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。     

东海悬浮物质再悬浮比率的初步研究

海洋中悬浮颗粒物质(SPM)的化学特征和沉积通量的研究对于了解全球物质循环和确定海洋吸收、贮存和转移碳能力的生物地球化学过程具有重要的意义。陆架海洋沉积物的再悬浮作为海洋悬浮颗粒物质的一个重要来源已引起本领域专家的重视(詹滨秋等，1993)。Hosika等(1994)在研究东海陆架和沿岸区时,证实在东海存在一个底层涡动层，其悬浮颗粒物质的含量可达总量的30%-40%。Kusakabe等(1994)运用光透射仪(Bean Transmisso Meter)研究涡动层的颗粒物质,以上研究都未能定量地计算再悬浮的比率。本文根据悬浮颗粒物质特征化学成分的垂直通量以及它们在海洋中自身生成的和沉积物再悬浮的悬浮颗粒物质中含量的关系,建立了定量化学模式,并运用现场资料定量计算东海陆架海洋中悬浮物质的再悬浮比率(αγ)。     

粒度标(GSL)和氧化还原度(ROD)在渤海南部海域沉积物环境硏究中的应用

渤海是我国重要的油气田经济海区,目前已陆续开发。沉积物类型及其氧化还原环境的研究对于了解沉积物的形成、来源,以及埋葬后的早期成岩作用具有重要意义。海洋沉积的环境是海洋地质学的重要研究内容之一,以往这方面的研究大多集中于地球化学领域,而从化学角度研究这个问题的报道则很少,且缺乏系统性(Parker et al,1983;宋金明等,1992),尤其是海洋沉积物现场环境研究更不多见,其研究方法和手段亦较少。沉积物类型及其氧化还原环境是影响许多元素产生、转移、循环的重要因素,也是海洋沉积物环境研究的核心内容(刘宝珺,1980),以往沉积物粒度数据基本上全都是通过地质机械分析方法得到的,而海洋沉积物氧化还原环境研究也仅仅停留在定性描述上,仅用一个或几个参数辅助说明沉积物是呈氧化性或是还原性,缺乏对此的定量表征。 鉴于以上,作者经过调査研究提出了用纯化学手段研究沉积物类型的标准一“粒度标(GSL)”和定量表征沉积物氧化还原环境的“氧化还原度(ROD)”(宋金明等,1993;宋金明等,1994)。结果表明,上述两项标准与实测结果符合较好,为水化学领域科技人员提供了新的研究方法,对探讨浅水养殖环境和海洋工程评价,特别是对海上油气田开发的平台及管线的腐蚀环境分析有重要的理论和现实意义。     

生物要素的海洋生物地球化学过程研究进展

新学科的诞生是社会发展的需要,人类社会发展到今天,由于人类面临的资源与环境问题,使占全球面积71%的海洋成为21世纪开发的重点领域。然而,各成体系的海洋化学、海洋生物、海洋地质和海洋水文,已难以适应认识和解决当前面临的全球变化问题的需要。80年代初,随着国际地圈生物圈计划(IGBP)、全球海洋通量联合研究(JGOFS)、全球海洋生态系统动力学(GLOBEC)、全球海洋真光层研究(GOEZS)、海岸带陆海相互作用(LOICZ)等重大国际合作计划的兴起,处于这些学科交叉点上的海洋生物地球化学这新的分支学科应运而生,至90年代,这一边缘交又研究方向已成为海洋学研究的前沿领域。 我国的海洋生物地球化学研究虽起步较晚,但已取得飞速发展。至今,已开展实施了渤海生态系统动力学、东海海洋通量、台湾海峡生源要素生物地球化学过程、南海碳通量、南沙群岛珊瑚礁生态系物质循环等一系列重点项目的研究,强有力地推动了这一边缘交叉学科的发展。 海洋生物地球化学是利用化学、地质、生物、物理的观点综合研究海洋中物质循环的过程与规律,突出的特点是研究生物作用下的地球化学过程,研究的主要对象是生源要素(C,N,P,S,Si等)及与生物过程有关的其他元素。 本文从真光层内生源要素的循环、海水中颗粒物的生物地球化学过程、沉积物-海水界面过程中的生源要素,以及微型生物在生源要素的海洋生物地球化学循环中的作用等方面阐述了生源要素的海洋生物地球化学过程研究进展,以期推进我国该领域研究水平的提高。     

