滨珊瑚Sr/Ca的种间和种内差异性*

滨珊瑚骨骼的锶和钙元素的比值(Sr/Ca)是重建热带海区海水表面温度(sea surface temperature, SST)变化最常用的地球化学代用指标之一。但是, 珊瑚作为生物体, 其生理活动会对骨骼内的Sr/Ca产生干扰从而影响重建的准确度。文章采用全谱直读等离子体原子发射光谱(Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometer, ICP-OES)技术对南海北部涠洲岛两块滨珊瑚的Sr/Ca比值进行测量, 并结合卫星观测的SST值分别建立各个珊瑚个体的Sr/Ca-SST温度计方程。结果显示: 1) 该研究采集的两种滨珊瑚(澄黄滨珊瑚和普哥滨珊瑚)的Sr/Ca值和温度计具有显著的种间差异。因此在古气候重建时, 建议古珊瑚和现代珊瑚严格使用同一种滨珊瑚; 2) 同种滨珊瑚不同个体之间的Sr/Ca也存在差异性, 一方面是由于冬、夏季的极端低、高温对珊瑚生理产生胁迫, 从而造成Sr/Ca出现异常值; 另一方面则是取样误差导致, 尤其是夏季高温和冬季低温时期; 3) 同一珊瑚个体内的不同生长轴的生长率存在显著差异, 然而Sr/Ca却没有显著的差异性, 说明不同生长轴的取样对骨骼Sr/Ca没有显著影响。最后, 文章用多样品的平均值建立Sr/Ca温度计方程, 用于减小个体之间的差异性带来的误差, 得到Sr/Ca(mmol·mol^-1)= -0.04027×SST(℃)+9.623的方程。用该温度计对涠洲岛海域的SST后报的误差为±0.6℃(1σ), 达到了古海温重建的精度需求。     

海南岛南岸三亚湾海水Sr/Ca、Mg/Ca变化及对珊瑚微量元素温度计的响应

本文对海南岛南岸三亚湾2008~2009年海水的周间隔取样,用全谱直读等离子体原子发射光谱(ICP-AES)分析方法对其Sr/Ca、Mg/Ca比值进行了测定。结果显示其比值（Sr/Ca=8.558~9.227mmol/mol,Mg/Ca=4.924~5.403 mol/mol）与全球各大洋和主要珊瑚礁区有明显地高异常偏差,而且在春末夏初和秋末冬初两个过渡期,三亚湾海水Sr/Ca比值波动幅度比Mg/Ca相对较大,且体现了一定的差异性。在此基础上,结合海水的Sr/Ca、Mg/Ca比值在时间和地域空间上的变化对珊瑚温度计标定的影响,及对不同站点建立的珊瑚Sr/Ca温度计进行了重新校正,并与分配系数法对比分析,我们认为利用珊瑚的Sr/Ca、Mg/Ca比值重建古SST记录时必须综合考虑包括海水微量元素比值变化在内的各种影响因素对温度计标定的干扰。     

三亚湾海水中Sr/Ca、Mg/Ca 变化及对珊瑚微量元素温度计的响应

对海南岛南岸三亚湾海水2008~2009年周间隔取样,用全谱直读等离子体原子发射光谱(ICP-AES)分析方法对其Sr、Mg、Ca的含量m(Sr)、m(Mg)、m(Ca)进行了测定。结果显示,m(Sr)/m(Ca)=8.558×10-3~9.227×10-3、m(Mg)/m(Ca)=4.924~5.403,与全球各大洋和主要珊瑚礁区有明显的高异常偏差,而且在春末夏初和秋末冬初两个过渡期,三亚湾海水m(Sr)/m(Ca)波动幅度比m(Mg)/m(Ca)相对较大,且体现了一定的差异性。在此基础上,结合海水的m(Sr)/m(Ca)、m(Mg)/m(Ca)在时间和地域空间上的变化对珊瑚温度计标定的影响,对不同站点建立的珊瑚m(Sr)/m(Ca)温度计进行了重新校正,并与分配系数法对比分析,我们认为利用珊瑚的m(Sr)/m(Ca)、m(Mg)/m(Ca)重建古海水表面温度(SST)记录时必须综合考虑包括海水微量元素比值变化在内的各种影响因素对温度计标定的干扰,为进一步了解气候环境演变具有重要意义。     

