海洋酸化和全球变暖对贝类生理生态的影响研究进展

研究表明海洋酸化和全球变暖已严重威胁到海洋生态系统稳的定性及生物多样性。由于人类活动,大气中不断增加的CO2不仅造成全球气候异常,而且大量的CO2被海洋吸收,造成了海水中H+浓度增加,即海洋酸化(Ocean Acidification)。海洋酸化严重影响海洋生物的生存和繁衍,尤其是有壳类生物,如贝类,甲壳类,棘皮类等。主要影响方面包括生物的产卵受精,孵化,早期发育,钙化,酸碱调节,免疫功能,蛋白质合成,基因表达,摄食及能量代谢等一系列和生理相关的机能,进而对个体行为学,种群结构和海洋生态系统造成严重危害。目前,已有大量海洋酸化对海洋贝类的生理生态影响的报道,与此同时,全球变暖导致海洋温度升高伴随着海洋酸化同步发生。因此,为了更加准确地预测海洋生物应对全球气候变化的生理生态应答,越来越多的学者开始致力于研究温度和海洋酸化的复合胁迫对海洋生物交互影响作用。综述了近年来海洋酸化对贝类生理生态的影响,主要从个体早期发育、钙化、免疫、繁殖等方面做了系统的阐述,还对酸化和温度对贝类的复合环境胁迫效应也做了综合分析,以期为今后的海洋酸化研究提供基础理论。     

乡村生态景观生物多样性研究热点和趋势——基于文献计量研究

乡村生态景观生物多样性是全球生物多样性的重要组成部分,是乡村景观构建、评价和乡村宜居发展的重要保障。以Web of Science中1990-2020年522篇相关文献为研究对象,运用文献计量工具CiteSpace绘制文献共被引和关键词共现网络知识图谱,重点考察转折点、高突现及高被引文献,理清乡村生态景观生物多样性研究的发展脉络、热点与趋势。研究发现:(1)乡村生态景观生物多样性研究的发展可分3阶段,即萌芽期(1993-2002年),该期为乡村生态景观生物多样性研究指引了方向,提出了城市化对乡村生物多样性的影响;蓄势期(2003-2010年),该期以Hansen在2005年发表的探究生物多样性对景观变化的响应机制文章为节点,重点研究如何可持续地进行乡村生态景观生物多样性的恢复与保护;发展期(2011-2020年),突现性文献为2014年Beilin发表的文章,研究重点转向社会生态系统,即从生态、经济和社会多维度出发研究乡村生态景观生物多样性;(2)乡村生态景观生物多样性研究主线变化从大量的案例研究,到城市化对乡村生态景观生物多样性影响的理论归纳,再到将理论用于实践并持续保护乡村生态景观生物多样性;(3)乡村生态景观生物多样性研究热点变化从城市化对乡村生态景观生物多样性的影响,到乡村可持续发展,再到保证人类可持续生计。未来应加强以下工作:(1)研究和建立适用于不同乡村生态景观建设的规划体系;(2)研究和创新乡村生态景观生态系统多样性的维护技术;(3)研究和构建乡村生态景观生物多样性的监控预警机制。最终的研究目标均指向如何将乡村生态景观生物多样性更好地服务于人类社会。     

海洋酸化影响硅藻固碳相关基因表达的研究进展

由于人类活动导致的大气CO2浓度升高,将导致海水p H值下降,从而引起海洋酸化,改变海水碳酸盐系统,影响海洋生物的生长、发育、代谢、凋亡及钙化过程等。研究海洋酸化对藻类固碳途径(生物碳泵)的影响对了解和预测未来海洋碳泵的发展趋势具有重要意义,硅藻作为海洋初级生产力的主要生产者,研究海洋酸化影响其固碳过程的意义更大。尽管目前已对海洋酸化影响硅藻的生理生化过程有了较为深入的研究,但从基因表达水平上研究海洋酸化对硅藻固碳过程的影响还较少,本文对此领域做一概述。     

