国际前沿与国家需求结合海洋科学研究的典范——评《中国近海生物地球化学》

揭示以碳为核心海洋生源要素的海洋生物地球化学过程是全球变化重大国际计划IGBP中的GLOBEC ,LOICZ ,JGOFS ,SOLAS核心科学问题 ,其科学意义不仅会使人类对自然科学规律的认识有重大突破 ,而且将对解决人类面临的人口、资源、环境的重大科学问题产生巨大影响 .因此 ,近年来 ,作为地学学科前沿和与国家资源环境息息相关的海洋生物地球化学过程研究得到了迅速发展 ,其研究具有重要的科学意义 .为顺应这一趋势由中国科学院海洋研究所宋金明博士完成的 80余万字的我国第一部海洋生物地球化学研究专著———《中国近海生物地球化学》…     

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。     

黄、渤海二甲基硫化物的浓度分布与迁移转化速率研究

于2015年8-9月对黄、渤海海域进行现场调查,研究了海水中二甲基硫（DMS）、β-二甲巯基丙酸内盐（DMSP）、二甲亚砜（DMSO）的浓度分布、相互关系及影响因素,测定了DMS的生物生产与消耗、光化学氧化和海-气扩散速率,对DMS的迁移转化速率进行综合评价。结果表明:表层海水中DMS、溶解态DMSP（DMSPd）、颗粒态DMSP（DMSPp）、溶解态DMSO（DMSOd）和颗粒态DMSO（DMSOp）浓度的平均值分别为（6.12±3.01）nmol/L、（6.03±3.45）nmol/L、（19.47±9.15）nmol/L、（16.85±8.34）nmol/L和（14.37±7.47）nmol/L,整体呈现近岸高远海低,表层高底层低的趋势。DMS、DMSPd和DMSOp浓度与叶绿素（Chl a）浓度存在显著的相关性。表层海水中DMS光氧化速率顺序为:k_UVA > k_UVB > k_可见,其中UVA波段占光氧化的70.8%。夏季黄、渤海微生物消耗、光氧化及海-气扩散对DMS去除的贡献率分别为32.4%、34.5%和33.1%,表明3种去除途径作用相当。黄、渤海DMS海-气通量变化范围为0.79~48.45 μmol/（m2·d）,平均值为（11.87±11.35）μmol/（m2·d）。     

海洋中二甲基亚砜的来源、分布及迁移转化

二甲基亚砜(DMSO)是海水中的主要溶解态甲基硫化物,DMSO在二甲基硫(DMS)的生物地球化学循环中起着重要的作用。它能通过DMS的光化学氧化和细菌氧化生成,可作为DMS的1个汇,也可以通过生物直接合成或其它途径产生。DMSO同时又可以被酶、细菌、植物等还原为DMS,因此,DMSO又可充当DMS的1个源。DMSO除了能被还原为DMS外,还可能会被细菌氧化为SO42-,在氯过氧化物酶作用下被H2O2氧化为DMSO2等。海洋中DMSO的测定通常采用还原剂NaBH4将其还原为DMS后,再利用气相色谱进行测定。海水中DMSO的分布不均匀,高浓度区是那些温度较高,光照充足、浮游植物较多、生物活性较高的表层水或近岸水。     

海洋中单环芳烃(BTEX)的来源、分布与迁移及其生态环境效应

挥发性有机物排放是目前大气环境污染的一个焦点问题,以苯、甲苯、乙苯和邻/间/对二甲苯(BTEX)为主要代表的单环芳烃是其中一类重要的化合物。受人类生产活动的影响,BTEX在大气、土壤、地表及地下径流、海洋中普遍存在,其环境效应与生态毒害受到广泛关注。本文从大气-海水-沉积物-生物体入手,综述了海洋环境中BTEX的分布、来源及其迁移过程等研究进展。研究显示海洋环境中BTEX浓度变化范围较大,在分布上呈现出近海高、远洋低的趋势。海洋中BTEX的主要来源是人为来源,即海洋是陆源BTEX重要的汇,而海-气交换和生物降解则被认为是BTEX的主要去除途径。此外,本文阐释了海洋中BTEX的生态与大气环境效应。BTEX具有生物毒性,威胁海洋生物的生存与繁衍,破坏海洋生态系统平衡;而进入大气的BTEX能够影响大气的氧化能力,对于臭氧和二次有机气溶胶的形成具有重要贡献。尽管海洋BTEX研究取得了一定的认识,但目前海洋环境不同介质中BTEX来源解析、迁移转化过程及生物毒性机理亟需深入系统研究,为深入认识BTEX的生物地球化学过程与环境效应奠定基础。     

海洋中CO的研究进展

研究海洋中的CO具有重要的生物地球化学意义,因为它在控制大气中羟基自由基的浓度、参与全球碳循环进而影响全球气候变化等方面起着重要作用。对过去几十年来海洋中CO的研究进展进行评述。详细介绍了海洋环境中CO浓度的分布特征、通量、来源及去除途径。指出在这一研究领域我国和国际的差距以及一些有待于进一步研究的问题。     

