海洋最小含氧带氮流失过程与机制

对全球大洋氮循环的研究发现,大洋输入和输出的氮存在严重的不平衡,所固定的氮中有相当一部分被还原为N₂或N₂O从大洋中流失,而海洋最小含氧带(OMZ)被认为是发生氮流失的最主要区域,通过反硝化作用和厌氧氨氧化作用,固定氮在OMZ海区内损失量可达40～450 Tg·a^-1.对不同海区OMZ内固定氮损失的两种主要作用总结发现,异养反硝化作用在热带太平洋东部、阿拉伯海的OMZ内以及海洋沉积物内占有显著优势,在智利、秘鲁沿岸海域及阿拉伯海域也已发现自养反硝化作用的存在;而在黑海、非洲西南部的本格拉上升流、智利北部沿岸等地,厌氧氨氧化作用强烈,且其在陆架区的作用强度和面积要大于大洋区.OMZ氮的流失除受氮流失过程自身影响外,固氮作用、硝化作用、硝酸盐异化还原作用等都可能对OMZ海区内氮收支不平衡造成影响.其中固氮作用的影响最不能忽视,其在全球OMZ内固定的氮的总量可达15～40 Tg·a^-1,是对OMZ氮流失量的重要补充.区分反硝化作用和厌氧氨氧化作用对OMZ氮流失的相对贡献,明确氮流失的另一产物N₂O的形成机制和定量评估方法是当前OMZ氮流失研究中存在的最主要问题.本文针对存在问题提出了相应的研究设想,以期为海洋最小含氧带的研究提供参考.     

海洋酸化对微藻关键生理过程的调控机制及环境因素的影响

人类活动排放大量的CO₂通过海气界面进入海洋,打破原有海水碳酸盐平衡进而造成海洋酸化(OA)。OA会影响海水和海洋污染物的理化性质,进而对生活在海洋表层的浮游藻类生理过程产生显著调控作用。海洋微藻作为海洋中主要的初级生产者,其生理功能与过程的正常进行对于海洋生态系统具有重要作用。本文综述了OA对海洋微藻光合固碳、钙化过程、固氮作用3个关键生理过程的调控作用和具体机制,总结了OA条件下,环境因素(如太阳辐射、温度、营养元素)对微藻生理过程和生长的影响,以及OA通过改变典型海洋污染物(如有机污染物、重金属、微塑料)的环境行为而对微藻生理过程的调控作用。最后,结合研究现状,对未来需要开展的研究方向进行展望。本文为进一步了解OA对海洋生态系统的潜在影响提供了重要信息。     

氨基糖单体碳氮同位素的分析及其应用

氨基糖(AS)作为有机质中在分子水平识别的重要组分,研究其来源与转化能更好地认知微生物对有机质的调控作用。作为一种新兴技术,氨基糖单体同位素分析(CSIA-AS)为研究氨基糖各组分在自然环境中的变化特征提供了更详细的信息。本文系统总结了CSIA-AS技术的测定方法及其在氨基糖循环转化研究中的应用,气相色谱-同位素比值质谱法(GC-IRMS)和离子色谱-同位素比值质谱法(IC-IRMS)作为2种主要的氨基糖同位素测定方法,各有利弊,但进行相应的校正后均可实现可靠的测定结果。氨基糖各组分在土壤有机质中具有相对较低的周转时间,细菌来源的胞壁酸相对葡萄糖胺、半乳糖胺和甘露糖胺具有更高的矿化速率。氨基糖在环境中的来源和代谢转化受底物的影响,这与微生物群落对不同碳、氮源的特异性响应有关。CSIA-AS技术的推广需要进一步的方法优化并将其与微生物甄别等其他手段相结合,以此来更好地阐释有机质的来源、转化和归宿及其调控机制。     

