300m氦氮氧饱和潜水科学实验研究

本实验是海洋水下工程领域内一次多学科的综合性科学研究。实验检验了300m海底模拟加压舱群设备,使用氦氮氧三元混合气饱和潜水技术进行潜水生理学和医学研究,并进行了潜水呼吸器、潜水加热服及热水系统、水下液压工具、舱压和氧分压自动控制设备、潜水用氦气回收及净化装置、氦氧通讯机等多种项目的300m试验,填补国内多项空白。这对于我国海洋资源的勘探开发、深海打捞、港口建设、海洋科学考察和国防建设都有重大意义。     

粘性泥沙在盐水中冲刷和沉降特性的试验研究

本文根据絮凝电化学理论,探讨了淤积物浓度对粘性泥沙起动切应力的影响,获得起动切应力τc与淤积物浓度S的相关式τ_o=KS~(2·33) 该公式得到众多试验资料的证实。冲刷试验表明,具有均匀容重的底床在不同水流切力下,冲刷率随时间基本成直线变化,自养密实底床的冲刷率随时间呈指数曲线变化。试验结果还表明均匀容重底床的冲刷率与水流流速近似成四次方关系,论文运用了窦国仁博士从能量原理获得的床面泥沙动密实系数概念,获得冲刷率的表达式为 E=(K_0)/(C_0~2)-(γsγ)/(γs-γ)(V-V_c)V~3/gdω     

板厚对焊接接头在空气中和海水中疲劳性能的影响

本文讨论了国产海上平台用钢E36—Z35的十字型板状焊接接头在空气中和海水中的弯曲疲劳试验,试件厚度分别为16mm、32mm和40mm。试验结果表明:板厚的增加使焊接接头在空气和海水中的疲劳强度均明显降低,并建议在空气中的疲劳强度修正式公式为△S=△S_0(t_0/t)~(1/3)和疲劳寿命厚度修正公式为N=N_0(t_0/t)~(4/3),在海水中的厚度修正公式为△S=△S_0(t_0/t)~(1/4)和N=N_0(t_0/t),相比之下,厚度对海水腐蚀疲劳强度的影响比在空气中稍小一些;对于板厚为16mm和40mm的焊接接头试件在海水中的疲劳寿命和空气中的寿命相应为36％和57％,可见随着板厚的增加,海水腐蚀疲劳寿命比空气中寿命的缩短要少一些。本文还从断裂力学方法出发,讨论了板厚影响焊接接头疲劳寿命的原因。     

河流弧菌对牙鲆表皮黏液黏附作用的研究

为了解河流弧菌对牙鲆表皮黏液的黏附特性,采用3H-TdR同位素示踪方法研究了细菌浓度、孵育时间、孵育温度、pH值、阳离子、碳水化合物等因子对河流弧菌黏附作用的影响。试验结果表明:河流弧菌能很好地黏附于牙鲆表皮黏液,黏附量随菌浓度升高而增大并符合饱和黏附动力学:y=417.89ln(x)+691.57(R2=0.986);在30℃下黏附量随着孵育时间的延长而增加,180min趋于饱和;孵育温度在4~30℃范围内黏附量随温度升高而增多,30℃时黏附量最大;pH值酸性较碱性黏附作用明显,pH为5时最强;NaCl浓度在0.5%~4.5%范围内,细菌黏附作用随着浓度升高而增强,较纯水存在显著性差异(P<0.05);Ca2+,Mg2+能显著加强河流弧菌的黏附作用,但Ca2+作用明显超过Mg2+;葡萄糖等8种碳水化合物能显著促进河流弧菌的黏附作用(P<0.05)。以上结果说明:河流弧菌对牙鲆表皮黏液的黏附量较大,这有利于进一步感染、致病;河流弧菌的黏附作用受温度、pH值、阳离子、碳水化合物等多种环境因子的影响,较高的水温有利于河流弧菌的黏附,有利于疾病的发生。     