海洋环境有机磷酸酯的来源、分布与生物地球化学过程

继多种溴代阻燃剂加入《斯德哥尔摩公约》持久性有机污染物黑名单后,有机磷酸酯(organophosphate esters, OPEs)作为替代品,生产和使用量日益增加。研究表明OPEs可通过大气长距离传输、河流输运等方式进入海洋环境,并对海洋生态系统产生一定风险。本文详细梳理了海洋大气、水体和沉积物介质,以及海洋生物体中OPEs的含量水平和分布特征,并探讨了OPEs的海气交换、大气沉降、洋流输运等物理过程,以及生物富集与转化、生物泵耦合和微生物降解等生物地球化学过程。考虑到OPEs仍在大量生产和使用并将持续进入海洋环境,系统的海洋OPEs连续监测和生态风险评估亟待开展。     

东海中北部海域秋季表层海水中无机碳与海气界面碳的迁移

基于2010 年11 月对长江口外东海中北部海域的综合调查, 系统研究了该海域的无机碳体系参数的分布特征、海?气界面二氧化碳通量及其影响因素。研究结果表明, 该海域秋季溶解无机碳(DIC)高值区主要出现在调查海域东北部及长江口附近海域, 而调查海域南部DIC 含量较少且变化平缓, 其主要是受台湾东部流向东北方向的黑潮支流及长江冲淡水的影响; 表层海水CO₂分压(pCO₂)值变化范围为40.8～63.5 Pa, 呈现沿黑潮支流流入方向由东南向西北逐渐增高的趋势。秋季表层海水pCO₂与温度(T)、盐度(S)有较好的负相关性, 说明海水温度升高和盐度增加, pCO₂降低, 反之亦然。另外, 通过估算得出, 秋季CO₂海-气交换通量为2.69～33.66 mmol/(m²·d), 平均值为(14.35 ± 7.06 )mmol/(m²·d),其在长江口邻近海域相对较大, 而在调查海域南部相对较小; 2010 年秋季水体向大气释放CO₂的量(以碳计)为(2.35 ± 1.16)×104 t/d, 是大气CO₂较强的源, 说明东海中北部海域秋季总体上是CO₂的源。     

化学分散原油在海洋围隔生态系中迁移过程的研究

本文研究了以Corexit-9527分散剂分散、初始浓度为15mg/dm3的胜利原油在海洋围隔生态系中的迁移过程.实验结果表明原油的扩散混合,到第4天在围隔水体中呈均匀分布状态,实验前期细菌快速降解石油烃、悬浮颗粒物吸附石油烃逐渐沉降到沉积物中以及包括特定的围隔袋壁大量吸附石油烃是化学分散原油在围隔体中重要迁移过程.围隔体受到剧烈扰动和沉降物的再悬浮现象明显影响石油烃的迁移过程.     

中国近海生物地球化学过程研究的新突破———评《Biogeochemical Processes of Biogenic Elements in China Marginal Seas》英文版专著

由中国科学院海洋研究所宋金明研究员编著完成的英文版专著日前已由德国Springer出版公司和浙江大学出版社联合出版发行.该英文专著作为浙江大学-施普林格合作出版的优秀学术专著系列--<中国科技进展>丛书(Advanced Topics in Science and Technology in China)之一,由浙江大学和德国Springer公司共同出资建立的浙江大学-施普林格科学出版基金资助出版,德国Springer出版公司负责中国港澳台地区及国外的发行,浙江大学出版社负责中国大陆地区的发行.该英文专著是我国第一部在国外发行的有关中国边缘海生源要素生物地球化学过程的研究专著,由6章29节组成,共计101万字,662页.     

中国近海生态动力学模型参数敏感性研究

In order to develop a coupled basin scale model of ocean circulation and biogeochemical cycling,we present a biogeochemical model including 12 components to study the ecosystem in the China coastal seas(CCS).The formulation of phytoplankton mortality and zooplankton growth are modified according to biological characteristics of CCS.The four sensitivity biological parameters,zooplankton assimilation efficiency rate(ZooAE_N),zooplankton basal metabolism rate(ZooBM),maximum specific growth rate of zooplankton(μ_(20)) and maximum chlorophyll to carbon ratio(Chl2C_m) are obtained in sensitivity experiments for the phytoplankton,and experiments about the parameter μ_(20'),half-saturation for phytoplankton NO_3 uptake(K_(NO_3)) and remineralization rate of small detritusN(SDeRRN) are conducted.The results demonstrate that the biogeochemical model is quite sensitive to the zooplankton grazing parameter when it ranges from 0.1 to 1.2 d~(-1).The K_(NO_3) and SDeRRN also play an important role in determining the nitrogen cycle within certain ranges.The sensitive interval of KNO_3 is from 0.1 to 1.5(mmol/m~3)~(-1),and interval of SEdRRN is from 0.01 and 0.1 d~(-1).The observational data from September 1998 to July 2000 obtained at SEATS station are used to validate the performance of biological model after parameters optimization.The results show that the modified model has a good capacity to reveal the biological process features,and the sensitivity analysis can save computational resources greatly during the model simulation.     

