维持南沙珊瑚礁生态系统高生产力的新观点——拟流网理论

珊瑚礁生态系是海洋中最重要的生态系之一,一般处于热带与亚热带海域。众所周知,热带海洋的上层水由于浅部温跃层的存在,阻碍了营养物质的向上输送,从而使有机物产量和输出通量都较低,即热带海洋的上层水是一层十分贫瘠的寡营养水。但处在热带海域中的珊瑚礁确有异常高的生产力,所以人们称珊瑚礁为热带沙漠海洋中的绿洲,对被包围在贫瘠海水中的珊瑚礁如何能维持高生产力这一问题,几十年来人们进行了大量的研究(Bilger et al.,1995; Atkinson,1987; Atkinson et al.,1992;宋金明,1997),最初的结果是珊瑚礁生态系不需要外来的营养盐输入,是一个典型的自养生态系,但后来,经过科学家的反复研究结果表明,珊瑚礁生态系中的营养物质有较小的部分向外边贫瘠的海水输送。因此,为维持珊瑚礁的生产力,珊瑚礁内必定有外源的营养盐输入,基于这个出发点,人们又提出了几个维持珊瑚礁生态系高生产力的原因。本文通过对珊瑚礁生态系高生产力及其原因的系统探讨,提出了维持南沙珊瑚礁生态系高生产力一个新观点——拟流网理论,这对深入研究珊瑚礁生态系的物质循环,特别是生源要素的循环具有重要的意义。     

南沙群岛珊湖礁潟湖垂直沉降颗粒物中主要元素的生物地球化学过程研究

本文首次报道用沉积物捕捉器（ＳＴ）研究南沙群岛珊瑚礁湖沉降颗粒物中主要元素垂直通量、垂直转移形态、再循环过程及垂直通量与表层海水温度的关系。结果显示,作为生物化学沉积标志的Ｃａ、Ｍｇ具有最高的垂直通量,达１．４和０．１ｇ／（ｍ２·ｄ）以上,作为生物富集标志的Ｂｒ、Ⅰ也有较高的垂直转移量;垂直转移形态的研究表明Ｎａ、Ｋ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｓｒ主要以碳酸盐结合态向海底转移,其中Ｃａ、Ｍｇ、Ｓｒ占９９％以上,Ｆｅ、Ｉ、Ｂａ主要以铁锰氧化物结合态向海底输送,在垂直沉降颗粒物到达海底后,有相当部分的主要元素可再循环进入水体中,Ｂｒ、Ｉ、Ｋ、Ａｌ的绝大部分进入再循环,Ｍｇ、Ｎａ、Ｃｌ有一半左右进入再循环,Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｆｅ大部分被埋葬;Ｎａ等９种元素的垂直转移量随ＳＳＴ呈指数降低响应,对ＳＳＴ的敏感性Ｆｅ＞Ｂｒ＞Ｓｒ＞Ｃａ＞Ｎａ＞Ｃｌ＞Ｍｇ＞Ｉ＞Ａｌ,这再一次验证了ＣａＣＯ３随温度升高,其溶解度降低、化学沉积量增加这一自然界的普遍规律,表明在珊瑚礁海水的垂直沉降颗粒物中主要元素是作为珊瑚的重要成分与ＣａＣＯ３一同被沉积下来的,ＣａＣＯ３起到稀释剂的作用。     

中国典型水域磺胺类合成药物的环境生物地球化学特征

作为广谱抗菌的人工合成药物——磺胺类(SAs)是应用最早的一类人工合成抑菌剂之一,被广泛用于人类医疗、禽畜及水产养殖等。大量磺胺类药物的应用随代谢进入水环境中,对水生生态系统和人类健康产生重要影响并构成潜在风险,截至目前,这些影响和风险并未被探明。因此,对8种典型磺胺类合成药物在我国典型水环境中的分布特征进行了阐述,评估了它们对不同水生生物的生态毒性及生态风险,并诠释了它们在生物体内的代谢及其在生态系统中的降解途径。结果表明,不同水环境中磺胺类合成药物的浓度分布差异显著,磺胺甲恶唑和磺胺嘧啶分别在水体及沉积物中的浓度和污染程度最高;水体藻类是磺胺类合成药物最敏感的水生物种,其次是甲壳类和鱼类,磺胺甲恶唑对水生生态系统构成高风险;磺胺类合成药物进入体内后被代谢成不同的产物,与母体合成药物一同进入水环境中经历降解过程;生物降解是水生生态系统中磺胺类合成药物去除的主要途径,不同种细菌、真菌及藻类均可降解磺胺类合成药物。在以后的研究中,应当进一步加强磺胺类合成药物对水生生物的慢性毒性以及合成药物混合毒性的研究,明晰水环境磺胺类合成药物的分布-代谢-传输-效应的综合过程,探析磺胺类合成药物在水生...     

