海洋酸化生态学研究进展

工业革命以来,人类排放的大量二氧化碳引起温室效应的同时,也被海洋吸收使得全球海洋出现了严重的酸化。海洋酸化及伴随的海水碳酸盐化学体系的变化对海洋生物产生深远的影响。以海洋酸化对钙化作用和光合作用的影响为重点,总结了近年来关于海洋酸化的研究,介绍了海洋中不同生态系统对海洋酸化的响应。一方面,海水中CO23-浓度和碳酸钙饱和度的降低对海洋钙化生物造成严重损害,生活在高纬的冷水珊瑚和翼足目等文石生产者是最早的受害者;贝类和棘皮动物在钙化早期对海洋酸化尤其敏感,其幼体存活率受到海洋酸化的严重制约。另一方面,CO2浓度的增加能促进海洋植物的光合作用和生长,增加初级生产力,改变浮游植物的群落组成。此外,海洋酸化可以促进固氮和脱氮作用同时削弱硝化作用,改变溶氧浓度分布和金属的生物可利用性,从而对海洋生物产生间接影响。海洋酸化对海洋生态系统的影响机制复杂,影响程度深远。为了能准确的评估海洋酸化的生态学效应,需要更全面深入的研究。     

海洋细菌生产力调控机制研究进展

综述了海洋细菌生产力的生态学意义,细菌生产力在海洋生态系统能量流动中具有重要作用;介绍了国内外的研究进展,我国细菌生产力的研究主要集中在东海、黄海海域,而面积最大的南海研究尚少。分析了海洋细菌生产力的调控机制,温度、DOM、无机营养盐﹑微型浮游动物摄食等都对其产生影响,海水中的DOM主要由可溶性糖类和可溶性氨基酸组成,不同种类的细菌对DOM的吸收并不一致,海水温度直接影响细菌的新陈代谢能力,对细菌生产力大小产生很大影响,浮游动物的摄食对细菌生物量产生抑制作用,但浮游动物在摄食中通过DOM的释放和对无机盐的再生,在海洋生态系统的物质循环也起到了重要作用,一定程度上提高细菌的生产活性。在不同海域不同的因子起到不同的调控作用。     

溢油对南海海洋生态系统的影响及珠江口溢油现状

详细介绍了溢油的化学组成及其进入水体后的变化过程,在此基础上简述了溢油对海洋中的初级生产力、鸟类、贝类和鱼类等生物的影响,以及对红树林和珊瑚礁等重要生态系统的破坏,并说明了溢油对生物和生态系统的破坏机制.统计了近年来在珠江口及其附近海域发生的溢油事件,综述了国内外有关的研究成果并科学阐明了溢油对南海海洋生态系统可能产生的影响,为相关部门研究相应的溢油应急对策及控制方法提供参考.     

海洋细菌生态学的若干前沿课题及其研究新进展

海洋细菌在海洋生态系统中的重要作用随着微食物环的提出被深入认识和充分肯定。本文概述了海洋细菌在微食物环中的重要生态作用及微食物环的研究进展,海洋细菌在碳的生物地球化学循环中的重要性,海洋细菌的活性及其群落结构与功能,分析了藻际环境特性和藻际微生物在赤潮多发海域的生态作用,提出了我国海洋细菌生态学研究的若干新思考与新任务,强调了基于"以菌治藻"的新理念,开展针对于赤潮灾害防除的"微食物环-赤潮-关键微生物菌群"耦合互作这一重要科学问题研究的必要性及紧迫性。     

铁施肥促进海洋浮游植物和生物碳泵的不确定性

铁作为浮游植物所必需的微量元素,限制了全球超过三分之一海域的初级生产力,尤其是在高营养盐、低叶绿素海域(high nutrient low chlorophyll,HNLC)。长期以来海洋铁施肥被认为是一项可以降低大气二氧化碳含量的地球工程策略。然而通过13次海洋人工铁施肥(artificial ocean iron fertilization,aOIF)实验发现,铁的额外添加对海洋深层碳输出量的促进作用要显著低于预期。本文简要地总结了碳在海洋和大气中的循环过程,回顾了人工铁施肥实验对生物碳泵和碳通量等的影响,分析了从海洋铁施肥到海洋碳汇关键生物地球化学过程的影响因素。综上分析发现,科学界对生物碳泵过程及其调控机制的认识仍十分浅薄,考虑到海洋铁施肥还会对海洋生态系统带来一定的负面作用,铁施肥能否作为降低大气中CO₂的有效手段,以达到碳中和并缓解温室效应仍需进一步研究。     

