中全新世以来南冲绳海槽古生产力变化的颗石藻化石证据

利用取自南冲绳海槽的MD05-2908岩芯中颗石藻化石碳同位素和颗石藻化石下透光带属种Florisphaera profunda相对百分含量(%Fp)变化,结合17个AMS14C测年数据,重建了该海区6.8kaBP以来高分辨率的表层海水初级生产力变化,并对初级生产力受控机制进行探讨.颗石藻化石碳同位素和%Fp转换函数结果指示该海区6.8kaBP以来初级生产力呈波动降低趋势,主要受东亚夏季风降雨有关的陆源输入减弱影响.约4～2kaBP的PME事件对应的初级生产力相对高值主要是受黑潮流减弱影响;而6.8～4.8kaBP期间的初级生产力高值主要受东亚夏季风强降雨输入更多陆源物质控制,其值也相对高于4～2kaBP.     

北冰洋: 生物生产力的“沙漠”?

利用14C吸收法、3H吸收法、234Th/238U不平衡法和210Pbex测年法分别测定了北冰洋的初级生产力、细菌生产力、颗粒有机碳输出通量及沉积物有机碳埋藏速率. 结果表明, 北冰洋水柱积分生产力介于3.8~197.1 mmol C/m2@d, 高于早期的报道值, 其中楚克奇陆架区初级生产力水平高于深海盆地. 积分细菌生产力与初级生产力的比值大于0.5, 表明在北冰洋寒冷的水体中细菌活动并未受到明显限制. 由234Th/238U不平衡获得的234Th亏损程度、溶解态与颗粒态234Th停留时间、颗粒有机碳的输出通量均证实, 北冰洋深海盆地仍存在一定的颗粒清除、迁出作用. 夏季期间楚克奇陆架沉积物有机碳埋藏速率为25~35 mmol C/m2@d, 占水柱初级生产力的59%~82%, 表明有机碳的输送与埋藏是非常高效的. 上述证据均表明, 至少在夏季期间, 北冰洋并非生物生产力极其贫瘠的海洋"沙漠", 它存在相对活跃的海洋碳循环过程, 重新评估北冰洋在全球碳循环中的作用显得更为重要.     

1993～1995年南海中部的硅质生物通量及其季节性变化:季风气候和ElNi(n)o的响应

南海中部放射虫与硅藻通量的季节性变化受到季风气候的控制. 放射虫与硅藻在季风盛行期增加, 在季风转变期减少. 季风驱动的海流变化, 促进不同海区的海水流动, 为海洋表层生物带来了丰富的营养物质, 从而促进了放射虫与硅藻通量的增加. 放射虫通量与有机碳通量、表层初级生产力和表层输出生产力的变化一致. 高的放射虫通量对应于高的表层初级生产力. 1994～1995年放射虫与硅藻通量的突然增加与这个时期发生的ElNi(n)o事件有关.     

胶州湾的微生物二次生产力

海洋是地球上三大有机碳库之一,海洋中有机物质的最终来源是初级生产,而进入溶解状态的有机物质只能靠微生物来转移或传递.在贫营养海区,高达86.5%的初级生产力被细菌所消费并再循环.所幸的是,细菌利用DOC的过程中实际上又提供了上层营养级可利用的颗粒有机碳(POC).这个过程被称之为微生物二次生产(secondary production).从这种意义     

末次冰期低纬度西太平洋硅藻席沉积

硅藻贡献了海洋40%的初级生产力, 在海洋生物地球化学循环中发挥重要作用, 是全球碳固定的主要贡献者之一. 大洋硅藻席沉积是硅藻大规模“勃发”的产物, 通过对东菲律宾海136°~140°E, 15°~21°N区域内藻席的分析鉴定发现, 出现于这一低纬西太平洋的硅藻席的成席藻类为Ethmodiscus rex (Wallich) Hendey; 同时, 大量的AMS14C测年数据显示这些富含硅藻席的沉积物形成于16000 ~ 28600 a BP (¹⁴C年龄)期间, 即硅藻“勃发”发生于末次冰期, 而其他层位并未发现藻席沉积. 初步分析表明, 末次冰期由于南极中层水(AAIW)北扩, 将富含硅酸盐的海水带入了研究区, 即南大洋的“硅溢漏”作用, 使该区域硅藻得以勃发; 同时, 末次冰期铁输入的增加, 也可能促进了该区硅藻的勃发.     

