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我国近海生态环境灾害发生的生源要素驱动机制及健康调控

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应用生态学报 2024年第2期35卷 564-576页

作者：邢建伟宋金明袁华茂李学刚段丽琴曲宝晓王启栋马骏王越奇戴佳佳中国科学院海洋研究所中国科学院海洋生态与环境科学重点实验室山东青岛266071 中国科学院大学海洋学院山东青岛266400 中国科学院海洋大科学研究中心山东青岛266400

近几十年来,我国近海生态环境在气候变化和高强度人类活动等多重压力下发生重大变化,以赤潮和绿潮为代表的有害藻华发生次数和规模呈快速增长态势,同时海水低氧和酸化等环境问题也日渐突出,迫切需要探明海洋生态环境灾害的发生机制和防... 详细信息

近几十年来,我国近海生态环境在气候变化和高强度人类活动等多重压力下发生重大变化,以赤潮和绿潮为代表的有害藻华发生次数和规模呈快速增长态势,同时海水低氧和酸化等环境问题也日渐突出,迫切需要探明海洋生态环境灾害的发生机制和防治措施。本文首次阐明“海洋生态环境灾害”概念的内涵,并从营养物质外源输入、海洋有机质矿化分解与营养盐再生、近海水体营养盐结构异常等方面系统阐释了我国近海生态环境灾害发生的生源要素驱动机制,指出日益增强的人类活动引发的陆源营养物质输入剧增以及生源要素入海后的复杂生物地球化学循环过程共同导致近海生态环境灾害的频发。在此基础上,结合本领域最新研究进展,提出了基于海水生源要素管理的近海生态环境健康调控思路。即基于陆海一体化战略,通过技术手段,从陆源减排、海岸带缓冲和近海治理链条式降低陆源污染物特别是无机氮的排放强度,并通过人为调控技术促进近海海水营养盐结构的正常化,从而达到降低和控制近海生态环境灾害发生的目的,改善和提升近海生态环境质量。

关键词：海洋生态环境灾害营养盐调控陆海统筹生态环境健康中国近海

短凯伦藻高效溶藻菌Pseudoalteromonas shioyasakiensis SE3的分离、鉴定及溶藻作用研究

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海洋与湖沼 2024年

作者：姚玉芳吴在兴袁涌铨贺立燕曹西华宋秀贤俞志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青岛海洋科技中心海洋生态与环境科学功能实验室中国科学院大学

微生物防控法以其生态调控功能和环境友好特征成为赤潮治理领域备受关注的一种方法。从短凯伦藻（Karenia brevis）藻际微生物中筛选出一株高效溶藻菌，研究了其对短凯伦藻的溶藻特性、溶藻作用方式及机制。经16S rDNA鉴定，该溶藻菌属... 详细信息

微生物防控法以其生态调控功能和环境友好特征成为赤潮治理领域备受关注的一种方法。从短凯伦藻（Karenia brevis）藻际微生物中筛选出一株高效溶藻菌，研究了其对短凯伦藻的溶藻特性、溶藻作用方式及机制。经16S rDNA鉴定，该溶藻菌属于假交替单胞菌属细菌Pseudoalteromonas shioyasakiensis SE3。结果表明，菌株SE3的溶藻效果不受细菌生长阶段的影响，主要受细菌数量的影响，当细菌密度为1.2×107cells/mL时，在6 h即能达到100%的溶藻率。基于扫描与透射电镜等研究发现，菌株SE3主要以与藻细胞直接接触的作用方式溶藻，菌株SE3首先破坏短凯伦藻膜结构，侵入藻细胞内部，导致藻细胞的死亡。上述研究结果为利用藻际细菌防控赤潮提供了重要参考。

关键词：赤潮治理微生物方法溶藻细菌假交替单胞菌溶藻机制

改性粘土对浒苔配子的高效去除作用及其抑制机理研究

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海洋与湖沼 2024年

作者：孙兆妍贺立燕俞志明宋秀贤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海洋科技中心海洋生态与环境科学功能实验室中国科学院大学

