究已经引起众多学者的关注，对沉积物中的碳循环进行了较大量的研究，取得了一系列成果，但海洋沉积物在碳循环中的作用和过程至今并未查清，具体体现在海洋沉积物在海洋碳循环中起什么作用？起多大作用？在哪些方面影响和控制海洋碳循环？这些均需要科学家们长期的艰苦努力，以便在更深入、更系统和更高层次上研究解决困扰当今人类的涉及碳循环这一重大环境科学问题。 海洋沉积物为海洋环境中的一个主要研究对象，其中的碳与水体-生物体以及大气、入海河流等进行着不间断的交换、大气中的气体碳经过复杂的海洋生物地球化学过程转化为水体中的溶解碳，再变为颗粒碳，经沉降最终形成沉积物，在适宜的条件下上述的反过程同样会发生。因此，研究海洋沉积物中的碳在其循环中的作用是非常困难的。碳是最主要的生源要素，更是生命活动能流、物流中最重要的元素，几乎所有的生物地球化学循环过程都与它有关，因而有关碳循环的研究是目前全球变化研究的热点。许多国际研究计划均以此为核心研究内容。如国际地圈与生物圈计划(IGBP)中的全球海洋通量联合研究(JGOFS)、全球生态系统动力学(GLOBEC)以及上层海洋与低层大气研究计划(SOLAS)等(唐启升，2001；宋金明，2000)。碳循环研究以 JGOFS计划2001年基本结束为标志，通过近十几年的研究，取得了丰硕的成果，系统了解了海洋循环的过程及界面碳通量，对全球碳循环也有了一个初步的了解。为进一步深入开展这方面的研究作者从海洋沉积物中碳的形态与来源、海水及颗粒物中碳与沉积物碳的关系、表层沉积物再悬浮对碳循环的影响以及沉积物中碳的早期成岩作用等几个方面阐述了海洋沉积物中碳循环目前的研究进展。     

中国近海典型海区黄色物质含量年际变化分析

黄色物质是中国近海水体光学特性的重要影响因素,是海水有机污染情况的指示因子。基于在中国近海海洋光学调查中获取的典型海区多年的黄色物质吸收系数数据,对黄色物质400 nm和440 nm吸收系数进行了分析,研究表明:(1)黄海、珠江口和南海海区黄色物质含量呈多年增加的变化趋势;(2)珠江口海区黄色物质含量最高,黄海次之,南海最低;(3)南海黄色物质含量多年增长的百分比最高,超过了50%。     

海洋生物泵研究进展

海洋生物泵是以一系列海洋生物为介质将大气中的碳输运到海洋深层的过程,是海洋碳循环的重要组成部分以及未来的研究重点。本文系统地描述了海洋生物泵碳汇几个主要阶段:浮游植物沉降,浮游动物粪球颗粒沉降,透明胞外聚合颗粒物(TEP)沉降和海雪沉降以及碳酸盐反向泵过程。同时,本文对南海生物泵的研究进展进行简要介绍,服务于中国海碳循环。     

辽宁长海县附近海域颗粒有机碳和溶解有机碳交换能力的数值模拟I模式的建立和验证

基于无结构网格和有限体积法的海洋模型FVCOM(Finite Volume Coastal Ocean Model),并结合2个连续测流站、2个水位站的观测资料,选取对养殖潜力影响最大的颗粒有机碳(POC)和溶解有机碳(DOC)作为本研究海区营养物质的表征变量,依据不同季节和影响因子共设计了18种计算方案,对长海县附近海域营养物质的交换能力分别进行了诊断和计算,对各个影响因子在营养物质交换过程中的重要性进行了初步评估。研究得出,北黄海环流对该海域物质交换能力的促进作用强于风生流的作用。