海洋养殖环境微生物多样性及其作用

微生物是海洋养殖环境和海洋牧场生态系统中的关键环境因素之一，在牧场环境的物质循环、水质保障、饵料供应、水产健康等方面起重要作用，是营造海洋牧场环境且影响其可持续发展的重要因素。主要围绕海洋养殖环境中的病原微生物以及有益微生物两方面，概述了我国海洋养殖环境常见的病原性细菌、真菌、病毒以及相应的病害防治措施等，并介绍了海洋养殖环境中能够改善海水养殖环境，包括降低水体氨氮含量、降解水体硫化物、抑制赤潮藻类的生长等以及直接促进海水养殖生物生长的有益功能微生物类群。目前，我国关于海洋牧场环境营造过程中微生物的研究仍很少，而与海洋牧场环境有一定相似性的海水养殖环境中微生物的研究较为成熟，其对海洋牧场环境健康营造有很好的启示。海洋水产养殖环境中微生物的新功能菌种的发现、作用机制以及功能菌应用等方面的深入研究将会对我国大力推进海洋牧场建设起到重要的作用。     

基于复合生态系统理论的海洋生态监控区区划指标框架研究

海岸带是海陆生态系统的交错带,其生态系统对社会经济发展和全球变化敏感、脆弱。随着沿海各省市新一轮开发规划的实施,近岸海域生态环境面临巨大压力,海洋生态管理面临着新的经济、环境问题,海洋生态监控区需要进行适应性调整。海洋生态监控区,指依据海洋生态特征和问题冲突特点而确定的、通过生态监测和评价而提出的用于保护管理和开发利用调控的海洋区域。海洋生态监控区是基于生态系统的海洋管理的重要手段,是海洋生态系统管理的重要基础。基于复合生态系统理论,从自然视角、经济视角和社会视角3个方面深入分析了海洋生态重要性区域的内涵,并结合生态社会与生态系统服务描述了海洋生态监控区内涵;结合沿海社会经济发展新趋势和海洋生态系统管理需要,从管理学、生态学、管理对象及管理实施等方面探讨了海洋生态监控区区划的原则;分析了影响海洋生态监控区的主要因素,结合近岸海域生态系统主要服务功能,构建了区划指标体系,包括自然环境、生态系统和社会经济和三大方面14个指标。     

气候变化条件下全氟化合物对海岸带可持续发展的影响及管控策略

海岸带生态系统为人类提供了食物、水等丰富的物质以及文化、休闲等生态系统服务。但由于全氟化合物等污染物的排放和气候变化的影响,海岸带地区环境日益恶化、资源枯竭、极端气候灾害加剧。这些问题直接导致了海岸带水质下降、近海生物多样性减少、生物群落结构变化,海岸带生态系统可持续发展受到影响。全氟化合物在自然环境中难以降解,会沿食物链在生物体内累积和放大进而对人类健康造成风险。随着氟化工产业在我国的快速发展、新型全氟化合物的不断更替以及气候变化的加剧,全氟化合物对海岸带生态的影响面临着极大的不确定性。为了更好地服务海岸带生态系统的可持续发展,目前仍需要加快完善立法保障,在全国范围内对全氟化合物进行监测;将海洋与陆地作为一个有机整体,统筹陆地影响和海岸带管控,严格控制污染物的排放。     

陆源人类活动对近海生态系统的影响

随着海岸带快速城市化和经济发展,人类活动对近海生态系统的影响日益增加。通过对国内外大量相关文献的分析和与国际专家的研讨,分别从海洋资源开发、海岸带城市化和环境变化等几个方面概述了陆源人类活动对近海生态系统的影响。目前陆源人类活动导致近海生态系统出现的主要问题有:海洋生物资源过度捕捞、海岸带富营养化、海洋酸化、珊瑚礁退化、海洋垃圾、以及海岸带矿产开采等高强度开发活动引发的重金属和持久性有机污染物污染等。这些问题会直接导致海洋生物群落结构变化、影响水质、降低海洋生物多样性,最终影响海洋生态系统服务功能,威胁海洋生态系统健康。这些问题的根源多来自陆地,必须将海洋和陆地作为一个有机整体,整合海陆系统相互作用的科学计划,推进海洋资源和近海生态系统的可持续管理。     