淡水径流影响下珊瑚温度计(B/Ca、Mg/Ca、Sr/Ca、U/Ca和δ18O)的稳定性测试

对南海北部珠江口采集的滨珊瑚骨骼地球化学温度计指标B/Ca、Mg/Ca、Sr/Ca、U/Ca和δ¹⁸O进行了分析,目的在于测试这些地化指标在径流冲淡水影响下的稳定性.测试方法是将各个地化指标与水温对比并进行相关性分析.结果表明,Sr/Ca比值与当地水温有最好的相关性(r²=0.59),说明Sr/Ca是最稳定的温度计指标.而δ¹⁸O(r²=0.46)、B/Ca(r²=0.43)和U/Ca(r²=0.41)与水温的相关系数相对较低,说明这些指标除受到水温控制以外还受到其他环境因素的影响.在这些指标中,相关性最低的是Mg/Ca(r²=0.27),说明Mg/Ca受到除水温以外的因素影响最为显著,这就限制了Mg/Ca作为有效的温度计指标应用于古气候重建的研究.     

单轴抗压强度揭示南海珊瑚骨骼结构的差异

通过单轴抗压强度测试法,测量南海北部涠洲岛和南部南沙群岛美济礁块状珊瑚骨骼的抗压强度,将工程力学和珊瑚礁地质生态学相结合,用定量的数据揭示南海南、北部珊瑚骨骼结构的差异性。结果表明,美济礁珊瑚的单轴抗压强度近3倍于涠洲岛样品,显示涠洲岛珊瑚的承载能力相对较弱。南沙群岛海域珊瑚样品的力学性质呈弹性曲线规则变化,而涠洲岛珊瑚的抗压强度时间曲线呈现不规则变化,有不断压密、调整、再压密的过程。通过对破坏后样品的观察,涠洲岛样品的破坏并没有发生在沿生长轴线的方向,而是在孔洞和骨骼密度小的部位。生物侵蚀加重、孔洞增多导致涠洲岛珊瑚骨骼结构的改变,进一步导致了珊瑚不仅抗压强度差、承载力下降,而且力学性质紊乱。该研究工作用定量的数据论证了海水污染对珊瑚骨骼结构改变的影响,建议开展岛礁工程、生态修复等工作之前的首要任务是保护水质、控制排放、有效治理海水污染。     

广西涠洲岛珊瑚礁物种生物多样性研究

涠洲岛石珊瑚在属级组成中以角蜂巢珊瑚属(Favites)、滨珊瑚属(Porites)、蔷薇珊瑚属(Montipora)为优势类群,在科级的组成上,以蜂巢珊瑚科(Faviidae)、滨珊瑚科(Poritidae)、鹿角珊瑚科(Acroporidae)为优势类群。西南部的主剖面W2、东北部的W5的石珊瑚属种最多,说明了两个剖面海域石珊瑚生物多样性程度相对较高,这与涠洲岛历年来的珊瑚礁分布有关;涠洲岛6条主剖面的多样性指数均呈现一致的规律:W5W2W6W1W3W4,W2、W5多样性指数相对较高;珊瑚属种数量、优势属种数量、优势属种相对优势程度(最大的重要值百分比)、优势属重要值百分比之和分别与多样性指数的相关分析结果表明,珊瑚属种数量、优势属种数量对多样性指数有促进作用,珊瑚属种数量对多样性指数的贡献率更大;Simpson多样性指数(D)、Pielou均匀度指数(E)差异不显著,Shannon-Wienner多样性指数(H′)差异显著;整个岛区珊瑚属种分布比较均匀。     

涠洲岛珊瑚礁的发育过程及其与气候的对应关系

涠洲岛位于热带北缘,对珊瑚生长而言其纬度相对偏高,冬季低温是制约其珊瑚生长和珊瑚礁发育的关键因素.重建涠洲岛珊瑚礁发育的过程,对于了解珊瑚对过去气候的响应以及预测珊瑚礁的发育趋势等具有重要科学意义.以涠洲岛珊瑚礁钻孔(GS-3)为材料,利用高精度铀系测年技术测定珊瑚年龄,建立涠洲岛珊瑚礁发育的年代框架;通过粒度、生物组...     