黄河口北部海域硫的地球化学特征

硫作为海洋生物地球化学循环中的重要元素,在本学术领域内备受重视。研究表明,硫的化合物是许多海域海水、沉积物、间隙水中重金属、氧化还原环境等的控制性因素(宋金明,1990,1991,1992a,1992b,1993; Andreae,1990; Fossing et al,1992; Kiene,1992; Lerman,1979)。黄河口附近海域是我国著名的渔场,特别是近年来近海发现了油气田,使此区域成为近海河口区研究的典型场所,因而该海域的建港和油气田开发前期的评价等急需与之相关项目的调查研究。近年来,我所的研究人员对渤海的辽东湾、南黄海、忡绳海槽以及东海等海区硫的体系做了较为系统的调查研究(宋金明,1990,1991,1992a,1992b,1993;李延等,1991),其中重点研究了间隙水中的硫酸盐和-2价硫化物,结果发现,硫酸盐是海洋沉积物中重要的氧化剂,硫化物是控制间隙水中重金属的重要体系。 本文通过对黄河口北部海域的海水、沉积物中间隙水的调查取样分析,讨论了海水和间隙水中SO42- 、 ΣS(-Ⅱ)和S2-在该海域的分布特征,估算了沉积物一海水界面附近硫的扩散转移通量,对该海域元素的地球化学过程和腐蚀环境研究均具有重要的意义。     

热带西太平洋定点海域(4°S156°E)营养盐变化规律及降水对海水营养物质影响的研究

海水中的N,P,Si是海洋中最基本的营养物质,对海洋浮游生物的生存、繁殖、海洋生物食物链结构和新陈代谢,以及海洋中物质的循环都具有重要的意义,一直是海洋学研究的重要内容之一,几乎世界上海洋的各个区域都有其研究报道。中国陆架海中营养物质的研究已进行了40多年,获得了大量的资料和重要的研究成果。随着我国海洋科学的发展,近年来陆续开展了世界大洋、极地海的营养盐研究,并有一些报道(顾宏堪,1992;宋金明,1995,1996; Hecky等,1993),但对世界大洋定点长周期的营养盐变化观测研究和降水对表层海水的输入影响长周期定点系列观测还未见报道。热带西太平洋海域有一个世界海洋中最大的高温、高盐“暖池(WPWP)”,这里进行着地球上强烈的海气相互作用,所以,研究该海域海水中营养盐的变化规律,对系统研究海洋对气候的调节作用,乃至全球气候变化都具有重要意义。本文通过对4°S,156°E长达4个月的定点观测,研究了上层海水、深水中营养盐的变化、营养盐的周日变化及降水对表层海水营养盐输人的影响,本文为TOGA-COARE研究的一部分。     

颗粒物质和微量金属在东海北部的沉积通量

于1990年运用沉积物捕捉器采样,实测了东海北部(32.00°N,126.00°E)海域颗粒物质和微量金属(Cu,Pb,Zn,Cr,Fe,Mn和Al)的海洋垂直通量。结果表明,颗粒物质的沉积通量随深度和季节而变化,明显地受上升流的影响。沉积的颗粒物质以0.45—63μm的小颗粒为主;Cu和Zn主要以有机物形式作垂直转移,Pb,Cr,Fe和Mn主要以弱键结合形式作垂直转移,Al则以硅酸盐的形式作垂直转移。沉积物中,颗粒Cu,Fe,Mn和Al以0.45—63μm的颗粒为主;颗粒Pb和Cr以大于63μm的颗粒为主;0.45—63μm和大于63μm的颗粒Zn在沉积物中占相近的比例。     

南沙珊瑚礁生态系中元素的垂直转移途径

于１９９３年和１９９４年用沉积物捕捉器采集南沙永暑礁和渚碧礁内的沉降颗粒物,用中子活化法分析元素的含量并计算通量,通过对生源要素的统计相关分析,垂直沉降颗粒物中的元素人,非生源要素在泻湖中的停留时间的探讨,研究了南沙珊瑚礁生态系中元素的垂直转移途径,结果表明,在南沙珊胡礁泻湖中元素的停留时间较海水中短,元素的循环速率高,且尤以与生物作用有关的元素为甚;颗粒物中非生源要素的垂直转移主要是通过生物过程     