北黄海沉积速率及其沉积通量

黄海大陆架沉积物多来自黄河的输入,区域性环流模式控制着这些沉积物的输送过程。目前对浅海陆架沉积物沉积过程和沉积环境的研究很少,尤其是北黄海沉积物的堆积过程和沉积通量。我们对9个沉积岩心进行了210Pb分析测定,绘制了210Pb活度的垂直分布图,并计算了沉积通量,北黄海沉积通量为0 06～1 18g/(cm2·a),北黄海中部泥质区沉积通量低于0 33g/(cm2·a)。大多数的210Pb垂直分布呈两层分布模式,不同的垂直分布反映了水动力和沉积过程的时空变化。为了评价北黄海的物源和沉积环境,测定了10个表层沉积物样品的化学元素含量,测定结果表明北黄海泥质区沉积物是多源沉积,但其主要来源还是黄河的输入。     

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GDGT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。     

西太平洋Y3海山对营养盐的影响及其生态环境效应

作为大洋典型地貌特征的海山,其邻近的海洋生境并不被人熟知。依据2014年冬季对热带西太平洋Y3海山及其邻近海域的综合调查,首次探讨了该海山区海水中营养盐的分布特征及其与生态环境的耦合关系。结果表明Y3海山区是典型的热带寡营养海域。在50~125 m的深度,温跃层和高盐区双重作用对底部高浓度营养盐向上输送的阻碍,是导致真光层上部营养盐浓度较低的重要原因;同时,浮游植物和异养细菌的消耗也加剧了该区域营养盐的缺乏。Y3海山突出的地形地貌对营养盐的分布产生重要的影响,海山对流经的海流产生阻碍,形成上升流,使底部高浓度的营养盐突破温跃层和高盐区的阻碍向上输送,从而使海山周围营养盐的平均浓度高于远离海山的海域。相关性分析显示,Y3海山区真光层中营养盐浓度与温度、盐度、叶绿素a浓度和异养细菌丰度分别呈负相关、正相关、负相关(除NO₂-N外)和负相关关系。海山区特殊的营养盐分布及其与生态环境的耦合是其成为一种独特的大洋生态系统的重要因素。     

牡蛎中氨基酸的傅里叶变换近红外光谱法快速定量测定

本文通过乘法散射校正(multiplicative scattering correction MSC)、一阶求导(1st Derivative,Db1)和Norris平滑等傅里叶变换近红外光谱定量分析数学模型,用交叉验证法确定了最优化建模参数,构建了牡蛎中氨基酸的快速定量测定方法。结果表明,牡蛎近红外光谱与氨基酸含量化学计量学拟合,线性相关系数为0.9860,交叉验证后线性相关系数为0.9794,对牡蛎样品进行检测,结果与传统的氨基酸分析仪的测试结果相比,相对误差小于2.5%,方法的精密度(RSD)小于1.0%,本文建立的傅里叶变换近红外光谱法定量分析牡蛎中氨基酸具有快速、准确、操作简便等特点,测定重复性优于氨基酸分析仪法。     

胶州湾沉积物-海水界面硅的交换速率及其影响因素探讨

采用实验室培养法在原位温度和溶氧条件下测定了胶州湾沉积物-海水界面硅的交换速率,并探讨了相关环境因子对界面交换速率的影响机制。结果表明,胶州湾沉积物-海水界面硅的交换表现为从沉积物向水体释放,其交换速率在947~4 889 μmol/（m2·d）范围内,平均速率为1 819 μmol/（m2·d）。表层沉积物中叶绿素a（Chl a）和总有机碳（TOC）是影响胶州湾沉积物-海水界面硅交换速率的主要环境因子,同时表层沉积物的含水率（φ）、生源硅（BSi）和粘土含量以及间隙水中溶解硅酸盐（DSi）对沉积物-海水界面硅的交换也有重要影响。由此可推知,胶州湾沉积物-海水界面硅的交换速率主要受生物活动和溶解-扩散双重过程调控,而表层沉积物粒度与底层水体中DSi对胶州湾硅的释放影响较小。