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。     

近海海洋酸化对痕量元素在沉积物-海水界面处生物地球化学特性的影响研究

痕量元素在海洋环境中不仅能够密切参与物质循环,显著调控生命代谢,有些情况下还会对浮游及底栖生物产生抑制和毒害,是海洋系统中具有重要生物地球化学作用的“双刃剑”。工业革命以来,海洋不断吸收大气CO₂使得海水pH和碳酸根浓度持续下降,在全球范围内都出现了海洋酸化的现象。海洋酸化作为新的环境胁迫打破了痕量元素在沉积物-间隙水-上覆水中既有的平衡态势,导致痕量元素在海洋环境中的生物地球化学特性变得更加复杂和不确定。本文从痕量元素在沉积物-海水体系中的赋存形态与交换过程入手,探讨了海洋酸化条件下痕量元素在沉积物-海水体系中的扩散迁移与再平衡行为,分析了由此产生的生物毒性效应和生物可用性影响。最后,对海洋酸化与多种环境条件、多种污染物联合作用所导致的与痕量元素相关的生态效应研究进行了展望,以期为未来海洋酸化与痕量元素协同研究提供有意义的科学参考。     

海洋沉积物中氮的形态及其生态学意义

海洋沉积物作为生源要素氮的重要源与汇，在其生物地球化学循环中起着至关重要的作用。该项研究旨在查清海洋沉积物中氮的存在形态及其生态学意义。氮是生物生命活动必需的营养要素，海洋中的氮往往是海洋初级生产力的限制因子，氮的吸收与再生释放在估算海洋新生产力和生源要素的生物地球化学循环率上也有重要贡献。海洋沉积物中的氮作为海水中氮的重要供给源是海洋生物赖以生存的重要物质基础，对维持海洋生态平衡、修复失衡的海洋生态环境具有重要意义。但由于不同海区海洋沉积物的来源和环境不同，氮的形态和含量亦不相同，可被生物吸收和利用的数量就不相同，因此造成了不同海区生物种群和环境不同，进而影响生态环境。因此，研究海洋沉积物中氮的形态，了解各个形态与沉积物中生物种群及与环境的关系，确定其生物和化学活性，査清氮不同形态的生态学功能，对于深入探讨海洋生物资源可持续利用的方法和策略具有重要意义。本文主要阐述海洋沉积物中氮的存在形式与分布、氮的早期成岩和去营养化作用、硝化和反硝化作用以及氮与生物特定种群的关系等，探讨了影响海洋沉积物中的氮循环的主要因素，并分析了海洋沉积物中的氮与生态系的关系，以期对研究氮的海洋生物地球化学过程有所帮助。     

海洋生物对二甲基硫生产的控制作用研究

二甲基硫(DMS)是参与全球硫循环的最主要的海洋生源硫化物,对全球气候变化和环境酸化产生重要影响.海洋中DMS的产生是一个极为复杂的生物学和生态学过程,主要涉及的生物过程包括浮游植物病毒感染、浮游动物摄食和DMSP裂解酶的活动.根据海洋生物活动在二甲基硫的全球生物地球化学循环中所起着的重要作用,作者综述了国际海洋科学工作者十几年来在DMS生物生产过程研究方面的进展.     

海洋酸化对浮游植物生理生态影响的研究进展

当前全球气候变化下的上层海洋变暖与酸化对以浮游植物为主的海洋生态系产生了重大影响,理解此背景下的海洋浮游植物生理生态响应,对我们理解和抑制全球气候变化具有重要意义。在全球大气二氧化碳分压（pCO₂）升高情景下,浮游植物通过光合作用、微生物循环等过程,通过不同功能群对海洋生源要素循环模式的改变,进而影响区域及全球海洋的生物地球化学循环。研究全球浮游植物对海洋酸化生理生态的响应使得我们对生物地球化学系统的认识更加全面、系统。     