海洋固氮微生物与环境因子关系综述

海洋微生物的固氮作用是海洋氮素循环中一个关键的环节,对海洋生态系统的氮素供给和初级生产力的提高有着重要的意义。本文从海洋生物固氮的研究历史着手,详述了海洋固氮微生物的多样性及固氮活性研究方法,同时从环境因子的角度,总结了CO2浓度、季节变化、营养盐浓度、污染物及生物物种等环境因子对固氮微生物固氮活性的影响,并对海洋固氮微生物的研究前景进行了展望。     

海洋病毒——海洋生态系统结构与功能的重要调控者

摘要：作为海洋生态系统中的重要成员,海洋病毒在调节海洋生态系统中的群落结构、种群数量、物质循环、生物间遗传物质的转移以及气候变化等方面起着重要的作用。本文概述了近年来对海洋病毒的研究进展,讨论了海洋病毒对海洋生态系统结构和功能的重要调控作用,并对海洋病毒的研究前景进行了展望。     

海洋微塑料污染的生态效应研究进展

海洋微塑料污染已成为全球性环境问题。微塑料粒径小,易与海洋生物发生相互作用,可通过多种途径进入海洋生物体内,并在其组织和器官中蓄积和转移,对机体产生毒害。微塑料可沿食物链进行传递,威胁海洋生态系统的健康与稳定。因此,海洋生物与微塑料的相互作用以及海洋微塑料污染的生态效应成为当前研究的热点。综述微塑料的生物附着、生物摄入、对海洋生物的毒性效应及其与化学污染物的复合毒性效应研究的基础上,提出未来微塑料生态效应研究应重点关注我国海洋环境中微塑料的污染现状及生物摄入状况、微塑料的生物效应及其毒理学机制研究、微塑料与其他污染物的复合效应、以及微塑料在海洋生态系统中的作用及其生物地球化学行为等。     

集约用海对海洋生态环境影响的评价方法

集中集约用海是一种相对高效、生态和科学的用海方式,但也不可避免会干扰海洋生态系统,甚至带来海洋环境污染和生态破坏。因此,将集约用海工程对海洋生态环境的影响降到最低,进行集约用海对海洋生态环境影响的科学评价是十分重要的。通过分析集约用海工程对海洋生态系统的影响,提出了集约用海工程对海洋生态环境影响评价的主要内容、思路和流程,从海洋生态系统的非生物因子和生物因子两个方面构建了基于"生境质量"和"生态响应"的集约用海对海洋生态环境影响的评价指标体系。"生境质量"指标反映了集约用海工程影响海域的海洋生物栖息环境质量状况的变化,主要包括水环境、沉积环境和典型物种的生物质量指标,"生态响应"指标反映了集约用海工程影响的海域不同营养级的生物对变化环境的生态响应,它主要包括生物群落结构指标和生态敏感区结构、功能指标。在此基础上,结合我国海洋生态环境监测和评估现状,研究并确定了生态环境影响的各评价因子的权重、标准及评价等级,建立了集约用海对海洋生态环境影响的综合指数法评价模型,通过集约用海工程建设前后生态环境综合指数的变化量ΔE来定量地衡量其对海洋生态环境影响的程度。以期为适宜的集约用海工程规模和科学选址提供技术支撑。     