宽壳全海笋稚贝呼吸代谢及其对若干环境因子适应性的研究

利用实验生态学的方法研究了不同温度对宽壳全海笋(Barnea dilatata)稚贝呼吸、排泄的影响以及宽壳全海笋对温度、盐度、pH、氨氮、底质等环境因子的适应性。结果表明,温度对宽壳全海笋稚贝的耗氧率、排氨率有显著影响,在14～34℃范围内,耗氧率和排氨率随着温度的升高而增大,排氨率与温度相关方程:y=0.01e0.4379x,R2=0.9948,耗氧率与温度相关方程:y=0.0896lnx 0.0912,R2=0.9558。O∶N(摩尔比)随着温度的升高总体呈下降趋势,稚贝呼吸Q10(温度系数)平均值是2.53,排泄Q10平均值是3.1。宽壳全海笋稚贝的适宜温度和盐度范围分别为15～30℃和15～25;pH的适宜范围为7.0～9.0;氨氮的96h半致死浓度为30.3mg/L,安全浓度为3.03mg/L。不同壳长的宽壳全海笋稚贝对不同厚度泥底质的适应性无明显差异。     

南美洲鳗鲡(Anguilla rostrata)的耗氧率(ROC)、窒息点(AP)和适温范围(RT)及对非离子氨(NIA)、NO2-的LC50和SC的研究

为研究南美洲鳗鲡(Anguillarostrata)的耗氧率及其对水温、低溶氧、非离子氨和亚硝酸盐耐受性,本研究采用自制的鱼类呼吸装置测定其耗氧率和窒息点,以黑仔鳗为试验材料,探索其对水温、非离子氨、亚硝酸盐耐受性。结果表明,南美洲鳗鲡耗氧率存在昼夜变化,其昼间耗氧率为(86.46±37.77)mg/(kgh),夜间耗氧率为(123.58±22.56)mg/(kgh),二者存在显著性差异(P0.05);在15—30°C范围内,耗氧率随温度升高逐渐增大,耗氧率和水温的回归方程y=–0.1316x2+9.4507x–13.712(R2=0.9993);南美洲鳗鲡的耗氧率随体质量增大而降低,耗氧量随体质量增加而增大,耗氧量和体重的回归方程为y=0.2321x0.8334(R2=0.9979);在水温25°C时其窒息点随鱼体质量的增大而降低,均重10g、40g和160g的鳗鲡窒息点溶解氧浓度分别为(0.98±0.25)、(0.46±0.06)和(0.32±0.02)mg/L;13—29°C为南美洲鳗鲡的适温范围,25—29°C为其生长适宜水温,在一定范围内的短时低水温或高水温环境对其损伤是可逆的;水中非离子氨对南美洲鳗鲡的LC50和SC分别为12.22mg/L和1.22mg/L,亚硝酸盐氮对南美洲鳗鲡的LC50和SC分别为61.68mg/L和6.17mg/L。     

水温、盐度和饵料密度对橄榄蚶滤水率的影响

用实验生态学的方法研究了不同水温(15、20、25、30℃)、盐度(16、21、26、31、36)和饵料密度(0.5×104、1.5×104、2.5×104、3.5×104、5×104个/m L)对橄榄蚶(Estellarca olivacea)滤水率的影响。实验结果表明,以金藻作为饵料,水温、盐度、饵料密度对橄榄蚶的滤水率有显著影响(P0.05)。水温15~30℃、盐度16~36、饵料密度为0.5~5×104个/m L时,橄榄蚶的滤水率都呈峰值变化。水温25℃、盐度26、饵料密度3.5×104个/m L时,其滤水率分别达到最大值。在所研究的范围内,水温、盐度、饵料密度与滤水率之间分别满足函数关系:FRT=–0.3396T2+1.8937T+0.2728(R2=0.9857,P0.05);FRS=–0.3424S2+1.9626S+0.7112(R2=0.9683,P0.05);FRC=1.7395 C 0.4607,(R2=0.9062,P0.05)。     

