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近海海洋酸化对痕量元素在沉积物-海水界面处生物地球化学特性的影响研究

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海洋科学 2023年第9期47卷 119-130页

作者：高文婧曲宝晓袁华茂宋金明青岛科技大学环境与安全工程学院山东青岛266042 中国科学院海洋研究所海洋生态与环境科学重点实验室山东青岛266071 青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋生态与环境科学功能实验室山东青岛266237 中国科学院海洋大科学中心山东青岛266071

痕量元素在海洋环境中不仅能够密切参与物质循环,显著调控生命代谢,有些情况下还会对浮游及底栖生物产生抑制和毒害,是海洋系统中具有重要生物地球化学作用的“双刃剑”。工业革命以来,海洋不断吸收大气CO_(2)使得海水pH和碳酸根浓度持... 详细信息

痕量元素在海洋环境中不仅能够密切参与物质循环,显著调控生命代谢,有些情况下还会对浮游及底栖生物产生抑制和毒害,是海洋系统中具有重要生物地球化学作用的“双刃剑”。工业革命以来,海洋不断吸收大气CO_(2)使得海水pH和碳酸根浓度持续下降,在全球范围内都出现了海洋酸化的现象。海洋酸化作为新的环境胁迫打破了痕量元素在沉积物-间隙水-上覆水中既有的平衡态势,导致痕量元素在海洋环境中的生物地球化学特性变得更加复杂和不确定。本文从痕量元素在沉积物-海水体系中的赋存形态与交换过程入手,探讨了海洋酸化条件下痕量元素在沉积物-海水体系中的扩散迁移与再平衡行为,分析了由此产生的生物毒性效应和生物可用性影响。最后,对海洋酸化与多种环境条件、多种污染物联合作用所导致的与痕量元素相关的生态效应研究进行了展望,以期为未来海洋酸化与痕量元素协同研究提供有意义的科学参考。

关键词：痕量元素海洋酸化沉积物-海水界面赋存形态含量水平迁移转化生物可用性

东海海—气界面二氧化碳通量的季节变化与控制因素研究进展

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地球科学进展 2013年第7期28卷 783-793页

作者：曲宝晓宋金明袁华茂李学刚李宁段丽琴马清霞陈鑫中国科学院海洋研究所海洋生态与环境科学重点实验室山东青岛266071 中国科学院大学北京100049

通过对东海海—气界面二氧化碳(CO2)交换有关研究的总结,剖析了东海表层海水CO2分压(pCO2)的区域分布特征,探讨了海—气界面CO2通量(FCO2)的季节变化规律,诠释了影响海—气界面CO2转移的主要因素。结果表明,东海表层海水pCO2的区域分布... 详细信息

通过对东海海—气界面二氧化碳(CO2)交换有关研究的总结,剖析了东海表层海水CO2分压(pCO2)的区域分布特征,探讨了海—气界面CO2通量(FCO2)的季节变化规律,诠释了影响海—气界面CO2转移的主要因素。结果表明,东海表层海水pCO2的区域分布具有明显的季节变化,可将其分为冬季、夏季、过渡季节(春季、秋季)3个时段。冬季西部近岸海域由于水体垂直交换强烈,造成表层水体pCO2较高,而中、东部陆架海域由于浮游生物的光合作用使得pCO2较低。夏季近岸河口海域由于陆源输入的影响导致pCO2较高,中、东部陆架海域受温跃层、长江冲淡水、浮游植物的综合作用pCO2较低。春季、秋季为过渡时段,表层海水pCO2分布变化剧烈,受控因素较为复杂。东海全年表现为大气CO2的净汇,其中冬、春、夏为碳汇,其海—气界面FCO2分别为(-6.68±6.93),(-4.94±0.80),(-3.67±1.09)mmol/(m2·d)。秋季表现为碳源,通量约为(1.50±8.37)mmol/(m2·d)。东海全年平均通量约为-3.16 mmol/(m2·d),共可吸收CO2约为6.92×106t C/a。不同季节海—气界面FCO2的年际变化凸显了人为因素的影响,近海富营养化加剧,三峡工程的运行都可能是造成东海冬季碳汇量减少、秋季碳源/汇格局转变的原因。

