文章梳理了数据安全治理的基本理念, 总结了当前我国海洋科学数据安全现状及面临的挑战, 指出海洋科学数据安全的基本特征, 提炼出数据生命周期下的安全过程域及各过程域可能存在的安全风险。以海洋科学数据全生命周期为核心, 从治理目标、安全能力维度和治理体系3个层面构建了海洋科学数据安全治理框架, 并提出具体安全策略, 为提升我国海洋科学数据中心安全治理能力提供了理论支撑和实践参考。

文章利用2022年在汕头南澳岛周边海域4个航次的调查数据, 对表层水体中营养盐、叶绿素a和化学需氧量等重要水质参数的分布特征以及水体的富营养化状况进行了分析研究。南澳岛周边海域营养盐浓度总体呈西北向东南递减, 冬季营养盐浓度显著高于其他季节。夏季, 南澳岛周边海域呈现高叶绿素低营养盐的特征, 可能是该季节浮游植物对营养盐较强的生物吸收作用所导致; 南澳岛青澳湾附近海域的营养盐出现高值, 可能源于附近海水浴场的生活污水排放。而在其他季节, 溶解无机氮(dissolved inorganic nitrogen, DIN)的最高值均出现在榕江口附近, 说明陆源径流的排放是造成高DIN浓度的主要因素; 溶解无机磷(dissolved inorganic phosphorus, DIP)的最高值主要出现在柘林湾的网箱养殖区, 说明网箱养殖是造成DIP高值的主要因素。尽管秋季在外海站位出现相对氮限制, 但整体来看, 该海域营养盐结构基本平衡, 未出现营养盐绝对限制的情况。用富营养化指数(eutrophication index, EI)、营养质量指数(nutrient quality index, NQI)和营养状态指数(trophic index, TRIX)对该海域的富营养化状况进行评估显示, 富营养化最严重的区域在夏季出现在青澳湾附近, 其他季节则出现在柘林湾湾口和榕江河口附近, 需要重视夏季旅游热点区域生活污水对近岸海水的影响。富营养化综合评价指数与DIN极显著正相关, 与盐度显著负相关, 反映陆源径流是该海域富营养化主要诱因。EI严重低估了夏季低营养盐高叶绿素水体的富营养化程度, TRIX指数有效指示了水体富营养化的时空差异, 更适合此类“低营养盐高叶绿素”的海域。

海底滑坡作为一种破坏力巨大并且在全世界范围广泛分布的自然灾害, 往往会给人类的生命安全产生巨大的威胁。滑坡产生的巨大涌浪会对海洋建筑物造成严重破坏, 因此迅速预测和评估海底滑坡所能产生的涌浪大小是防灾减灾工作的关键部分, 对海洋资源的开发利用以及人民生命财产安全至关重要。文章以非静压模型(non-hydrostatic wave model, NHWAVE)进行了滑坡涌浪的数值模拟, 得到了不同滑坡产生涌浪的数据, 并以一维卷积神经网络(1-dimensional convolutional neural network, CONV1D)为基础, 训练了滑坡产生涌浪的预测模型。该模型使用了不同测点和不同类型的滑坡数据集进行训练, 并使用平均绝对误差等评价指标对卷积神经网络的预测结果进行评估。在使用少量数据集的条件下, 卷积神经网络能很好地学习到滑坡涌浪的规律, 并且对于数据集中不存在的特征也能预测得到不错的结果, 具有较好的泛化能力。模型训练好之后, 只要实时输入滑坡发生位置自由表面的水位数据, 神经网络就能在短时间内预测出未来下游测点涌浪的时程曲线。通过神经网络预测, 可以提前对灾害进行评估, 从而采取及时有效的应对措施。

南海北部湾涠洲油田构造复杂, 断层发育, 地层破碎, 因此速度结构非均匀性强。为了满足生产要求, 该地区进行了多轮走时层析速度建模, 包括双方位拖缆数据融合建模, 但成像效果较差。全波形反演(full waveform inversion, FWI)利用地震波场的振幅和走时信息构建更准确的速度模型, 但通常要求地震数据含有(超)长偏移距成分。针对涠西探区拖缆地震数据偏移距有限的实际情况, 文章发展了一种FWI与走时层析的分步高精度速度建模技术流程, 先采用从低频到高频的多尺度FWI, 由高信噪比的回转波与折射波信号反演浅、中层的速度模型, 然后利用反射波走时层析更新深层的速度模型。该项技术应用于涠洲油田复杂构造区域中, 处理结果显示: 与常规反射波走时层析建模相比, 该项技术获得的速度模型精度得以提升, 目标区域构造成像效果得到显著改善, 断层结构更加清晰, 为该油田增储扩产、实现效益开发奠定数据基础。