镧对黄姑鱼幼鱼促生长作用和成活率影响的研究

为探究镧对黄姑鱼(Nibea albiflora)幼鱼的促生长作用和成活率的影响,本研究设7组不同镧质量浓度处理组,采用不同方程对不同镧质量浓度组的体质量生长拟合。实验结果表明,不同镧质量浓度处理组黄姑鱼幼鱼的生长速度差异显著(P0.05)。采用线性方程:1.8 mg/L处理组的体质量生长系数最大,为0.011 2,而对照组(0 mg/L)的体质量生长系数最小,为0.009 9;采用多项式方程:1.8 mg/L组全长生长系数的绝对值最大,为3.26,而对照组(0 mg/L)的全长生长系数的绝对值最小,为1.17。镧对体质量增大率、全长增长率和特定生长率、死亡率均有显著的影响(P0.05),用多项式方程分别对上述生长参数与镧质量浓度(C)之间的相关关系拟合得到,体质量增大率=162.93+42.79C+(–11.62)C~2(R~2=0.95),全长增长率=38.49+21.54C+(–7.27)C~2(R~2=0.90),特定生长率=1.08+0.16C+(–0.04)C~2(R~2=0.93),死亡率=62.91+(–22.88)C+7.19C~2(R~2=0.54)。根据方程,得到最适体质量增大、最适全长增长、最适特定生长、最低死亡率的镧质量浓度分别为1.84、1.48、2和1.59 mg/L。证实,镧可促进黄姑鱼幼鱼的生长及提高成活率,1.48~2 mg/L为黄姑鱼幼鱼的最适生长的镧质量浓度范围。     

河流弧菌(Vibrio fluvialis)对大黄鱼( Pseudosciaena crocea ) 鳃粘液粘附特性研究

采用间接ELISA法(最低检测值约104cfu)研究不同培养条件、不同培养阶段、抗体处理、营养饥饿等对河流弧菌粘附作用的影响。结果表明,经TSB培养的菌体的粘附作用极显著强于TSA培养的菌体的粘附作用(P<0.01);河流弧菌能很好地粘附于大黄鱼粘液,粘附量随菌浓度升高而增大并符合饱和粘附动力学:y=0.1782ln(x)1.6923(R2=0.9810);不同生长阶段河流弧菌的粘附能力不同,在培养初期阶段细菌的粘附量先是随着培养时间的延长而增大,并在培养24h后粘附量达到最大,而后随着培养时间的延长其粘附量急剧下降;抗体处理后河流弧菌的粘附量显著低于对照组(P<0.05);营养饥饿菌体的粘附量明显降低。以上结果表明:海水中的河流弧菌能很好地粘附于大黄鱼鳃粘液,其粘附作用受细菌培养条件、营养状况等自身因素的显著影响。本研究结果有助于了解河流弧菌的流行病学和致病机理。     

福岛核事故释放的137Cs在西北太平洋海水中输运的模拟与预测

2011-03-11日本福岛核电站放射性物质发生泄漏事件,本研究基于MASNUM(Laboratory of Marine Science and Numerical Modeling)海洋环流模式,建立了西北太平洋海洋放射性物质输运扩散模式,对事故释放的~(137)Cs在海洋中的输运和扩散过程进行了20a的模拟与预测。根据与观测资料的比较,验证了所建立的模式具备模拟放射性物质在海洋中的输运扩散过程的能力。结果显示:至2015年,~(137)Cs表层活度浓度已经扩散至整个中国海域,活度浓度值在0.01Bq/m~3左右;事故发生10a后,研究海域~(137)Cs表层活度浓度趋于均匀,为0.20~0.60Bq/m~3左右;20a后,~(137)Cs在海洋表层的活度浓度要小于0.15Bq/m~3。垂向扩散的结果显示:事故发生10a后,黄海海域~(137)Cs垂向分布较为均匀,东海东部陆架海域活度浓度高于西部海域,且上层海水中~(137)Cs活度浓度高于底层海水,南海北部海域~(137)Cs活度浓度高于南部海域,且略小于黄海和东海;至2030年,中国近海~(137)Cs的活度浓度的垂向分布趋于均匀,南海略高于黄海和东海;日本海~(137)Cs活度浓度主要集中在表层,最大活度浓度出现在2016年,约为0.20Bq/m~3;西北太平洋海域~(137)Cs活度浓度要高于其他4个海域;2030年以后,整个海域~(137)Cs活度浓度在水平和垂向分布均趋于均匀,均小于0.15Bq/m~3。     