微观繁殖体被视为浒苔绿潮暴发的“种源”，使用改性粘土对微观繁殖体进行有效去除是绿潮早期防控的潜在方法之一。以浒苔配子为实验对象，筛选了高效去除且有效抑制残留配子的改性粘土配方，分别从絮凝作用、生理生化等角度研究了该配... 详细信息

微观繁殖体被视为浒苔绿潮暴发的“种源”，使用改性粘土对微观繁殖体进行有效去除是绿潮早期防控的潜在方法之一。以浒苔配子为实验对象，筛选了高效去除且有效抑制残留配子的改性粘土配方，分别从絮凝作用、生理生化等角度研究了该配方高效去除与抑制残留配子萌发的机理。结果表明，在相同浓度下十六烷基三甲基溴化铵改性粘土（MCⅢ）对配子的去除和抑制效果均优于其他类型的改性粘土。其中，0.05 g/L MCⅢ对配子的去除率可达99.4%，对体系残留配子的萌发率低于5%；且MCⅢ对配子的去除和抑制效果随改性粘土用量的增加而增强。进一步的机理分析表明，MCⅢ通过破坏配子的细胞膜可对其进行有效灭杀，同时通过电中和作用增强絮凝沉降，实现对配子的高效去除；通过氧化胁迫降低残留配子的生理活性，进而抑制已固着细胞的增殖，从而有效降低萌发率。以上研究结果表明，MCⅢ可以高效去除并抑制浒苔配子的萌发。该研究结果将为浒苔绿潮的早期防控提供科学依据。

关键词：浒苔配子改性粘土高效去除抑制萌发

基于高通量定量PCR与高通量测序技术研究城市湿地公园抗生素抗性基因污染特征

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环境科学 2024年第1期45卷 576-583页

作者：黄福义周曙仡聃潘婷周昕原苏建强张娴中国科学院城市环境研究所城市环境与健康重点实验室福建省流域生态重点实验室厦门361021 中国科学院大学北京100049 中国科学院华南植物园退化生态系统植被恢复与管理重点实验室广州510650

城市湿地公园是城市湿地保护与利用的重要实践,具有重要的生态系统服务价值.抗生素抗性基因(ARGs)作为一种新污染物,在水体环境中普遍存在,是当前环境研究和公众关注热点.基于高通量定量PCR与16S rRNA基因高通量测序技术,深入研究了厦... 详细信息

城市湿地公园是城市湿地保护与利用的重要实践,具有重要的生态系统服务价值.抗生素抗性基因(ARGs)作为一种新污染物,在水体环境中普遍存在,是当前环境研究和公众关注热点.基于高通量定量PCR与16S rRNA基因高通量测序技术,深入研究了厦门城市湿地公园水体环境中抗生素抗性基因的种类、丰度水平和分布特征.结合微生物群落特征和水质理化性质,阐释了城市湿地公园抗生素抗性基因污染的影响因子和驱动机制.结果表明,城市湿地公园水体环境总共发现了217种抗生素抗性基因,丰度水平高达6.48×10^(9)copies·L^(-1),抗性基因呈现出丰度较高、种类多样以及普遍共存的特点,城市湿地公园是抗生素抗性基因分布的重要热区和存储库;Marivivens、NS5_marine_group和Planktomarina等9种微生物是41种抗生素抗性基因的潜在携带者,微生物群落结构对城市湿地公园水体环境抗性基因变化的单独解释量达到了51%,因此微生物群落是城市湿地抗生素抗性基因赋存和演化最重要的驱动力.基于研究结果,暗示着城市湿地公园水体环境抗生素抗性基因具有潜在水生态安全及人类健康风险,应该加强城市湿地公园水体环境微生物污染研究与控制.