海洋酸化对珊瑚礁生态系统的影响研究进展

目前,大气CO2浓度的升高已导致海水pH值比工业革命前下降了约0.1,海水碳酸盐平衡体系随之变化,进而影响珊瑚礁生态系统的健康。近年来的研究表明海洋酸化导致造礁石珊瑚幼体补充和群落恢复更加困难,造礁石珊瑚和其它造礁生物(Reef-building organisms)钙化率降低甚至溶解,乃至影响珊瑚礁鱼类的生命活动。虽然海洋酸化对造礁石珊瑚光合作用的影响不显著,但珊瑚-虫黄藻共生体系会受到一定影响。建议选择典型海区进行长期系统监测,结合室内与原位模拟试验,从个体、种群、群落到系统不同层面,运用生理学和分子生物学技术,结合生态学研究手段,综合研究珊瑚的相应响应,以期深入认识海洋酸化对珊瑚礁生态系统健康(例如珊瑚白化)的影响及其效应。     

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。     

基于文献计量分析的珊瑚礁研究现状与热点

珊瑚礁生态系统在全球海洋生态中扮演着重要角色,它为热带海洋动物提供栖息地,为人类提供食物药物资源,是全球生产力最高的生态系统之一。为了解当前国内外珊瑚相关研究的现状与热点,利用文献计量的方法统计分析了珊瑚的相关研究。文章分别以WEB OF SCIENCE数据库和中国期刊全文数据库(CNKI)中期刊论文为国际和国内的数据源,从文献计量的角度出发,利用Excel按年份统计论文的发文数量,通过Bibexcel得出高频词共词矩阵,并用Ucinet和Netdraw得出共词网络可视化图谱。利用SPSS进行聚类分析,分别将国内外相关研究分为四大类,分析珊瑚相关研究趋势与热点。研究表明:①国际与国内的珊瑚研究除个别年份有所回落,均基本成逐年上升趋势,大致于20世纪90年代开始进入成熟阶段,但国内的研究略迟于国际;②国际上对珊瑚的研究更倾向于探究珊瑚礁退化的原因,而国内则以提高珊瑚礁的造礁能力为研究热点;③通过共词分析得出,国际研究高频词中的coral reefs,corals,climate change,sedimentation,一定程度上也可视为研究热点;④通过聚类分析,国内外的珊瑚研究有一定的相似性,主要集中在珊瑚礁生态系统、影响珊瑚的环境因子、气候因子等几个方面,但国内外研究又各有侧重。总结得出,有关珊瑚、珊瑚礁研究在国内外均以珊瑚礁为重点,近年来和未来珊瑚礁研究注重于珊瑚礁修复或帮助珊瑚礁生态系统自行恢复。     

基于Citespace知识图谱分析国际城市生物多样性研究

生物多样性保护一直是城市生态学与风景园林学的重要议题。以Web of Science核心数据库收录的近二十几年(1999—2020)的城市生物多样性文献为研究对象,利用文献计量分析与可视化知识图谱分析方法,将检索并剔除重复后的770篇文献导入Citespace 5.7.R2中。进一步分析了其时间与期刊分布,学科与研究方向分布,及国家与机构合作分布等基本特征;进行了外文文献中城市生物多样性的文献共被引分析与共现知识图谱分析;并利用关键词共现分析了其研究热点;突现词突发性探测算法分析了其研究前沿,包括四大方向：城市化对生物同质与物种丰富度的影响;城市绿地管理与生物多样性保护;城市生物多样性保护的关键因素;提高公众的保护意识与参与性。以期为相关科研工作者与我国城市生物多样性相关研究提供参考与借鉴。     

