渤海沉积物-海水界面附近磷与硅的生物地球化学循环模式

现场模拟了渤海沉积物-海水界面磷、硅的交换通量,在此基础上提出了渤海磷、硅的生物地球化学循环模式,渤海的磷、硅主要来源于河流的输入和沉积物向海水的扩散提供,输出则是主要通过向黄海输送。计算结果表明,渤海每年沉积物向海水提供的磷、硅分别为102×106和190．6×106kg,分别占渤海磷、硅循环总量的86．4％和31．7％。说明沉积物-海水界面过程在渤海磷、硅循环中所起的作用是巨大的。     

海水养殖池沉积物中重金属形态和生物酶活性的关系研究

以连云港市对虾养殖池表层沉积物为研究对象,采用Tessier连续萃取法,研究了表层沉积物中重金属(Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、As、Mn)的赋存形态和酶(脲酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶、转化酶)活性的相关性。结果表明,重金属Cu和Zn以有机-硫化物结合态为主要的赋存形态,Pb以铁锰氧化物态为主要的赋存形态,Cd以可交换态(平均33.47%)和碳酸盐结合态(平均31.16%)为主要存在形态,Cr和As主要以残渣态存在,Mn的铁锰氧化物态比例最高。脲酶的活性范围为0.45—8.96mg/(g·24h),碱性磷酸酶活性范围为2.45—6.69mg/(g·24h),过氧化氢酶活性范围为0.14—2.36m L/(g·min),转化酶活性范围为0.45—10.45mg/(g·24h)。脲酶活性与Cd、As的可交换态、Cd的碳酸盐结合态、Cu、As的铁锰氧化物态、Zn、Pb、Cd、Mn的有机硫化物态之间显著相关;碱性磷酸酶活性与Zn、Cd的铁锰氧化物态显著相关;过氧化氢酶活性与Cd的可交换态、碳酸盐结合态及残渣态、Cu、Cd、As的铁锰氧化物态、Zn、Pb、Cd、Mn的有机硫结合态之间显著相关;转化酶活性与Cu、Cd、As的可交换态、Cd的碳酸盐结合态、Cu、Cd、As的铁锰氧化物态、Zn、Pb、Cd、Mn的有机硫化物态、Cd、As的残渣态之间显著相关。酶活性可以用来指示海水养殖池沉积物中重金属的形态转化过程。     

太平洋CC区多金属结核成矿元素迁移规律的界面地球化学研究

本文通过对太平洋 Ｃ Ｃ 区东区上覆水、间隙水、沉积物、结核中的环境参数、元素含量进行分析,研究了成矿元素在界面间（上覆水沉积物、间隙水沉积物、上覆水间隙水、沉积物结核）的迁移变化规律,为了解和揭示大洋多金属结核成因及成矿规律提供了依据。     

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。     

平面光极的制备及水母消亡对沉积物-海水界面溶解氧影响的模拟观测

制备了基于八乙基卟啉铂和香豆素的光强比率测量传感膜,结合3CCD相机构建了基于比率测量法的两维溶解氧观测系统,通过实验验证了该系统在沉积物-水界面微结构的溶解氧的时空动态变化监测的可行性。基于实验室模拟观测装置对海蜇消亡过程中沉积物-海水溶解氧的变化特征进行了观测。观测结果表明在置入水母组织的第16h后,水母分解使得沉积物-水界面的溶解氧开始下降,在2~3d内会导致沉积物-水界面空间的海水溶解氧发生剧烈变化,在沉积物-海水界面附近海水形成严重缺氧区。第1天内,沉积物-海水界面的溶解氧消耗速率为0.2mg·L-1·h-1,第2天溶解氧的消耗速率为0.04mg·L-1·h-1。在近海底的水体空间内,第1天的溶解氧消耗速率为0.28mg·L-1·h-1,第2天为0.14mg·L-1·h-1,第3天为0.13mg·L-1·h-1,表明水母消亡过程中的溶解氧消耗呈动态分布。实验证明水母在消亡过程中的3~4d内可在沉积物-海水界面附近形成一个贫氧区,水母消亡过程改变了海底区域的溶解氧分布体系,将对海底生态环境产生较大影响。     