海洋蓝细菌与异养细菌相互作用:以原绿球藻为例

蓝细菌(cyanobacteria)是海洋最主要的初级生产者,贡献了海洋净初级生产力的25%.海洋异养细菌具有多种代谢路径,能够吸收和利用蓝细菌的光合作用产物.海洋蓝细菌和异养细菌之间的相互作用关系影响海洋食物网、固碳和储碳,具有重要的生态效应和生物地球化学意义.原绿球藻(Prochlorococcus)作为蓝细菌的典型代表类群,是海洋中体积最小、数量最大的光合自养原核微生物.原绿球藻的基因组高度精简,从而减少了细胞复制中所需的物质和能量,同时减小了细胞体积,因此在寡营养大洋表层环境中具有竞争优势.然而,基因组减小同时使得原绿球藻单个细胞基因多样性下降,从而使其适应环境的潜能降低.因此,相比于其他蓝细菌,原绿球藻更加依赖于海洋环境中其他微生物的协助,以维持自身生存的需求.本文根据国内外近期的相关研究成果,从原绿球藻与异养细菌之间基因的互补关系和生理特性等角度,归纳了两者之间存在的互利共生、偏利共生等多种相互作用关系及其生态效应,并提出了未来的研究重点.     

海洋沉积物中铁-磷积累的环境生物地球化学过程

通过揭示南海北部陆坡沉积物柱状样中铁、磷和碳酸钙等的赋存特征, 结合现代表层海水中磷与水温、溶解氧的关系, 讨论了海洋沉积物中铁-磷积累的环境生物地球化学过程. 结果表明, 沉积磷与碳酸钙的含量随深度的变化呈相反趋势, 而沉积铁与碳酸钙的含量变化基本一致, 这与冰期时表层海水温度降低而二氧化碳含量增高, 使部分陆源磷溶入海水刺激了海洋初级生产力, 从而导致生源碳酸钙在沉积物中积累的生物地球化学过程有关, 也与海水中来自大气和海洋植物光合作用的氧, 促使铁的氧化而加速沉淀到沉积物中有关. 沉积物柱状样中可溶性铁和磷结合态(Fe-P)的含量变化, 能够敏感地反映来自气候和环境变化的影响, 表明了沉积物中铁和磷结合态的积累特征与赋存状况, 对古气候和古环境变化具有指示意义.     

海洋浮游生物生态系研究——海洋浮游生物学的新动向之六

生态系统(简称生态系)是当前生态学界高度重视的一个课题. 本文拟对海洋生态系的研究动态作一扼要介绍,着重介绍浮游生物在食物链、生产力、能量转换和流动及物质循环中的重要性.这些课题正是目前海洋生物生态系研究的主要内容,也是海洋浮游生物学的另一个新动向. 食物链海洋生态系是由生物和环境两大部分组成.前者包括浮游生物、底栖生物和游泳生物三大生态类群;后者包括物理、化学、地质等非生物环境因子.生态系主要研究这两大部分之间的物质和能量的转换作用和相     

冲绳海槽中部过去15 ka来浮游植物生产力和种群结构变化的生物标志物重建

生物标志物已经被广泛应用于重建海洋浮游植物生产力和种群结构变化. 本文将这种方法应用于冲绳海槽中部来重建冰消期至全新世浮游植物生产力和种群结构变化. 生物标志物总含量的变化表明冰消期海洋生产力高于全新世; 而生物标志物的相对比例变化显示浮游植物种群结构发生了改变, 冰消期期间颗石藻的相对比例下降, 而甲藻和硅藻升高. 冰消期初级生产力的增加与冬季季风加强有关. 另外, 相对低的海平面也会造成陆源营养盐输送增加. 陆源生物标志物(长链偶数正构醇)含量的增加也证明了陆源物质输送的增加. 同时, 冰消期期间营养盐输送的变化也改变了浮游植物的种群结构.     

“偷师”大自然:仿生海洋防污技术

<正>海洋生物污损指的是海洋中的细菌、藻类、藤壶等在水下表面附着和生长的一种现象[1].生物污损会增加船体阻力、加速表面腐蚀、破坏螺旋桨,导致额外的油耗和过高的维护成本.额外的油耗加剧了CO2、SO2等气体的过量排放,影响各国政府对"碳中和"目标的实现.海洋生物污损还对跨海大桥、钻井平台、养殖网箱、海底管道等多种水下设施具有负面影响[2].据统计,海洋生物污损每年给全球海洋工业造成的损失超过150亿美元[3].传统的防污涂层一般通过释放有毒物质(例如氧化铜、三丁基锡等)杀死污损生物来达到防污效果.     

天然湿地演替带氮循环研究进展

氮(N)是天然湿地生态系统中最重要的组成成分和一种重要的生态影响因子,其主要来源有径流输入、大气沉降和生物固氮.天然湿地中N的迁移和转化主要发生在湿地演替带,演替带是生物地球化学活动比较强烈的缓冲区,常被视为湿地的N源、N汇和N转化器.演替带中N衰减主要是通过反硝化、厌氧氨氧化和湿地植被吸收等方式进行.本研究综合分析了影响湿地N循环的内部因素和人为因素,其中N来源主要受农业活动和化石燃料燃烧等人工因素的影响,而N衰减主要受氧浓度、可利用的碳和磷、酸碱度和氧化还原电位变化以及微生物活动等内部因素影响.在此基础上提出了湿地演替带中N循环未来的研究方向,为湿地N污染治理和湿地管理决策者提供科学依据.     