基于CiteSpace的驱动力-压力-状态-影响-响应分析框架研究进展

基于1998-2019年Web of Science （WOS）数据库以及CNKI（中国知网）数据库收录的应用驱动力-压力-状态-影响-响应（DPSIR）分析框架的中英文文献,以信息可视化分析软件CiteSpace进行关键词共现聚类分析、文献共被引聚类分析及可视化图谱展现,对国内外学者应用DPSIR的研究进行系统分析。结果表明：（1）国内外DPSIR分析框架研究发展都经历了形成期-成长期-快速发展期3个阶段;（2）国内外框架应用侧重点不同,基于关键词共现聚类分析发现,当前国际研究热点在海洋及海岸带生态系统、生物多样性、决策系统构建等方面;国内热点在资源可持续利用、区域生态环境安全等方面;（3）国内外学者在DPSIR框架改进与完善方面侧重点不同,各有优势;国内研究应用方向分支少,较集中;（4）DPSIR框架国内未来应用重点可能在于人类社会及自然气候为主的驱动机制的探究。该研究可为国内拓展DPSIR应用领域、推动可持续发展战略提供参考。     

海洋生物礁类型、生态功能及其生态修复

海洋生物礁是由具有造礁能力的海洋生物聚集而成的一种三维礁体结构,其形成改变了海底地貌、增加了不同尺度上的地形复杂性,为其他海洋生物提供了栖息地并维持了生物多样性。近年来,由于自然因素和人为因素影响,海洋生物礁受到了严重威胁,已成为海洋生态保护和修复领域的重要研究对象。综述了海洋生物礁的类型、生态功能及其生态修复的研究进展。根据形成海洋生物礁的优势造礁生物种类,将海洋生物礁分为海藻礁、海绵礁、刺胞动物礁、贝类礁和多毛类礁,其优势造礁生物分别是珊瑚藻和仙掌藻、钙质海绵和硅质海绵、造礁珊瑚、牡蛎、龙介虫。目前国内对海洋生物礁的全面了解相对较少,主要集中在珊瑚礁和牡蛎礁。海洋生物礁的生态功能主要有海岸防护、提供栖息地、净化水体、固碳作用和能量耦合等。全球变暖和海洋酸化等全球气候变化以及海洋污染、破坏性渔业捕捞、海岸工程、水产养殖和敌害生物等自然和人为因素对海洋生物礁构成了严重威胁。海洋生物礁的生态修复方法分为两类：在退化生物礁区投放造礁生物逐渐成礁,投放人工礁体补充造礁生物逐渐成礁。针对海洋生物礁保护和修复的需要,提出下一步应加强海洋造礁生物生态特征、海洋造礁生物种群丧失因素和海洋生物礁保护与...     

珊瑚礁生态系统模型研究现状及热点分析

以Web of Science数据库中的Web of Science ~(TM)核心合集和中国期刊全文数据库为数据源,对2018年10月前国内外发表的珊瑚礁生态系统模型研究相关文献进行计量分析,评估该领域的研究现状及热点。研究表明:国外珊瑚礁生态系统模型研究起始于1974年,相关文献的发文量整体呈大幅度增长趋势;国内研究于1997年起步,发文量增长较缓慢,近三年显著增加。高频关键词统计分析可以看出,国外对于珊瑚礁中生活的各种生物及其生态分布研究较为广泛,生态系统的生物群落多样性是该领域的研究热点,关于珊瑚礁生态系统风险、威胁、胁迫和修复的模型研究近几年有所起色,在今后一段时间内将是该领域的主要研究趋势。国内相关研究局限于珊瑚礁地质环境与波浪传播等方面,应在扩大研究范围的同时,将重点放在珊瑚礁生态系统退化诊断与修复的探究上。     

Could some coral reefs become sponge reefs as our climate changes?

Coral reefs across the world have been seriously degraded and have a bleak future in response to predicted global warming and ocean acidification (OA). However, this is not the first time that biocalcifying organisms, including corals, have faced the threat of extinction. The end‐Triassic mass extinction (200 million years ago) was the most severe biotic crisis experienced by modern marine invertebrates, which selected against biocalcifiers; this was followed by the proliferation of another invertebrate group, sponges. The duration of this sponge‐dominated period far surpasses that of alternative stable‐ecosystem or phase‐shift states reported on modern day coral reefs and, as such, a shift to sponge‐dominated reefs warrants serious consideration as one future trajectory of coral reefs. We hypothesise that some coral reefs of today may become sponge reefs in the future, as sponges and corals respond differently to changing ocean chemistry and environmental conditions. To support this hypothesis, we discuss: (i) the presence of sponge reefs in the geological record; (ii) reported shifts from coral‐ to sponge‐dominated systems; and (iii) direct and indirect responses of the sponge holobiont and its constituent parts (host and symbionts) to changes in temperature and pH. Based on this evidence, we propose that sponges may be one group to benefit from projected climate change and ocean acidification scenarios, and that increased sponge abundance represents a possible future trajectory for some coral reefs, which would have important implications for overall reef functioning.     