南沙群岛珊瑚礁泻湖垂直沉降颗粒物中主要元素的生物地球化学过程研究

本文首次报道用沉物捕捉器研究南沙群岛珊瑚礁泻湖沉降颗粒物中主要元素垂直通量、垂直转移形态,与表层海水温度的关系。     

潮流垂直结构的研究概况

在浩瀚海洋的沿岸水域,特别是在浅海陆架和近岸区,潮流常在海水运动中起着主导的作用。因此,对于潮流垂直结构的研究,也就成为物理海洋学的一个基本课题。同时,发生在海洋中的很多现象,诸如海洋内波、海水混合、海洋湍流以及海洋中物质的输运,都与潮流的垂直结构密切相关。就是沉积物通量的计算,也要求知道每个点的速度垂直剖面。这是因为海洋中沉积物的浓度亦随深度变化。现今,随着油、气等     

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。     

南沙永暑礁表层珊瑚年代结构及其环境记录

南沙群岛永暑礁7个表层礁坪原生块状珊瑚的高精度TIMS U-Th和12个常规^14C测年结果表明,永暑礁表层礁坪形成于现代,与钻探研究结果吻合。全新世永暑礁系从约7300aBP开始,以现代礁坪面以下17m左右的晚更新世礁灰岩为基底连续发育至今,因此,与南海周边地区的珊瑚礁不同,南沙群岛珊瑚礁的表层块状珊瑚不能够提供全新世高海平面的证据。由于现代珊瑚礁的堆积速率大于地壳沉降速率,可能会形成更多的灰沙洲或灰沙岛。     

珊瑚礁岩心声速垂向跃变及其指相意义

本文在南沙群岛永署礁南永1井珊瑚礁岩心声速测量的基础上，研究了珊瑚礁岩心声速的垂向跃变特征和相应地层沉积相变及地层侵蚀间断面的关系，分析了珊瑚礁岩心相变造成其声速跃变的原因，阐明了海平面升降形式珊瑚礁地层侵蚀间断面和产生相变的具体过程, 明了珊瑚礁岩心声速垂向跃变与相应地层古气候和海平面变化的关系，该项研究在岛礁工程建设和礁灰岩区石油勘探声学测井以及西太平洋边缘海古海洋学研究学方面具有重要的实用价值和理论意义。     

南科1井第四系暴露面特征及其与海平面变化的关系*

珊瑚礁地层中的暴露面是海平面变化的忠实记录, 对地层层序的划分和研究珊瑚礁体的生长发育过程具有重要意义。本文基于手标本观察与薄片鉴定、碳氧同位素和矿物组成分析, 识别了南沙美济岛南科1井第四纪生物礁碳酸盐岩地层中的典型暴露面, 剖析了主要暴露面与海平面变化及珊瑚礁发育演化的关系。在南科1井(NK-1)第四纪地层中典型暴露面附近以出现大量溶蚀孔穴和红褐色或锈黄色钙质结核为特征, 其碳氧同位素偏负, 并富集Al、Th、Fe和稀土元素, 具有典型碳酸盐岩风化壳的特征。南科1井全新世礁体发育在晚更新世暴露面之上, AMS¹⁴C和U-Th年龄数据证实美济岛全新世珊瑚礁生长时段与南海其他珊瑚岛礁一致, 主要发育在8.2~4.7ka时期, 该时段海平面的缓慢上升为珊瑚礁连续垂向生长提供了有利环境。Sr同位素和古地磁年龄标定的南科1井更新世地层中的主要暴露面时代与南沙永暑礁和西沙群岛珊瑚礁地层中的暴露面时代基本一致, 主要暴露面对应于全球第四纪低海平面时期。     