基于支持向量机的库克群岛海域长鳍金枪鱼栖息环境综合指数

掌握海洋环境因子对长鳍金枪鱼(Thunnus alalunga)资源密度分布的影响有利于该资源的可持续利用。根据2013年9-12月在库克群岛海域利用延绳钓调查所获得的共计56个站点的长鳍金枪鱼渔获率数据,以及测得的温度、叶绿素a浓度、水平海流及垂直海流等环境因子数据,采用支持向量机方法分析了各水层(40.0~239.9 m,每40 m为一层)及整个水体中各个环境因子与长鳍金枪鱼渔获率的关系并建立了长鳍金枪鱼栖息环境综合指数(IHI)模型,并利用验证站点对模型进行了验证。结果表明:(1)预测渔获率与其对应的名义渔获率无显著性差异;(2)IHI模型的预测能力较好,能有效预测长鳍金枪鱼的分布;(3)不同水层影响长鳍金枪鱼分布的主要因素不同,在40.0~79.9 m、80.0~119.9 m、120.0~159.9 m、160.0~199.9 m和200.0~239.9m水层其分布分别主要受叶绿素a浓度、水温、垂直海流、叶绿素a浓度和温度的影响。整个水体影响长鳍金枪鱼分布的主要因素为温度;(4)长鳍金枪鱼分布密度较高的水层为120.0~199.9 m;(5)长鳍金枪鱼IHI指数分布较高的3个区域分别为9°00′S-12°20′S,159°00′W-164°00′W、13°30′S-14°30′S,159°00′W-161°00′W和10°30′S-12°30′S,167°00′W-168°00′W,建议在上述海域作业时,应使钓具沉降到120~199.9 m水层,以减少其它物种的兼捕率并提高长鳍金枪鱼的渔获率。     

氯化锌对松江鲈肾细胞系的毒性效应

本文研究了不同浓度的氯化锌对55~65代松江鲈(Trachidermus fasciatus)肾细胞系的毒性效应。采用MTT法测得氯化锌24 h半致死浓度为308.41μmol/L。酶活力测定的结果显示:超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽-S-转移酶(GST)的活性在氯化锌浓度为0~250μmol/L时,随浓度的升高逐渐升高;在250μmol/L浓度时达到最大值,而后随着氯化锌浓度的升高逐渐降低。谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)的活性在氯化锌浓度为125μmol/L浓度时达到最大值,而后随着氯化锌浓度的升高逐渐降低。微核实验结果是微核率随氯化锌浓度增加而增加,最高达12.33‰。彗星实验发现在半致死浓度条件下松江鲈肾细胞拖尾率为48.00%、迁移长度15.03μm±2.51μm,与对照组差异显著(P0.05)。以上结果表明:氯化锌会引起肾细胞氧化酶活性的改变以及细胞核DNA损伤,本研究认为松江鲈肾细胞系可以作为Zn2+污染的监测平台。     

几种微藻对方斑东风螺浮游幼虫生长和变态的影响

本文报道了4种微藻不同浓度对方斑东风螺幼虫生长和变态的影响.结果表明,幼虫对4种微藻都能摄食,当投喂不同浓度的牟氏角毛藻、湛江叉鞭金藻时,摄食角毛藻(20×104cells/cm3)生长最快达77.9μm/d、变态率52.5%;摄食金藻(20×104cells/cm3)变态率最高达59.0%、生长速度70.4μm/d,随金藻浓度的上升,幼虫生长速度和变态率都上升.投喂不同浓度的青岛大扁藻时,最高变态率是24.4%(1×104cells/cm3),最快生长速度是59.3μm/d(7×104cells/cm3),随扁藻浓度的上升,幼虫的生长速度上升而变态率下降.摄食云微型藻幼虫生长缓慢,浮游期全部死亡.幼虫单独摄食角毛藻、金藻和扁藻,其首次出现变态个体的日龄分别是10、11、14d,而完成变态的日龄分别是22~23d、21~23d和26~28d.比较上述4种微藻,角毛藻和金藻是方斑东风螺幼虫的最适饵料,根据大水体人工育苗的具体条件,合适浓度应为角毛藻(5~10)×104cells/cm3,金藻(10~15)×104cells/cm3.而扁藻不宜单独投喂,作为辅助饵料较合适.     

