Advances in understanding the impacts of global warming on marine fishes farmed offshore: Sparus aurata as a case study

Monitoring variations in proteins involved in metabolic processes, oxidative stress responses, cell signalling and protein homeostasis is a powerful tool for developing hypotheses of how environmental variations affect marine organisms' physiology and biology. According to the oxygen- and capacity-limited thermal tolerance hypothesis, thermal acclimation mechanisms such as adjusting the activities of enzymes of intermediary metabolism and of antioxidant defence mechanisms, inducing heat shock proteins (Hsps) or activating mitogen-activated protein kinases may all shift tolerance windows. Few studies have, however, investigated the molecular, biochemical and organismal responses by fishes to seasonal temperature variations in the field to link these to laboratory findings. Investigation of the impacts of global warming on fishes farmed offsore, in the open sea, can provide a stepping stone towards understanding effects on wild populations because they experience similar environmental fluctuations. Over the last 30 years, farming of the gilthead sea bream Sparus aurata (Linnaeus 1758) has become widespread along the Mediterranean coastline, rendering this species a useful case study. Based on available information, the prevailing seasonal temperature variations expose the species to the upper and lower limits of its thermal range. Evidence for this includes oxygen restriction, reduced feeding, reduced responsiveness to environmental stimuli, plus a range of molecular and biochemical indicators that change across the thermal range. Additionally, close relationships between biochemical pathways and seasonal patterns of metabolism indicate a connection between energy demand and metabolic processes on the one hand, and cellular stress responses such as oxidative stress, inflammation and autophagy on the other. Understanding physiological responses to temperature fluctuations in fishes farmed offshore can provide crucial background information for the conservation and successful management of aquaculture resources in the face of global change.     

The new record of the highest distribution altitude of cyprinid fishes in the world

Three specimens of Herzensteinia microcephalus (Cyprinidae: Schizothoracinae) were collected from the Chalaiburkun Chu, a headwater of Dri Chu of the southern tributaries of the Yangtze River. The sampling site is located at an altitude of 5,350 m above sea level in the North Slope of the Tanggula Mountain on the Qinghai-Tibet Plateau. This is a new highest distribution record of cyprinids, perhaps of all fishes in the world. This new altitude record increases approximate 150 m in vertical height than that in previous studies, which would largely expand the distribution area of H. microcephalus and its habitats. The distribution uplift of H. microcephalus might be an ecological response to recent glacial retreats on the Qinghai-Tibet Plateau. The data provide empirical evidence that climate change very likely has caused significant shifts in alpine fish distributions.     

不同施氮方式和施氮量对马尾松和木荷幼苗根系土壤细菌群落的影响

作为影响全球变化的主要因子之一,氮沉降对生态系统生物地球化学循环有重要的影响。细菌作为土壤生态系统物质循环的关键参与者,是土壤生态系统变化的敏感指标,在氮沉降对生态系统影响过程中发挥不可忽视的作用。模拟2种施氮方式(SAN:土表施氮,LAN:叶面施氮)和3种施氮量(5.6、15.6、20.6 g N m^-2a^-1),运用PCR-DGGE技术,分析不同施氮方式和施氮量对两种盆栽植物马尾松(Pinus massoniana Lamb.)和木荷(Schima superba Gardn.et Champ.)幼苗土壤细菌多样性和群落组成的影响。结果表明:不同氮添加方式下,土壤细菌多样性和群落组成对氮添加的响应不同,并受到季节的影响。在雨季,LAN处理木荷土壤细菌多样性高于SAN处理;而旱季,LAN处理两种幼苗根系土壤细菌多样性均高于SAN处理。LAN处理条件下,马尾松土壤AcidobacteriaGp1相对丰度在旱季和雨季均显著高于SAN处理(P<0.05)。在雨季,马尾松LAN处理土壤Alphaproteobacteria相对丰度显著低于SAN处理(P<0.05),旱季没有显著差异(P>0.05)。氮添加能够提高木荷土壤细菌多样性,提高马尾松土壤变形菌门的相对丰度。旱季施氮还能够提高马尾松土壤Actinobacteria相对丰度,降低木荷土壤酸杆菌门的相对丰度。土壤细菌群落变化与土壤pH显著相关(P<0.05),木荷土壤细菌群落还受到土壤NH+4-N含量的显著影响(P<0.05)。     