Ecosystem‐based management of coral reefs under climate change

Coral reefs provide food and livelihoods for hundreds of millions of people as well as harbour some of the highest regions of biodiversity in the ocean. However, overexploitation, land‐use change and other local anthropogenic threats to coral reefs have left many degraded. Additionally, coral reefs are faced with the dual emerging threats of ocean warming and acidification due to rising CO₂ emissions, with dire predictions that they will not survive the century. This review evaluates the impacts of climate change on coral reef organisms, communities and ecosystems, focusing on the interactions between climate change factors and local anthropogenic stressors. It then explores the shortcomings of existing management and the move towards ecosystem‐based management and resilience thinking, before highlighting the need for climate change‐ready marine protected areas (MPAs), reduction in local anthropogenic stressors, novel approaches such as human‐assisted evolution and the importance of sustainable socialecological systems. It concludes that designation of climate change‐ready MPAs, integrated with other management strategies involving stakeholders and participation at multiple scales such as marine spatial planning, will be required to maximise coral reef resilience under climate change. However, efforts to reduce carbon emissions are critical if the long‐term efficacy of local management actions is to be maintained and coral reefs are to survive.     

Acclimation to ocean acidification during long‐term CO2 exposure in the cold‐water coral Lophelia pertusa

Ocean acidity has increased by 30% since preindustrial times due to the uptake of anthropogenic CO₂ and is projected to rise by another 120% before 2100 if CO₂ emissions continue at current rates. Ocean acidification is expected to have wide‐ranging impacts on marine life, including reduced growth and net erosion of coral reefs. Our present understanding of the impacts of ocean acidification on marine life, however, relies heavily on results from short‐term CO₂ perturbation studies. Here, we present results from the first long‐term CO₂ perturbation study on the dominant reef‐building cold‐water coral Lophelia pertusa and relate them to results from a short‐term study to compare the effect of exposure time on the coral's responses. Short‐term (1 week) high CO₂ exposure resulted in a decline of calcification by 26–29% for a pH decrease of 0.1 units and net dissolution of calcium carbonate. In contrast, L. pertusa was capable to acclimate to acidified conditions in long‐term (6 months) incubations, leading to even slightly enhanced rates of calcification. Net growth is sustained even in waters sub‐saturated with respect to aragonite. Acclimation to seawater acidification did not cause a measurable increase in metabolic rates. This is the first evidence of successful acclimation in a coral species to ocean acidification, emphasizing the general need for long‐term incubations in ocean acidification research. To conclude on the sensitivity of cold‐water coral reefs to future ocean acidification further ecophysiological studies are necessary which should also encompass the role of food availability and rising temperatures.     

海洋酸化效应对海水鱼类的综合影响评述

人类活动引起的大气CO2浓度的升高,除了使全球温度升高外,导致的另一个严重生态问题——海洋酸化(Ocean acidification,OA),受到社会各界包括科研界的高度重视,该领域的大部分研究结果都是在近十年才发表出来的,目前还有很多需要解决的问题。海洋酸化的研究涉及到很多学科的交叉包括化学、古生物学、生态学、生物地球化学等等。在生物学领域,海洋酸化主要围绕敏感物种,例如由碳酸钙形成贝壳或外骨骼的贝类,珊瑚礁群体等。鱼类作为海洋脊椎动物的代表生物类群,自身具有一定的酸碱平衡调节能力,但相关海洋酸化方向的研究并不是很多。尽管人们对于海洋酸化对鱼类的影响了解甚少,这并不说明海洋酸化对鱼类没有作用或者效应小,在相关研究逐步展开的同时,发现鱼类同样受到海洋酸化的危害,几乎涉及到鱼类整个生活史和几乎大部分生理过程,尤其是早期生活史的高度敏感。因此就目前国内外对此领域研究结果做综述,以期待业界同行能够对海水鱼类这个大的类群引起重视。     