海洋酸化对海洋无脊椎动物的影响研究进展

人源二氧化碳(CO2)的大量排放,导致空气中CO2浓度越来越高,其中大约1/4至1/3被海洋吸收。过多CO2在海水中的溶解,除引起海水p H值降低外,还导致海水中碳酸盐平衡体系的变化,即"海洋酸化"现象。很多海洋无脊椎动物不但在海洋生态系统中发挥重要作用,还是重要的水产养殖种,因此具有重要的生态与经济价值。由于海洋无脊椎动物的生活史在海水中完成,因此海洋环境的变化极易对其造成影响。大量研究已证实海洋酸化能对多种海洋无脊椎动物的受精、发育、生物钙化、基因表达等生命活动产生显著影响。综述了近年来海洋酸化对海洋无脊椎动物影响研究的相关报道,归纳了其对海洋无脊椎动物不同生命活动的影响,分析了其生态学效应,探讨了现有研究在方法创新、内容拓展以及机理分析等方面存在的局限与不足,并展望了海洋酸化对海洋无脊椎动物影响研究的发展方向。     

Nitrogen deposition, competition and the decline of a regionally threatened legume, Desmodium cuspidatum

Increased nitrogen (N) deposition, resulting from the combustion of fossil fuels, production of synthetic fertilizers, growth of N(2)-fixing crops and high-intensity agriculture, is one of the anthropogenic factors most likely to cause global biodiversity changes over the next century. This influence may be especially large in temperate zone forests, which are highly N limited and occur in regions with the highest levels of N deposition. Within these ecosystems, N(2)-fixing plants, including legumes, may be more sensitive to N deposition than other plant species. Though it has long been recognized that the competitive edge conferred by N(2)-fixation diminishes with increasing soil N availability, the conservation implications of increased N deposition on native N(2)-fixers have received less attention. We focus on Desmodium cuspidatum, which has experienced dramatic population losses in the last 30-40 years in the northeastern United States. We explore competition between this regionally threatened legume and a common non-N(2)-fixing neighbor, Solidago canadensis, across a gradient of N deposition. Our data show that increased N deposition may be detrimental to N(2)-fixers such as D. cuspidatum in two ways: (1) biomass accumulation in the non-N(2)-fixer, S. canadensis, responds more strongly to increasing N deposition, and (2) S. canadensis competes strongly for available mineral nitrogen and can assimilate N previously fixed by D. cuspidatum, resulting in D. cuspidatum relying more heavily on energetically expensive N(2)-fixation when grown with S. canadensis. N deposition may thus reduce or eliminate the competitive advantage of N(2)-fixing species growing in N-limited ecosystems.     

15N discrimination and the sensitivity of nitrogen fixation to changes in dietary nitrogen in Reticulitermes flavipes (Isoptera: Rhinotermitidae)

Xylophagous termites possess symbiotic bacteria that fix atmospheric nitrogen (N(2)). Although symbiotic N(2) fixation is central to termite nutrition and ecologically important, it is energetically costly. Using stable isotopes, we tested the hypothesis that symbiotic N(2) fixation would decrease in workers of the eastern subterranean termite, Reticulitermes flavipes Kollar, which were exposed to high nitrogen diets. To calculate the isotope discrimination factor occurring as a result of digestion, Δ(dig), and which occurs as the result of N(2) fixation, Δ(fix), symbiotic N(2) fixation was inhibited via force feeding termites the antibiotic kanamycin. Antibiotic-treated termites and control (N(2)-fixing) termites were exposed to different concentrations of dietary N (0, 0.21, and 0.94% N), their (15)N signatures were obtained, and the percent nitrogen derived from the atmosphere within termite samples was calculated. As we hypothesized, symbiotic N(2) fixation rates were negatively correlated with dietary N, suggesting that high concentrations of dietary N suppressed symbiotic N(2) fixation in R. flavipes. A comparison of the (15)N isotope signatures of antibiotic-treated termites with their food sources demonstrated that Δ(dig) = 2.284‰, and a comparison of the (15)N isotope signatures of antibiotic-treated termites with control termites indicated that Δ(fix) = -1.238‰. These are the first estimates of Δ(dig) for R. flavipes, and the first estimate of Δ(fix) for any N(2)-fixing termite species.     

