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当期目录

2025年 第47卷  第5期

封面
2025 年 5 期封面
2025, 47(5): -1--1.
摘要:
目次
2025 年 5 期目次
2025, 47(5): .
摘要:
海洋化学
铁山港红树林湿地沉积物有机碳来源解析及其埋藏通量
杨奕昕, 张芬芬, 任旭, 杜金秋, 廖日权, 杜金洲
2025, 47(5): 1-11. doi: 10.12284/hyxb2025056
摘要:
红树林湿地是高效的滨海蓝色碳汇,在调节全球碳循环中发挥着重要的作用。本研究借助沉积物的粒度、总有机碳(TOC)与总氮(TN)的比值(TOC/TN)、有机碳同位素(δ13C)和210Pb年代学等相关参数,研究广西铁山港红树林湿地有机碳(OC)来源、沉积物沉积通量、OC埋藏通量的时间变化趋势。结果表明:沉积物粒度以粉砂、砂为主,TOC含量和δ13C变化范围分别为0.26%~3.96%、−27.4‰~−21.4‰,TOC、TN、δ13C具有较好的一致性。铁山港红树林湿地OC来源中陆源占35.0%,海源占30.5%,红树林源占34.5%。在100年来沉积物有机碳通量平均值为87.6 g/(m2·a),0~50 cm区间的沉积物碳储量占沉积物柱中(95 cm)总储量的65.3%。自1961年以后,因水库大坝建设,沉积物沉积通量总体减小;1961−1999年间,由于气候及流域周围人类干扰等因素,导致更多陆源有机碳的输入和埋藏;1999−2020年,极端天气和自然因素下,红树林湿地遭破坏退化,从而降低了TOC含量及OC埋藏通量;2010年以来,沉积物中TOC含量增加,这可能与其含水量较高、凋落物累积和根系生长有关,OC来源以红树林源的贡献为主。
长江口、黄河口及黄海近岸沉积物耗氧温度依赖性研究
李雅妮, 梁坤瑞, 宋国栋, 刘素美
2025, 47(5): 141-149. doi: 10.12284/hyxb2025066
摘要:
沉积物耗氧(sediment oxygen consumption,SOC)是量化沉积物中有机碳矿化的关键参数,是了解海洋碳循环的核心,边缘海沉积物耗氧约占全球海洋沉积物耗氧的60%。温度是调控沉积物中微生物呼吸的重要控制因素。然而不同河口及近岸海区沉积物耗氧对温度的响应差异研究较为匮乏,在全球变暖导致沿海海洋海温升高的背景下,这会导致对沉积物耗氧和矿化理解的偏差。本研究选取长江口、黄河口以及黄海近岸沉积物,在2~45℃温度跨度以2~3℃的温度梯度测定了沉积物耗氧速率对温度的响应。结果表明,3个海域沉积物耗氧随温度呈指数型上升;长江口沉积物耗氧的表观活化能(Eaʹ)为69~77 kJ/mol,温度系数(Q10(15−25℃))在2.6~3.0间,与德国Weser河口沉积物耗氧Q10(0−10℃)相近;黄河口及黄海近岸沉积物耗氧的Eaʹ为51~58 kJ/mol,Q10(15−25℃)值在2.0~2.3间,与加拿大海湾浅层沉积物Q10(10−20℃)相近。长江口沉积物耗氧Eaʹ与Q10(15−25℃)显著高于黄河口及黄海近岸(ANOVA, P < 0.01),归因于长江口不稳定型有机碳含量较多从而底物可利用性升高。研究站位沉积物耗氧Q10(15−25℃)整体范围在2.5 ± 0.3间,与全球尺度下沉积物耗氧Q10(2.4 ± 0.4)基本一致,符合大部分生物反应Q10为2~3的范围。本文系统研究了长江口、黄河口及黄海近岸沉积物耗氧的温度响应及差异,为典型河口及近岸沉积物碳矿化与全球气候变暖之间的反馈关系以及模型预测提供了数据支撑。
小海潟湖碳酸盐体系的季节变化与调控机制