海洋沉积物-水界面污染物通量自动采样及监测系统试验研究

研发的海洋沉积物-水界面污染物通量自动采样及监测系统,通过原位无扰动采样,能够更加真实地获取沉积物-水界面处水样,经过实验室分析计算进一步得到该界面处的污染通量.系统样机海上现场试验的成功完成,充分验证了该课题实施方案的可行性.试验结果表明:样机实现了沉积物-水界面处重金属通量及营养要素通量的有效监测,真实地量化了污染...     

胶州湾沉积物-海水界面溶解无机氮的迁移特征及其影响因素解析

采用实验室培养法,在原位温度和溶氧条件下,研究了夏、冬季胶州湾沉积物-海水界面溶解无机氮(DIN)的迁移特征。结果表明,夏、冬季胶州湾沉积物-海水界面DIN主要以NO_3-N和NH_4-N的形态进行交换,夏季胶州湾沉积物表现为水体DIN的源,其交换通量为1.64×10~9 mmol/d,可以提供维持初级生产力所需氮的39.3%;而冬季沉积物表现为DIN的汇,其交换通量为–2.12×10~8 mmol/d。利用相关分析和主成分回归分析,研究界面不同形态DIN交换速率和底层环境因子的关系,结果表明,夏季胶州湾沉积物-海水界面DIN的交换主要受沉积物中有机质的矿化、底栖藻类的同化作用和扩散过程共同调控,而冬季则主要受内源有机质的矿化、底栖藻类的同化作用、吸附-解吸和扩散过程共同调控。     

酸化过程对不同碳酸钙含量的海洋沉积物中总氮及其同位素分析的影响

为节约成本和样品,一些学者同时分析海洋沉积物中的碳、氮及其同位素（TOC、TN、δ¹³C和δ¹⁵N）。分析沉积物中的δ¹³C,需要对样品进行酸化去除无机碳,但是这一酸化过程会使TN和δ¹⁵N的分析结果产生偏差,且偏差范围与沉积物中无机碳含量（CaCO₃）有关。本研究选取了低CaCO₃含量（1-16%）和高CaCO₃含量（20-40%）的海洋沉积物样品,比较了酸化过程对TN和δ¹⁵N的影响。研究结果表明,酸化过程对海洋沉积物中TN和δ¹⁵N的分析结果产生了显著影响。对于低CaCO₃含量的样品,酸化导致样品中TN流失了约0-40%,δ¹⁵N偏移了约0-2‰;而对于高CaCO₃含量的样品,酸化导致样品中TN流失了约10-60%,δ¹⁵N偏移了约1-14‰。表明酸化对TN和δ¹⁵N的影响已经超过了仪器的误差范围0.002%（TN）和0.08‰（δ¹⁵N）,将影响TN和δ¹⁵N的环境指示意义。因此,即使海洋沉积物样品中CaCO₃含量很低,也必须用原样分析TN和δ¹⁵N以避免酸化过程的影响。     