氯化钾和γ-氨基丁酸诱导皱纹盘鲍(Haliotis discus hannai)幼虫附着变态的研究

以不同浓度的氯化钾(KCl)和γ-氨基丁酸(GABA)处理皱纹盘鲍后期面盘幼虫,处理不同时间后,观察并分析KCl和GABA对皱纹盘鲍幼虫附着变态的诱导作用。结果表明,低浓度组,KCl(10mmol/L、12h)和GABA(10~(-6) mmol/L、6和12h)均可显著提高其附着和变态率,GABA组诱导效果优于KCl组,GABA(10~(-6) mmol/L、6h)处理组优于12h处理组。高浓度组,KCl(100、200和300mmol/L)和GABA(10~(-4)、10~(-3)和10~(-2) mmol/L)随着浓度的提升和诱导时间的延长,幼虫附着变态率降低,死亡率升高。综合考虑附着率、变态率、死亡率及实验成本等因素,低浓度的KCl(10mmol/L、12h)和GABA(10-6 mmol/L、6h)都可以广泛应用于生产中,来提高幼虫的附着变态率,增加发育的同步性,降低死亡率。     

深海扬矿系统中颗粒过泵回流试验研究

两相流过泵回流试验是模拟水力提升系统紧急停泵情况下垂直管道中颗粒运动状态,紧急停泵时,可能会出现堵管、难于输送等现象。为提高管道水力输送安全性,采用三种不同的模拟结核颗粒(粒径分别为d≤10 mm,d≤20 mm,d≤50 mm),两种不同浓度(CV=5%,CV=8%),在两级泵额定流量Q=420 m3/h条件下进行了过泵回流试验,分析了试验结果,从多个方面总结了堵管原因。认为实际工程中应该严格控制颗粒上限粒径,采用合适的颗粒级配,并对管道定期进行清洗,尽量减少管道的大角度转弯和断面突变。     

盐度对以葡萄糖为底物的化学需氧量测定的影响及校正

海水化学需氧量(COD)是海水水质的重要检测指标,然而在河口及近岸海域的低盐环境下,由于受到Cl~-的干扰,其实测值无法准确反映近岸盐度较低海域的有机污染程度。本文研究了不同盐度条件下,Cl~-对以葡萄糖为底物的COD测定的影响过程,对比分析了Cl~-对COD和淡水碱性高锰酸盐指数(COD_(Mn))测定的影响程度,以期获得这两种方法测定结果可对应的依据。结果表明:海水COD测定方法在S≈25~35区间内是稳定的,但在S≈0~25区间,测定方法的氧化率随Cl~-浓度的降低而下降,而且有机物浓度越低氧化效率越低。Cl~-对海水COD测定的影响发生在碱性KMnO_4加热氧化有机物阶段。淡水碱性COD_(Mn)测定方法在S≈0~10区间内的氧化效率与海水COD方法在S≈25~35区间内的氧化率相当,并初步提出了以葡萄糖为底物的低盐区COD测定值的校正式,这对于准确认识盐度较低的河口及近岸海域有机污染程度是非常有益的。     