南海北部滨珊瑚骨骼微生物侵蚀

微生物对珊瑚骨骼的侵蚀作用相对肉眼可见的大型生物侵蚀更加隐蔽, 研究也相对稀少, 国内更是空白。本文对采自涠洲岛、大亚湾以及西沙琛航岛的滨珊瑚骨骼切片在扫描电镜下开展微生物侵蚀研究。在涠洲岛和大亚湾的滨珊瑚骨骼切片中存在微生物侵蚀形成的“橘色条带”, 可能与当地水体富营养化有关, 而琛航岛的样品中则没有类似的条带。扫描电镜观察发现, 这些“橘色条带”为内生藻Ostreobium quekettii, 是一种热带珊瑚礁区常见的侵蚀微生物。O. quekettii侵蚀的珊瑚骨骼结构被破坏, 其厚度减小, 孔隙率提高了1.54%至6.76%、抗压强度下降了27.1%至51.2%, 使得珊瑚骨骼变得更加“疏松”, 且在整个骨骼次表面形成了一层“骨质疏松层”。该种侵蚀微生物扮演了“先行者”的角色, 使珊瑚更容易被大型生物侵蚀, 而大型生物侵蚀又会进一步促进微生物侵蚀, 该“正反馈效应”正好解释了在富营养化的南海北部发现的珊瑚骨骼内侵蚀加剧的现象。     

高温白化事件可提高涠洲岛澄黄滨珊瑚（Porites lutea）的耐热性

近年来,全球气候变暖引起的海水表层温度上升导致大规模珊瑚白化事件频繁发生,严重损害了珊瑚礁的生态健康。为了揭示白化事件对澄黄滨珊瑚（Porites lutea）耐热性的影响,进一步探索滨珊瑚对高温的生理响应,本研究对广西涠洲岛2020年夏季极端高温白化事件前、后的澄黄滨珊瑚进行了高温胁迫对比实验,并进行了生理生化指标分析。结果显示:（1）两组澄黄滨珊瑚对高温胁迫的响应模式一致,均表现为珊瑚触手收缩,虫黄藻密度、最大光量子产量（Fv/Fm）和叶绿素a含量明显降低,抗氧化物（总超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、还原型谷胱甘肽）和铵同化酶（谷氨酰胺合成酶）活性（含量）先升后降;（2）经历高温白化事件后的澄黄滨珊瑚生理指标表现更佳,其抗氧化物和铵同化酶都始终保持高的活性及灵敏的响应。这意味着涠洲岛的澄黄滨珊瑚经历高温白化事件后,可以通过提高抗氧化物和铵同化酶活性来提升耐热性,是其应对全球变暖的策略之一。本研究还揭示了涠洲岛澄黄滨珊瑚应对极端高温的生理响应模式,为珊瑚礁保护和生态修复提供了理论支持。     

赤道大西洋东部和加勒比海高精度冰期-间冰期的底栖有孔虫的Sr/Ca记录

自从 Beck等 ( 1 992 )利用高精度同位素稀释质谱仪技术恢复珊瑚 Sr/Ca的测温以来 ,这种替代物已应用于研究气候变化的许多重要问题。虽然珊瑚的 Sr/Ca变化主要归因于 Sr含量变化 ,然而 ,测温计根据的是珊瑚和水体之间Sr和 Ca分离对温度的敏感性。在许多工作中 ,局部海水表层水的 Sr/Ca比值假设不随冰期—间冰期整个循环周期变化 ,这种假设是根据Sr和 Ca在海洋中几百万年滞留时间得出的。估算值研究表明 Sr和 Ca含量在小于 1百万年地质年代中显然是不变的。可是 ,现代海洋的Sr/Ca比值详细测量显示在上层水柱中具有空间变化 ,在沿岸环…     