长江口外低氧区及其邻近海域表层沉积物反硝化微生物多样性和分布特征

【目的】微生物参与的反硝化是河口区氮损失的主要途径。【方法】本研究采用Illumina MiSeq测序方法,研究了长江口外低氧区及其邻近海域表层沉积物中nirS型和nirK型反硝化微生物群落的多样性和分布特征。【结果】样品共检测到346个nirS Operational Taxonomic Units和267个nirK Operational TaxonomicUnits,根据采样地的环境特征及nirS型和nirK型反硝化微生物群落聚类分析结果将所有OperationalTaxonomicUnits划分为低氧区、南部区域及外部深水区,其中外部深水区的样品nirS功能基因的多样性最高。各实验样地优势Operational Taxonomic Units在系统进化关系上可分为多个不同的簇。此次发现的所有优势OperationalTaxonomicUnits均属于未被培养的菌群,其中部分Operational Taxonomic Units还是首次被发现。此外还发现nirS功能基因对低氧区的环境适应性更好。【结论】我们的研究结果表明广泛存在的反硝化微生物在河口沉积物的氮循环中发挥重要作用。     

莱州湾水母种类多样性及群集结构的季节变化

基于2011年5月至2012年4月(除冰期12月和翌年1—2月外)在渤海莱州湾逐月采集的数据资料,系统地开展水母种类组成、数量分布的周年季节变动,弥补自20世纪90年代以来该区域相关资料的不足,有利于掌握该水域水母(主要是小型水母)主要种类数量时空分布特点,促进莱州湾生物类群对生境改变响应的相关研究。结果显示:所有调查中,共出现水母30种,无全年出现的种类。各月中,莱州湾水母以8月种数最多,5月数量居多。各月水母总数量的80%多由1—2种优势种贡献所致;水母优势种类组成季节更替明显。3—5月优势种为八斑唇腕水母;6月为嵊山秀氏水母和贝氏真囊水母;7月为贝氏真囊水母、9月有细颈和平水母;10月为细颈和平水母和大西洋五角水母,8月和11月无明显的优势种,但8月细颈和平水母和曲膝薮枝螅水母数量较多。莱州湾小型水母聚集结构主要呈现季节性时间格局上的变动。春季有八斑唇腕水母为代表、在湾内分布的聚集组;夏季有以嵊山秀氏水母和贝氏真囊水母为代表、在湾口西侧和湾中部分布的聚集组,以及细颈和平水母为代表、在湾中底部分布的聚集组;秋季有四枝管水母和大西洋五角水母为代表、在湾口和中部分布的聚集组。水温对小型水母聚集结构分布具有较为重要的影响作用。大型水母在本调查出现较少。海蜇和沙海蜇出现于6—8月个别站位;海月水母7—10月均有出现,但高密集区出现在10月紧邻莱州湾的湾底水域。     

基于PSR的黄河河口区生态系统健康评价

根据压力-状态-响应(PSR)框架模型,从广义上定义河口区生态系统,将河口及毗邻的陆域、海域生态系统作为一个整体,从压力指标、状态指标、响应指标3个方面构建了黄河河口区生态系统健康评价的指标体系,以研究区1991年数据和相关国家标准为基准,2013年代表现况,利用综合指数法(CEI)评价了黄河河口区的生态系统健康状况。结果显示:黄河河口区生态系统健康评价的响应指数最高(0.9055),压力指数居中(0.8288),状态指数最低(0.6458),综合指数为0.7427。总体来看,与1991年相比,目前黄河河口区生态系统仍处于"健康"状态,但健康状况明显下降,其中状态指数下降最为严重。从区域轻度开发到人类活动强烈干扰阶段,黄河河口区存在过度捕捞、湿地不合理开发、浅海养殖过度及污染物排放等一系列影响生态系统健康的问题,应进行区域的生态恢复和科学管理。     

固体介质中的重金属源解析及其在中国近海沉积物中的应用

沉积物中重金属源解析对甄别人为活动与自然变化对近海生态系统演化的影响有重要作用.本文总结了近年来污染物源解析常用的多元统计分析、地球化学方法和地质统计分析3种主要研究方法,剖析了不同方法的优劣及适用性,提出正定矩阵因子分析、Pb同位素示踪在重金属来源定量化研究中具有良好应用前景.梳理了中国近海沉积物中重金属来源的主要研究结果,发现河口和海湾是沉积物重金属受人为来源影响剧烈的典型近海区域,不同定量解析方法(多元统计分析、背景值估算、Pb同位素分析)均表明中国近海沉积物重金属的人为来源贡献率接近或超过50%.当前中国近海沉积物中重金属源解析研究还存在源识别端元模糊、解析结果缺乏相应的可靠性评价等问题.据此提出近海沉积物重金属源解析研究应使用多种解析技术手段综合、集成与优化,提高源解析的准确性;建立完善指标体系,筛选代表特定人为活动和自然过程的指标;甄别人为源重金属入海方式及过程,为沉积物数据信息的解译提供理论基础.     

