南海滨珊瑚骨骼密度带的季节特征及其主要环境影响因素

滨珊瑚（Porites）是南海造礁石珊瑚群落的主要优势种之一,广泛应用于珊瑚礁生态以及高分辨率气候环境响应和重建研究。滨珊瑚不同季节生长形成的骨骼密度条带是开展相关研究的重要基础,而前人对于滨珊瑚骨骼密度带季节性的认识多是基于单一地点的样品,存在地域的差别或矛盾。选取南海不同地点典型珊瑚礁区包括北部海南文昌、中部西沙群岛永兴岛和盘石屿、南部南沙群岛美济礁的 4 个现代活体滨珊瑚骨骼样品,利用数字影像分析方法以及电感耦合等离子体原子发射光谱和气体稳定同位素比质谱仪分别分析了滨珊瑚骨骼密度条带影像灰度和地化指标（Sr/Ca 和 δ 18 O）。结果显示,滨珊瑚样品骨骼密度和地化指标都呈现显著的季节变化。结合海温数据,揭示出样品骨骼密度带季节特征的地域差异,其中,北部文昌滨珊瑚样品骨骼高密度带形成于夏季,低密度带形成于冬季;中部永兴岛样品高密度带形成于秋季,低密度带形成于春季;盘石屿样品高密度带形成于春季,低密度带形成于秋季;南部美济礁样品高密度带形成于冬季,低密度带形成于夏季。采用广义加性混合模型进一步分析了滨珊瑚样品骨骼密度与 3 个主要环境影响因子（海温、光照和盐度）的响应关系。结果表明：不同地点滨珊瑚样品的骨骼密度与主要环境因子的关系也各有不同,考虑样品个体和地点的随机效应,4 个地点滨珊瑚样品的骨骼密度整体上与海温和光照存在非线性响应关系,反映了在南海大空间尺度上,海温和光照可能是影响滨珊瑚样品骨骼密度季节变化的主要环境因素。     

利用珊瑚生长率重建西沙海域罗马暖期中期海温变化

珊瑚生长率是记录海水表层温度（SST）的一个重要代用指标。本文以南海中北部西沙永兴岛罗马暖期期间发育的3个澄黄滨珊瑚（Porites lutea）为材料,测量它们的骨骼生长率,并利用珊瑚骨骼生长率与SST的关系式定量重建海温年际变化序列。结果显示：3个滨珊瑚（生长于120-59 BC、46 BC-14 AD和30 BC-28 AD期间）的平均生长率分别为0.88 cm/a（变化于0.53~1.24 cm/a之间）、0.90 cm/a（变化于0.58~1.53 cm/a之间）和1.12 cm/a（变化于0.71~1.46 cm/a之间）。据此重建同时段年平均SST,相应结果分别为26.7℃、26.8℃和27.3℃。2 kaBP前后（120-59 BC,46 BC-28 AD）西沙海域平均SST为26.9±0.4℃,低于现代（1981-2010 AD）约0.7℃。     

利用珊瑚生长率重建西沙海域罗马暖期中期海温变化

珊瑚生长率是记录海水表层温度(SST)的一个重要代用指标。本文以南海中北部西沙永兴岛罗马暖期期间发育的3个澄黄滨珊瑚(Porites lutea)为材料,测量它们的骨骼生长率,并利用珊瑚骨骼生长率与SST的关系式定量重建海温年际变化序列。结果显示:3个滨珊瑚(生长于120-59BC、46BC-14AD和30BC-28AD期间)的平均生长率分别为0.88cm/a(变化于0.53~1.24cm/a之间)、0.90cm/a(变化于0.58~1.53cm/a之间)和1.12cm/a(变化于0.71~1.46cm/a之间)。据此重建同时段年平均SST,相应结果分别为26.7℃、26.8℃和27.3℃。2kaBP前后(120-59BC,46BC-28AD)西沙海域平均SST为26.9±0.4℃,低于现代(1981-2010AD)约0.7℃。     