有孔虫的高精度Mg/Ca比值的ICP-AES分析

利用等离子体光谱(ICP AES)建立了测量高精度有孔虫Mg/Ca比值的分析方法,并分别对仪器分析误差、残留的铁锰氧化物盖层的影响、有孔虫清洗过程以及有孔虫个体差异等因素对最终结果可能产生的误差进行评估。结果显示:Mg/Ca比值的ICP AES测量的外部精度可达0.3%左右,其引起的温度误差小于±0.1℃;清洗后残留的铁锰氧化物覆盖层中Mg、Ca引起的Mg/Ca比值误差为0.2%～2.7%,引起的温度偏高约0.2℃;有孔虫个体的Mg/Ca比值的差异为0.2%～3.6%,这种差异引起的温度误差为±(0.2～0.4)℃。综合考虑这些因素,利用有孔虫Mg/Ca比值重建表层海水温度(SST)记录时,获得的温度结果的误差在±0.5℃之内,可以满足冰期/间冰期气候变化过程中SST变化研究的要求。     

南海北部涠洲岛海域Merulinidae珊瑚文石骨骼和海水间微量元素分配系数：来自珊瑚种属和瑞利分馏的影响

微量元素在珊瑚文石骨骼和海水间的分配过程是控制海水中微量元素进入珊瑚骨骼的关键环节,表征该分配过程的分配系数(K_D)常用于时间序列上的海水微量元素含量重建。由于缺乏珊瑚和海水的原位研究,我们对珊瑚文石骨骼与海水之间微量元素的分配行为的了解非常有限,这严重阻碍了我们对于准确的海水化学定量数据的获取。本研究中,我们选取了南海北部涠洲岛海域的两种典型的造礁石珊瑚种(网状菊花珊瑚(Goniastrea retiformis)和八重山扁脑珊瑚(Platygyra yaeyamaensis))和周围原位表层海水中的5种微量元素(Cu、Zn、Pb、Cd和Cr)进行研究,估算了这些微量元素在珊瑚文石骨骼和海水之间的分配系数。研究结果表明：各个微量元素在网状菊花珊瑚和八重山扁脑珊瑚文石骨骼和海水间的分配系数分别为3.65和3.49(Cu); 0.57和0.97(Zn);1.06和1.42(Pb);0.88和1.01(Cd);0.66和0.60(Cr)。结合前人报道的各个种属珊瑚的分配系数,我们发现不同珊瑚种属Cu、Zn、Pb和Cd的K_D值存在显著差异,而Cr的...     

涠洲岛珊瑚礁海洋公园海域营养盐含量变化及富营养化研究

根据2013～2016年9月(夏季)涠洲岛珊瑚礁海洋公园海域水质指标的监测结果,分析了涠洲岛珊瑚礁海洋公园的水质状况、营养盐的组成及年际变化趋势。结果表明,涠洲岛珊瑚礁海洋公园海域夏季海水环境因子(水温T、盐度S、pH和溶解氧DO)相对稳定,适合珊瑚的生长和繁衍;整体水质质量状况较好,符合一类海水水质标准;溶解态无机氮中NO-3-N、NO-2-N和NH+4-N含量变化差别不大,DIN浓度整体呈下降趋势,NO-3-N与DIN的变化趋势基本相似,且对DIN的贡献最大;受陆源输入及海水交换作用的影响,PO3-4-P呈轻微下降趋势;海水富营养化指数在0.03～0.21之间变化,未达到富营养化水平;N/P比值偏大,平均值为54.5,呈逐年下降趋势;涠洲岛珊瑚礁海洋公园海域主要属于磷限制,整个海域处于贫营养化程度。     