海洋可持续发展目标与海洋和滨海生态系统管理

海洋和海岸带可以为人类提供多种生态系统服务,保护与持续利用海洋资源以促进海洋和海岸带可持续发展已被正式纳入联合国可持续发展目标。实施海洋可持续发展目标面临几大挑战,包括如何减小陆基人类活动的影响、加强海岸带的综合管理、提高海洋资源效率、适应气候变化和提高沿海居民的人类福祉等。为应对这些挑战,需要将海洋和海岸带融合为一个大型生态系统,利用基于生态系统的管理方法,综合考虑各个部门和多种胁迫因素的累积影响,通过建立综合的海洋观测体系,合理划分海洋功能区,按照海洋环境承载力限制陆基人类活动,合理配置并有效利用海洋资源,提升海洋和海岸带生态系统的整体服务功能,从而进一步推进实施海洋可持续发展目标。     

基于地理探测器的河南省植被NDVI时空变化及驱动力分析

植被作为陆地生态系统的主体,能够有效反映全球或区域尺度下的生态环境变化状况。分析植被覆盖时空动态变化特征及驱动力因素,对区域生态系统可持续发展具有重要意义。本文利用归一化植被指数(NDVI)作为指标,研究2000—2019年河南省植被时空动态变化特征,基于地理探测器模型分析河南省植被的空间异质性及其驱动力,并通过Hurst指数分析植被的未来趋势。结果表明：2000—2019年河南省NDVI整体呈现波动上升趋势,增长速度为0.016 10 a^-1,其中2009—2019年增长速度减缓并出现减小趋势;土壤类型、土地利用类型、GDP和人口密度4类因子对NDVI空间分布的影响程度最大;单一因子影响力均低于任两个因子的交互解释力,其中,自然和人为因子的交互作用对NDVI空间分布有明显的影响;由Hurst指数分析发现,河南省未来NDVI变化呈现反可持续性特征,Hurst指数<0.5区域占整个研究区域的植被覆盖度百分比为58.3%,整个研究区未来主要呈现下降趋势。     

基于陆海统筹的九龙江-厦门湾海岸生态过渡带综合监测体系构建

海岸带是陆地和海洋之间的生态过渡带,生态保护和开发利用矛盾突出。而生态与环境监测是海岸带环境污染治理与生态保护的重要基础,是海岸带可持续发展的关键。在分析目前海岸带监测存在的问题基础上,以九龙江-厦门湾为研究对象,通过遥感和生物监测、标准衔接、采样和分析仪器以及在线监测系统研发等技术集成,构建了从污染源、环境质量到生态系统以及景观层次的一体化综合生态监测体系。该体系基于常规监测,建立了基于生态系统的河流-河口（近海）生物、水体和沉积物的生态环境一体化监测;探索制定了适用于九龙江河口不同盐度区的营养盐基准/标准系列推荐值;基于营养盐污染入海总量控制目标,构建了河流入海污染物通量在线监测系统;通过遥感监测和实地调查相结合,实现了从关键生态系统到景观的海岸带综合生态监测。基于综合监测体系,构建了兼顾陆海的河口湾区域生态安全评价指标体系,实现区域生态系统可持续发展或生态安全的动态评价。因此,通过上述系统的集成,成功实现了从陆域（流域）到河口（近海）一体化综合生态监测,可为海岸带地区的生态质量改善、污染防治、主要污染物排放总量控制、生态安全评价、生态保护与修复等提供科学支撑。     

基于土地利用变化和生态系统服务的海岸带生态安全综合评价——以胶州湾为例

以土地利用为主的陆域开发活动能改变近海环境质量,并影响和改变原有海岸带生态系统服务功能的供给模式,对海岸带生态安全产生一定的负面影响.目前在海岸带生态系统研究领域较多采用陆地生态系统研究模式,未能真正体现海岸带作为海陆结合的独立的环境体系的特点,并缺乏对陆域活动驱动与生态系统服务功能响应和生态安全实现之间复杂关系的科学解释.本研究基于海岸带生态系统服务的空间异质性和流动性特点,以“土地利用变化(LUCC)-生态系统服务(ES)-生态系统安全”为研究主线,构建海岸带生态安全评价模型,探讨以土地覆被变化为主的陆域活动对海岸带生态系统服务功能和区域生态安全的影响机理及其时空变异规律.从模型的评价结果上看,作为生态安全系统中主要压力表征的胶州湾陆域土地利用变化,与相应海域内的生态系统服务状况和生态安全状态呈现出一定的相关性和趋势性.随着环胶州湾地区城市化进程中大量用地流转为城乡建设用地,胶州湾中相应海域的生态系统服务状态下降,进而带来该海域生态安全状态恶化.本文所提出的基于压力-状态-响应(PSR)框架的海陆结合的生态安全评价模型,以探讨陆域活动对海岸带生态系统服务功能和区域生态安全的影响及其时空变异规律为目的,可以克服目前研究中只关注陆域部分而忽视陆域活动与海域部分之间的联系和相互影响的缺陷,对海岸带生态安全评价研究具有一定的改进作用.     