文章基于哨兵二号(Sentinel-2)遥感影像, 使用梯度向量流-主动轮廓模型(gradient vector flow-snake, GVF-Snake)提取南海西沙北岛、中岛和南岛的海滩基部线(toe of beach, ToB)和植被边界线, 获取了灰沙岛及其海滩面积。采用突变检验法, 判别出2016—2022年造成研究区岛屿面积发生突变的台风事件。通过统计台风事件中灰沙岛归一化植被指数(normalized difference vegetation index, NDVI)和海滩面积变化, 以及ToB线和植被边界线的移动距离, 分析了西沙灰沙岛受台风影响后的时空变化特征及其影响因素。结果显示: 1) 台风导致灰沙岛植被以轻度受损为主, 中度及以上受损植被分布在岛屿沿岸, 导致了植被边界线的后退, 而沉积物随受损植被剥脱, 并随风浪冲刷至海滩, 导致了ToB线的向海推进。受台风路径方向影响, 迎风面沿岸首先遭受冲击, 灰沙岛迎风面沿岸植被重度受损, 因而导致ToB线和植被边界线在迎风面具有更大的移动距离; 2) 在台风影响末期, 由于灰沙岛沿岸植被受损, 植被边界线的后退和ToB线的向海推进, 使得海滩面积扩大, 而在台风过后, 因失去植被的固定, 在海滩堆积的松散沉积物在风浪作用下从岛屿运离至礁坪, 使得海滩面积缩减。因此, 具有固定与缓冲作用的沿岸植被在维持灰沙岛的稳定性方面具有重要作用; 3) 台风风速增大和台风路径与灰沙岛之间距离的缩短, 以及台风期间海洋表层流速的增加, 易使得灰沙岛遭受极端波浪和风暴流的影响, 将增大灰沙岛严重受损植被的面积, 进而造成更大的岸线移动的距离和海滩面积的变化。此外, 台风可引起沉积物在灰沙岛及其周围环境中的运移, 进而直接改变灰沙岛海滩面积及其形态。台风过后灰沙岛上大量松散沉积物的流失, 导致了灰沙岛面积突变减小, 加之全球变暖造成生物碳酸盐产率下降, 以及来自周围环境的沉积物供应不足, 可能是南海西沙灰沙岛面积长期呈下降趋势的原因。

半叶马尾藻中国变种(Sargassum hemiphyllum var. chinese J. Agardh)是广泛分布于南海沿岸的大型经济海藻。为探究其有性生殖特点和人工育苗的可行性, 文章对硇洲岛采集的半叶马尾藻中国变种藻的体外观、雌雄生殖托和生殖细胞的形态特征、受精卵的早期发育过程进行了观察。半叶马尾藻中国变种成熟藻体呈黄褐色, 株高0.8~1m, 雌雄异株。雌性生殖托呈黄褐色、圆柱形, 表面长有较多的棘突, 直径为(0.46 ± 0.05)mm, 长度为(2.50 ± 0.67)mm; 雄性生殖托颜色较浅、呈棒状, 直径为(1.01 ± 0.18)mm, 长度为(9.21 ± 2.36)mm。雌性生殖托释放的卵细胞属8核1卵型, 椭球形或卵圆形, 直径(76.32 ± 10.11)μm, 排卵后附挂于雌性生殖托上等待受精; 雄生殖托释放的精子呈梨形, 长度为(27.52 ± 5.43)μm, 具有鞭毛。受精后大部分受精卵会从生殖托脱落, 固着于附着基上并开始早期发育。受精卵于第6小时开始第一次横分裂, 随后经过数次横纵分裂, 于第24小时发育成“地雷状”幼孢子体, 28d后出现原生叶。文章还对适宜半叶马尾藻中国变种幼孢子体萌发的附着基质及适宜生长温度进行了探索。室内悬浮培养试验证明, 25℃条件下幼孢子苗的存活率为90%, 藻体生长速率为90.1μm·d^-1。