海南岛鹿回头石珊瑚对高温响应行为的实验研究

在全球变暖引起表层海水温度上升,导致珊瑚礁白化加剧的背景下,对三亚鹿回头湾内9种主要造礁石珊瑚(5种鹿角珊瑚,杯形珊瑚、牡丹珊瑚、蔷薇珊瑚、滨珊瑚各1种)进行生态养殖高温模拟实验.结果显示:(1)在高温胁迫下,不同形态珊瑚具有不同的生态响应,枝状珊瑚对高温的耐受性最低,最先白化死亡;叶片状和块状的珊瑚对高温的耐受性较强.(2)枝状珊瑚(不同珊瑚种)对高温耐受性为:风信子鹿角珊瑚<强壮鹿角珊瑚<松枝鹿角珊瑚<美丽鹿角珊瑚<鹿角杯形珊瑚<花鹿角珊瑚,并显示,即使是同一形态,不同种珊瑚对高温响应也存在差异,并且这种差异和珊瑚共生体虫黄藻密度呈现正相关.(3)在水温32℃条件下,澄黄滨珊瑚触手不再伸展,在表面形成一层粘液保护膜,而风信子鹿角珊瑚和松枝鹿角珊瑚已经开始白化.十字牡丹珊瑚在整个实验过程中触手始终摆动频繁,耐受能力最强.实验结果显示,对高温的适应性与各种珊瑚种的不同生理和形态特征有关.根据不同种、不同形态珊瑚对水温上升的不同响应,推测目前全球变暖不会对三亚珊瑚造成致命的影响,但持续变暖可能会导致珊瑚群落趋向耐受能力强的种属而导致多样性减少.     

中全新世海南潭门滨珊瑚的生长率特征及其气候意义

珊瑚生长率是珊瑚古气候研究的重要指标,其反映珊瑚生长快慢,并提供高分辨率的海水表层温度变化信息。中全新世作为当前全球变暖的地质历史相似型,利用珊瑚生长率重建该时期的气候环境状况对于理解现代气候变化的过程及其机制具有重要的参考价值。文章对采自海南潭门珊瑚岸礁的23段中全新世（6143—4356 a BP）滨珊瑚进行生长率分析,并基于该区域现代（2005—2021 AD）滨珊瑚生长率与SST的关系重建了中全新世期间共406 a的年均SST序列。结果显示：1）中全新世滨珊瑚生长率的变化范围为0.607～1.670 cm/a,均值为1.079 cm/a,且存在明显的波动变化过程;2）基于生长率重建的中全新世平均SST为25.7±0.54℃,这与全球变暖程度加剧背景下的现代海温相近;中全新世年均SST的变化范围为24.7～26.8℃,其中5860、5660和5160 a BP为3个显著的低温期;3）对比现代与中全新世（5427—5394、5243—5209、4515—4456和4404—4356 a BP）珊瑚生长率的频谱周期,发现现代与中全新世珊瑚的生长率均存在显著的3～7 a ENSO周期,...     

利用珊瑚生长率重建西沙海域工业革命以来的海温变化

以南海北部西沙群岛永兴岛发育的澄黄滨珊瑚(Porites lutea)为材料,构建了珊瑚骨骼生长率温度计,并以此为基础重建了工业革命以来(1880―2007年)西沙海域SST变化序列。结果发现:1880―2007年,西沙海域SST的波动范围26.1~28.5℃,平均值为27.27℃。1880―1892年为降温期,西沙海域SST波动下降,在1892年达到近百年来的最低值(26.1℃)。1893―1935年为西沙海域SST低温平台期,SST以波动为主;1936―1957年西沙海域SST先升后降,变化呈单峰模式。1957―2003年,SST呈现快速增温趋势。2003―2007年,西沙海域SST出现"增温停滞"现象。在年代际尺度上,西沙海域SST的整体变化模式可能受气候系统准60 a周期调控。在年际尺度上,冬季风强度、火山活动以及ENSO等共同对西沙海域SST产生影响。人类活动导致的全球增暖可能在1957年之后才成为西沙海域SST增温的主要驱动因素。2003―2007年西沙海域出现的降温趋势是对全球"增温停滞"的响应,是自然强迫和人为强迫相互作用的结果,西沙海域SST这种短暂的降温趋势很可能随着自然强迫作用的减弱而重新被增温模式所代替。     