增温对冻土区泥炭沼泽土壤孔隙水甲烷关联微生物和溶解性有机碳的影响

多年冻土区泥炭沼泽土壤孔隙水甲烷关联微生物及底物的研究有助于深入理解气候变化背景下寒区湿地生态系统甲烷循环过程。选取大兴安岭连续多年冻土区柴桦-泥炭藓和狭叶杜香-泥炭藓两种典型植被群落泥炭沼泽,设置开顶箱(Open Top Chamber,OTC)增温实验。于生长季(6月、7月、8月和9月)采集土壤孔隙水样品,对比分析OTC内外土壤孔隙水中产甲烷菌数量、甲烷氧化菌数量及溶解性有机碳(Dissolved Organic Carbon,DOC)浓度的动态变化特征,并探究土壤孔隙水甲烷关联微生物与DOC浓度的关系。结果表明:增温提高了生长季大兴安岭多年冻土区土壤孔隙水中产甲烷菌数量和DOC浓度,而对甲烷氧化菌数量的影响因月份而异。生长季柴桦-泥炭藓和狭叶杜香-泥炭藓泥炭沼泽土壤孔隙水中产甲烷菌数量的平均增加幅度分别为54.52%和44.97%,DOC浓度的平均增加幅度分别为34.16%和28.33%。增温使得生长季柴桦-泥炭藓和狭叶杜香-泥炭藓泥炭沼泽土壤孔隙水中甲烷氧化菌平均数量分别降低了46.20%和31.42%。一元线性回归分析结果表明,土壤孔隙水中DOC浓度可分别解释柴桦-泥炭藓和狭叶杜香-泥炭藓泥炭沼泽土壤孔隙水中产甲烷菌数量变化的29.00%和24.10%(P<0.01),而对两种植被群落下土壤孔隙水中甲烷氧化菌数量的影响并不显著(P>0.05)。     

增温增水对草地生态系统碳循环关键过程的影响

生态系统碳循环是生态系统过程的重要组成部分,对碳循环关键过程机理的研究有助于更好地理解生态系统过程。目前,气候变化（全球变暖、降水时空格局变化）对草地生态系统过程产生了重要的影响。综述了气候变化（温度和降水变化）对草地生态系统碳循环关键过程（植物生产力、植物物候、植物根系周转、生态系统呼吸和生态系统净碳交换）的影响,在此基础上指出了目前气候变化（温度和降水变化）控制试验研究的不足,并进一步提出了今后应该加强研究的方向。     

植被格局对土壤入渗和水沙过程影响的模拟试验研究

合理的植被格局能够提高土壤入渗性能和抗冲性,有效阻蚀减沙,平衡土壤保持与土壤水分保蓄二者关系,进而促进生态环境的改善。基于径流小区人工模拟降雨,研究了多种植被格局生物量密度（0、50%、100%）和分布方式（坡上分布、坡下分布、均匀分布）的土壤入渗、产流、产沙特征以及土壤储水量变化。结果表明：使用Philip模型、Kostiakov模型、Horton模型模拟坡面入渗过程,Horton模型的拟合结果最优。不同植被格局产流率的变化趋势基本一致,大体可分为两个阶段：初期阶段迅速增长,中后期阶段增长变缓并逐渐趋于稳定状态。产沙率的变化趋势随植被格局的不同而略有差异。相较于产流过程,产沙过程变化剧烈、规律性差。总体而言,降低生物量密度能够增加降雨期间的径流量（从19.21 mm到25.44-38.09 mm再到51.79 mm）和侵蚀量（从118.97 g/m²到237.57-597.90 g/m²再到1400.29 g/m²）,土壤水分得到更好的保蓄。从植被分布方式的角度来看,均匀分布的植被格局有利于更好地控制土壤侵蚀和径流,却促进了土壤水分的消耗。坡下分布的植被格局,例如植被过滤带的形式,能够最好地同时控制水土流失和土壤耗水。权衡考虑水土流失防治与土壤水分消耗,建议采用适宜密度（本研究为110 g/m²）且集中分布在出口附近的植被格局。     