海洋酸化背景下海水pH值测定技术的发展和优化

海水pH值直接指征海洋酸化程度,是对生物地球化学循环具有重要意义的海水碳酸盐体系进行定量描述的重要指标之一。文章概述pH值的定义及其发展,解析不同pH标度的换算和选取;详述采用电极电位法和分光光度法测定海水pH值的原理和特点;根据目前国际海洋酸化监测和研究的新要求以及我国近海海域海洋酸化形势,提出我国现行标准存在的问题,基于此提出全程恒温测样和从NIST标度向总氢离子浓度标度转化的优化建议,以提高我国海水pH值测定的准确度。     

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。     

海洋中甲硫醇的研究进展

海洋中的甲硫醇(methanthiol or methyl-mercaptan,MeSH)是藻类代谢产物β-二甲基巯基丙酸内盐(dimethylsulfoniopropionate,DMSP)的主要去甲基化产物。尽管海洋中甲硫醇的浓度很低(0.3nM~28 mM),但它是海洋中细菌蛋白质硫的主要来源。本文综述了甲硫醇的来源、消耗、在海洋生态系统中的作用以及测定方法,这将有助于了解海洋中甲硫醇的生物地球化学循环过程,以及在海洋硫循环中的地位和作用。并对海洋中甲硫醇的进一步研究提出了展望。     

海洋沉积物中的氮循环

氮(N)是生物生命活动的基本营养元素，N循环是整个生物圈物质和能量循环的重要组成部分。近几十年来，环境和资源问题的日益突出促进了人们对海洋生态系统的研究及对海洋资源的开发和利用，海洋中的N循环亦受到了广泛关注。尤其是20世纪90年代以来，随着国际地圈与生物圈计划(IGBP)、全球海洋通量联合研究(JGOFS)、全球海洋生态系统动力学研究(GLOBEC)等重大国际合作计划的实施，海洋中的N循环研究取得了重大进展。 本文主要对海洋沉积物中的N循环过程进行了阐述，包括海洋沉积物中N的生物地球化学循环(海洋中N与生物生产过程的关系、早期成岩作用及N的去营养化、沉积物中N循环及其控制机制、颗粒N的形成及其功能、N与其他生源要素循环的关系)及沉积物中N循环的研究方法等，以期对进一步开展N循环的研究有所帮助。     

海洋碳汇作用机理与发展对策

为应对全球性气候变化,提高对海洋碳汇的科学认知,文章介绍海洋碳汇及其碳循环模式,分析海洋碳汇面临的困境,并提出相关建议。研究结果表明:碳分为黑碳、褐碳、绿碳和蓝碳4种类型,其中蓝碳即海洋碳汇,即通过海洋固定和储存二氧化碳,是全球碳循环的重要机制;海洋碳汇由溶解度泵、生物泵和微型生物泵3种碳泵共同完成,其中依赖海洋微生物的微型生物泵储碳效率最高;海洋碳汇正面临生境基础退化和海洋酸化加剧的问题,未来应针对问题加强政策性管理和保护以及加强科学技术研究和实践。     

用于海洋沉积物中厌氧氨氧化细菌分子生态学研究的引物比较

为比较厌氧氨氧化细菌16SrRNA基因的2对特异性引物(Amx368F/Amx820R、Brod541F/Amx820R)在其分子生态学研究方面的优点与不足,本研究采用高通量测序和qPCR技术对长江口及其邻近海域沉积物中厌氧氨氧化细菌细菌的群落组成、多样性和丰度进行比较分析,结果表明,引物Amx368F/Amx820R特异性较高,能够较为完整地反映沉积物中厌氧氨氧化细菌的多样性信息,且其覆盖的厌氧氨氧化细菌丰度与功能基因hzo丰度正相关(P<0.01);而引物Brod541F/Amx820R特异性较低,覆盖部分厌氧氨氧化细菌及其他多个门的细菌,其量化的厌氧氨氧化细菌与功能基因hzo丰度无明显相关关系(P>0.05)。因此,引物Amx368F/Amx820R能够更加真实地反映厌氧氨氧化细菌在海洋沉积物中的群落特征,在其分子生态学研究中更具优势。     