庄雅, 王洋, 全鑫, 赵化德, 苏剑钟
2025, 47(5): 150-166. doi: 10.12284/hyxb2025054
摘要:
本研究于2023年4月和10月对海南岛最大的潟湖—小海进行了碳酸盐体系的调查,旨在评估该区域的河流无机碳输出通量、海−气界面二氧化碳(CO2)通量、水体酸化程度的季节差异及其调控机制。结果表明周边主要河流每年向小海潟湖输送0.682 × 109 mol总溶解无机碳,0.571 × 109 mol总碱度和0.195 × 109 mol钙离子,多因素共同作用使小海流域单位面积无机碳通量在全球河口处于较高水平(47/134)。潟湖在4月为CO2源,而在10月则转变成汇,年均CO2通量[(0.9 mol/(m2·a)]显著低于全球大多数热带潟湖。在4月,受低pH河水输入影响,湖区南部与北部存在一定程度的酸化现象。而10月,湖区中部底栖海藻、海草和浮游植物的强光合作用一定程度上缓解了水体酸化,使溶解氧过饱和(107%~136%),CO2分压低至116 μatm,pH(8.41 ± 0.14)显著高于外海。本研究将为热带潟湖碳循环和万宁小海生态环境治理提供科学理论支撑。
海洋地质
罗斯海现代/末次盛冰期海洋生物碳泵演化与地质事件—分子生物标志物地层记录
杨丹, 陈文深, 付全有, 姚子超, 韩正兵, 张海生, 于培松, 杨佰娟, 乐凤凤, 卢冰, 武光海
2025, 47(5): 12-39. doi: 10.12284/hyxb2025060
摘要:
海洋生物碳泵(BCP)与古气候的关系是碳循环研究的一个核心科学问题。 本文利用罗斯海沉积物总有机碳(TOC)和一些重要的类脂化合物所隐含的生态学特性,即那些可引起海底沉积碳库组成和海洋BCP(包括生物泵BP和微型生物碳泵MCP)效率改变的分子生物标志物,从罗斯海现代海洋出发,追溯到末次冰期以来(27~0.6 ka BP)古海洋生物碳泵演化(重点讨论BP和MCP)及其与一些重大地质事件的联系。研究结果表明:(1)罗斯海表层沉积物中相对高的TOC和较低C/N比值、以及正构烷烃色谱峰型、主峰碳、分子组合特征低碳数和高碳数比值(L/H)和(nC21 + nC22)/(nC28 + nC29)比值、低碳烃(nC15 + nC17 + nC19)、中碳烃(nC21 + nC23 + nC25)和高碳烃(nC27 + nC29 + nC31)、细菌(BrGDGT)和较低的陆源土壤指标(BIT)一致性表征海源有机质贡献占主导地位,通过海洋BP和MCP效应将内源有机碳输送到海底进行长期储存;Pr/Ph比值结合Ph/nC18和Pr/C17比值均表明表层沉积物为还原−强还原性的缺氧环境,有利于海底储存有机碳,同时还与海冰消融关系密切。(2)利用低温校正公式\begin{document}$ {\mathrm{T}\mathrm{E}\mathrm{X}}_{86}^{\mathrm{L}} $\end{document}-SST[式(2)]反演现代的海洋表层温度(SST),并与WOA-SST(3月)表层水体温度较接近(R2 = 0.78,p < 0.01,n = 15);同时利用\begin{document}$ {\mathrm{T}\mathrm{E}\mathrm{X}}_{86}^{\mathrm{L}} $\end{document}-SST-2重建罗斯海JB03岩芯末次冰期以来的古海洋温度在−0.74~2.86℃范围(平均为1.03℃),接近现代南极罗斯海夏季温度。(3)JB03岩芯记录年代为27.27~0.6 ka BP,分为末次冰盛期(27.3~21 ka BP)、末次冰消期(21~11.7 ka BP)和全新世(11.7~0.6 ka BP)3个地质历史时期。