关键词：高通量城市湿地抗生素抗性基因(ARGs) 水环境新污染物

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山东近海桡足类丰度和粒径结构的季节变化

海洋与湖沼 2024年

作者：王铄张小青臧文潇宋书群杨德周张芳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海洋科技中心海洋生态环境科学功能实验室中国科学院大学青岛大学附属中学中国科学院海洋研究所海洋环流与波动重点实验室

海洋桡足类为经济鱼类的重要饵料，直接影响着渔业资源及经济养殖生物的产出数量和质量。然而，目前关于山东近海桡足类生物量和空间分布的研究主要集中在胶州湾、莱州湾和荣成湾等典型海湾，对山东近海桡足类的系统研究未见报道。为了... 详细信息

海洋桡足类为经济鱼类的重要饵料，直接影响着渔业资源及经济养殖生物的产出数量和质量。然而，目前关于山东近海桡足类生物量和空间分布的研究主要集中在胶州湾、莱州湾和荣成湾等典型海湾，对山东近海桡足类的系统研究未见报道。为了解山东近海桡足类数量空间分布的季节动态，基于ZooScan图像技术分析了2022～2023年山东近海4个航次的浮游动物样品，研究了桡足类丰度、体积生物量、粒径组成和时空变化及其与环境因子间关系，并构建了标准化粒径谱以表征桡足类的相对粒径分布和能量传递效率。结果表明，春季（5月）、夏季（8月）山东近海桡足类丰度高于冬季（2月和12月），丰度高值区主要集中在渤海测区。Spearman相关性检验结果显示，春季桡足类丰度与表层海水盐度呈显著负相关关系，夏季则与表层海水温度呈显著负相关关系。此外，春季桡足类标准化粒径谱截距最大、斜率最高，表征出春季近海桡足类的生产力水平、向更高营养级的能量传递效率皆高于夏、冬季。夏季桡足类标准化粒径谱截距与表层海水盐度呈显著正相关关系。该海域桡足类的数量动态变化可为渔业资源生产提供理论依据。

关键词：桡足类体积生物量粒径谱季节动态

胶州湾大气降水水溶性离子组成特征及来源解析

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中国环境科学 2024年第3期44卷 1225-1233页

作者：冯辰龙邢建伟袁华茂宋金明中国科学院海洋研究所中国科学院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 中国科学院海洋大科学研究中心山东青岛266071 青岛科技大学化学与分子工程学院山东青岛266042

基于2019年6月至2020年8月胶州湾沿岸的大气降水样品,分析降水主要水溶性离子(Na^(+)、K^(+)、Ca^(2+)、Mg^(2+)、NH^(4+)、F-、Cl^(-)、SO_(4)^(2-)、NO_(3)^(-)、MAS-(甲基磺酸根))的组成特征和湿沉降通量,评估其对近海营养成分输入... 详细信息

基于2019年6月至2020年8月胶州湾沿岸的大气降水样品,分析降水主要水溶性离子(Na^(+)、K^(+)、Ca^(2+)、Mg^(2+)、NH^(4+)、F-、Cl^(-)、SO_(4)^(2-)、NO_(3)^(-)、MAS-(甲基磺酸根))的组成特征和湿沉降通量,评估其对近海营养成分输入的贡献和潜在生态效应,并利用气团后向轨迹和正定矩阵因子分解法(PMF)解析其主要来源.结果表明,观测期间,胶州湾大气降水雨量加权平均(Volume-weighted Mean,VWM)pH为6.41,电导率的VWM值为19.3μS/cm,降水中水溶性离子以Na^(+)、NH^(4+)、NO_(3)^(-)、Cl^(-)和SO_(4)^(2-)为主,在季节上呈现出冬春季浓度明显高于夏秋季的特征,而湿沉降通量则因受降水量的控制而主要集中在夏季(约占55%).胶州湾区域大气降水共清除7274.6t水溶性离子,营养盐(主要为NH^(4+)和NO_(3)^(-),以氮计)沉降入海量达951.9t/a,表明降水在清洁大气的同时也加剧了海洋环境的污染和海洋生态系统的失衡.气团后向轨迹分析得到了观测期间控制胶州湾降水的4类主要气团,在不同季节,降水过程受到不同气团的影响,其中以来自华东地区和东北方向的气团的影响较大.基于PMF的源解析结果显示,胶州湾大气降水水溶性离子受到农业源、海洋源、扬尘源、生物质和垃圾燃烧源、工业和交通源5种来源的共同控制,其中以农业源排放的贡献最为突出(26.7%),而其他4种源的贡献大致相当.研究证实胶州湾大气环境受到复杂人为源排放、矿物沙尘以及海洋源排放的综合制约,而人为排放的贡献占主导地位.