微生物在珊瑚礁生态系统中的作用与功能

珊瑚礁是由珊瑚、鱼类、底栖生物、藻类以及微生物等多种生命形式组成的聚集体,代表着一类典型的海洋生态系统.珊瑚礁存在于热带和亚热带的寡营养环境,拥有极高的初级生产力和生产效率,被誉为“海底热带雨林”.微生物在珊瑚礁生态系统的生物地球化学循环、物质转化以及健康维护上具有重要作用.随着分子生态学的发展,微生物在珊瑚中的作用和功能日益凸显.本文总结了微生物生态学的研究现状,包括珊瑚生态系统中微生物的定植方式,共生微生物的特性(专一性、可塑性、协同进化),共生微生物与珊瑚疾病的关系与信号调节,以及微生物应对全球变化(气温升高、海水酸化、富营养化)的响应.从“珊瑚 微生物”共生体的发生、共生微生物的特性与生态功能,以及全球环境变化下微生物的衍生效应来梳理最新理论与成果,明确珊瑚微生物生态学机制,为更好地保护珊瑚资源、维护海洋生物多样性提供理论借鉴.     

Ocean warming and acidification have complex interactive effects on the dynamics of a marine fungal disease

Diseases threaten the structure and function of marine ecosystems and are contributing to the global decline of coral reefs. We currently lack an understanding of how climate change stressors, such as ocean acidification (OA) and warming, may simultaneously affect coral reef disease dynamics, particularly diseases threatening key reef-building organisms, for example crustose coralline algae (CCA). Here, we use coralline fungal disease (CFD), a previously described CCA disease from the Pacific, to examine these simultaneous effects using both field observations and experimental manipulations. We identify the associated fungus as belonging to the subphylum Ustilaginomycetes and show linear lesion expansion rates on individual hosts can reach 6.5 mm per day. Further, we demonstrate for the first time, to our knowledge, that ocean-warming events could increase the frequency of CFD outbreaks on coral reefs, but that OA-induced lowering of pH may ameliorate outbreaks by slowing lesion expansion rates on individual hosts. Lowered pH may still reduce overall host survivorship, however, by reducing calcification and facilitating fungal bio-erosion. Such complex, interactive effects between simultaneous extrinsic environmental stressors on disease dynamics are important to consider if we are to accurately predict the response of coral reef communities to future climate change.     

Temporal effects of ocean warming and acidification on coral–algal competition

Coral Reefs - While there is an ever-expanding list of impacts on coral reefs as a result of ocean warming and acidification, there is little information on how these global changes influence...     

珊瑚礁区碳循环研究进展

珊瑚礁是海洋中生产力水平最高的生态系统之一,其碳循环受到有机碳代谢(光合作用/呼吸作用)和无机碳代谢(钙化/溶解)两大代谢过程的共同作用,过程十分复杂.珊瑚礁植物的光合作用保证了有机碳的有效补充,动物摄食及微生物降解等生物过程驱动了珊瑚礁区有机碳高效循环,只有不超过7％的有机碳进入沉积物,而向大洋区水平输出的有机碳通量变化幅度较大,主要受到水动力条件的影响.珊瑚礁区碳酸盐沉积(无机碳代谢)是全球碳酸盐库的重要组成部分,年累积量达到全球CaCO3年累积量的23%～26%,是影响大气CO2浓度的重要组成;珊瑚礁是大气CO2源或汇则取决于净有机生产力与净无机生产力的比值(ROI),当ROI <0.6时,珊瑚礁区是大气CO2的源,反之,则是大气CO2的汇.