关键词：海—气界面CO2通量季节变化控制因素长江冲淡水东海

沙海蜇(Nemopilema nomurai)消亡过程中海水溶解氧变化的模拟研究

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海洋与湖沼 2012年第3期43卷 502-506页

作者：宋金明马清霞李宁李学刚袁华茂段丽琴曲宝晓中国科学院海洋研究所海洋生态与环境科学重点实验室青岛266071 中国科学院研究生院北京100049

采用实验室模拟的方法,研究了不同海水温度、盐度、pH、N/P比下,沙海蜇消亡过程中海水溶解氧的变化特征,这对探讨水母灾害性暴发后消亡的环境影响有重要的科学意义。研究结果表明,沙海蜇的消亡可引起海水溶解氧浓度的显著降低,不同海水... 详细信息

采用实验室模拟的方法,研究了不同海水温度、盐度、pH、N/P比下,沙海蜇消亡过程中海水溶解氧的变化特征,这对探讨水母灾害性暴发后消亡的环境影响有重要的科学意义。研究结果表明,沙海蜇的消亡可引起海水溶解氧浓度的显著降低,不同海水温度、盐度、pH、N/P比条件下沙海蜇消亡引起的海水溶解氧浓度的降低无显著差异,但与没有沙海蜇消亡时,海水溶解氧的变化相比则差异显著。沙海蜇消亡一般需要6—7天时间,在高N/P比的海水中,沙海蜇的消亡时间延长。沙海蜇的消亡造成水体的严重缺氧,水体氧饱和度低于20%,从第2天到第3天,本底海水、不同过程温度、盐度、pH条件下,消耗水体氧的量剧增,第6天达到峰值,但不同N/P比条件下,水体溶解氧的降低在第2天即可达到一个耗氧的高值,一直持续到第7天出现峰值;海水温度、盐度、pH、N/P比变化,可导致沙海蜇的消亡过程中水体氧消耗量的变化,就这四种影响因素而言,其平均最大耗氧量从大到小的顺序是:温度(23—30℃区间段)>pH(5.0—9.0区间段)>盐度(21—33区间段)>N/P比(16:1—240:1区间段),分别为39.9、39.7、38.0和35.9mg/(kg.d),相对而言,水体温度和pH对沙海蜇消亡过程中氧消耗量影响较大,水体N/P比和盐度影响较小。所以,沙海蜇消亡过程中,由于海水温度和pH的变化形成的低氧区更为严重,而且在当今富营养化(高N/P比)的近海水域中,水母的消亡高耗氧的时间加长,对海水环境造成的影响更为严重。

关键词：溶解氧,环境影响,消亡过程,沙海蜇,模拟研究

水环境中的信息有机物与“水域生态讯息学”的提出

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海洋科学 2017年第3期41卷 138-150页

作者：张倩宋金明李学刚袁华茂李宁段丽琴曲宝晓康绪明中国科学院海洋生态与环境科学重点实验室(中国科学院海洋研究所) 山东青岛266071 中国科学院大学北京100049 青岛海洋科学与技术国家实验室海洋生态与环境科学功能实验室山东青岛266237

信息有机物(或化感物质)系指存在于自然环境,对生物物种或生物类群生存和生长有促进或抑制作用,并能通过调控生物丰度与群落结构来影响生态系统和生态环境的微痕量有机物。目前已知的信息有机物大多是分子质量小于10~4Da的醇、酚、萜、... 详细信息