关键词：水溶性离子湿沉降通量大气降水气团后向轨迹正定矩阵因子模型胶州湾

厦门市近岸海域水环境抗生素抗性基因污染分布特征

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环境科学 2024年第7期45卷 3903-3910页

作者：许文锋刘丽华黄福义贺琦张娴福建省厦门环境监测中心站中国科学院城市环境研究所城市环境与健康重点实验室福建省流域生态重点实验室

海岸带及毗连海岛是人类经济社会发展的热点区域，城市化、工业化和农业活动等人类活动对近岸海域水环境生态环境产生了深刻的影响.抗生素抗性基因（ARGs）作为一种新污染物，是当前水生态安全研究和公共关注的热点，但是近岸海域水环境... 详细信息

海岸带及毗连海岛是人类经济社会发展的热点区域，城市化、工业化和农业活动等人类活动对近岸海域水环境生态环境产生了深刻的影响.抗生素抗性基因（ARGs）作为一种新污染物，是当前水生态安全研究和公共关注的热点，但是近岸海域水环境ARGs污染研究比较匮乏.基于厦门市近岸海域地理环境特征，采用高通量定量PCR技术，深入研究了近岸海域水环境中抗生素抗性基因的种类丰度水平和分布格局.并结合16S rDNA基因扩增子测序方法，探究了水体环境微生物群落结构与组成，深入阐释了近岸海域抗生素抗性基因的影响因素和赋存变化机制.结果表明，近岸海域水体环境总共检测出187种抗生素抗性基因，丰度水平高达1.29×1010 copies·L-1，多重耐药类、氨基糖苷类和β内酰胺类是厦门市近岸海域水体环境最主要的3大类抗生素抗性基因，整体上呈现出丰度较高、种类多样以及普遍共存的特点，近岸海域水环境是抗生素抗性基因分布的重要热区和储存库；Nautella、Candidatus、Tenacibaculum、Rubripirellula和Woeseia等22种微生物是相应16种抗生素抗性基因的潜在携带者，可移动遗传元件（MGEs）和微生物群落结构对近岸海域水体环境抗性基因变化的综合解释量达到了93.9%，说明微生物群落及其可移动遗传元件是近岸海域水体抗生素抗性基因赋存和演化最重要的驱动力.以上研究结果说明，厦门市近岸海域水体环境抗生素抗性基因具有潜在的水生态安全及人类健康风险，能够为近岸海域水体环境微生物及ARGs污染控制提供科学支撑.

关键词：抗生素抗性基因(ARGs) 近岸海域水生态微生物海水

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基于钙添加的海水无机碳移除的增汇潜力研究

中国环境科学 2024年

作者：李硕晨李学刚贺志鹏宋金明刘珊珊王志博中国科学院海洋研究所海洋生态与环境科学重点实验室中国科学院大学崂山实验室海洋生态与环境科学功能实验室中国科学院海洋大科学研究中心山东省渔业发展与资源养护总站

海水溶解无机碳碳库是大气碳库的50倍，如果能适当减少海水无机碳将极大地增加海洋对大气CO2的吸收，因此，移除海水溶解无机碳进而增加海洋碳汇是当前各国争相开发的技术.本研究在实验室内模拟不同初始条件，通过改变海水初始pH、Mg/C... 详细信息