放牧对草地生态系统磷循环调控机制的研究进展与展望

放牧是全球范围内草地生态系统最主要和最直接的利用方式.磷(P)是植物生长所必需的大量元素,同时也是草地初级生产力的关键限制性养分元素,广泛参与植物的光合、呼吸等重要代谢过程.放牧通过直接和间接作用影响草地植物和土壤各组分的P含量和P库,进而通过正负两种反馈影响生态系统的P循环.目前,国内外有关放牧对草地P循环的影响机制,特别是P循环的生物学过程和机制尚不十分清楚.本文总结了有关放牧对植物和土壤各组分P含量及P库的影响及其机制,并对该领域的几个重要研究方向和亟待回答的科学问题进行了展望.未来研究中需要重点关注的问题包括:(1)土壤微生物量P组成沿不同放牧强度的变化,以及放牧对土壤微生物P源和汇的影响机制;(2)放牧如何影响土壤磷酸酶的活性(磷酸单酯酶、磷酸二酯酶、三磷酸单酯水解酶等)进而调控土壤中P的矿化过程;(3)放牧如何调控P在植物-土壤-微生物系统中的转化过程;(4)采用分子生物学和组学的手段,揭示土壤微生物在P循环及生态系统功能中的作用,以及放牧如何影响植物和根际微生物,进而调控生态系统P循环;(5)不同放牧强度如何影响植物多样性、菌根真菌多样性及两者之间的关系,进而影响植物对P的吸收和利用,以及地上和地下生物量P库;(6)不同家畜种类的食性差异及其对磷循环的影响机制;(7)其他植食动物(野生食草动物、植食昆虫、啮齿动物、蚯蚓、植食性线虫等)在草地生态系统P循环中的作用;(8)不同放牧强度如何调控生态系统各营养级组分的N:P化学计量关系,进而影响N、P循环之间的耦合关系.     

快速发展的生物气溶胶学科

正生物气溶胶是指悬浮于空气中的细菌、病毒、真菌及化学毒素等,主要来源于地面植被、海洋、人类活动以及动物等的排放.生物气溶胶的呼吸暴露有可能导致各种呼吸系统疾病包括传染性非典型肺炎(SARS)、H1N1、哮喘、过敏等.例如,1918年爆发的H1N1流感使得全球5000万人死亡,100年后它所导致的下呼吸道感染仍然是人类第四大杀手.据世界卫生组织统计,每年近300万人因此丧生,而对低龄儿童来说更是首     

近40年北太平洋亚热带环流区生态系变化的226Ra证据

利用1999年7~10月和2003年10~12月实测的北太平洋亚热带环流区表层水²²⁶Ra含量, 结合文献所报道的历史数据, 发现自20世纪60年代至今, 北太平洋亚热带环流区表层水体²²⁶Ra含量呈下降趋势, 反映出全球变化导致该海域生态系结构的变化. 全球增暖一方面导致了该海域水体层化作用的加强, 进而导致上层水体Ra补充量的减少; 另一方面, 全球增暖导致海域生物生产力的升高, 进而导致Ra迁出量的增加. ²²⁶Ra含量的上述变化与文献报道的该海域叶绿素a、硅酸盐、磷酸盐含量与初级生产力的历史变化趋势相吻合, 确证北太平洋亚热带环流区在全球变化背景下正发生着可观测的生态系统变化. 在上层海洋层化作用加强的情况下, 为维持海域升高的生物生产力, 其“新”氮可能的来源是海洋的固氮作用.     

白垩纪-古近纪生物大灭绝后海洋生物碳泵的破坏与恢复

终结恐龙时代的白垩纪-古近纪（K-Pg）界线事件发生在6600万年前,由于小行星撞击,地球生态环境发生剧变,导致海洋和陆地生物的大规模灭绝,当时海洋里占据绝对优势地位的初级生产者——颗石藻的灭绝尤为严重.初级生产者是食物链的基础,了解海洋初级生产力在极端环境下的破坏与灾后恢复过程,对于研究当今全球变化下海洋生物碳泵变化及其控制机制具有重要的借鉴意义.本文比较了前人提出的劫难海洋（strangelove ocean）、活跃海洋（living ocean）、弹性海洋（resilient ocean）以及异质海洋（heterogeneous ocean）四个假说,评述每个假说在解释K-Pg事件后海洋生物碳泵如何运行方面的合理性与不足.综合分析全球海盆既有高精度旋回控制、又有表层-深海δ¹³C垂向梯度的多个站点的数据,以探索K-Pg界线事件后全球海洋生物碳泵效率的变化,指出:（1） K-Pg事件前所有洋盆δ¹³C垂向梯度与现代海洋一致,这个梯度从陆架到深海有逐渐增加的趋势;（2） K-Pg事件后全球海洋δ¹³C垂向梯度消失;（3...     