不同氧饱和度环境刀额新对虾幼体对微藻脂肪酸在沉积物中降解的影响研究

以中国近海典型赤潮藻中肋骨条藻(Skeletonema costatum)为研究对象,考察不同氧饱和度环境下底栖甲壳动物对有机物在沉积物中降解的影响。通过对比不同氧饱和度培养模拟体系中中肋骨条藻在有/无刀额新对虾(Metapenaeus ensis)幼体活动背景下的降解过程,追踪中肋骨条藻中4种主要脂肪酸(C14:0,C16:0,C16:1(7)和C20:5)在100%,50%,25%和0%的氧饱和度体系中的降解行为。结果表明,100%氧饱和度体系中刀额新对虾幼体的活动能明显加快脂肪酸在沉积物中的降解(约为对照组的1.2~1.7倍),特别是对饱和脂肪酸C14:0和C16:0的作用最为明显;而在50%氧饱和度的缺氧体系中,在前三天的培养中,刀额新对虾幼体的活动逐渐减弱直至最终死亡,死亡之前的扰动增加了有机物在次表层沉积物中的埋藏并降低了其降解速率。研究还发现,在100%氧饱和度体系中,刀额新对虾幼体的扰动作用促进大量脂肪酸转移到次表层沉积物和悬浮颗粒中;而在50%氧饱和度体系中,这种转移作用明显变小。对于氧饱和度25%和0%的环境,刀额新对虾幼体在模拟培养开始后迅速死亡,对有机物质降解几乎没有影响。     

Relative influences of ocean acidification and temperature on intertidal barnacle post-larvae at the northern edge of their geographic distribution

The Arctic Ocean and its associated ecosystems face numerous challenges over the coming century. Increasing atmospheric CO₂ is causing increasing warming and ice melting as well as a concomitant change in ocean chemistry (“ocean acidification”). As temperature increases it is expected that many temperate species will expand their geographic distribution northwards to follow this thermal shift; however with the addition of ocean acidification this transition may not be so straightforward. Here we investigate the potential impacts of ocean acidification and climate change on populations of an intertidal species, in this case the barnacle Semibalanus balanoides, at the northern edge of its range. Growth and development of metamorphosing post-larvae were negatively impacted at lower pH (pH 7.7) compared to the control (pH 8.1) but were not affected by elevated temperature (+4 °C). The mineral composition of the shells did not alter under any of the treatments. The combination of reduced growth and maintained mineral content suggests that there may have been a change in the energetic balance of the exposed animals. In undersaturated conditions more mineral is expected to dissolve from the shell and hence more energy would be required to maintain the mineral integrity. Any energy that would normally be invested into growth could be reallocated and hence organisms growing in lowered pH grow slower and end up smaller than individuals grown in higher pH conditions. The idea of reallocation of resources under different conditions of pH requires further investigation. However, there could be long-term implications on the fitness of these barnacles, which in turn may prevent them from successfully colonising new areas.     

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(p CO2)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。     

海洋酸化和低氧及其节律性变化对海蜇碟状幼体的影响

人类生产活动引起的全球气候变化加剧作为重要的环境问题,海洋中pCO₂和溶解氧的失衡及富营养化加剧了许多沿海生态系统的酸化和低氧现象。海蜇(Rhopilema esculentum)为我国重要的渔业资源之一,具有食用价值及潜在药用价值。本研究评估了海蜇碟状幼体在海洋酸化和低氧及其昼夜节律变化胁迫下的生理响应:碟状幼体暴露于两个pH水平(酸化pH 7.6,正常pH 8.1)和两个溶解氧水平(低氧2mg·L^–1,常氧7mg·L^–1)维持7d,胁迫因素维持恒定或昼夜节律性变化,测定其伞部直径、收缩频率及酸碱平衡、免疫和抗氧化相关酶活力。研究表明,海洋酸化和低氧在不同程度上影响海蜇碟状幼体的生理代谢和生长发育,且酸化和低氧之间表现出部分拮抗作用,昼夜波动的暴露模式对海蜇碟状幼体的损伤程度大于恒定的暴露模式。     