信息有机物(或化感物质)系指存在于自然环境,对生物物种或生物类群生存和生长有促进或抑制作用,并能通过调控生物丰度与群落结构来影响生态系统和生态环境的微痕量有机物。目前已知的信息有机物大多是分子质量小于10~4Da的醇、酚、萜、酯、多肽等小分子物质,它们随水体迁移扩散,通过控制酶活性或光合系统等途径影响目标生物生存生长,作用强度受微生物分解和营养水平等多种因素影响。水体中信息有机物一般是通过有机溶剂萃取或固相萃取富集后用色质联用鉴定结构并测定含量。本文系统总结了近年来水环境中信息有机物及其检测方法的主要研究进展,归纳总结了高效灵敏的水体信息有机物检测方法,阐述了水环境中信息有机物种类、结构、作用机制及其对水域生态学的意义,在此基础上,提出了"水域生态讯息学"的新概念,诠释了"水域生态讯息学"的内涵,这对于拓展生态学研究内容,揭示水生生物学发生机制,持续利用水生生物资源具有重要的科学意义和实际价值。

关键词：信息有机物检测方法水域生态讯息学水环境

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胶州湾表层海水中的正构烷烃及其来源解析

环境科学 2017年第7期38卷 2763-2772页

作者：张倩宋金明彭全材李学刚袁华茂李宁段丽琴曲宝晓王启栋中国科学院海洋生态与环境科学重点实验室(中国科学院海洋研究所) 青岛266071 中国科学院大学地球科学学院北京100049 青岛海洋科学与技术国家实验室海洋生态与环境科学功能实验室青岛266237

正构烷烃是自然界中普遍存在的有机物质,其组成和分布与人类活动密切相关,是表征有机污染物来源的良好标志物.用气相色谱-质谱(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)对2016年4月胶州湾表层海水中的正构烷烃进行检测,首次报道了... 详细信息

正构烷烃是自然界中普遍存在的有机物质,其组成和分布与人类活动密切相关,是表征有机污染物来源的良好标志物.用气相色谱-质谱(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)对2016年4月胶州湾表层海水中的正构烷烃进行检测,首次报道了胶州湾表层海水中正构烷烃的分布特征及来源解析.结果表明,其含量在1.756~39.09μg·L^(-1)之间,主要由连续分布的C11~C_(37)正构烷烃同系物组成,没有明显的奇偶优势,但碳数为C_(21)~C_(33)的正构烷烃约占总正构烷烃的95.0%.胶州湾表层海水中正构烷烃的高值区以湾口为主,在湾内东北部和西部也有出现,这一分布特征与胶州湾东北部和西部河流带来的工业废水、生活污水和湾口码头附近的船舶航运带来的正构烷烃输入有关.水交换较为充分的湾中部和湾外海域正构烷烃总量在1.756~2.842μg·L^(-1)之间,平均值为2.196μg·L^(-1),可视为胶州湾正构烷烃的环境背景值.其碳数分布有明显的C_(24)主碳峰,前峰群有微弱的奇碳优势,后峰群有微弱的偶碳优势,表明这部分正构烷烃以藻类和海洋细菌等生物自生输入为主.人类活动对胶州湾的影响很大,输入的正构烷烃主要集中在湾口及湾内近岸海域,由C_(21)~C_(33)正构烷烃同系物组成,呈现出有微弱偶碳优势的后峰群单峰形分布特征,代表高度风化的石油类污染物.其含量在9.606~39.09μg·L^(-1)之间,约占胶州湾总正构烷烃量的83.7%.整体来看,胶州湾表层海水对正构烷烃的去除机制以蒸发、稀释等物理风化过程为主,从湾内向湾外风化强度增大.

关键词：正构烷烃来源污染评价表层海水胶州湾

黑潮主流径海域海水中的无机碳及其对东海陆架区的影响

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海洋与湖沼 2016年第1期47卷 16-28页

作者：卢汐宋金明袁华茂李宁李学刚段丽琴曲宝晓中国科学院海洋研究所海洋生态与环境科学重点实验室青岛266071 中国科学院大学北京100049 青岛海洋国家实验室海洋生态与环境科学功能实验室青岛266237