南海珊瑚礁海域黑缘尾九棘鲈生物学特征初步研究

根据2018—2019年在南沙群岛和西沙群岛珊瑚礁海域采集的礁栖鱼类黑缘尾九棘鲈(Cephalopholis spiloparaea)样本, 对其群体结构、性腺成熟度、摄食强度、肥满度、年龄与生长等生物学特征进行了初步研究, 通过对比分析了南海这两个珊瑚礁海域中黑缘尾九棘鲈生物学特征的地理差异。结果表明: 在南沙海域和西沙海域中黑缘尾九棘鲈的平均体长分别为105.5±10.5mm和110.4±13.1mm, 两海域间的体长和体质量分布均具有极显著的差异(P<0.01); 南沙海域与西沙海域样本体长和体质量关系的异速生长因子b值分别为2.881与2.797; 耳石样本分析结果显示年龄范围为0.58~1.44a, 两个海域间并无显著性差异(P>0.05); 由von Bertalanffy生长方程计算所得的生长参数显示, 南沙海域的黑缘尾九棘鲈比西沙海域的体型相对较小、生长速度相对较快; 两海域黑缘尾九棘鲈的性腺成熟度均以Ⅱ期为主, 且西沙海域样本性腺成熟比例高于南沙海域; 摄食等级以1级为主, 两个海域间的摄食等级分布无显著性差异(P>0.05); 与西沙群岛海域相比, 南沙群岛海域的黑缘尾九棘鲈群体表现出肝体比较低的特征。     

南沙群岛永暑礁泻湖岩心的氨基酸与沉积环境

南沙群岛永暑礁小泻湖南永3井的高分辨率岩心系统揭示了环礁泻湖近1682aBP来的沉积柱样的氨基酸组成和含量，其垂直变化同该岩心的有机孔虫丰度、微型腹足类丰度和δ^18O含量的垂直变化基本一致，反映了沉积环境及其变化。南沙群岛珊瑚礁区与中国及全球的历史气候变迁是同步的。     

Vertical Sound Velocity Transition in the Coral Reef Core and Its Significance of Indicating Facies

On the basis of the sound velocity measurements of the coral reef core from Nanyong No.1 well of Yongshu Reef in the Nansha Islands,the paper studies the relations between the vertical sound velocity transition features in the coral reef core and the corresponding stratigraphic depositional facies change as well as stratigraphic gap of erosion,analyses the cause of the sound velocity transition,expounds the concrete process of the sea level change resulting in the stratigraphic gap of erosion and facies change in the coral reef and explains the relations between the vertical sound velocity transition in the coral reef core and the corresponding stratigraphic paleoclimate and the sea level change.This study is of important practical value and theoretical significance to the island and reef engineering construction and the acoustic logging for oil exploration in the reef limestone area as well as the paleoceanographic study of the marginal sea in the westerm Pacific Ocean.     

南海主要珊瑚礁水域软骨鱼类的组成与分布

利用1998年3~5月和1999年5~6月在西沙和南沙的12座珊瑚礁水域渔业资源专业调查资料以及1998年2月~1999年12月在南沙群岛水域进行的渔业资源监测调查资料,分析讨论了南海珊瑚礁水域软骨鱼类的组成与分布。专业调查结果:捕获软骨鱼类14属16种,渔获量计64尾2 844.1kg,优势种为大眼角鲨、鼬鲨、日本燕、侧条真鲨、灰六鳃鲨;监测调查表明南沙珊瑚礁水域的软骨鱼类在全年均可捕获,产量的变动主要与捕捞努力量相关。综合2种调查知:软骨鱼类在南海珊瑚礁水域总体分布范围较广,单鱼种在各个岛礁表现出一定的地域分布性;南海珊瑚礁区捕获软骨鱼类的主要作业方式为延绳钓和大型流刺网。     

南沙群岛珊瑚礁砾洲地貌特征

通过对南沙群岛永暑礁、西门礁和安达礁3个砾洲的现场调查,基于理论最低潮面和平均海面分别计算了砾洲的可能分布范围和平均出露范围,获得了砾洲的地形地貌特征。3个砾洲均为向西北凸出的弧形,呈北东-南西向展布。永暑礁和西门礁砾洲周边地势较高,中部相对低洼,分布有多条砾脊,边缘向海侧主砾脊高度最大,内部多条较低的次砾脊相交于主砾脊并汇聚于砾洲东部;安达礁砾洲则中部凸起地势较高,周边较低,无多重砾脊分布。推断砾洲的发育由最初珊瑚枝块堆积于中部形成凸起,逐渐向北东和南西两侧以砾脊形式扩展,最终形成砾洲由内向外的洼地-砾脊-砾滩的地貌分带模式。砾洲的地形地貌特征表明,南沙群岛砾洲的发育主要受北东-南西向水动力条件季节性交替的控制,反映了南海海区盛行季风的影响。南沙群岛珊瑚礁砾洲的地貌特征为深入研究南海珊瑚礁灰沙岛地貌发育演化及动力机制提供了基础数据。