海水溶解无机碳碳库是大气碳库的50倍，如果能适当减少海水无机碳将极大地增加海洋对大气CO2的吸收，因此，移除海水溶解无机碳进而增加海洋碳汇是当前各国争相开发的技术.本研究在实验室内模拟不同初始条件，通过改变海水初始pH、Mg/Ca比值、施加晶核等方式，定期监测海水pH、DIC和TA的变化，探讨向海水中添加Ca2+移除溶解无机碳增加海洋碳汇的潜力.实验结果表明，向海水中引入Ca2+，可以有效降低当前自然海水的镁钙比值(5.2)，并增加碳酸钙的过饱和度，从而促进海水体系中无机碳的移除.此外，含钙化合物的无机碳移除效果与海水初始pH值呈正相关，但单纯提升海水pH值并不足以诱导碳酸钙的生成，需通过额外引入Ca2+来提升碳酸钙过饱和度以实现显著无机碳移除效果.同时，实验还发现通过添加特定晶核诱导非均相沉淀，能够进一步促进海水中碳酸钙的生成，从而提高海水的无机碳移除效果，研究结果表明在施加45 mmol/L的Ca2+和蒙脱土晶核初始pH达到8.5的条件下，碳酸钙生成量最高可达959 μmol/L.海水无机碳移除后将在短期内吸收大气CO2增加海洋碳汇，本研究为探索海洋碳增汇技术提供了新的视角和理论基础.

关键词：海水无机碳碳酸钙沉淀海水碳移除海洋碳增汇

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水下珊瑚双向反射率观测技术的研究

光谱学与光谱分析 2024年第4期44卷 1098-1105页

作者：谢栢成许占堂杨跃忠曾凯张雨刘永明周雯李彩中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境国家重点实验室广东广州510301 中国科学院大学北京100049 南方海洋科学与工程广东省实验室广东广州511458

遥感作为一种高效海洋环境监测手段,可以对海底各种底质类型分布及其状态变化进行同步大面积监测。目前,海底底质反射率观测技术主要为单个角度观测,开展底质多角度光反射特性观测技术的研究,分析不同底质双向反射分布函数(BRDF)特征,... 详细信息

遥感作为一种高效海洋环境监测手段,可以对海底各种底质类型分布及其状态变化进行同步大面积监测。目前,海底底质反射率观测技术主要为单个角度观测,开展底质多角度光反射特性观测技术的研究,分析不同底质双向反射分布函数(BRDF)特征,对于遥感高精度监测浅水海区底质具有重要意义,在满足遥感对复杂底质类型精确区分的同时能做到对底质更细微的动态变化监测。采用双通道同步测量的方法,设计了一套简便的海底底质双向反射率测量系统,获取了水下珊瑚及细沙底质的反射率特征数据。在大亚湾海域开展了现场测量,数据分析表明:(1)岸上沙质的BRDF特征:在400~700 nm内,当天顶角不变时(θ=20°,40°或60°),不同方位角(θ=0°,45°,135°,180°,225°和315°)所测得的反射率值标准偏差小于1.5%;当方位角不变时(θ=0°,45°,135°,180°,225°或315°),不同天顶角上的反射率值标准偏差均不大于1.7%,表明岸上沙质的BRDF变化较小,具有朗伯体特性;水下沙质的BRDF特征:在400~700 nm内,当天顶角不变时,不同方位角所测得的反射率值标准偏差随着波长的增大而增大;在400 nm时,反射率值的标准偏差为3.8%,在700 nm时,反射率值标准偏差递增至12%。水下沙质的BRDF表现为各向同性特征。(2)水下珊瑚BRDF特征:在天顶角不变时,不同方位角上所测得的反射率值标准偏差随着波长的增加呈现先增加后减小,而后激增的趋势。从400到605 nm,标准偏差从1%升至2%,而后从605到675 nm,标准偏差从2%降至1.2%,在675~700 nm,标准偏差从1.2%增至4.9%。现场测试数据分析结果表明本套水底双向反射测量系统能有效测量多种海底底质的反射光谱。通过现场获取的测量数据,对沙质和珊瑚两种典型底质的反射率光谱及BRDF进行了初步分析,为后续采用遥感手段反演浅水区底质及动态变化(如,珊瑚生长状态)提供多种底质多观测角度的反射率光谱特征。

关键词：水下双向反射珊瑚各向异性底质反射率光学浅水遥感