基于2014年5—6月对黑潮主流径及毗邻东海陆架海区的调查,研究了该区域水体中无机碳体系参数(p H、总碱度TAlk、溶解无机碳DIC及DIC/TAlk)的垂直与水平分布,在此基础上定量评估了黑潮输入对东海陆架海区无机碳收支的影响。结果表明,黑... 详细信息

基于2014年5—6月对黑潮主流径及毗邻东海陆架海区的调查,研究了该区域水体中无机碳体系参数(p H、总碱度TAlk、溶解无机碳DIC及DIC/TAlk)的垂直与水平分布,在此基础上定量评估了黑潮输入对东海陆架海区无机碳收支的影响。结果表明,黑潮水体中DIC、TAlk与DIC/TAlk总体而言随水深增加而升高,p H降低,综合体现了浮游植物生产、海-气界面交换、有机物降解及Ca CO3溶解等过程的影响;上升流中心站位无机碳参数均受较深层水体上涌影响,与黑潮主流径其它站位略有不同。东海陆架海区外侧站位表层、30m层无机碳主要受台湾海峡暖流影响,高p H、低DIC/TAlk的黑潮表层水影响区域局限于东南部;而在底层,低p H、高DIC/TAlk的黑潮入侵流离开黑潮主流径向正北方延伸并抬升至钱塘江口附近;上升流对无机碳的影响持续至表层,其携带的黑潮中层水因此也可能进入陆架海区。水量模型估算黑潮水在5—10月间跨域陆架边缘向东海陆架区输入溶解无机碳总计58798.9×109mol,净输入达37382.9×109mol,而东海向外输出的无机碳绝大部分经由对马海峡进入日本海。

关键词：溶解无机碳黑潮东海分布影响

pCO_2 distribution and CO_2 flux on the inner continental shelf of the East China Sea during summer 2011

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Chinese Journal of Oceanology and Limnology 2013年第5期31卷 1088-1097页

作者：曲宝晓宋金明李学刚袁华茂李宁马清霞 Key Laboratory of Marine Ecology and Environmental Sciences Institute of Oceanography Chinese Academy of Sciences University of Chinese Academy of Sciences

Measurements ofpH, total alkalinity （TA）, partial pressure of CO2 （pCO2） and air-sea CO2 flux （FCO2） were conducted for the inner continental shelf of the East China Sea （ECS） during August 2011. Variations in pCO2 distribution and FCO2 magnitude during the construction of the Three Gorges Dam （TGD）（2003-2009）, and the potential effects of the TGD on the air-sea CO2 exchange were examined. Results showed that the ECS acts as an overall CO2 sink during summer, with pCO2 ranging from 107 to 585 *** and an average FCO2 of -6.39 mmol/（m2·d）. Low pCO2 （〈350 μatm） levels were observed at the central shelf （28°-32°N, 123°-125.5°E） where most CO2-absorption occurred. HighpCO2 （〉420 μatm） levels were found in the Changjiang estuary and Hangzhou Bay which acted as the main CO2 source. A negative relationship between pCO2 and salinity （R2=0.722 0） in the estuary zone indicated the predominant effect of the Changjiang Diluted Water （CDW） on the seawater CO2 system, whereas a positive relationship （R2=0.744 8） in the offshore zone revealed the influence of the Taiwan Current Warm Water （TCWW）. Together with the historical data, our results indicated that the CO2 sink has shown a shift southwest while FC02 exhibited dramatic fluctuation during the construction of the TGD, which is located in the middle reaches of the Changjiang. These variations probably reflect fluctuation in the Changjiang runoff, nutrient import, phytoplankton productivity, and sediment input, which are likely to have been caused by the operations of the TGD. Nevertheless, the potential influence of the TGD on the CO2 flux in the ECS is worthy of further study.