pCO2增加引起的海洋酸化对造礁珊瑚光合效率的影响研究

海洋酸化是近年来人类所遇到的重大全球环境问题之一,它指的是大气CO2浓度增加引起的海水pH降低的现象。海洋酸化已经威胁到珊瑚礁及其它钙质生物的生存与发展。近期的预测模型与野外实验均表明,海洋酸化的后果可能比以前想象的更为严峻。本研究采用叶绿素荧光技术,选取3种鹿回头珊瑚礁区常见的珊瑚种类（Acropora valida、Galaxea astreata和Favites abdita）,分别设置海水环境为450 μatm、650 μatm（IPCC预测的2065年的水平）和750 μatm（IPCC预测的2100年的水平）的3个pCO2浓度梯度,监测珊瑚在不同CO2浓度背景下10天内的光合荧光参数的变化。实验结果表明,水体pCO2为650μatm时,珊瑚的总体光合效率最高,但随着时间的延长,珊瑚荧光参数在3个浓度梯度下都会显示不同程度的下降趋势。虽然3种珊瑚对不同浓度CO2响应的程度不同,但基本上显示出,在低浓度pCO2时,pH下降引起的酸化作用控制着珊瑚共生藻的光合效率;而随着浓度的增加,CO2增加引起的施肥效应愈加明显,与酸化作用竞争,共同作用于珊瑚共生藻,使得光合荧光参数在波动中变化。     

海洋酸化、暖化对两种鹿角珊瑚幼虫附着及幼体存活的影响

大气CO₂浓度持续升高导致海洋酸化和暖化影响着造礁石珊瑚和珊瑚礁生态系统。为探明造礁石珊瑚早期生活史对海洋酸化和暖化的生理学响应,本文研究了温度(约28℃,约30℃)和pCO₂(约570μatm,约1 300μatm)以及两者协同作用对简单鹿角珊瑚(Acropora austera)和中间鹿角珊瑚(A. intermedia)早期生活史的影响。实验结果表明,升温(+约2.5℃)和酸化(约1 300μatm)对两种鹿角珊瑚幼虫的附着率和死亡率均无显著影响。酸化显著降低了简单鹿角珊瑚幼体存活率(25.87%),但并不显著影响中间鹿角珊瑚幼体的存活率;升温对两种鹿角珊瑚幼体存活率无显著影响。升温(+约2.5℃)、酸化(约1 300μatm)对简单、中间鹿角珊瑚幼虫的存活和附着过程的影响较小,但是酸化对简单鹿角珊瑚幼体存活的影响高于暖化。本文结果表明,珊瑚补充过程对海洋酸化和暖化的响应可能具有种类特异性,气候变化将逐渐改变造礁石珊瑚的群落结构。     

海洋酸化对马氏珠母贝受精及早期发育的影响

自2010年7月1日至3日,在pH值为8.1、7.7和7.4条件下研究了海洋酸化对马氏珠母贝(Pinctada martensii Dunker)受精及早期发育的影响。结果显示,海洋酸化对不同pH值下马氏珠母贝的受精率无显著影响。pH8.1、pH 7.7和pH 7.4试验组幼虫的壳长、壳高的值逐渐增大,pH 8.1组幼虫的壳长、壳高的值大于同期其他两组的值,且在实验的第24、36、48小时与其他两组同期幼虫的壳长、壳高的值差异显著,这表明海洋酸化显著影响马氏珠母贝幼虫的生长。实验期间,pH 8.1试验组幼虫的存活率和畸形率没有显著变化,而pH 7.7和pH 7.4组幼虫的存活率显著低于pH 8.1组。pH 7.4组幼虫的畸形率显著高于同期pH 8.1和pH 7.7组幼虫的畸形率,表明在海洋酸化的环境中幼虫的发育受到影响。本文将为海洋酸化的相关研究提供基础数据。     

Effects of ocean acidification and high temperatures on the bryozoan Myriapora truncata at natural CO2 vents

