热带海洋学报杂志

热带海洋学报杂志2023年第3期

• 铁铝假说与海洋铝施肥增汇潜力展望*

  周林滨, 黄良民, 谭烨辉

  人为活动引起的二氧化碳(CO2)等温室气体排放是驱动全球变暖的主要因素。全球变暖对粮食、水资源、能源、经济安全等领域均产生了严重威胁。减缓全球变暖势在必行, 不仅需要大规模减少CO2等温室气体排放, 还需要大量部署CO2移除(carbon dioxide removal, CDR)技术(又称负排放技术), 主动从空气中移除CO2并长期封存, 尽快使全球CO2净排放减少为零, 达到“碳中和”。海洋占地球表面积的70%, 是最大的活跃碳库, 具有巨大的CO2吸收潜力。基于海洋的CDR是实现碳中和的必要途径, 海洋CDR理论、方法、技术研究已成为热点和前沿领域。目前, 海洋CDR的研究认知仍相对较弱, 具有广阔的发展空间。缓解全球变暖的迫切需求促使海洋碳汇基础理论和海洋CDR研究快速发展, 原创性进展不断出现。本文主要综述铁铝假说的理论基础, 探讨基于“海洋铝施肥”的CDR发展潜力。铁铝假说认为, 铝可增强上层海洋浮游植物固碳, 降低生源碳分解速率, 提高海洋生物泵效率, 增加碳向深海输出、封存, 调控海洋碳汇的形成, 影响大气中CO2的浓度。与铁一样, 铝可能也是影响地球历史时期和现代气候变化的关键因子。通过提高铁的利用效率和向深海碳输出效率, 铝可以弥补人工海洋铁施肥的不足, 赋予海洋铝施肥成为新型的基于自然碳汇的CDR方法和技术的潜力。作为一种CDR方法, 海洋铝施肥尽管具有潜在高效的特点, 但还处于较为初级的概念阶段。本文提出, 应当从上层海洋浮游植物固碳、生源碳向深海输出、碳的长期封存三个方面, 进一步研究铝增强海洋碳汇的作用机制, 完善铁铝假说和海洋铝施肥的理论基础; 并在不同时空尺度上检验海洋铝施肥的CDR效能及其潜在环境影响, 为基于海洋铝施肥的CDR技术开发和应用提供科学基础。

• 南海大气沉降及其生态环境效应*

  邢建伟, 宋金明

  海-气界面的物质和能量交换是导致全球气候和生态环境变化的重要原因。作为我国和西北太平洋最大的陆架边缘海, 南海的大气沉降在其外源输入中占有重要地位。随着南海周边国家经济社会的持续快速发展, 人为源污染物通过大气沉降向海洋的输送日益增强, 势必会对南海生态环境产生不可忽视的影响。基于近30年来南海生源要素、微痕量元素以及新污染物微塑料大气沉降的研究报道, 本文系统总结归纳了南海大气干湿沉降物浓度、干湿沉降通量及其影响因素, 并对其生态环境效应进行了分析。结果表明: (1)南海大气颗粒物浓度相较我国东部近海要低, 且基本没有酸雨的沉降, 但受东南亚生物质燃烧和我国化石燃料燃烧排放影响, 南海大气碳质气溶胶浓度和沉降量处于较高水平; (2)南海大气干湿沉降营养盐中均以氮占绝对主导地位, 且各形态氮的比例在不同海域存在较大差异, 沉降物的营养盐结构严重失衡; (3)气溶胶中人为源金属元素的溶解度较高, 多数成分以湿沉降为主, 大气微塑料多以纤维形态存在, 气象条件(降水量、风速等)、源排放强度是控制大气成分浓度和沉降通量的主要因素; (4)大气氮沉降约占南海表层氮输入总量的20%, 大气氮的输入会加重海域的低氧和酸化, 且营养物质沉降对浮游植物的爆发性增殖有重要作用, 大气沉降会对南海这一寡营养生态系统产生多重复杂影响, 这与海域水文条件、初始营养状况、浮游植物类群以及大气成分和沉降特征等密切相关。今后应注重在研究的深度和广度上持续发力, 聚焦各类大气成分尤其是有机态氮磷和新污染物干湿沉降的精准化常态化监测, 从多学科交叉角度深入探明生源要素和微痕量元素大气沉降与南海生态系统之间的影响与反馈机制。大气沉降是南海生物地球化学循环的重要一环, 对南海生态环境的影响是一把“双刃剑”。随着未来南海陆源物质大气沉降作用的持续增强, 这一影响必将更趋复杂和深远。

