海水痕量元素——有机配体的配分特征与影响因素研究进展

在痕量元素的海洋生物地球化学循环过程中,有机配体直接控制痕量元素在不同形态及粒径范围内的分配,进而影响痕量元素的迁移转化过程和生物可利用性。深入研究海水中痕量元素-有机配体的配分特征及影响因素,明确有机配体分子量组分及其对痕量元素的配合作用差异,对于了解痕量元素的生物地球化学行为,评估痕量元素的生物可利用性和毒性效应均具有十分重要的意义。对海水中痕量元素-有机配体的分布规律、配分特征及盐度、pH、氧化还原条件和生物活动对配体的影响进行了系统总结。海水中的有机配体一般以低分子量部分为主体,配合能力因元素性质差异存在随分子量增加而提高或降低的不同趋势。除此之外,有机配体的结构、配合能力及分子量分布随水体各物理化学参数的变化而改变。盐度的增加会降低有机配体相邻官能团的静电排斥力从而降低配体的配合能力,还会导致高分子量金属有机配合物发生絮凝和降解而去除。pH的增加不仅可以促使有机配体离子化,还能促进部分痕量元素水解为与有机配体亲和力更高的形式,提高有机配体配合率。氧化还原环境同时影响了痕量元素的价态和有机配体的浓度,间接影响痕量元素-有机配体的配合率。浮游植物利用及微生物分解可以增加低分子量有机配体的比例,从而提高其配合能力,但当生物遭受过量金属离子的毒性胁迫时,其细胞内会释放胞内配体,将致毒元素转化为配合物并排出体外,从而增加水体中痕量元素高分子量有机配体的浓度。未来应结合有机物结构分析技术及痕量元素分离检测技术,系统研究海洋环境中不同分子量有机配体的结构及与痕量元素配合强度的相互关系,进一步揭示痕量元素的迁移转化过程与生态学意义。     

Changes in nitrogen and phosphorus and their effects on phytoplankton in the Bohai Sea

Systematic studies of the changes in dissolved inorganic nitrogen (DIN) and dissolved inorganic phosphorus (DIP) and their effects on phytoplankton over the last 30 years in the Bohai Sea are presented. The amount of sewage disposal, use of fertilizer and the Huanghe River runoff were found to have a significant influence on the DIN or DIP concentrations in the Bohai Sea over the last 30 years. Moreover, the changes in DIN and DIP resulted in changes in the limiting nutrients of phytoplankton in the Bohai Sea from nitrogen in the early 1980s to nitrogen-phosphorus in the late 1980s, and then to phosphorus after the 1990s. In addition, changes in nitrogen and phosphorus had a significant effect on the phytoplankton community structure. The half saturation constant (K _s) was used to evaluate the effect of nutrients on the phytoplankton community structure in the Bohai Sea over the last 30 years. Cell abundance percentages of dominant phytoplankton species with high K _s values for phosphorus and low K _s values for nitrogen have decreased since the 1980s, while those of dominant phytoplankton species with low K _s values for phosphorus and high K _s values for nitrogen increased during this period.     

海底溢油的归宿及输移扩散行为

随着全球经济发展对石油资源需求的急剧增加,海洋石油开发业蓬勃发展。海上石油设施增多,突发性的海底油气管道破损泄露、油气井井喷、平台或钻井装置倾覆等造成的石油泛滥事故与日俱增,平均每年有10万吨以上的石油溢入海洋中,使得海上石油污染日趋严重,严重威胁着海洋的生态平衡,不仅对渔业捕捞、水产养殖和海水综合利用造成了巨大的经济损失,而且对海洋环境和海洋生物资源造成了严重的危害和影响。研究证实,海洋石油泛滥对海洋生态环境的破坏所造成的经济损失,远远超过其直接的经济损失。     