对马海峡水团组成对日本海温盐分布影响的季节及年际变化

基于WOD13(World Ocean Database 2013)的温盐观测资料,分析了对马海峡断面和日本海内一断面上温盐分布的季节变化特征,并利用水团组成混合比的方法探讨了对马海峡断面处的水团组成对日本海内断面上温盐分布的影响的季节和年际变化。研究表明:对马海峡断面上水团组成呈现显著的季节变化。冬季,整个水层被高盐水占据;夏季,对马海峡表层出现高温低盐水,底层为高盐水,次表层为表层低盐水和底层高盐水的混合水体;春秋为过渡季节。日本海断面上,秋季温盐分布最为复杂,表层为高温低盐水,次表层为高盐水,其下为低温高密水。两个断面季节变化对比可以看出,夏季对马海峡断面处的水团组成会影响秋季日本海断面上的温盐分布。夏季对马海峡表层和次表层水是秋季日本海断面表层50m以浅出现低盐水的主要原因;对马海峡深层高盐水主要影响秋季日本海断面50～150m水层,混合比可达0.82;其下为日本海固有水。夏季对马海峡处水团组成的年际变化也会影响秋季日本海断面上温盐分布的年际变化。长江流量较大的年份,夏季对马海峡表层和次表层低盐水的核心盐度值偏低,秋季其在日本海断面上的混合比就高于其他年份;对马海峡底层高盐水在日本海断面上混合比的年际变化则决定于其影响水层上的流场结构和温盐分布。     

南海西缘泰国晚新生代玄武岩岩浆过程研究及其地质意义

泰国晚新生代玄武质岩石主要为碱玄岩、玄武岩、粗玄岩和玄武粗安岩,属于碱性系列,呈现似洋岛玄武岩的地球化学特征,与南海地区其他位置的同时代玄武岩特征一致。本研究玄武岩的斑晶矿物主要为橄榄石、斜长石及少量的单斜辉石。利用全岩组分推算,泰国玄武岩源区岩性为石榴石辉石岩,与越南、北部湾等地同期玄武岩的岩性类似。本研究利用PRIMELT软件模拟计算了泰国晚新生代玄武岩的原始岩浆组分。利用反演的原始岩浆组分计算出本区域的玄武岩熔融温度范围为1 425～1 442℃,熔融压力范围为22.3～27.4 kbar,类似于海南岛(1 420～1 530℃,18～32 kbar)和越南南部地区(1 470～1 480℃,29.7～32.8 kbar)。本区域的地幔潜在温度为1 448～1 467℃,与越南南部(1 468～1 490℃)类似,稍低于海南岛北部(1 420～1 530℃)。总体上,泰国晚新生代玄武岩与南海地区其他区域同时代玄武岩的岩石地球化学特征和岩浆过程类似,它们的深部地球动力学背景均与海南地幔柱有关。     

长江流域颗粒态金属元素的分布及其主要影响因素

为了解三峡工程建成后长江流域颗粒物的风化状况及颗粒态重金属的变化规律和污染程度,于2009年8—10月对长江干流及主要南、北支流悬浮颗粒进行采样调查。本文采用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)对颗粒态常量金属(Al、Ca、Fe、K、Na)及重金属(Cr、Zn、Cu、Ni、V)进行测定。利用化学风化指数(CIA)估算长江流域颗粒物的风化程度,结果表明:长江干流的化学风化指数在62~75之间,风化程度下游高于上游,气温、岩石类型及地势是主要的影响因素。长江流域南、北支流颗粒物CIA平均值分别为71和66,主要受岩石类型和南北气候影响,与三峡工程前相比CIA值无明显变化。利用富集因子(EF)估算长江流域颗粒态重金属污染程度,结果表明:总体长江干流及北岸支流污染较轻,仅Cu、Zn处于中等程度富集。南岸支流湘江、螳螂川颗粒态Cu、Zn显著污染,主要受采矿及人为排污的影响。采用因子分析对干流上、下游颗粒态金属的组成进行来源分析,提取了三个因子,结果表明主要受自然来源影响,同时也受到人类活动(大坝拦截、排污)及化学风化影响。     