• 热带气旋影响吕宋海峡输运的研究进展与展望*

  杨磊, 温金辉, 王强, 罗希, 黄华明, 何云开, 陈举

  吕宋海峡是连接南海与西太平洋的唯一深水通道, 也是调节南海环流及其热力特征的关键海洋通道。在大尺度西边界流、中尺度涡、热带气旋等众多因子的共同影响下, 吕宋海峡输运表现出显著的多时间尺度变率特征, 其中热带气旋是影响该海域强烈且频繁的天气过程之一, 解析吕宋海峡输运与热带气旋之间的动力联系也是近年来南海海洋研究的热点之一。本文主要从吕宋海峡附近热带气旋活动特征及其对黑潮、吕宋海峡附近环流结构、吕宋海峡输运的影响等方面回顾最新的研究进展。最后, 本文认为接下来应当在热带气旋调制吕宋海峡输运的机制, 以及对吕宋海峡输运年际变化的贡献等方面加强研究。

• 南海西边界流区域涡旋特征及两类冬季环流对涡致热输运的调制

  刘钦燕, 李汶莲, 石睿, 陈举, 李春晖, 谢强

  本文基于观测数据和模式产品, 探讨了南海西边界流(South China Sea western boundary current, SCSwbc)区域海洋涡旋的统计特征、涡致热输运并重点探讨了两类冬季环流形态及其风场分布对它们的影响。结果表明研究区域的涡旋气候态上存在旋转速度很强, 半径较大, 振幅略高于平均值的涡旋统计特征, 其中气旋式涡旋(cyclonic eddy, CE)的占比约为56.8%。并且涡旋的生成和消亡主要发生在冬/春季, 而涡旋的振幅、半径和旋转速度在夏/秋季发展到顶峰。年际时间尺度上, 年平均经向风应力与反气旋式涡旋(anticyclonic eddy, AE)的振幅、半径、旋转速度和消亡均有较好的相关性, 但与CE特征的相关性并不好。“O” 型冬季环流模态下, 风场和南海西边界流显著减弱, 冬季环流在越南沿岸发生向东分支。涡旋在“O”模态下吸收平均流能量迅速发展, 在越南沿岸东部地区产生了强的涡致热输运(eddy-induced heat transport, EHT)。同时, 涡旋内部旋转速度减小且反气旋式涡旋个数减少; “U” 型冬季环流模态下, 情况则相反。

• 孟加拉湾陆架对潮汐的影响研究

  徐一凯, 胡松, 朱宇航, 王飞, 张春玲

  孟加拉湾典型地形对潮汐的影响机制尚未得到深入研究, 故本文基于FVCOM(finite-volume community ocean model)设置了一组控制试验和三组对照试验, 通过数值试验手段理解湾顶和两侧陆架地形, 以及陆架区域显著的峡谷地形对该区域潮汐的影响机制。试验结果显示: 恒河峡谷有利于减小峡谷附近的潮波振幅, 但对湾顶潮差影响不大; 顶部陆架宽度有助于增大潮波振幅, 增大湾顶的潮差; 东侧陆架有助于增强开尔文波, 增大湾顶潮差, 但影响不如顶部的陆架显著; 西侧陆架仅对西部局地有影响, 对整体同潮图分布影响较小。