中国边缘海海洋沉积生态环境反演中的生物标志物

中国边缘海是海—陆—气圈进行物质和能量交换最活跃的海域之一,重建中国边缘海海洋生态环境演变对深入探析人类活动和气候变化的耦合作用意义重大,海洋沉积物生物标志物为定性/定量揭示海洋生态环境演变提供有效手段,可为预测人类活动影响下的海洋生态环境演变趋势提供科学支撑。本文总结归纳目前海洋沉积物中常用的古菌、细菌和真核来源生物标志物在海陆来源、化学结构、分布规律与功能等方面的特征,分析了不同生物标志物类型在重建海洋温度、酸碱度、氧化还原环境和浮游植物演变过程中的应用状况,剖析了多参数生物标志物在重建中国边缘海生态环境演变中存在的问题。总体而言,利用生物标志物重建中国边缘海生态环境演变的研究大多还停留在定性描述水平;由于对生物标志物母源生物及其适应机制认识不足会导致对生物标志物指标的解译存在偏差,进而影响海洋环境重建结果的准确性;此外,多种重要海洋环境演变参数并未建立起有效的生物标志物指标。未来的海洋生态环境重建研究应从结合新技术新方法厘清生物来源,整合大数据分析方法构建有更精确对应关系的校正公式以实现定量反演和准确预测,同时结合功能微生物群落筛选出更具独特性的新型生物标志物等方面开展研究。     

黄河三角洲典型潮汐湿地碳、氮、磷生物地球化学特征

选择位于黄河三角洲的广饶潮汐湿地为研究对象,对比了在不同的植被覆盖和水文条件下潮汐湿地土壤碳、氮、磷元素的垂直分布及生态化学计量学特征。结果表明,在芦苇(Phragmites australis)覆盖下的GRA2区域沉积物总有机碳(TOC)和总氮(TN)含量明显高于碱蓬(Suaeda salsa)覆盖下的GRA1区域。GRA1柱样TOC含量均值为1.798 mg/g,而GRA2柱样则为3.109 mg/g。GRA1柱样的TN含量范围在0.108~0.213 mg/g,均值为0.165 mg/g,而GRA2柱样TN含量范围则为0.307~0.473 mg/g,均值为0.353 mg/g。总体上,总磷(TP)含量的变化水平相对于TOC和TN来说较大,其垂直变异系数较高。而与TOC和TN相反的是,GRA2柱样中TP含量均值为0.298 mg/g,低于GRA1的0.388 mg/g,这可能跟GRA2区域芦苇的生长比碱蓬需要吸收更多的P元素有一定关系。研究区域沉积物C、N、P元素生态化学计量学比值普遍较低。相对较高的C/N值,较低的C/P值和N/P则显示黄河三角洲潮汐湿地的生物地球化学过程可能更多地受营养元素N和P等的限制,而前者可能是主要限制因素。本研究可为滨海湿地对全球碳和氮的储存提供基础数据,为滨海湿地可持续发展的管理和保护提供科学依据。     

细菌藿多醇的环境指示作用及其在海洋生态环境重建中的应用

细菌藿多醇（Bacteriohopanepolyols,BHPs）是细菌细胞膜中高度结构变异的五环三萜类化合物,易保存且受成岩作用影响较小,广泛分布于陆地和海洋环境中。BHPs作为一种新型微生物标志物,由于其细菌来源专属性和环境专属性,近年来已在示踪有机质来源、环境演变过程以及反演古环境方面表现出巨大的应用潜力。本文系统分析了近年来全球土壤、沉积物和海水中BHPs的组成、分布和来源,发现热带和温带区域中BHPs的多样性和含量通常高于寒带区域,且由土壤、河流、近海到外海海域逐渐降低。探讨了土壤标志物BHPs、细菌霍四醇同分异构体（BHT- Ⅱ）和35- 氨基霍多醇在有机质来源、缺氧环境、厌氧氨氧化和甲烷氧化活动方面的环境指示作用及在海洋生态环境重建中的应用,以期为示踪海洋生态环境变化提供新指标和新途径。     

渤海湾百年来沉积物Li/Ba 和Rb/Sr 协同变化的地球化学特征与环境指示作用

通过对渤海湾两根柱状沉积物中Li、Rb、Sr、Ba以及Li/Ba和Rb/Sr的系统研究,阐明了百年来沉积物中Li、Rb、Sr、Ba的垂直变化特征,发现了在不同年代沉积物中Li/Ba和Rb/Sr具有的协同变化规律,揭示了沉积物Li/Ba和Rb/Sr作为近海区域性环境演变可能的指示作用。结果表明,在0~20 cm沉积层间,Li、Rb在A2和A6柱中均有随深度增加而增加的趋势,Sr和Ba随着深度的增加而降低;近百年来,渤海湾沉积物A2和A6柱中Li/Ba和Rb/Sr垂直变化表现出惊人的协同变化特征,Li/Ba和Rb/Sr在近河口的A2柱中,基本呈现随深度的增加而增加的趋势,而在远离河口区域的A6柱中,其结果是0~15 cm段(1963~2008年),Li/Ba和Rb/Sr随深度的增加而增加,15 cm以下(1900~1963年)则基本稳定,在海洋过程作用下该区域沉积物Li/Ba和Rb/Sr变化发生在45 a时间段内;沉积物中Li/Ba反映沉积物从河流进入海湾沉积过程中的变化,Rb/Sr反映来源沉积物的化学风化历史并指示来源区的气候环境变迁过程。A2沉积柱的20~22 cm(20世纪30年代)和10~12 cm(20世纪60年代),Li/Ba出现极小值,与1939年和1963年的海河流域大洪水相契合,在0~12 cm段,两柱样Rb/Sr随着深度的降低有明显减小的趋势,对应20世纪70年代初至2008年这一区域百年来气温升高并持续高温的时段。     