深海热液生物共附生可培养硫氧化细菌的多样性及硫氧化特性

[背景]深海热液环境中存在大量H2S及含硫化合物,许多微生物与大型生物形成了紧密的共生体系,例如硫氧化细菌,它们利用其独特的代谢体系协助宿主更好地适应极端环境,但目前尚未对热液底栖生物共附生的硫氧化细菌进行培养鉴定和功能分析.[目的]了解深海热液生物共附生硫氧化细菌的种群特征和功能特征,筛选出深海热液生物共附生微生物中...     

海带养殖在桑沟湾多营养层次综合养殖系统中的生态功能

采用现场和实验生态学方法研究了大型经济海藻——海带(Saccharina japonica)的生长、光合作用和氮营养盐的吸收特性。实验结果表明:在1个生长周期内(约200d),海带的湿重与养殖天数呈明显的幂函数(W=1.3886 t~(1.362),R~2=0.9611),海带湿重是长度的幂函数(W=0.0071 L~(2.0882),R~2=0.9392);海带的光合作用放氧速率(O_2mg/h)与湿重(g)具有明显的线性相关(R~2范围为0.950—0.981),直线斜率(反应单位时间单位重量光合作用放氧速率)的变化范围为0.096—0.195(平均0.191),养殖初期单位鲜重的光合放氧能力较弱,后期趋于稳定;不同部位海带藻片对TIN的吸收速率不同,中带部上部(60—110cm)和基部(20—50cm)的吸收速率大于中带部下部(150—200cm)和边缘部,氮饥饿后最初0.5—1h对TIN的吸收速率最高(0.6μmol/g WW),培养24h可去除介质中TIN(初始浓度24.2μmol/L,密度4g/L)的64.2%—97.1%,10℃条件下藻片对营养盐的吸收率和去除率均大于4℃。海带藻片对NO_3-N的吸收速率大于对NH_4-N的吸收速率,24h后对NO_3-N的收速率趋于稳定。结果显示,海带具有较高的生长速度、光合作用产氧和营养盐吸收能力。海带养殖后期,每天可以增加氧气28.8g/m2(光周期按14h计算),收获时海带的平均碳氮含量分别为33.1%和1.8%,以桑沟湾海带养殖产量8.45万t计算,每年可移除2.8万t碳和1538t氮,海带在多营养层次综合养殖系统中具有较高的生态功能。     

畜禽养殖环境中抗生素抗性基因污染的研究进展

畜禽养殖中抗生素不当使用导致的抗生素抗性基因(ARGs)污染问题日益严重,引起了国际社会的广泛关注。养殖环境中的ARGs不但可通过吸附、解吸、迁移等途径发生跨介质扩散,也可通过水平基因转移(HGT)使耐药性跨菌属传播,甚至通过食物链传递给人类,对公众健康造成潜在威胁。然而,目前缺少以大健康视角总结分析畜禽养殖环境ARGs赋存特征、关键环境过程和阻控技术的研究,导致对ARGs传播风险的评估和污染阻控对策的制定难以有效开展。本文在分析不同国家、畜种、环境介质中ARGs污染水平差异的基础上,阐述了ARGs在畜禽养殖环境中的关键环境过程和主要影响因素,重点论述了当前畜禽养殖业ARGs的污染阻控技术,最后结合大健康的方法理念,指出了目前研究存在的不足和亟需加强的方面,尤其强调了明确ARGs时空演变规律和环境过程机制、开发绿色高效的污染阻控技术的重要性与紧迫性,以期为畜禽养殖环境中ARGs健康风险评估和污染阻控技术的开发提供理论依据。