非共生固氮菌及其固氮作用

生物固氮作用是生态系统中重要的氮素来源,参与固氮作用的微生物对植物的生长发育至关重要。与共生固氮微生物相比,非共生固氮微生物地域分布更广泛、种类更多,对全球生态系统中氮素循环有着重要意义。本文总结了非共生固氮菌的分类及系统发育,非共生固氮菌的群落构建过程和机制;归纳了不同生态系统(如草原、森林、海洋、农田等)、植物不同部位(如林冠、叶际、根际、根内、凋落物等)和土壤中非共生固氮菌的群落组成及固氮潜力的差异,以及影响非共生固氮菌群落组成和固氮潜力的主要因素(如气候因素、土壤理化性质、人为措施等);并整理了常用的研究非共生固氮菌及其固氮潜力的检测方法。     

海草床生态系统固氮微生物研究现状与展望

海草床生态系统是三大典型海洋生态系统之一,具有较高的生产力水平和十分重要的生态意义,其海草附着物中包括许多固氮微生物,通过生物固氮提供该生态系统"新"氮源,在一定程度上缓解了氮对初级生产力的限制.通过对近些年来固氮活性的测定方法、固氮群落组成以及影响因素等的研究进展进行了综合分析,较全面地分析了海草床生态系统的固氮微生物研究现状,并在次基础上对海草床固氮微生物的系统研究进行了展望.     

Assimilation of Inorganic Nitrogen by Marine Invertebrates and Their Chemoautotrophic and Methanotrophic Symbionts

Symbioses between marine invertebrates and their chemoautotrophic and methanotrophic symbionts are now known to exist in a variety of habitats where reduced chemical species are present. The utilization of chemical energy and reliance on C₁ compounds by these symbioses are well documented. Much less is known about their metabolism of nitrogen. Earlier work has shown that the tissues of organisms in these associations are depleted of ¹⁵N compared with those of other marine organisms, indicating that local sources of nitrogen are assimilated and that novel mechanisms of nitrogen metabolism may be involved. Although these symbioses have access to rich sources of ammonium (NH₄⁺ and NH₃) and/or nitrate, several investigators have proposed that N₂ fixation may account for some of these isotope values. Here we report that [¹⁵N]ammonium and, to a lesser degree, [¹⁵N]nitrate are assimilated into organic compounds by Solemya reidi, a gutless clam containing S-oxidizing bacteria, and seep mussel Ia, an undescribed mytilid containing methanotrophic bacteria. In contrast, Riftia pachyptila, the giant hydrothermal vent tube worm symbiotic with S-oxidizing bacteria, assimilated nitrate but not exogenous ammonium. The rates of assimilation of these sources are sufficient to at least partially support C₁ compound metabolism. N₂ assimilation was not exhibited by the symbionts tested.     

环境因子对豆科共生固氮影响的研究进展

环境因子的限制一直是豆科植物一根瘤菌共生固氮体系没有在农业生产中充分发挥作用的重要原因之一。目前,研究涉及的环境因子主要行水分、矿质营养元素、温度、重金属、钠盐、CO2、土壤类型以及pH等。水分胁迫会导致豆科植物根瘤减少和固氮效率低下;矿质元素方面,除氮磷钾外,微量死素对固氮影响也很明显;不适的温度会对豆科植物的结瘤固氮产生一定的限制;重金属能从不同方面直接和间接地影响共生同氮,寻找适合作尾矿先锋植物的豆科植物是当前的一个研究热点。本文除详细阐述了这方面开展的研究以外,还浅析了这方而研究目前国内外存在的一些主要问题和发展趋势。     

Genotypic variation of N2-fixing common bean (Phaseolus vulgaris L.) in response to iron deficiency

In calcareous soils, the yield of grain legumes is often limited by the lower availability of iron (Fe), especially when they depend upon symbiosis with root nodule bacteria for their N nutrition. In order to explore the variability of responses of N(2)-fixing common bean to Fe deficiency the common bean white-seeded lines Striker and Coco blanc, and coloured-seeded lines SVM-29-21 and ARA14 were inoculated with Rhizobium tropici (CIAT 899) and cultivated hydroaeroponically with a N-free nutrient solution supplied or not with 45microM Fe. Differences among lines were observed: Fe-deficiency-induced-chlorosis on young leaves was earlier and more severe in some lines than others. Nodule development and N(2)-fixing capacity was less affected in line ARA14 which preferentially allocated Fe towards nodules. Results suggest that Fe use efficiency for symbiotic nitrogen fixation (FeUE SNF) could be used to screen tolerant bean lines to Fe deficiency in condition of symbiotic nitrogen fixation.