长江口及邻近海域沉积物中四醚脂类的来源及其对底层溶解氧指示作用探究

甘油二烷基甘油四醚(glycerol dialkyl glycerol tetraethers,GDGTs)作为一种重要的膜脂化合物,广泛存在于海洋水体和沉积物中。基于GDGTs对温度的敏感性, TEX₈₆(Tetra Etherinde Xoftetraethers consisting of 86 carbons)指标被广泛用于海洋古温度重建。然而,研究表明GDGTs母源生物古菌也会受到环境中溶解氧(DO)变化的影响,进而影响其膜脂组成,但边缘海DO对GDGTs组成的影响仍不清楚。本文研究了夏季长江口及其邻近海域颗粒物与表层沉积物中GDGTs的含量与组成,探讨了表层沉积物中GDGTs的来源及其组成对底层DO的响应。结果表明,长江口及其邻近海域颗粒物GDGTs的含量随水深的增加而增加,同时表层沉积物中的GDGT-2/GDGT-3和GDGT-0/Cren比值均与底层颗粒物相近,表明沉积物中GDGTs主要来源于底层颗粒物的沉降输入。进一步对受陆源有机质输入影响较小的站位研究发现有机质来源BIT(Branched and Isoprenoid Tetractter)指...     

长江口邻近海域海水pH的季节变化及其影响因素

基于对2015—2016年长江口邻近海域现场调查数据的分析,探讨了其海水pH的季节变化和影响因素。结果表明:长江口邻近海域四季pH在7.76—8.32之间,其中夏季最高,秋季最低;夏季具有明显的分层现象,冬季水体pH垂直分布相对均一。长江冲淡水对长江口邻近海域水体pH的影响是局域性的。浮游植物光合作用是影响春、夏、秋季海水pH区域分布的重要过程。春、冬季节表层海水pH分布受海-气界面CO2交换的影响较大。温度、生物作用及长江冲淡水扩展是导致长江口邻近海域表层海水pH季节变化的主要因素。     

胶州湾的生态环境演变与营养盐变化的关系

作为我国人为影响海洋研究与海洋学基础研究的典型海域,胶州湾历经90年的科学调查和研究,获得了系统的对胶州湾海洋学的认识。本文总结归纳了近年来胶州湾的生态环境变化状况、营养物质输入以及百年来生态环境演变的主要结果和结论。近年来,胶州湾海水呈现“高氮-低磷-低硅富营养化”状况较明显,浮游生物生物量有增加的趋势,输入到胶州湾营养物质的量巨大,总溶解态氮的年输入通量为6 945.4 t/a,其中无机氮、有机氮分别为4 453.1 t/a,2 492.3 t/a。点源和河流是总溶解态氮的主要输入方式,分别占无机氮输入通量的39%和20%,有机氮输入通量的31%和41%。总溶解态磷的年输入通量为160.6 t/a,其中无机磷的输入略高于有机磷,二者分别为88.0 t/a,72.6 t/a。河流和点源是无机磷的主要输入方式,分别占无机磷输入通量的40%和30%,而对于有机磷而言,河流是其主要的输入方式,可占其输入通量的51%,而地下水和点源也分别占输入通量的24%和15%,这些大量输入的营养物质对胶州湾生态环境变化起了关键作用。胶州湾百年来经历了三个阶段的演变,20世纪70年代以前,胶州湾受人为影响很小,其化学要素水平基本呈现“背景值”且比较稳定,从20世纪80年代起,胶州湾明显受到人为活动的影响,其沉积物中的化学组分持续增加,直到20世纪90年代中到2000年达到高峰,2000年后,由于环保治理措施的加强,沉积物中的化学组分呈明显降低趋势,基本稳定在较低的水平。