南海南部末次冰期晚期以来的表层海水特征变化

对南海南部陆坡86GC柱状样的有孔虫进行了统计与分析,并采用古生态转换函数FP-12E估算了古海水表层温度。分析结果表明,该柱状样所处区域自MIS3晚期以来一直处于溶跃面之上,碳酸盐溶解作用很弱,仅在大约8 000 a BP以来具有部分溶解作用;不同生态特征浮游有孔虫丰度的变化,指示约30 ka BP以来,南海南部表层海水温度(SST)逐步增高,盐度呈降低趋势,反映了末次冰期以来气候变暖、海平面上升、钻孔所在区域水深加大、碳酸盐溶解作用增强、海水盐度降低的过程。转换函数计算得到冬季SST为(22.8～27.4)℃,夏季为(28.1～29.5)℃,季节温差为(2.1～5.3)℃,与前人在附近区域的计算结果基本一致。末次冰期晚期与冰后期的夏季SST值差别不大,最大变幅仅1.4℃;冬季SST变化则较大,最大变幅达4.6℃。由于转换函数法本身存在误差等原因可能导致上述数值并不确切,但其反映的温度变化总趋势应该是可信的。     

南海北部滨珊瑚生长的影响因素

南海北部滨珊瑚生长序列的X光数字图像分析和环境参数的相关分析表明,表层海温是滨珊瑚生长的首要气候因子,表层海温的季节性变化决定着滨珊瑚骨骼密度的季节性变化和年生长层的形成,高密度带形成于夏季而低密度带形成于冬季.年生长带的结构特征分析表明,季风环流控制的表层海流的性质和成分决定着年生长层的结构特征,微生长层的形成可能与潮汐和月光的周期性变化有关.     

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南海北部滨珊瑚生长序列的X光数字图像分析和环境参数的相关分析表明，表层海温是滨珊瑚生长的首要气候因子，表层海温的季节性变化决定着滨珊瑚骨骼密度的季节性变化和年生长层的形成，高密度带形成于夏季而低密度带形成于冬季。年生长带的结构特征分析表明，季风环流控制的表层海流的性质和成分决定着年生长层的结构特征，微生长层的形成可能与潮汐和月光的周期性变化有关。     

近50年涠洲岛5次珊瑚冷白化的海洋站SST指标变化趋势分析

根据涠洲岛海洋站实测海表温度(SST)历史资料和涠洲岛珊瑚礁普查历史资料,采用对比分析与相关分析方法,分析1960―2009年冬季珊瑚冷白化4种SST指标的变化特征。结果显示:(1)涠洲岛珊瑚冷白化的该站SST值为极端低海温(SSTMIN)≤13.2℃或最冷周海温(SSTMCW)≤14.0℃;(2)4种珊瑚冷白化SST指标呈准同步变化,无上升趋势,且其变化趋势与全球变暖无明显对应关系。     

西沙群岛琛航岛全新世珊瑚礁的起始发育时间及其海平面指示意义

以西沙群岛琛航岛珊瑚礁钻孔为材料,通过高精度铀系测年技术测定了全新世底界的年代;同时利用MAT-253同位素质谱仪和电感耦合等离子体质谱仪测定了0~20 m层段δ¹³C、δ¹⁸O和锶元素的质量分数,以U-Th年龄为基础,结合δ¹³C、δ¹⁸O和锶元素的质量分数均在16~17 m之间明显降低这一特点,得到琛航岛全新世珊瑚礁的起始发育时间为距今7 900 a前,不整合于晚更新世的珊瑚礁体（年代老于110 ka）之上,全新世礁体的厚度为16.7 m。考虑研究区域新构造活动相对稳定,以及南海现代珊瑚礁的礁坪面与大潮低潮面基本一致,琛科2井的钻孔井位高于现代礁坪约2.9 m,推测其起始发育时的位置在现代海平面大潮低潮面之下约13.8 m,即西沙群岛海域7 900 a前的海平面在现代海平面以下约13.8 m,近7 900 a以来海平面上升了至少13.8 m。这一结果为理解全新世南海珊瑚礁的发育历史及海平面变化提供了新的信息。     