河流-河口-近海连续体碳循环研究进展

河流-河口-近海连续体(简称连续体)是连接陆地和大洋的过渡地带,也是目前全球碳收支估算的薄弱环节.这个复杂的海陆交互生态系统不仅可以通过光合作用、溶解作用吸收大气中的CO2,陆地和流域光合作用或化学风化作用固定的碳也可以被横向输送到陆架和大洋中.本文以国际上著名的切萨皮克湾以及长江-长江口-东海等为例,综述了连续体碳循...     

Relationship between biogeochemical features of biogenic elements and flocculation in the Changjiang Estuary

ＲｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｂｉｏｇｅｏｃｈｅｍｉｃａｌｆｅａｔｕｒｅｓｏｆｂｉｏｇｅｎｉｃｅｌｅｍｅｎｔｓａｎｄｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎｉｎｔｈｅＣｈａｎｇｊｉａｎｇＥｓｔｕａｒｙ￥ＬｉｎＹｉ＇ａｎ；ＴａｎｇＲｅｎｙｏｕ；ＬｉＹａｎ；Ｄｏ...     

南海中部和北部上层海水中溶存甲烷浓度及海气交换通量*

根据2010年4—5月国家基金委南海多学科综合航次在南海中部和北部的调查资料,利用抽真空气相色谱法测定海水中溶存甲烷浓度,分析了该海区上层海水中溶存甲烷的浓度、饱和度及海气交换通量。南海中部和北部表层海水中溶存甲烷浓度范围为1.15—5.6nmol·L?1,平均值为2.2nmol·L?1,饱和度范围为59.7%—298.8%,59%站位的溶存甲烷处于过饱和状态。甲烷海气交换通量范围分别为?17.7—61.3μmol·m?2·d?1(根据 LM-86方程计算)和?27.9—119.6μmol·m?2·d?1(根据 W-92方程计算)。南海是大气中甲烷的来源之一,年甲烷辐射量估算值为2.7×10?2—4.0×10?2Tg·a?1。     

东中国海海温在增暖停滞期的变化特征及成因分析

通过HadSST3原始观测数据和HadISST1重组数据,分析了东中国海海温在增暖停滞期(1998-2014年)的变化特征.研究表明:两组数据的海温变化特征和程度相似.在增暖停滞期,渤海、黄海和东海海温线性趋势主要表现为负,降温最多的集中在长江口附近,约-1℃.渤海、黄海及东海部分区域的净热通量对海温降低起正作用,而在...     

70年来中国化学海洋学研究的主要进展

我国的海洋化学工作者通过70年来,特别是近30年来的化学海洋学研究,实现了我国与世界先进水平进入同步发展的快车道,其显著的特点是:(1)化学海洋学研究从元素地球化学分布系统转向了以揭示深层次海洋生物地球化学过程为核心的研究;(2)化学海洋学研究实现了多领域、多视点的综合交叉研究;(3)更加关注了人为影响与自然变化共同作用下的海洋生态环境变化研究,对近海和海岸带而言,更加注重从海陆统筹一体化角度探析化学物质的分布迁移特征。本文从生源要素的海洋生物地球化学过程、微/痕量元素与同位素的海洋化学研究、生物过程作用下的化学海洋学过程等角度,重点总结归纳和分析了30年来我国海洋化学研究的重要进展和发展状况,以期对化学海洋学的进一步研究提供借鉴和启迪。     

夏季东海一氧化碳的浓度分布、海-气通量和微生物消耗研究

研究了夏季东海海水中和大气中一氧化碳(CO)的浓度分布、海-气通量和表层海水中CO的微生物消耗。夏季东海大气中CO的体积分数范围为63×10-9~120×10-9,平均值为87×10-9(SD=18×10-9,n=37),呈现出近岸高,远海低和北高南低的特点。夏季东海表层海水中CO的浓度范围为0.24~5.51nmol/L,平均值为1.48nmol/L(SD=1.46,n=37),CO的浓度受太阳辐射影响明显;CO在垂直分布上表现出浓度随深度增加迅速减小的特征,浓度最大值出现在表层。调查期间表层海水中CO相比大气处于过饱和状态,过饱和系数变化范围为3.65~113.55,平均值为23.63(SD=24.56,n=37),这表明调查海域是大气中CO的源。CO的海-气通量变化范围为0.25~78.50μmol/(m2·d),平均值为9.97μmol/(m2·d)(SD=14.92,n=37)。在CO的微生物消耗培养实验中,CO的浓度随时间增长呈指数降低,消耗过程表现出一级反应的特点,速率常数KCO范围为0.043~0.32/h,平均值为0.18/h(SD=0.088,n=9),KCO与盐度之间存在负相关关系。