涠洲岛西南部海域造礁石珊瑚的群落结构特征分析

采用2019年5月14?22日开展的断面法调查数据,分析了涠洲岛西南部海域的造礁石珊瑚群落结构特征。结果表明:涠洲岛西南部海域造礁石珊瑚共有9科38种,优势种为滨珊瑚(Porites sp.)、秘密角蜂巢珊瑚(Favites abdita)、斯氏角孔珊瑚(Goniopora stutchburyi)等团块状珊瑚。活造礁石珊瑚覆盖率为5.20%～31.20%,平均值为16.66%,远离海岸或靠近海岸但水较深的站位覆盖率较高。石珊瑚补充量较低、病害少、死亡率较低。造礁石珊瑚群落的物种多样性、优势度、均匀度互相呈显著正相关关系(p<0.05)。靠近岩壁的站位,水较深且船舶通行和游客潜水等影响较少,活造礁石珊瑚覆盖率和多样性程度均较高。受侵蚀海岸悬浮泥沙和潜水旅游影响较大的砂质岸段站位,活造礁石珊瑚覆盖率最低、优势种的优势度最高、多样性程度相对较低。人为活动、西南季风、风暴潮、海岸侵蚀悬沙、极端气候是影响涠洲岛西南部海域造礁石珊瑚礁生态系统的主要因素。     

涠洲岛海域风侯和波侯特征分析

根据涠洲海洋监测站多年风和波浪实时观测资料,分析得出:涠洲岛海域累年强风向为N和NNE,其平均风速分别为5.9 m/s和5.3 m/s;常风向为NNE和ENE,其频率分别为18.2%和12.4%;夏季(6—8月)月平均风速最大,春季(3—5月)月平均风速最小。涠洲岛海域累年强浪向为SSW,其波高(H_(1/10))平均值为0.8 m;常浪向为NNE、SSW、NE和ENE,其频率分别为16.5%、16.2%、14.4%和10.5%;夏季(6—8月)波高(H_(1/10))月平均值最大,其余季节月平均值稍小于夏季。采用Pearson-Ⅲ型分布曲线对4个方向角风速的年最大值和波高(H_(1/10))的年最大值进行重现期计算。结果表明:涠洲岛海域ENE向风速多年一遇值最大;涠洲岛海域SSW向波高(H_(1/10))多年一遇值最大。     

热带海洋珊瑚Sr/Ca、Mg/Ca温度计的研究及其意义

珊瑚以其独特的生物学及生态学特性成为研究热带海洋环境的重要信息载体。阐明了珊瑚微量元素Sr／Ca、Mg／Ca温度计的建立基础、测定方法、研究成果、环境意义、争论问题及进一步研究的设想。多种海表温度计的对比研究,为现代和古海洋环境的重建、探索气候的变率与特征事件(冷暖、旱涝、ENSO等)的关联以及为预测未来气候变化的趋势提供科学的判据。     

全球变暖和核电站温排水对大亚湾滨珊瑚钙化的影响

全球变暖引起的珊瑚白化和珊瑚钙化能力减弱,对全球珊瑚礁生态系统构成了严重威胁.在这样的背景下,相对高纬度海域石珊瑚(Scleractinia)群落被认为是珊瑚物种延续的最后避难所.通过分析大亚湾海域持续生长46年(1962-2007年)的滨珊瑚Porites骨骼参数(生长率、密度和钙化率),研究相对高纬度海域石珊瑚钙化对全球变暖以及人为热排放的响应模式.结果显示,滨珊瑚平均生长率、密度和钙化率分别为0.97cm·a-1(0.41-1.32cm·a-1)、1.45g·cm-3(1.17-1.65g·cm-3)和1.40g·(cm2·a)-1[0.59-1.93g·(cm2·a)-1].海表温度(SST)是该海域石珊瑚钙化的主导控制因素.1962-1993年,全球变暖、SST上升对大亚湾滨珊瑚生长有缓解冬季低温胁迫、促进骨骼钙化的作用.然而,随着SST持续上升以及大亚湾核电站的运行,全球变暖与核电站温排水对滨珊瑚骨骼形成高密度带造成抑制作用,导致自1993年以后滨珊瑚骨骼生长率和钙化率呈下降趋势,并出现1997-2001年和2006年的低谷.因此,全球变暖,至少是初期,对相对高纬度海域石珊瑚钙化乃至珊瑚礁发育是有促进作用的.但随着SST持续上升,加上ENSO等极端高温事件以及人类活动的影响,可能在未来会出现相对高纬度海域的大面积石珊瑚白化.     