• 挟带黑潮高盐水的中尺度涡在南海北部的时空特征

  杨一凯, 曾丽丽

  吕宋海峡处涡致输运显著影响南海北部的热盐平衡。本文利用1993—2018年间的AVISO卫星数据, 识别和筛选了南海北部76个黑潮脱落反气旋涡、46个黑潮伴生气旋涡、29个南海局地反气旋涡和40个南海局地气旋涡。分析发现, 四类涡旋的平均非线性系数均远大于1, 证实了筛选涡旋具有黑潮高盐水输运能力。涡旋传播路径受南海北部地形影响, 在西向传播过程中向西南向偏移。相较于气旋涡, 反气旋涡形成之后向南海北部移动了更远的距离。涡旋多形成于吕宋海峡中部, 而随着纬度的升高或降低, 形成概率逐渐减小。脱落(伴生)涡旋多形成于秋冬两季而夏季最少, 以反气旋涡居多, 平均每月反气旋涡要比气旋涡多2.5个; 年平均脱落(伴生)涡旋数目约为4.6, 且气旋涡并不是每年都形成。整体上, El Niño事件通过影响黑潮路径而使得黑潮脱落或伴生的涡旋数目增多。

• 基于体散射函数及吸收系数的南海水体漫射衰减系数研究*

  张现清, 李彩, 周雯, 刘聪, 许占堂, 曹文熙, 杨跃忠

  漫射衰减系数Kd(z, λ)是估算水下光场及水色要素剖面分布、研究浮游植物光合作用及赤潮灾害预警方法的重要参数, 它是一个准固有光学特性参数, 是波长 λ和剖面深度z的函数, 除与水体吸收、散射或后向散射有关外, 对归一化的水体体散射函数即散射相函数的角度分布极为敏感。本文基于广角体散射函数测量仪(volume scattering and attenuation meter, VSAM)、吸收衰减系数测量仪ac-9和ac-s以及海洋光学剖面仪Profiler Ⅱ OCI/R-200I和HyperPro Ⅱ在南海海域实测数据, 利用LightGBM、随机森林(random forest, RF)、CatBoost三种高效机器学习方法, 首次构建了基于体散射函数β(ψ)、吸收系数a及对应剖面深度z的漫射衰减系数Kd(650)剖面分布估算模型, 并综合R2、RMSE、MAPE以及估算与实测数据的对比进行模型评价, 结果表明, 三种机器学习模型中, CatBoost模型的R2和RMSE分别为0.8534和0.0472m-1, 均优于RF和LightGBM; CatBoost模型的MAPE为11.0585%, 低于RF模型但略高于LightGBM模型; 通过对比估算和实测结果发现, CatBoost模型估算结果与实测结果最为相近, 是Kd(650)最优估算模型。利用CatBoost模型, 结合实测体散射函数β(ψ)、吸收系数a及其相应剖面深度z, 对南海北部多个站点15m以浅Kd(650)的剖面分布估算表明, 上述站点Kd(650)在5、10、15m三个水层变化范围为0.275~0.7m-1, 5m水层的Kd(650)较为平稳, 10与15m水层Kd(650)跨度较大。本研究方法考虑了多角度体散射函数分布对漫射衰减系数的贡献, 为基于固有光学特性参数估算Kd(z, λ)提供了新方法思路。

• 南海北部陆缘不均匀伸展及脉动式构造升降史*

  赵中贤, 孙珍, 毛云华, 张伙带

  南海北部陆缘在区域板块构造和深部地幔流影响下, 发育了复杂的构造、岩浆和基底升降过程。本文采用最新提出的伸展校正回剥技术和4条长地震剖面, 对南海北部陆缘新生代伸展变形和从张裂到裂后的构造升降过程开展详细研究。结果表明南海北部陆缘伸展减薄差别大, 强伸展与弱伸展不仅具有南北分带特点, 还具有东西交替出现的分块特征。琼东南盆地、珠江口盆地中部、台西南盆地伸展减薄大, 部分地壳被减薄至10km以下; 而珠江口西部和东部伸展减薄小, 地壳厚度大都在20km以上。强伸展与弱伸展陆缘总应变不同, 但应变速率均具有张裂早期慢、晚期快的二阶段特征。强伸展陆缘最大应变速率在4×10-15~7×10-15s-1之间, 地壳最大伸展系数为4~10; 弱伸展陆缘最大应变速率小于1×10-15s-1, 最大伸展系数小于1.9。南海北部陆缘构造升降具有脉动式、快慢交替的特征。张裂期构造沉降快, 裂后构造升降表现为4幕先慢后快及东早西晚的特点。陆缘西部琼东南盆地脉动式升降主要与深部地幔上升流引起的动力地形有关。陆缘东部珠江口和台西南盆地脉动式构造升降则可能受南海打开过程及吕宋岛弧与南海陆缘碰撞的影响。