增温对南亚热带森林土壤磷形态的影响及其对有效磷的贡献

磷(P)是森林生态系统生产力的重要限制性元素。土壤磷的有效性取决于磷的存在形态及其转化过程。目前有关增温如何调控磷形态转化过程, 从而促进土壤有效磷含量增加的机制尚未明确。该研究以南亚热带森林为研究对象, 采用沿海拔高度从300 m下降至30 m以模拟温度自然上升的方法, 采集该林型0-10、10-20、20-40 cm的土壤, 并用适用于酸性土壤的连续浸提方法分离不同形态磷, 研究增温对土壤不同形态磷含量的影响, 探讨土壤不同形态磷与有效磷的关系, 识别对土壤有效磷在增温背景下增加有重要贡献的磷组分。结果表明增温使0-10 cm的无机钙磷(Ca-Pi)及20-40 cm的无机铁磷(Fe-Pi)和总无机磷含量分别显著增加了65.5%、17.9%和18.5%, 但对总有机磷及各有机磷组分含量均无显著影响。土壤不同形态磷与有效磷含量的相关分析表明, 有效磷与无机态的不同形态磷及有机铝磷、有机铁磷含量均显著正相关, 其中与Fe-Pi含量的相关性最强。通过土壤不同形态磷与有效磷含量的通径分析进一步发现, 无机铝磷、Fe-Pi是土壤磷转化过程中的重要中间过渡性磷组分, 且Fe-Pi是促进有效磷含量增加最重要的直接贡献磷组分。结合前期研究结果, 增温可能增大了凋落物磷对土壤磷的输入, 还可能强化了土壤的吸附和沉淀过程, 使得更多进入到土壤的溶解态磷转化为Ca-Pi、Fe-Pi等缓效磷源, 其中Fe-Pi可能成为南亚热带森林在气候变暖背景下最重要的有效磷来源。     

实验增温对陆地生态系统根系生物量的影响

根系是植物吸收土壤水分和养分的重要器官, 驱动着多个生态系统过程, 该研究揭示了实验增温对根系生物量的影响及机制, 可为气候变暖背景下土壤碳动态和生态系统过程的变化提供理论依据。该研究从已发表的151篇国内外研究论文中收集到611组数据, 通过整合分析(meta-analysis)方法研究了实验增温对根系生物量(根系总生物量、粗根生物量、细根生物量、根冠比)的影响, 并探讨了增温幅度、增温年限、增温方式的影响, 以及根系生物量对增温的响应与本底环境条件(生态系统类型、年平均气温、年降水量、干旱指数)的关系。结果表明: (1)模拟增温使细根生物量显著增加8.87%, 而对根系总生物量、粗根生物量、根冠比没有显著影响; (2)中等强度增温(1-2 ℃)使得细根生物量和根冠比分别提高14.57%和23.63%; 中短期增温实验(<5年)对细根生物量具有促进影响, 而长期增温实验(≥5年)使细根生物量有降低的趋势; 开顶箱增温和红外辐射增温分别使细根生物量显著提高了17.50%和12.16%, 而电缆加热增温使细根生物量和粗根生物量显著降低了23.44%和43.23%; (3)不同生态系统类型对于增温响应不一致, 模拟增温使苔原生态系统细根生物量显著提高了21.03%, 细根生物量对增温的响应与本底年平均气温、年降水量、干旱指数均呈显著负相关关系。     

基于估计准度和调查费用的渔业资源调查采样设计优化

合理的调查采样设计及优化可以降低调查费用,确保调查数据的准确性,实现调查采样效益的最大化。本研究量化了调查费用,在考虑估计准确度基础上,将调查费用作为评价指标加入到采样设计优化中,应用计算机模拟重抽样方法和模拟退火算法进行航线规划。基于2013—2015年春、秋季海州湾渔业资源底拖网调查数据,使用克里金插值法模拟了该海域星康吉鳗(Conger myriaster)、方氏云鳚(Enedrias fangi)和大泷六线鱼(Hexagrammos otakii)在春、秋季的相对资源量分布,作为其分布的“真值”。应用分层随机抽样模拟不同样本量下的调查采样,估计各目标鱼种的资源量指数,以相对偏差(RB)的绝对值来评价目标鱼种资源量指数估计的准确度,以调查费用、超标概率作为费用评价指标,以综合评价指标(IEI)作为衡量准确度和费用的综合指标。结果表明: 各鱼种资源量指数估计的RB值随样本量增加而降低,但各鱼种的RB值不同。不同评价指标确定的最优站位数不同,按RB值确定的最优站位数较高,调查费用超过预算;按调查费用确定的站位数较低,但无法有效保证资源量指数估计的准确性;按IEI确定的最优站位数处于中间水平,能兼顾调查费用和资源量指数估计准度。综合考虑调查费用和航线规划的采样设计不仅能确定最优站位数,还可以确定调查设计的站位空间位置、站位调查顺序和调查费用。调查者可以根据实际费用预算,从模拟方案中选择费用低、RB低的理想采样设计方案开展调查。