长江流域景观格局与生态系统水质净化服务的关系

流域景观格局通过影响生态过程,改变进入河流污染物的数量,进而对水质净化服务产生重要影响,探讨流域景观格局对水质净化服务的影响对于流域景观规划、生态系统保护和生态系统服务提升具有重要意义。以长江流域为研究区域,在分析45个子流域景观格局特征、应用In VEST模型评估流域水质净化服务基础上,探讨了两者的关系,结果表明:①景观组成上,长江流域农田和城镇面积比例分别与生态系统水质净化服务存在显著对数关系(P0.01),森林面积比例则与之呈极显著正相关关系(P0.01);②流域景观配置上,斑块密度和景观破碎度与水质净化服务呈显著负相关(P0.01),而平均斑块面积和形状规律相反(P0.01);③斑块类型水平上,森林平均斑块面积、灌丛/湿地平均斑块形状与生态系统水质净化服务呈显著正相关(P0.01),而农田平均斑块面积/边缘密度、城镇斑块密度则与之呈显著负相关(P0.01);④森林主导景观的子流域,仅有景观破碎度与生态系统水质净化服务呈显著负相关,而农田主导景观的子流域,景观蔓延度、香农多样性与其分别呈正相关(P0.01)。研究结果可以为长江流域生态系统水质净化服务的提升提供多途径的管理信息:流域景观尺度上,增加森林面积比例、控制农田与城镇面积比例,并减少景观破碎度而增加平均斑块形状复杂性;斑块类型水平上,可增加灌丛/湿地斑块形状复杂性,减小农田边缘密度和城镇斑块密度;森林主导景观的子流域应降低景观破碎度,以农田主导景观的子流域则应该增加斑块类型丰富度和团聚程度。研究也可为其他流域水质净化服务管理提供参考。     

泸沽湖生态系统格局变化及其驱动力

运用遥感影像与地理信息系统技术结合,采用生态系统信息分类提取方法和景观指数方法对1990年至2015年泸沽湖风景区生态系统构成与格局变化进行分析,并进一步探析引起各类生态系统变化的驱动力因素,为泸沽湖风景区进一步生态与环境规划提供科学和理论依据。25年间,泸沽湖风景区内主要生态系统类型可分为农田、森林、草地、水域和人居环境等五类生态系统,1990年至2005年,主要表现为农田、森林、草地3个生态系统之间相互转化;2005年至2015年,主要表现为森林、草地、水域生态系统整体流向农田、人居环境系统。总体上泸沽湖景观破碎化与复杂程度呈下降趋势,连通性和整体性逐渐增强,但各生态系统类型之间比例差异增大。农田生态系统变化的主要驱动力是政策导向;森林与草地生态系统变化的主要驱动力是退耕还林还草工程与人类活动;水域生态系统变化主要驱动因素是湿地造林与人类活动入侵;人居环境系统变化的主要驱动因素为人类用地需求的增涨。针对泸沽湖生态系统变化存在的问题提出了相应的规划建议。     

A review of methods for analysing spatial and temporal patterns in coastal water quality