珊瑚礁生态修复的理论与实践

南海乃至全球的珊瑚礁生态系统都处于快速退化中,珊瑚礁的生态修复因此成为社会关注的热点内容,但相关理论与技术仍在探索之中。保护珊瑚礁的生态环境、避免对珊瑚礁进一步的破坏无疑是最关键的策略。对于已退化珊瑚礁的修复,初步有以下认识：1）珊瑚移植是重要的技术手段,可通过对移植后的珊瑚进行损伤组织修复、重建免疫系统、改变共生体虫黄藻系群结构等增强移植珊瑚适应新环境的能力。2）园艺式养殖、养殖箱培养等是提供珊瑚移植对象的相对有效途径;人工鱼礁则是协助珊瑚建立发育基底的重要手段;营造和维持适合珊瑚生长的环境有助于提高珊瑚礁生态修复成效。3）可借助水流扩散、幼虫附着和变态行为的化学诱导、微地形对幼虫附着的帮助等可促进珊瑚浮浪幼虫的传播和存活。4）通过杂交等手段改变珊瑚及其共生虫黄藻的基因类型,提升珊瑚对环境的耐受能力和恢复潜力等技术则仍处于实验室试验阶段。     

冷水珊瑚礁研究进展与评述

相比浅海暖水珊瑚礁,对深海的冷水珊瑚礁研究相对薄弱。近年来随着水下机器人和深潜器技术的进步,国际上兴起了深海珊瑚礁研究热潮。文章综述了：1）冷水石珊瑚的物种多样性及格局分布特征;2）冷水石珊瑚的生长特征及测量方法;3）冷水珊瑚礁的类型、形成机制与演化过程;4）海洋酸化对冷水珊瑚礁的影响;5）冷水石珊瑚对海洋古环境的记录等。最后提出中国南海冷水珊瑚礁研究展望,建议开展探测南海冷水珊瑚礁的分布,监测珊瑚礁区的生态环境,分析冷水石珊瑚群落特征,探讨冷水珊瑚礁对海洋酸化的响应机制,并利用南海冷水石珊瑚重建南海冷水珊瑚礁的发育历史及所记录的古海洋环境等研究工作。     

海南岛珊瑚岸礁的特征

本文分析了海南岛珊瑚岸礁的成礁环境,论述了本岛岸礁的结构特征,进而划分了岸礁类型,最后探讨岸礁发育与海平面变化的关系。     

叶绿素荧光技术在珊瑚礁研究中的应用

珊瑚礁生态系统最基本的生态特征是虫黄藻与珊瑚虫的共生,虫黄藻的光合作用在珊瑚礁生态系统中发挥着重要作用,因此用于测定植物光合作用的叶绿素荧光技术在认识珊瑚礁生态系统中得到越来越广泛的应用。应用方面主要包括:①揭示珊瑚共生藻光生理学原理;②探索珊瑚白化的机制;③监测及预警珊瑚白化事件;④研究珊瑚对污染的响应;⑤监测珊瑚对水体浑浊的响应;⑥探寻珊瑚礁生态模式。叶绿素荧光技术具有快速、灵敏和非破坏性测量等优点,在造礁珊瑚生理生态研究方面将有广阔的应用前景。     

塔里木河下游生态保护目标和措施

针对2000-2009年塔里木河下游10次生态输水后生态环境的变化情况,提出新的生态保护目标：在距河500 m以内以胡杨(Populus euphratica)为主的重点保护带,地下水埋深保持在≤4 m,植被总盖度达到0.4~0.5;500~1 000 m为基本保护带,以柽柳(Tamarix spp.)为主,地下水埋深为4~6 m,植被总覆盖度达到0.3以上;＞1 000 m为一般保护带,随着输水累积量增加,地下水埋深达到6~8 m,使现有植被不再退化;沿河两岸1 000 m的植被保护恢复总面积应达到1 028 km2;用水均衡法和潜水蒸散法重新估算的大西海子的下泄水量为2.3×108 m3 ,比原规划减少了1.2×108 m3 ,其中2.0×108 m3为维护生态所用,另外还有0.15×108~0.3×108 m3为向台特玛湖输水的水量;应保持输水连续性,大西海子以下年泄水量不小于0.36×108 m3;为了保证向下游输水,必须加强水资源调控,通过整治源流,使到达干流的水量为44.2×108 m3 ,干流严禁开荒,加强对防护堤修建后生态环境变化的监测,下游采用漫溢漂种增加植被面积。     