末次冰期古海洋受冰盖和海冰限制作用的影响,初级生产力低下、沉积速率仅为0.45 cm/ka、Pr/Ph比值、Ph/nC18和Pr/nC17反映沉积环境氧化性较强、不利于MCP和BP储碳,在寒冷气候时段碳储量潜力降低;进入全新世暖期,冰架退缩解体,温暖的气候条件有利于浮游植物生产力和硅藻增加、浮游动物增加及影响粪便物质组成和提高沉降速率,促进有机碳向深海的输送加快,海底沉积为弱还原−弱氧化环境,有利于碳保存;硅藻生物量提高就意味着硅质泵加强,进而微生物活性增强、促进古菌和细菌生长,因而微生物总量-GDGTs、 产甲烷古菌或广古菌-GDGT-0、奇古菌-Crenarchaeol生物量大大提高,显示罗斯海全新世以来古海洋BP和MCP作用大大加强,且古海洋BP与现代海洋均以硅藻/硅质泵为绝对主导。研究还发现,罗斯海末次冰期和全新世以来的古海洋BP和MCP储碳效率变化均与古海洋地质事件,即全球性大尺度的气候变化有关,这个碳库的大小与气候冷暖之间存在对应关系,罗斯海古海洋调节大气CO2的能力,尤其在全新世暖期最强,这对于认识全球气候变化的海洋调控机制具有重要的科学意义。
海洋生物
嗅觉受体介导太阳长棘海星摄食鹿角杯形珊瑚的作用机制初探
朱云杰, 张志伟, 邢家杰, 闫智聪, 蔡文启, 吴钟解, 刘兆群, 周智
2025, 47(5): 40-47. doi: 10.12284/hyxb2025016
摘要:
为探究太阳长棘海星(Acanthaster cf. solaris)对鹿角杯形珊瑚(Pocillopora damicornis)的摄食作用及其分子调控机制,本研究以南海典型的鹿角杯形珊瑚为研究对象,结合行为学实验、转录组测序及胃组织酶活性测定,系统分析了嗅觉受体在其摄食行为中的作用。结果表明,太阳长棘海星在摄食鹿角杯形珊瑚后,化学感受器的基因表达发生显著变化,其中89个基因的表达发生显著上调,335个基因发生显著下调。深入挖掘表达上调基因,发现gamma-aminobutyric acid type B receptor subunit 1-likeolfactory receptor 13-like等5个转录组提示的嗅觉受体基因可能在海星识别和摄食鹿角杯形珊瑚过程中发挥了关键作用。同时,摄食行为显著激活胃组织中纤维素酶活性(p < 0.05),而磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶和脂肪酶活性也呈增大趋势但未达显著水平,表明纤维素酶可能通过增强对珊瑚和虫黄藻细胞壁的分解能力参与消化过程。本研究初步揭示了太阳长棘海星关键嗅觉受体对摄食行为的介导机制,为深入解析其种群暴发机理提供了重要科学参考。
高温胁迫前后珊瑚白化和恢复过程中微生物群落组成的变化
刘子怡, 刘永春, 朱鸣, 陈伯贵, 郑惠娜, 肖宝华
2025, 47(5): 48-63. doi: 10.12284/hyxb2025048
摘要:
热胁迫下珊瑚白化现象已被认为是全球珊瑚礁退化的主要驱动因素。热胁迫条件下珊瑚全共生功能体内的微生物群落组成、代谢和功能特性已有相关研究报道。然而,迄今还未见珊瑚健康−白化−恢复全过程中菌群结构及组成变化的相关研究。本研究以深圳海域澄黄滨珊瑚(Porites lutea)为研究对象,通过实验室模拟热胁迫下的珊瑚从健康−白化−恢复健康的过程,采用高通量测序技术和宏基因组测序技术分析珊瑚白化和恢复过程中的健康、开始白化、持续白化、开始恢复、恢复健康5个特征阶段珊瑚微生物群落的差异和功能基因变化。结果显示,随着温度的升高,变形杆菌门在白化过程中明显增多,在恢复过程中减少;拟杆菌门等在白化过程中减少,在恢复过程中增多。在珊瑚白化过程中,与压力耐受能力、生物膜形成、可移动因子及潜在致病性相关的细菌丰度显著增加,而群体感应相关细菌的丰度则在减少。4种微生物在珊瑚白化中发挥重要作用:不动杆菌属、罗尔斯通菌属和伯克霍尔德氏菌属是升温导致的珊瑚白化中的关键差异细菌类群;代尔夫特菌属可能通过群体感应机制调节其他菌群,以维持珊瑚微生物群落的稳定。本研究揭示了高温胁迫环境下珊瑚组织内微生物及其功能的变化,为阐明珊瑚白化过程中微生物−宿主互作机制提供分子依据。