沙尘和灰霾对西北太平洋浮游植物群落结构变化的影响

通过在西北太平洋黑潮亲潮混合区(E02和E10M)和副热带寡营养区(M1和M1B)开展的船基围隔培养实验,探究了不同海域表层海水中浮游植物对沙尘和灰霾添加的响应,以及浮游植物群落结构的变化。结果表明,黑潮亲潮混合区浮游植物可能受铁(Fe)限制,副热带寡营养区浮游植物主要受氮(N)限制。沙尘和灰霾添加均可以促进浮游植物生长,并可使浮游植物的粒级结构分布发生明显变化。在黑潮亲潮混合区,沙尘添加组使小型浮游植物对总叶绿素a的贡献率(C_Micro)由～10%上升至～55%,超微型浮游植物对总叶绿素a的贡献率(C_Pico)由～70%下降至～20%,但在培养实验过程中,各粒级浮游植物对总叶绿素a贡献率的变化量与沙尘添加量无明显的相关关系,这种现象的原因可能是不同量的沙尘添加均可为浮游植物的生长提供较充足的Fe导致的。在副热带寡营养区,沙尘或灰霾添加组的C_Micro由～10%上升至～35%,C_Pico由～70%下降至～55%～～35%,各粒级浮游植物对总叶绿素a贡献率的变化与沙尘或灰霾添加量呈线性相关关系,表明浮游植物的生长对沙尘或灰霾的N供给量具有较高的敏感性。     

西太平洋新不列颠海沟表层沉积物的地球化学特征及其物源指示

海沟通常拥有全球最深的区域--深渊,由于地理位置、地形地貌和气候等差异,海沟沉积物可能有不同的物质来源。因此,为进一步了解海沟深渊区的物质组成与来源,选取近陆的新不列颠海沟作为研究对象,通过分析其海底表层沉积物的地球化学特征,追踪新不列颠海沟不同水深与区域的沉积物来源。研究发现不论位于半深海、深海,乃至深渊区域,新不列颠"八字型"海沟的表层沉积物主要来自于周边岛屿的火山物质,但"八字型"海沟的西支和东支有差异,西支主要为新不列颠岛东部Rabaul火山和北部火山群及所罗门群岛的火山物质,其中在西支的最北站位新不列颠岛北部火山物质的比例最高。与西支相比,东支还受到了更多来源于TLTF(Tabar、Lihir、Tanga和Feni火山)火山链物质的影响,海沟东西支物源的差异与该地区复杂的洋流密切相关。此外,西支海沟轴部(最底端)站位更多来源于岛屿河流沉积物,受火山物质影响相对较小。     

应用酵母双杂交系统筛选虾夷扇贝FOXL2的相互作用蛋白

FOXL2是脊椎动物的雌性决定基因,在多种无脊椎动物中也被认为是雌性决定与分化的关键基因,但其在无脊椎动物中的作用机制目前尚不清晰。本文利用Clontech酵母双杂交系统筛查虾夷扇贝FOXL2的相互作用蛋白。研究首先构建诱饵质粒pGBKT7-FOXL2,并检测诱饵蛋白的毒性及自激活活性,结果显示诱饵蛋白对酵母菌株无毒,也无自激活活性。利用该诱饵质粒,本研究从虾夷扇贝酵母双杂交cDNA文库筛选得到17个阳性克隆,测序验证得到12个读码框正确的阳性克隆,它们来自4种蛋白:COP9信号复合体亚基5、钠/钾ATP酶β3、哺乳动物室管膜相关蛋白1和胰脂肪酶相关蛋白2。研究进一步将诱饵质粒与4种蛋白的猎物质粒进行共转化验证,结果均为阳性,表明这4种蛋白与虾夷扇贝FOXL2都可能存在相互作用。本文为研究FOXL2在无脊椎动物性别决定与分化中的作用提供了参考。     