• 铵态氮加富对贝克喜盐草光合作用、谷氨酰胺合成酶和氨基酸成分的影响

  江志坚, Chanaka Isuranga PREMARATHNE, 方扬, 林基桢, 吴云超, 刘松林, 黄小平

  海草贝克喜盐草(Halophila beccarii)由于体型小, 其重要性一直被忽视, 且近海氮负荷增加导致其处于加速退化状态。目前贝克喜盐草对铵毒害的生理响应尚不清楚。基于室内模拟实验, 设置了四种铵态氮梯度(对照; 25、50和100μmol·L-1), 结合叶绿素荧光技术、非损伤微测技术和靶向代谢组学, 探讨了铵态氮加富对贝克喜盐草光合作用、叶绿素、叶肉细胞铵离子流速、谷氨酰胺合成酶活性以及营养成分的影响。结果表明, 贝克喜盐草叶片的最大相对电子传递速率呈现低铵态氮加富>中铵态氮加富>对照>高铵态氮加富的变化趋势, 高铵态氮加富显著降低了最大相对电子传递速率和光能利用效率, 进而减少碳库用于铵态氮的同化。同时, 铵态氮加富显著增加了铵离子内流流速和谷氨酰胺合成酶活性, 把过多的铵同化成氨基酸。但是, 铵态氮加富却降低了氨基酸成分, 这可能是由于氨基酸被用来合成有机物如关键次生代谢物, 以进一步调节和适应铵毒害作用。因此, 适度的铵营养盐增加可促进贝克喜盐草的光合作用和生长, 而高浓度的铵营养盐则对贝克喜盐草产生毒害作用。

• 海洋假交替单胞菌端生和侧生鞭毛对生物膜形成的影响

  郭云学, 蔡兴盛, 古嘉瑜, 王晓雪

  海洋假交替单胞菌广泛分布于各种海洋环境中, 能分泌多种生物活性物质和胞外酶类, 多具有较强的生物膜形成能力。这些生物膜具有诱导矿化和吸引腐蚀生物幼体附着的功能, 在海洋生态系统的能量和元素循环中扮演特殊角色。细菌的鞭毛系统介导细菌的运动行为, 在营养的获取以及生物膜和浮游状态转化过程中发挥作用。有研究表明, 鞭毛也是生物膜基质的有机组分, 但目前海洋假交替单胞菌鞭毛系统在生物膜形成中的作用尚不清楚。本文以南海表层来源的假交替单胞菌(Pseudoalteromonas sp. SCSIO 11900)和深海沉积物来源的近源假交替单胞菌(Pseudoalteromonas. sp. SM9913)为研究对象, 分别选取了编码鞭毛不同组分的基因进行敲除, 研究鞭毛缺失对细胞游动性和生物膜形成能力的影响。结果表明, 无论来自表层还是深海的假交替单胞菌都使用端生鞭毛维持细胞游动性, 而且其缺失促进生物膜的形成。此外, 深海来源的SM9913还具有侧生鞭毛。尽管这种鞭毛有助于提高细胞游动性, 却不影响细菌的生物膜形成能力。这些端生鞭毛系统在近缘海洋假交替单胞菌中广泛分布, 可能为该属菌株在不同海洋环境中获取营养、定殖及适应环境的过程中发挥重要作用。