渤海近海典型海草床育幼功能评估体系构建及其空间差异分析
赵家悦, 杨薇, 白军红
2025, 47(5): 64-77. doi: 10.12284/hyxb2025064
摘要:
以渤海区域曹妃甸、黄河口、觉华岛等3个典型海草床为案例区,通过实地调研、物种鉴定及数据收集,获取了海草生长状况、水体和沉积物环境质量及浮游生物、底栖生物、幼鱼种类和生物量等多项第一手资料,从水环境、沉积环境、生物环境等生境角度构建了近海海草床育幼功能综合评估指标体系,并对渤海近海各典型海草床进行了系统评估。结果显示曹妃甸与觉华岛海草生物量分别为371.22 g/m2和340.05 g/m2,均显著高于黄河口海草生物量(161.24 g/m2p < 0.05);各海草床的浮游植物丰度和生物量平均值均为黄河口>曹妃甸>觉华岛,且空间差异显著(p < 0.05);而各海草床幼鱼和稚鱼密度则是觉华岛最高,黄河口次之,曹妃甸最低,具有显著空间差异(p < 0.05)。对海草床育幼功能综合评估的结果中,觉华岛海草床为良好,略优于曹妃甸海草床(良好状态),优于黄河口海草床(一般状态)。进一步分析典型海草床育幼功能现状的主要驱动因素,结果表明不同海草床中贡献较大的环境与生物指标呈现出空间差异。觉华岛海草床环境和生物状态良好,水体透明度高、溶解氧丰富、无机氮质量浓度适中,且幼鱼群落的各指标均表现较好,在育幼功能方面贡献显著。相比之下,黄河口海草床的水环境和生物状态相对较差,该区域水体透明度低、pH值和无机氮浓度过高,同时生物指标中浮游植物多样性特征表现差、幼鱼占比偏低,这些因素成为其育幼功能评估结果仅为一般的主要消极因素。曹妃甸海草床的环境状态良好,温度、无机氮和无机磷质量浓度等因素贡献较大。然而,其生物状态一般,浮游动物和幼鱼数量较低是该区域育幼功能评估的主要消极因素。本研究有助于深刻理解和认识渤海区域典型海草床的育幼功能时空差异和驱动因素,为促进我国海草床生态系统保护与海洋渔业资源可持续发展提供有效的科学依据和数据支撑。
舟山渔场鱼类群落的空间格局及其季节变化
赵若菡, 杨静, 孙阳, 何雨燕, 王晶, 王迎宾, 李羽如
2025, 47(5): 78-86. doi: 10.12284/hyxb2025052
摘要:
舟山渔场是中国最大的渔场,渔业资源丰富。在气候变化和人类干扰的影响下,局域海洋环境变化和选择性捕捞诱发鱼类群落的生境和功能的空间异质性增强,进而导致生态系统失稳。然而,受生物功能数据缺失的影响,舟山渔场鱼类群落功能结构的空间格局相对于基于分类水平的研究仍存在严重不足。本研究基于2006−2007年舟山渔场4个季度的渔业资源调查和鱼类功能性状数据,通过计算每个功能性状的群落加权平均值度量群落的功能组成,计算群落之间的β多样性度量群落的空间异质性,研究舟山渔场鱼类群落分类和功能结构的空间格局及其季节变化,并探讨其与环境因子的关系。研究结果表明:大多数性状群落加权平均值(6/7)至少在两个季节间存在显著差异;分类和功能β多样性均具有较高值,变化范围分别是0.74230.83960.71840.7824,说明舟山渔场鱼类群落分类和功能结构的空间异质性程度均较高;分类β多样性存在显著的季节变化,且与水深、盐度、化学需氧量显著相关,而功能β多样性无显著的季节变化且与环境因子无显著关系。研究结果有助于深入了解舟山渔场鱼类群落的空间格局及其季节动态,可用于指导鱼类多样性保护和渔业资源管理。