培育密度和投饵量对长牡蛎壳黑选育品系幼虫生长存活及附着变态的影响

为探究长牡蛎(Crassostrea gigas)壳黑选育品系规模化繁育适宜的培育密度和投饵量,本研究以长牡蛎野生群体幼虫为对照组,分析了不同培育密度(3、7和15个/mL)和不同初始投饵量(0.4、0.8和1.6×10~3cells·ind^-1·d^-1)对长牡蛎壳黑选育品系幼虫生长、存活及附着的影响。研究显示,培育密度和投饵量对长牡蛎幼虫的生长速率、存活率和附着率有显著交互作用(P<0.05)。在培育密度3和7个/mL实验组,长牡蛎幼虫生长速率随投饵量增加而显著增大(P<0.05),并在培育密度7个/mL、投饵量1.6×10~3cells·ind^-1·d^-1实验组达到最大值。而在培育密度15个/mL实验组,投饵量增加对长牡蛎幼虫的生长速率无显著影响(P> 0.05)。且在培育密度15个/mL、投饵量1.6×10~3cells·ind^-1·d^-1实验组长牡蛎壳黑品系幼虫存活率和附着率最低。但在培育密度15个/mL实验组长牡蛎壳黑选育品系幼虫的壳高始终高于野生群体幼虫。且除投饵量0.4×10~3cells·ind^-1·d^-1实验组外,长牡蛎壳黑选育品系幼虫生长速率、存活率和附着率均高于野生群体幼虫。研究结果表明,长牡蛎壳黑选育品系幼虫最适培育条件为培育密度7个/mL、投饵量1.6×10~3cells·ind^-1·d^-1,增加投饵量可促进长牡蛎幼虫生长,但过高的培育密度会与投饵量产生拮抗作用,抑制幼虫生长,不利于幼虫存活和附着。与长牡蛎野生群体相比,壳黑选育品系幼虫能适应更高的培育密度环境,在饵料充足的条件下,其幼虫的生长、存活及附着性状均优于野生群体。     

虹鳟和硬头鳟幼鱼对温度的耐受性

利用黄海冷水团进行鲑鳟鱼类养殖,养殖种类的选择极其重要。本实验分别选取了体重2～120g陆封型虹鳟(Oncorhynchus mykiss)和洄游型硬头鳟(O.mykiss),以14℃为起始水温,以1℃/24h的速率分别升温和降温,从而获得两类鱼的高温临界温度和低温停食温度。研究显示,虹鳟和硬头鳟的高温临界温度和低温停食温度受其生态类型、体重及二者交互作用的影响显著;虹鳟和硬头鳟的高温临界温度和停食温度均在体重2g时最高,并随体重增加逐渐降低;虹鳟的最高临界温度显著高于硬头鳟,而停食温度显著低于硬头鳟。研究结果表明,虹鳟与硬头鳟的温度耐受范围重叠,但前者的温度耐受范围宽于后者。     

虹鳟和硬头鳟早期幼鱼渗透生理及能量平衡的比较研究

在0、5、10、15、20、25和30这7个盐度下比较研究了初始体重分别为(3.55±0.03)g陆封型虹鳟(Oncorhynchus mykiss)和(3.57±0.07)g溯河型硬头鳟(Oncorhynchus mykiss)的渗透压生理及能量平衡。40天的研究显示:(1)随盐度的升高虹鳟和硬头鳟的血清渗透压和离子浓度均升高,且S30组的数值显著高于其余各组(P<0.05);在S15、S20、S25和S30组,虹鳟血清渗透压、离子浓度均显著高于硬头鳟(P<0.05)。(2)虹鳟和硬头鳟分别在S5和S10组的Na+-K+-ATP酶(NKA)和Ca²⁺-Mg²⁺-ATP酶(CMA)活性最低;在S10、S15、S20、S25和S30组,虹鳟的NKA和CMA均显著高于硬头鳟(P<0.05)。(3)虹鳟和硬头鳟分别在S5和S10组的肌肉和鳃组织ATP含量最高;在S10、S15、S20和S25组,硬头鳟ATP均显著高于虹鳟(P<0.05)。(4)虹鳟和硬头鳟分别在S5和S10组的肌肉和鳃组织AMP/ATP和ADP/ATP最低,在S10、S15、S20、S25和S30组,虹鳟AMP/ATP和ADP/ATP均显著高于硬头鳟(P<0.05)。研究结果表明,3.6g左右硬头鳟渗透调节能力强于虹鳟,经过逐渐驯化它们最适生长盐度分别为10和5。