• 粤港澳大湾区近海中小型浮游动物分布特征及影响因素*

  宋星宇, 林雅君, 张良奎, 向晨晖, 黄亚东, 郑传阳

  为阐明粤港澳大湾区近海水文动力和人为活动引起的环境变化对浮游动物群落结构的影响, 于2019年7月(夏季)和2020年12月(冬季)在粤港澳大湾区近海珠江口、大亚湾、黄茅海三个断面进行浮游动物采样, 比较分析中小型浮游动物的群落特征, 并探讨引起其季节和区域差异的影响因素。调查海域共鉴定中小型浮游动物211种(包括浮游幼虫), 其中桡足类占总种数的42.18%, 浮游动物的多样性、丰度呈现明显的季节和区域差异。浮游动物种数和平均丰度均为夏季高于冬季, 远岸海域物种多样性高于近岸。浮游动物丰度高值区在两个季节均位于珠江口咸淡水交汇区域; 夏季河口水域的平均丰度高于大亚湾水域的, 冬季丰度分布无明显差异。聚类分析结果显示, 调查海域夏季整体分为河口、海湾、远岸3个类群, 珠江口水域受径流影响较大, 与大亚湾之间群落结构差异明显; 而冬季河口与海湾近岸水域群落结构差异不明显。强额孔雀哲水蚤(Parvocalanus crassirostris)、短角长腹剑水蚤(Oithona brevicornis)在夏季和冬季均为优势种, 厦门矮隆哲水蚤(Bestiolina amoyensis)、中华异水蚤(Acartiella sinensis)、简长腹剑水蚤(Oithona simplex)等为夏季优势种, 小拟哲水蚤(Paracalanus parvus)等为冬季优势种。Pearson相关性分析与冗余分析表明大湾区近海浮游动物丰度与温度、盐度、叶绿素a浓度及营养物质的关系存在种间、季节和区域差异, 表明湾区复杂的水体环境条件对中小型浮游动物群落结构存在潜在影响。

• 广西山口不同演替阶段红树植物叶茎根的生态化学计量特征*

  邱瑾, 戴洪涛, 邢永泽, 黄大吉, 尹群健, 程德伟

  红树林是一种典型的湿地生态系统, 研究其生态化学计量特征对了解不同演替阶段红树植物养分利用、分配以及环境适应策略具有重要意义。本文以广西山口红树林保护区由海向岸不同演替阶段的三种红树植物(白骨壤、秋茄和木榄)为研究对象, 比较不同器官碳(C)、氮(N)、磷(P)以及沉积物中有机碳(sedimental organic carbon, SOC)、全氮(total nitrogen, TN)、全磷(total phosphorus, TP)的化学计量特征, 分析三个演替阶段的红树植物不同器官和沉积物养分的生态化学计量特征。结果表明: C、N、P含量在三个演替阶段植物中均表现为叶、茎大于根(P<0.05), 白骨壤叶和茎的N、P含量显著高于秋茄和木榄(P<0.05), 不同演替阶段植物对于养分的利用策略不同, 演替初期为竞争, 演替后期为防御。相关性分析显示, 秋茄茎与根中的P含量呈显著负相关(P<0.05), 木榄叶与茎中的N含量、P含量均呈显著正相关(P<0.05), 红树植物叶、茎的N、P含量与土壤SOC、TP以及C:N有显著的负相关性, 随着由海向岸的群落演替, 红树植物生长从N限制转为N、P两种元素共同限制。

• 广西北部湾可培养黏细菌资源初探及其抗菌活性研究

  卢天梅, 官佳松, 覃诗敬, 刘永宏, 苏志维

  采用大肠杆菌诱导法和滤纸诱导法对广西北部湾不同海洋生境采集的样品进行黏细菌的分离纯化, 基于菌落形态特征结合16S rRNA基因序列分析对黏细菌纯培养物进行初步鉴定。从21份海洋生境样品中共分离纯化得到38株黏细菌, 隶属于4属10种, 其中黏球菌属和珊瑚球菌属分别占菌株总数的63.16%和26.32%, 属于优势菌属。采用VY/2培养基进行固体培养发酵, 利用丙酮提取浓缩获得提取物, 进一步利用滤纸片琼脂扩散法对菌株粗提物进行抗菌活性初步筛选。结果发现24株黏细菌提取物对9种指示菌具有不同程度的抑制作用, 抗菌阳性率达63.16%, 其中Myxococcus macrosporus (1H01)的提取物对肺炎克雷伯菌的抑制活性显著, 优于阳性药(氨苄青霉素钠, 1mg·mL-1)。研究结果表明广西北部湾特殊海洋生境黏细菌多样性丰富, 分离出的黏细菌具有良好的抗菌活性, 为新型抗生素应用研究奠定了物质基础。