海洋气团对沿海城市大气环境影响与识别研究

本研究通过识别海洋气团特征及沿海城市大气受到海洋气团的影响方式与程度,为评价沿海城市空气环境质量提供科学依据。以青岛市为例,收集大气气溶胶样品中放射性核素~(210)Pb、40K数据及采集时段当地大气颗粒物数据;分析~(210)Pb活度浓度与气溶胶颗粒物浓度变化;对当地当时大气气团进行溯源分析。研究表明:(1)研究期间青岛沿岸地区2015年4月至2016年6月与2016年6月至2017年6月大气污染特征显著不同,前者~(210)Pb活度浓度与污染颗粒物浓度显著相关,而后者~(210)Pb活度浓度与污染颗粒物无相关关系;(2)穿越海洋的陆地气团呈现出高活度浓度、低颗粒物浓度的特征;来自海洋气团的气溶胶呈现出低活度浓度、低颗粒物浓度的特征;(3)海洋气团气溶胶中~(210)Pb活度浓度较低。临近大陆的海洋(黄海、东海)上层大气受到大陆气团的影响,其海洋气团的特征有所减弱。~(210)Pb活度浓度、颗粒物浓度(PM2.5)可作为判断海洋气团的指标,识别"来自海洋的气团"与"经过海洋的气团"。     

颗粒粒径和水溶液性质对多孔介质渗透性的影响

水化膜厚度对多孔介质渗透性的影响已为人们所认知,很多文献对此进行了定性的阐述,但这方面的量化研究至今尚处空白。本文首先总结了不同领域有关水化膜厚度的研究成果,确定不同水溶液环境中水化膜厚度的范围在0~200nm,并在此基础上,模拟计算了水化膜厚度对不同粒径球体多孔介质渗透性的影响。为验证模拟结果,试验选用平均粒径分别为8.86(S1)和1.67μm(S2)的2种玻璃微珠进行渗透试验,利用变水头渗透仪,测定不同浓度NaCl和CaCl2溶液在S1和S2样品中的渗透系数。试验结果表明,水化膜对多孔介质渗透性影响显著,在水化膜厚度为75.4~79.4nm的淡水环境中,S1样品的渗透系数为(12.07~12.61)×10-8 m/s,而S2样品的渗透系数仅为(2.05~2.28)×10-8 m/s;水化膜厚度的变化对渗透性也有显著影响,5%NaCl溶液中,水化膜厚度被压缩至60.6nm,从而导致S1样品的渗透系数由12.07×10-8 m/s升高至13.15×10-8 m/s,S2样品的渗透系数则由2.28×10-8 m/s升高至3.91×10-8 m/s;5%CaCl2溶液中,水化膜厚度被压缩至32.4nm,从而导致S1样品的渗透系数由12.61×10-8 m/s升高至15.55×10-8 m/s,S2样品的渗透系数则由2.05×10-8 m/s升高至8.86×10-8 m/s。     

栉江珧解剖卵的体外促熟研究

本研究探讨了在不同浓度或不同处理时间下氨海水、5-羟色胺、多巴胺和维生素对栉江珧(Atrina pectinata)解剖卵的促熟作用。通过体外浸泡的方法处理栉江珧卵母细胞使其成熟,并完成人工授精。研究表明:浓度0.008%~0.014%的氨海水处理40~60min可显著提高栉江珧解剖卵的生发泡破裂率和受精率(P0.05),且胚胎的畸形率较低,栉江珧解剖卵的促熟效果最好;而5-羟色胺、多巴胺和维生素对栉江珧解剖卵的体外促熟的效果不明显。通过人工授精、早期胚胎发育观察,本研究阐明了栉江珧卵子的最佳促熟条件,得到了育苗生产所需的幼虫量,为确立栉江珧人工育苗技术提供了基础资料。     

辽东湾海底铁、锰的氧化还原过程及化学成岩作用

于1988年6—7月在辽东湾进行了调查,对其沉积物间隙水中Fe~(2+),Mn~(2+)及有关参数的测定结果及相关分析表明,铁、锰平面与垂直分布类型的不同是由于Fe~(2+),Mn~(2+)氧化还原速率、扩散速度及控制体系不同的综合结果,得出Fe(Ⅱ,L)+S_2~(2-)→FeS_2(s)和Mn(Ⅳ,s)→Mn(Ⅱ,L)是控制辽东湾间隙水中Fe~(2+),Mn~(2+)浓度的主要体系,并用氧化还原界面层的一种简单模式讨论了铁、锰转移与其浓度-深度分布形状的关系。本文还应用Fick第一定律直接计算了沉积物-海水界面间铁、锰扩散转移通量。