夏季南海中西部上升流海域趋光性中上层鱼类群落特征研究
于杰, 唐振朝, 陈作志, 陈国宝
2025, 47(5): 87-98. doi: 10.12284/hyxb2025050
摘要:
为了解南海中西部上升流海域鱼类群落特征,利用2014年夏季灯光罩网渔业资源调查数据,对趋光性中上层鱼类群落的种类组成、生物多样性和群落结构进行研究。上升流核心区有鱼类13种,隶属于3目8科11属,优势种为鳞首方头鲳Cubiceps squamiceps;周边海域采集鱼类11种,隶属于2目8科10属,优势种为扁舵鲣Auxis thazard和大眼金枪鱼Thunnus obesus。鱼类多样性指数、丰富度指数和均匀度指数均为上升流核心区低于周边海域。上升流核心区平均渔获率为45.9 kg/h,是周边海域的1.63倍。鱼类种类数最大值出现在上升流核心区的FT1断面,与叶绿素a质量浓度最大值所处断面一致,但渔获率最大值出现在叶绿素a质量浓度次高的FT2断面。多元方差分析表明上升流核心区和周边海域鱼类群落具有边缘显著差异,主要分歧种为鳞首方头鲳、扁舵鲣、长体圆鲹Decapterus macrosoma、大眼金枪鱼和圆舵鲣Auxis rochei。相关性分析显示,海表叶绿素a浓度是影响研究海域鱼类丰度空间分布最重要的环境因子。
广西北海红树林湿地小型底栖动物群落结构与时空分布
马千惠, 张鹤露, 陈光程, 欧丹云, 刘晓收
2025, 47(5): 99-111. doi: 10.12284/hyxb2025062
摘要:
为研究广西北海红树林湿地小型底栖动物的群落特征,于2021年1月(冬季)和7月(夏季),在广西北海红树林湿地设置3个断面共9个站位,进行小型底栖动物及环境因子的定量采样。结果表明,冬、夏季小型底栖动物的平均丰度分别为(2617.17 ± 973.13)ind./(10 cm²)和(1173.69 ± 535.75)ind./(10 cm²)。红树林断面小型底栖动物平均丰度最高,为(2398.23 ± 1502.71)ind./(10 cm²),光滩断面最低,为(1539.55 ± 731.04)ind./(10 cm²),养殖断面为(1748.50 ± 469.20)ind./(10 cm²)。冬季小型底栖动物的平均生物量(干重,后同)为(3686.93 ± 1096.40)μg /(10 cm²),夏季平均生物量为(2258.18 ± 1019.48)μg /(10 cm²)。光滩断面小型底栖动物的平均生物量最高,为(3650.13 ± 1188.95)μg /(10 cm²)。养殖断面最低,为(2272.32 ± 531.48)μg /(10 cm²)。红树林断面为(2995.21 ± 1499.03)μg /(10 cm²)。各季节及各断面均鉴定出10个小型底栖动物类群,海洋线虫均为最优势类群。光滩断面小型底栖动物群落最为独特,体现在其小型底栖动物的丰度最低而生物量最高,在类群组成上均匀性也更高,整体群落结构较其余两个断面差异更大。这与光滩断面独特的环境特征有关,尤其是较大的沉积物颗粒、较高的温度和较低含水量的影响,且整体环境状况最佳。根据N/C比值的评价结果,研究区域环境状况整体良好。
北部湾铁山港海域浮游动物群落结构特征及影响因素
赵静静, 庞碧剑, 陈莹, 于硕, 徐兴永, 蓝文陆
2025, 47(5): 112-127. doi: 10.12284/hyxb2025058
摘要:
为探究北部湾铁山港海域浮游动物群落结构特征及变化规律,根据2018年4月(春季)、7月(夏季)、10月(秋季)和2022年7月(夏季)的航次数据,分析了浮游动物的丰度、生物量、种类组成、优势种及其与环境因子的关系。研究海域共鉴定出浮游动物162种(类)。2018年浮游动物丰度和生物量表现为夏季[(274.58 ± 221.15)ind./m3,(152.09 ± 142.97)mg/m3)]高于秋季[(215.72 ± 114.81)ind./m3,(87.65 ± 46.70)mg/m3]、秋季高于春季[(193.75 ± 185.81)ind./m3,(60.95 ± 47.96)mg/m3)]的季节特征。优势种共15种,优势种组成有明显的季节变化。春季优势种有大西洋五角水母(Muggiaea atlantica)和软拟海樽(Dolioletta gegenbauri)等外海种;球型侧腕水母(Pleurobrachia globosa)仅在夏季为优势种,秋季占据主导地位的是太平洋纺锤水蚤(Acartia pacifica)和锥形宽水蚤(Temora turbinata)等近岸暖水种。对比2018年夏季,2022年夏季温度和叶绿素a质量浓度升高,使得水母类在浮游动物群落结构中的占比增加。铁山港海域浮游动物群落结构季节间差异和年际差异主要受温度、盐度和叶绿素a浓度的影响。研究还表明,铁山港海域浮游动物群落结构趋于小型化,群落稳定性较差。
海洋信息科学
基于机器学习的茅尾海及近岸养殖池水体COD遥感反演
莫锦英, 田义超, 王家乐, 杜金泽, 张强, 张亚丽, 陶进, 林俊良
2025, 47(5): 128-140. doi: 10.12284/hyxb2025046
摘要:
化学需氧量(chemical oxygen demand, COD)是衡量水体有机污染程度的重要参数,利用遥感反演快速获取COD浓度时空分布状况,对水产养殖污染治理和近海生态环境保护具有重要意义。本研究利用Sentinel-2提取的单波段、归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)和归一化水体指数(normalized difference water index,NDWI),基于决定系数(R2)和均方根误差(RMSE)对类别提升回归树(catboost regression, CBR)、梯度提升回归树(gradient boost regression, GBR)、K最近邻(K-nearest neighbor regression, KNNR)、轻量级梯度提升机(light gradient boosting machine, LGBM)、随机森林(random forest, RF)和极端梯度提升(extreme gradient boosting regression, XGBR)6种模型性能进行评估,分析茅尾海及其北部沿岸养殖池COD浓度时空分布特征。结果表明:(1)XGBR模型拟合效果最好,其测试集R2达到0.9432,RMSE为1.4033 mg/L。(2)B8a、B2以及NDVI在XGBR反演模型中的贡献度较高。(3)2019−2023年期间,养殖池水体中COD年平均浓度分别在16.23~17.39 mg/L之间,空间分布格局较为均匀;茅尾海COD年平均浓度在2.30~2.88 mg/L之间,基本呈现由内湾向外湾递减、近岸高于远岸的分布格局。本研究验证了XGBR模型在同时应用于养殖水体及其沿岸海域这两类特定水体环境的COD反演时,展现出了极高的适用性。相关成果可为在多种复杂水质条件下进行COD反演提供了宝贵的思路借鉴,而且为沿海区域的水产养殖活动及环境管理工作提供了有力的技术支持与理论基础。