• 深海放线菌Streptomyces koyangensis SCSIO 5802中次级代谢产物neoabyssomicin H的分离鉴定*

  宋永相, 李晓悦, 鞠建华

  深渊霉素类化合物具有抗结核分枝杆菌、抗MRSA (methicillin-resistant Staphylococcus aureus)、选择性激活潜伏HIV病毒等生物活性, 具有显著的开发利用潜力。本文在前期研究基础上, 进一步对深海链霉菌Streptomyces koyangensis SCSIO 5802新型深渊霉素类化合物的生产潜力进行发掘, 综合利用多种色谱分离手段, 获得一个结构新颖的深渊霉素硫醚二聚体化合物, 命名为neoabyssomicin H。该化合物的结构通过UV、IR、HR-ESI-MS, 1D和2D NMR及X-Ray单晶铜靶衍射等进行了鉴定。活性测试结果表明, neoabyssomicin H对金黄色葡萄球菌和系列临床MRSA的MIC(minimum inhibitory concentration)值大于128μg·mL-1。该研究进一步丰富了深渊霉素类化合物, 为硫醚二聚体类深渊霉素活性化合物的研究提供了新的分子实体。

• 新型葡萄糖-2, 5-二酮哌嗪衍生物的设计、合成与细胞毒活性

  廖升荣, 许华炎, 李晓琳, 刘永宏

  从海洋天然产物中挖掘高细胞毒活性化合物成为近年来抗肿瘤药物研究工作的一项重要内容。本研究以2, 5-二酮哌嗪海洋天然产物Piperafizine B为修饰骨架, 在其哌嗪环6位的苄叉邻位引入位阻较大的四乙酰基葡萄糖或葡萄糖基团, 共合成了14个2, 5-二酮哌嗪衍生物(1a-i, 2a-f)。溶解性实验结果初步表明, 相较于Piperafizine B, 衍生物的脂溶性(1.5~27.9mg·mL-1, 溶剂为二甲亚砜(dimethyl sulfoxide, DMSO))与水溶性(0.1~0.9mg·mL-1, 溶剂为磷酸缓冲液, pH 7.4)均明显改善。衍生物的细胞毒活性评价结果表明, 部分四乙酰基萄糖衍生物的细胞毒活性较好, 半抑制率浓度值(IC50)为1.0~9.1μmol·L-1, 并对Huh-7细胞的生长抑制活性具有一定的选择性(3.3~4.5μmol·L-1)。化合物1c的细胞毒活性最好, 对癌细胞株K562、A549及Huh-7的IC50值分别为1.0、3.6与3.3μmol·L-1。而将乙酰基水解后的葡萄糖衍生物无明显细胞毒活性(IC50>10μmol·L-1)。

• 《热带海洋学报》2012—2021年发文分析

  林强

  通过梳理《热带海洋学报》2012—2021年间发表的767篇论文, 借助CiteSpace软件进行文献计量与可视化分析, 了解这十年间的发展情况, 为未来期刊建设和管理提供参考。结果显示, 《热带海洋学报》的影响因子和发文数在十年间大致呈现下降—上升的趋势, 在海洋科学期刊中处于Q2区前列, 并在2018和2019年进入Q1区; 该期刊特色明显, 更突出热带海洋, 特别是南海的研究成果, 涉及的重点研究领域包括中尺度涡、数值模拟、上升流、珊瑚礁、浮游植物等; 拥有一批层次较高的核心作者群体, 主要来自中国科学院大学和中国科学院南海海洋研究所, 研究方向涉及海洋地质学、海洋地球物理学、海洋环流、海洋遥感、海洋生物与生态学等; 在高被引和高下载论文中, 综述性论文占据较高比例。近年来, 通过网络首发、新媒体推广等手段, 《热带海洋学报》的论文下载量不断提高, 影响力也逐步提升。