Coastal environments contain some of the marine world's most important ecosystems and represent significant resources for human industry and recreation. Water quality in the coastal environment is extremely important for a number of reasons from the protection of marine organisms and the well being of marine ecosystems to the health of people in the region and the safety of industries such as aquaculture. As a result it is essential that environmental health in coastal environments is monitored. Traditional monitoring methods include assessment of biological indices or direct measurements of water quality, which are based on in situ data collection and hence are often spatially or temporally limited. Remote sensing imagery is increasingly used as a rich source of spatial information, providing more detailed coverage then other methods. But the complexity of information in the imagery requires new analysis techniques that allow us to identify the components and possible causes of spatial and temporal variability.This paper presents a review of methods to analyse spatial and temporal variations in remote sensing data of coastal water quality and discusses and compares these methods and the outcomes they achieve. Selected techniques are illustrated by using a sample dataset of MODIS chlorophyll-a imagery. We consider classification methods (cluster analysis, discriminant analysis) that may be used in exploratory, confirmatory and predictive ways, methods that summarize and identify patterns within complex datasets (factor analysis, principal components analysis, self-organizing maps), and techniques that explicitly analyse spatial relationships (the semivariogram and geographically weighted regression). Each technique has a different purpose and addresses different questions. This review identifies how these methods can be utilized to address water quality variability in order to foster a wider application of such techniques for coastal water quality assessment and monitoring.     

大亚湾水质遥感监测指标分析

我国沿海经济高速发展,对近海岸水质环境影响极大。传统的近海岸水质监测手段不仅成本大,而且空间信息有限,难以对相关海域进行全面、准确的监测与评价;利用遥感的手段进行近海岸水质监测可克服这些局限。利用遥感进行水质评价,需要建立相应的指标体系。论文以大亚湾为例,分析了大亚湾的水质环境现状,讨论了具有光学敏感性或热敏感性的水质因子特性,指出水温、悬浮物及叶绿素是大亚湾水质遥感监测与评价的首选指标。讨论了悬浮物、叶绿素的污染表征物特征,以及在近海岸、湖泊及河流水质研究中的重要指示意义,同时建议将叶绿素作为常规监测指标纳入我国海水水质评价体系。     

基于耦合模型和遥感技术的江苏中部海岸带生态系统健康评价

以生态系统健康理论为基础,从资源环境、景观生态、人类活动3个方面,按活力、组织力和恢复力3个子系统选取了10个代表性指标,构建了遥感技术支持下的海岸带陆域生态系统健康评价指标体系,并耦合TOPSIS模型和VOR生态系统健康度量模型对江苏中部海岸新洋港至川东港岸段进行了应用评价。研究结果表明:江苏中部海岸生态系统健康状态处于健康和良好的区域占27.62%,一般占60.94%,较差和差占11.44%,整体生态健康状况中等偏好。从地物类型和空间分布来看,斗龙港至四卯酉河岸段以滩涂植被、农田和围海养殖区为主,植被和水体对气候调节有积极作用,整体生态健康状况良好;四卯酉河至王港岸段由于大丰港建设,港区陆域植被覆盖率低、热岛效应强,建筑将原本连通的自然景观隔断,导致斑块数量增多,斑块面积减小,加剧了景观破碎化,对原有海岸带生态系统产生一定的破坏,生态健康状况相对较差;此外,新洋港至斗龙港岸段以及川东港岸段以自然保护区湿地为主,植被覆盖度高,人为干扰程度小,生态健康状况也较好。由于该耦合模型评价方法直接基于遥感监测数据,且无需赋予指标权重,因此研究结果相对更加客观,更能反映海岸带生态系统的实际健康状况。     

IMOS National Reference Stations: A Continental-Wide Physical,Chemical and Biological Coastal Observing System

Sustained observations allow for the tracking of change in oceanography and ecosystems, however, these are rare, particularly for the Southern Hemisphere. To address this in part, the Australian Integrated Marine Observing System (IMOS) implemented a network of nine National Reference Stations (NRS). The network builds on one long-term location, where monthly water sampling has been sustained since the 1940s and two others that commenced in the 1950s. In-situ continuously moored sensors and an enhanced monthly water sampling regime now collect more than 50 data streams. Building on sampling for temperature, salinity and nutrients, the network now observes dissolved oxygen, carbon, turbidity, currents, chlorophyll a and both phytoplankton and zooplankton. Additional parameters for studies of ocean acidification and bio-optics are collected at a sub-set of sites and all data is made freely and publically available. Our preliminary results demonstrate increased utility to observe extreme events, such as marine heat waves and coastal flooding; rare events, such as plankton blooms; and have, for the first time, allowed for consistent continental scale sampling and analysis of coastal zooplankton and phytoplankton communities. Independent water sampling allows for cross validation of the deployed sensors for quality control of data that now continuously tracks daily, seasonal and annual variation. The NRS will provide multi-decadal time series, against which more spatially replicated short-term studies can be referenced, models and remote sensing products validated, and improvements made to our understanding of how large-scale, long-term change and variability in the global ocean are affecting Australia''s coastal seas and ecosystems. The NRS network provides an example of how a continental scaled observing systems can be developed to collect observations that integrate across physics, chemistry and biology.     