20 年来涠洲岛珊瑚礁物种多样性演变特征研究

综合2007年10～11月、2008年4～5月布置的6条主剖面20条分断面的调查结果,涠洲岛珊瑚礁共出现石珊瑚10科22属46种,9个未定种,该调查区以角蜂巢珊瑚属(Favites)、滨珊瑚属(Porites)、蔷薇珊瑚属(Montipora)为优势类群,各主剖面的优势类群分布各有差异,以西南部的W2主剖面、东北部的W5主剖面的珊瑚礁属种最多,均为8科13属;涠洲岛珊瑚礁属级多样性指数H′值和均匀度指数E值均呈现东北部W5西南部W2东南部W6西南部W1西北部W3北部W4的规律,H′值差异明显,E值变化不大;其珊瑚礁群落近20 a来受到全球气候事件及区域人为活动的影响,整体呈现出衰退迹象,处于缓慢恢复状态。衰退表现在:从20世纪60年代至21世纪初期的珊瑚礁优势种群的组合变化,由较多的优势属种组合演化到相对少的优势属种组合。一直占据优势的鹿角珊瑚种群出现退化,从顶级优势类群降级更替;珊瑚礁属种的多形态组合向相对简单形态组合的演变;历年来珊瑚礁伴生生物的资料(主要是鱼群数量、海参等)显示,涠洲岛珊瑚礁群落生物多样性呈现衰退态势;从2001年至今连续的珊瑚礁健康调查(Reef Check)资料显示,该区石珊瑚礁曾大面积死亡尚未完全恢复。从涠洲岛20 a珊瑚礁多样性演变过程研究发现,影响因素主要包括全球性极端气候、区域性气候变化及不合理的破坏性人类活动影响等因素。     

浮游有孔虫表层水种不同形态类型壳体的Sr/Ca记录

浮游有孔虫表层水种Globigerinoides ruber （白色）和Trilobatus sacculifer壳体是过去海洋环境信息的重要载体,其壳体Sr/Ca比值在重建古海洋环境变化中具有较大潜力,因此本文旨在探讨G. ruber（白色）和T. sacculifer的不同形态类型Sr/Ca比的差异及其影响因素。对取自西菲律宾海的MD06-3047B沉积物岩芯中G. ruber的两种形态类型,即G. ruber(sensu stricto, s.s.)和G. ruber(sensu lato, s.l.),以及T. sacculifer的两种形态类型,即T. sacculifer (with sac)和T. sacculifer (without sac)壳体的Sr/Ca进行了测试分析。结果显示,MIS 3期（～48 ka）以来,MD06-3047B岩芯中G. ruber s.s.和G. ruber s.l.的Sr/Ca差异较小;而T. sacculifer (with sac)和T. sacculifer (without sac)的Sr/Ca存在显著差异,且前者显著高于后者。通...     

湖相介形类壳体微量元素在古环境重建中的应用

湖相介形类壳体微量元素(本文主要指Mg和Sr)是重建古环境的重要指标之一,可以定性或定量地反映湖水信息。自20世纪80年开始应用以来,经过30余年的发展取得了很大进展。在古环境重建过程中主要存在两类影响因素:(1)其宿生水体中M/Ca比值(M主要指Mg和Sr)的影响因素:季节变化、微环境差异和湖泊演化过程,这类因素通过对宿生水体中M/Ca比值来影响介形虫壳体中的M/Ca比值,进而造成古环境重建结果的误差增大或可靠性降低;(2)介形类壳体微量元素分配系数的影响因素:宿生水体中M/Ca比值、温度、碱度等,这类因素能够直接影响介形类壳体分泌、钙化的生命-化学过程的因素,是定量重建的重要影响因素。加强现代介形类生活习性和微量元素组成变化过程的研究可以消除或减小以上影响因素对古环境重建的影响,提高介形类壳体化石中微量元素组成在古环境重建研究中的精度和可靠性。