There are serious concerns that ocean acidification will combine with the effects of global warming to cause major shifts in marine ecosystems, but there is a lack of field data on the combined ecological effects of these changes due to the difficulty of creating large‐scale, long‐term exposures to elevated CO₂ and temperature. Here we report the first coastal transplant experiment designed to investigate the effects of naturally acidified seawater on the rates of net calcification and dissolution of the branched calcitic bryozoan Myriapora truncata (Pallas, 1766). Colonies were transplanted to normal (pH 8.1), high (mean pH 7.66, minimum value 7.33) and extremely high CO₂ conditions (mean pH 7.43, minimum value 6.83) at gas vents off Ischia Island (Tyrrhenian Sea, Italy). The net calcification rates of live colonies and the dissolution rates of dead colonies were estimated by weighing after 45 days (May–June 2008) and after 128 days (July–October) to examine the hypothesis that high CO₂ levels affect bryozoan growth and survival differently during moderate and warm water conditions. In the first observation period, seawater temperatures ranged from 19 to 24 °C; dead M. truncata colonies dissolved at high CO₂ levels (pH 7.66), whereas live specimens maintained the same net calcification rate as those growing at normal pH. In extremely high CO₂ conditions (mean pH 7.43), the live bryozoans calcified significantly less than those at normal pH. Therefore, established colonies of M. truncata seem well able to withstand the levels of ocean acidification predicted in the next 200 years, possibly because the soft tissues protect the skeleton from an external decrease in pH. However, during the second period of observation a prolonged period of high seawater temperatures (25–28 °C) halted calcification both in controls and at high CO₂, and all transplants died when high temperatures were combined with extremely high CO₂ levels. Clearly, attempts to predict the future response of organisms to ocean acidification need to consider the effects of concurrent changes such as the Mediterranean trend for increased summer temperatures in surface waters. Although M. truncata was resilient to short‐term exposure to high levels of ocean acidification at normal temperatures, our field transplants showed that its ability to calcify at higher temperatures was compromised, adding it to the growing list of species now potentially threatened by global warming.     

海洋酸化对青蛤免疫指标的影响

通过向水体中通入CO_2的方法模拟海洋酸化环境,测定青蛤(Cyclina sinensis)在酸化条件下各免疫指标的变化情况。结果显示:将青蛤置于酸化的海中(pH分别为7.4和7.7),并以自然海水做对照组(pH 8.1)后,血细胞总数随海水酸化胁迫时间的延长,表现为下降趋势,且差异显著(P0.05);海水pH降低抑制了溶菌酶的活性,但差异性不显著(P0.05);ACP活性总体呈下降趋势,对照组活性要高于酸化组,而ALP活性表现为上升趋势。酸化胁迫初期诱导SOD活性升高,后期SOD活性受到抑制,而CAT变化却截然相反;脂质过氧化产物MDA在酸化后期出现显著降低(P0.05)。     

不同接种密度条件下海洋酸化对坛紫菜叶状体的生理生态影响

人工栽培的坛紫菜(Pyropia haitanensis)具有重要的经济意义和生态功能,非常有必要研究海洋酸化对坛紫菜的影响.本研究通过充入高CO2浓度(1000×10-6)的空气模拟海洋酸化,探讨了不同接种密度条件下海洋酸化对坛紫菜叶状体的生理生态学效应.结果表明,长约1 cm的叶状体接种密度从1株/dm3提高到3株...     

大亚湾养殖区沉积物–水界面氮磷的释放通量及其在水体中的扩散迁移

为了更好地跟踪水产养殖活动对海湾水环境的影响,于2011年10月采集了3个具有代表性的大亚湾海域水产养殖区的水样和底泥样品,研究了底泥含水率、孔隙率、密度以及孔隙水中的氨氮和可溶活性磷酸盐的垂直分布。采用经典的Fick定律,计算了氮和磷在沉积物-水界面的释放速率和年释放量。基于环境水力学理论,应用水平二维数学模型,计算了氮和磷在沉积物-水界面释放之后在海水中的扩散迁移时空分布。结果表明,澳头、深水港、虎头门采样点沉积物-水界面的氨氮年释放量分别为13.5、5.2、0.56t·a-1,可溶活性磷酸盐的释放量分别为0.34、0.03、0.02t·a-1,使水产养殖区域沉积物成为极具潜力的污染内源。释放到海水中的氮和磷受潮流、风、水深的影响,其扩散迁移范围呈长条形带状分布。每个养殖区域的污染带长度约为1km,横向宽度约为50m。该区域的海水极易呈富营养化状态。