塔里木河下游生态需水估算

量化生态需水是流域水权分配的重要依据。以塔里木河下游大西海子水库至尾闾台特玛湖段为研究区,借助湿周法计算了该段河道内最小生态需水量,并基于2009年和2010年河段地下水分布特征,计算沿线河道两岸各1 km范围地下水恢复至目标埋深(5～4 m)的地下水恢复量,采用潜水蒸发法和面积定额法估算了沿线天然植被生态需水量。结果表明：（1）塔里木河下游大西海子-台特玛湖河道内年最小生态需水量为1.455×108 m3;（2）以5年为恢复期限,确定该河段地下水埋深恢复至5～4 m的年恢复需水量为0.608×108～1.466×108 m3;（3）取潜水蒸发法和面积定额法计算结果均值,确定研究区天然植被生态需水量为1.042×108 m3;（4）综合考虑,塔里木河下游大西海子-台特玛湖年生态需水总量为3.105×108～3.963×108 m3。     

Deglaciation effects on the rotation of the Earth

Summary. The viscoelastic response of the Earth to the mass displacements caused by late Pleistocene deglaciation and concomitant sea level changes is shown to be capable of producing the secular motion of the Earth's rotation pole as deduced from astronomical observations. The calculations for a viscoelastic Earth yield a secular motion in the direction of 72° W meridian which is in excellent agreement with observed values. The average Newtonian viscosity and the relaxation time obtained from polar motion data are about (1.1 ± 0.6)10²³ poise (P) and 10⁴ (1 ± 0.5) yr. The non-tidal secular acceleration of the Earth can also be attributed to the viscoelastic response to deglaciation and results in an independent viscosity estimate of 1.6 × 10²³ P with upper and lower limits of 1.1 × 10²³ and 2.8 × 10²³ P. These values are in agreement with those based on the polar drift analysis and indicate an average mantle viscosity of 1–2 × 10²³ P.     

南海珊瑚礁经济价值评估

根据已有的基础数据、国外文献资料及野外调查资料,利用生产效益法和数值转移法估算南海珊瑚礁的经济价值（包括渔业经济价值、海岸保护价值、旅游休闲价值、生物多样性价值）以及由于过度捕捞、破坏性捕捞和陆源沉积物污染而造成其经济价值的损失。结果显示：南海珊瑚礁年经济价值为156.5亿元,其中渔业价值占90%,为140.4亿元;其次是海岸保护价值,占5.5%,为8.7亿元;而旅游休闲价值和生物多样性价值分别为5.3亿元和2.1亿元。珊瑚礁如果维持可持续利用的状态,并考虑10%的贴现率,未来20 a珊瑚礁总的经济价值为1 370亿元。由于南海珊瑚礁面临最大的威胁是人类不合理的利用,其对今后20 a珊瑚礁带来的经济损失是258.8亿元,其中因破坏性捕捞造成的损失为249.6亿元,占总经济价值损失的96.4%,而因过度性捕捞和陆源沉积物造成的经济损失分别是3.3亿元和5.9亿元。人类干扰对今后20 a南海珊瑚礁造成的经济价值损失占未来20 a南海珊瑚礁总经济价值的18.98%。     

南大洋普里兹湾沉积物中锗的含量与分布

本文利用中国第21-27次南极考察期间获得的沉积物样品,对南大洋普里兹湾沉积物中锗（Ge）的含量以及分布特征进行了初步研究。结果表明：普里兹湾表层沉积物中总Ge（Getotal）的含量在1.14×10-6~2.35×10-6之间变化,平均含量为1.71×10-6,最高值出现在湾外深海区P3-9站,最低值出现在湾内冰架边缘附近的P4-13站。在研究海域表层沉积物中生源Ge（Gebio）占Getotal的百分含量在16-68%之间变化。在表层沉积物中Gebio与Getotal分布变化趋势总体上相近,以67°S为界均呈现湾外高于湾内的趋势,在柱状沉积物中Ge的垂向分布呈现表层高于底层趋势。在普里兹湾湾内非冰间湖区域的表层沉积物中Gebio与生物硅（BSiO2）呈现一定的正相关,在P3-16站位柱状沉积物中Gebio与BSiO2垂向分布相似。