环境中微塑料的迁移分布、生物效应及分析方法的研究进展

微塑料由于其粒径小、光降解能力弱等特点,被视为一种潜在持久性有机污染物,是近年来研究的热点.在微塑料的来源、迁移分布、生物效应和分析方法方面,国内外已有大量的研究,但是缺乏对已有近期研究成果的比较系统、全面的综述.因此,本文对近几年来微塑料在自然环境(陆地、淡水和海洋)中迁移分布、生物效应和分析方法方面的研究进展进行了归纳总结:环境中微塑料的来源分为初级微塑料的直接排放和环境中大块塑料的降解;微塑料在环境中迁移主要通过淡水环境在陆地和海洋环境之间双向迁移;当前,微塑料在环境中的分布研究主要集中在海洋环境中,研究证实微塑料通过洋流作用分布于整个海洋;微塑料的生物效应主要分为摄入效应和与有机污染物结合的复合效应,微塑料对生物的潜在健康风险被初步证实;微塑料的分析方法是微塑料相关研究的基础,很多仪器方法(如显微镜检、光谱质谱分析)已经应用到微塑料的分析鉴定之中,一些新的仪器联用技术(如扫描电子显微镜与能谱仪联用、热吸附解吸与气相色谱质谱联用)也被开发出来.今后应加强对陆地和淡水环境中微塑料的分布、生物效应以及对人体健康影响的研究,并发展更为准确的微塑料定性定量分析方法.本文为微塑料的污染防治提供了较为系统的参考资料,也为该领域的研究、发展提供了可借鉴的思路.     

海洋“造林”的碳汇效率之争

<正>在21世纪末实现温控2～1.5℃的目标,需要全球各国政府、企业和个人共同努力,采取积极的减排和增汇措施.据Berger等人^[1]研究,在有效减排的前提下, 2050年之前每年还需从大气中去除160亿吨二氧化碳(CO₂)方能实现温控2℃之内的目标.海洋覆盖约71%的地球表面积,是地表系统中最大的碳储库,吸收了自工业革命以来约25%的人为CO₂^[2],发挥着不可替代的碳汇功能.海洋不仅有广度还有深度,平均深度约3400 m,如果能将海洋吸收的CO₂输出至1000 m以下,     

水体生物生产力的研究

水体的生物生产力(或作“生物生产率”、“生物生产效能”)是指湖泊、池塘、水庫、海洋、河流等水体通过生物的生命活动生产产品(魚或其他动物、植物、有机物等)的能力或效率。这是現代水生生物学的中心研研究课题之一。它的任务是阐明水体中生物生产过     

晚泥盆世-密西西比亚纪植物水循环与生物礁耦合演化

古生代陆地植物的起源和繁盛,导致地表水文循环发生了显著变化,对地球表层系统产生了深远的影响.陆地植物一方面通过蒸腾作用增加地表降雨量,加剧了大陆硅酸盐风化作用和有机碳埋藏量;另一方面,通过地表径流将陆源营养元素带入海洋,导致海洋初级生产力提高、海水缺氧程度和有机碳埋藏量增加.在晚泥盆世–密西西比亚纪期间,陆地植物和海洋生物礁系统均发生了显著变化,可识别出3个耦合演化阶段:(1)晚泥盆世弗拉期–法门期(Frasnian–Famennian/F–F)转折期植物多样性和覆盖面积明显增加并向高纬度扩张,伴随Kellwasser生物灭绝事件和显生宙最大的层孔海绵-珊瑚礁系统崩溃;(2)泥盆纪–石炭纪(Devonian–Carboniferous/D–C)转折期种子植物多样性显著增加,伴随Hangenberg生物灭绝事件、层孔海绵-珊瑚礁消失以及密西西比亚纪早期后生动物礁缺失;(3)密西西比亚纪中–晚期(Middle–Late Mississippian/M–LM)种子植物科达类树木的丰度显著增加,伴随M–LM生物灭绝事件和珊瑚礁系统崩溃.种子植物不仅具有较深的根系,还可以克服对水分的依赖,从近岸...     

古海洋学——海洋地球科学的一个新的突破

古海洋学是研究海洋的地质历史,即研究距今约1.9亿年(侏儸纪)以来,世界海洋的环流、水温、化学、生物生产力的演变过程的一门边缘科学。它是随着七十年代中期.深海钻探工程的进展和仪器装备的改建而新建的,这一新的边缘学科被称为继板块构造学说之后,世界地球科学上的又一重要突破,由于它在理论上和实际上的重要性,古海洋学自