关键词： carbon dioxide exchange flux continental shelf East China Sea Three Gorges Dam

胶州湾生源要素的大气沉降及其生态效应研究进展

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应用生态学报 2017年第1期28卷 353-366页

作者：邢建伟宋金明袁华茂李学刚李宁段丽琴曲宝晓康绪明中国科学院海洋研究所海洋生态与环境科学重点实验室山东青岛266071 中国科学院大学北京100049 青岛海洋科学与技术国家实验室海洋生态与环境科学功能实验室山东青岛266237

作为受人类活动影响显著的典型半封闭海湾,胶州湾生源要素的大气沉降研究在掲示人为污染物质排放对海湾生态系统影响方面具有典型性.从大气干/湿沉降生源要素的研究方法、通量及其影响因素、入海生态效应3个方面入手,系统总结了胶州湾... 详细信息

作为受人类活动影响显著的典型半封闭海湾,胶州湾生源要素的大气沉降研究在掲示人为污染物质排放对海湾生态系统影响方面具有典型性.从大气干/湿沉降生源要素的研究方法、通量及其影响因素、入海生态效应3个方面入手,系统总结了胶州湾生源要素大气干、湿沉降及其生态效应的研究进展:1)与国内外有关海湾、河口和边緣海相比,胶州湾大气干、湿沉降氮的浓度和通量都较高,溶解无机氮(DIN)是其主要组分,溶解有机氮(DON)占总溶解态氮(TDN)含量的22%~31%,而P和Si的浓度和沉降通量都很低.2)(NO_3^--N+NO_2^--N)的大气沉降量比陆源输入量略高,而NH_4^+-N、PO_4^(3-)-P以及SiO_3^(2-)-Si的大气沉降量所占比例很低.3)大气总悬浮颗粒物(TSP)浓度、排放源强度、降水量以及气象条件是影响胶州湾大气沉降生源要素的主要因素.4)大气沉降的生源要素可促进胶州湾初级生产力的提高和改变表层海水的营养盐结构,进而导致浮游植物群落结构的改变和优势种由硅藻向甲藻的演替,从而对胶州湾生态系统产生重要影响.对今后的研究提出建议:1)建设胶州湾大气干/湿沉降监测网;2)精确量化不同形态和粒径生源要素颗粒的干沉降速率;3)量化大气沉降生源要素入海的生态效应,并深入剖析其生物地球化学机制;4)甄别大气沉降生源要素通过间接方式入海的机制、通量及影响因素.深入研究胶州湾生源要素的大气沉降,对阐明人类活动对海湾生态系统的影响有积极意义,也有助于加深对陆架边缘海生源要素生物地球化学循环过程的理解.

关键词：生源要素干沉降速率干/湿沉降通量生态效应胶州湾

CO_2 flux and seasonal variability in the turbidity maximum zone and surrounding area in the Changjiang River estuary

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Chinese Journal of Oceanology and Limnology 2015年第1期33卷 222-232页

作者：李学刚宋金明袁华茂李宁段丽琴曲宝晓 Institute of Oceanography Chinese Academy of Sciences

The turbidity maximum zone(TMZ) is one of the most important regions in an ***,the high concentration of suspended material makes it difficult to measure the partial pressure of CO_2(pCO_2) in these ***,very little data is available on the pCO_2 levels in *** relatively accurately evaluate the CO_2 flux in an example estuary,we studied the TMZ and surrounding area in the Changjiang(Yangtze) River *** seasonal cruises during February,August,November 2010,and May 2012,the pCO_2 in the TMZ and surrounding area was calculated from pH and total alkalinity(TA)measured in situ,from which the CO_2 flux was ***,the TMZ and surrounding area acted as a source of atmosphere CO_2 in February and November,and as a sink in May and *** average FCO_2was-9,-16,5,and 5 mmol/(m^2·d) in May,August,November,and February,*** TMZ's role as a source or sink of atmosphere CO_2 was quite different to the outer *** the TMZ and surrounding area,suspended matter,phytoplankton,and pH were the main factors controlling the FCO_2,but here the influence of temperature,salinity,and total alkalinity on the FCO_2 was *** carbon decomposition in suspended matter was the main reason for the region acting as a CO_2 source in winter,and phytoplankton production was the main reason the region was a CO_2 sink in summer.

关键词： CO2 flux seasonal variability turbidity maximum zone Changjiang River estuary