空间信息技术与深远海渔业资源开发

深远海渔业资源作为人类食用的优质蛋白来源,其开发受到各渔业国家的重视。以卫星遥感、地理信息系统等为代表的空间信息技术已经在海洋渔业中得到较为广泛的应用,主要包括卫星遥感渔场环境监测及渔情分析预报、鱼类洄游路径的监测、渔船作业位置的分布与监测等。针对深远海渔业资源的捕捞开发,重点综述了空间信息技术在深远海渔业资源开发中应用的现状以及应用前景分析。     

Remote sensing for lake research and monitoring – Recent advances

Lakes are important ecosystems providing various ecosystem services. Stressors such as eutrophication or climate change, however, threaten their ecological functions. National and international legislations address these threats and claim consistent, long-term monitoring schemes. Remote sensing data and products provide synoptic, spatio-temporal views and their integration can lead to a better understanding of lake ecology and water quality. Remote sensing therefore gains increasing awareness for analysing water bodies. Various empirical and semi-analytical algorithms exist to derive remote sensing indicators as proxies for climate change or ecological response variables. Nevertheless, most monitoring networks lack an integration of remote sensing data. This review article therefore provides a comprehensive overview how remote sensing can support lake research and monitoring. We focus on remote sensing indicators of lake properties, i.e. water transparency (suspended particulate matter, coloured dissolved organic matter, Secchi disc depth, diffuse attenuation coefficient, turbidity), biota (phytoplankton, cyanobacteria, submerged and emerged aquatic vegetation), bathymetry, water temperature (surface temperature) and ice phenology (ice cover, ice-on, ice-out). After a brief background introducing principles of lake remote sensing we give a review on available sensors and methods. We categorise case studies on remote sensing indicators with respect to lake properties and processes. We discuss existing challenges and benefits of integrating remote sensing into lake monitoring and ecological research including data availability, ready-to-use tools and accuracies.     

基于遥感的湿地景观格局季相分析

以中国东北地区三江平原北部为研究区域,利用2012年多季相遥感影像作为数据源,结合野外调查数据,应用面向对象的分类方法,根据影像的物候、时相等特征,提取不同月份的湿地信息,进行景观格局季相分析。结果表明:(1)研究区湿地面积、类型格局在同一年不同季节不同月份会有不同幅度的变化,总体呈现缓增骤减的态势。湿地主要分布在低洼地区,主要湿地类型为草本沼泽,其次为河流,其他湿地占总面积比例较小。(2)研究区各阶段湿地都有转化,主要发生在湿地和非湿地之间,多数表现在草本沼泽和草地之间的转化。(3)湿地分布和湿地转化面积主要集中在低海拔区域和低坡度区域,其中海拔100 m和坡度5°以下范围内的湿地分布面积和湿地转化面积占湿地总面积及湿地转化面积的绝大部分。(4)年内季节性湿地转化与降水、温度和湿地植被物候关系密切。     

Real-time remote monitoring of water quality: a review of current applications, and advancements in sensor, telemetry, and computing technologies

Recent advances in communication and sensor technology have catalyzed progress in remote monitoring capabilities for water quality. As a result, the ability to characterize dynamic hydrologic properties at adequate temporal and spatial scales has greatly improved. These advances have led to improved statistical and mechanistic modeling in monitoring of water quality trends at local, watershed and regional scales for freshwater, estuarine and marine ecosystems. In addition, they have greatly enhanced rapid (e.g., real-time) detection of hydrologic variability, recognized as a critical need for early warning systems and rapid response to harmful algal bloom events. Here, we present some of the landmark developments and technological achievements that led to the advent of real-time remote monitors for hydrologic properties. We conclude that increased use and continuing advancements of real-time remote monitoring (RTRM) and sensing technologies will become a progressively more important tool for evaluating water quality. Recent engineering and deployment of RTRM technologies by federal and state regulatory agencies, industries, and academic laboratories is now permitting rapid detection of, and responses to, environmental threats imposed by increased nutrient loadings, development of hypoxic and anoxic areas, toxicants, and harmful algal bloom outbreaks leading to fish kill events and potential human health impacts.