利用基于简化基因组测序(restriction site associated DNA sequencing, RAD-seq)技术开发了10对新的多态性微卫星引物, 对辽宁丹东(DD)、河北秦皇岛(QHD)、辽宁庄河(ZH)、山东青岛(QD)、江苏连云港(LYG)、浙江宁波(NB)、福建厦门(XM)、广东惠州(HZ)和广西北海(BH)共9个缢蛏群体进行了遗传多样性分析, 在270个缢蛏个体中共检测到了352个等位基因。平均等位基因数(N_a, number of alleles)在3.2000~4.3000之间、平均有效等位基因数(N_e, effective number of alleles)在1.8789~2.5433之间; 观测杂合度(H_o, observed heterozygosity)范围为0.0000~0.9667、平均观测杂合度在0.3088~0.5533之间; 期望杂合度(H_e, expected heterozygosity)范围为0.0000~0.7945、平均期望杂合度在0.3456~0.5715之间; 平均多态信息含量(PIC, polymorphic information content)在0.3373~0.5989之间。遗传多样性评估显示, 9个缢蛏群体的遗传多样性水平属于中等。群体间的遗传分化系数(F_st, genetic differentiation coefficient)在0.0547~0.3511之间, 其中QHD和ZH群体之间的F_st值最低为0.0547, 而LYG和BH群体之间的F_st值最高为0.3511。基因流(N_m, gene flow)在0.4620至4.3204之间, 其中QHD和ZH群体之间的N_m值最高为4.3204, 而LYG和BH群体之间的N_m值最低为0.4620。分子方差分析(analysis of molecular variance, AMOVA)分析结果显示, 群体间的遗传变异占总变异的33.04% (p < 0.01), 而群体内的遗传变异占总变异的66.96% (p < 0.01), 表明遗传变异不仅存在于个体间, 也存在于群体间, 但个体间的遗传变异大于群体间的遗传变异。非加权组平均法(unweighted pair-group method with arithmetic means, UPGMA)、Structure软件的聚类结果以及主坐标分析(principal coordinate analysis, PCoA)结果一致。研究结果显示, 9个缢蛏群体可分为3大支: 第一支由QHD、ZH、QD、DD 4个群体组成; 第二支由LYG、NB、XM、HZ 4个群体组成; 第三支由BH群体独立成支。

2017年至2023年对黄鹂无齿鲹野生群体进行驯养、催熟, 并对其人工繁殖技术进行了初步研究。自然成熟产卵的受精卵为透明、球形浮性卵, 卵黄囊有油球1个, 卵径(0.85 ± 0.04)mm, 油球径(0.23 ± 0.02)mm, 每克卵量(3197 ± 210)粒, 受精卵在水温(28 ± 0.5)℃、盐度30‰、pH 8.0~8.2、溶解氧6.05~7.13mg·L^-1的海水中, 胚胎历时17h17min完成胚胎发育, 其胚胎发育分为卵裂期、囊胚期、原肠胚期、神经胚期、器官形成期和孵化期6个阶段。孵化的生态学总积温为483.84℃·h, 初孵仔鱼全长(2.01 ± 0.14)mm, 受精卵孵化率为94.95%; 在水温(29.5 ± 2.0)℃、盐度26‰~32‰、pH 7.8~9.0、溶解氧4.90~ 7.50mg∙L^-1的海水中, 完成了前期仔鱼、后期仔鱼、稚鱼期、幼鱼期共4个阶段培育, 从初孵仔鱼期至前期仔鱼期成活率为91.49%, 出膜后14日龄进入稚鱼期, 出膜后26日龄完成变态成为幼鱼, 出膜后45日龄幼鱼体色和形态已与成鱼基本一致, 全长(51.05 ± 4.81)mm。本研究完成了黄鹂无齿鲹的苗种培育, 总育苗成活率32.62%, 并可进行全人工繁殖。

细足磷虾属Hansarsia (原Nematoscelis)的物种在海洋浮游生态系统中扮演着重要角色, 但常存在混淆和错误鉴定。文章采用形态学分析方法, 对中国科学院南海海洋生物标本馆在南海和东印度洋海域采集到的细足磷虾属标本进行了深入研究, 旨在明确种间差异并解决分类上的混淆。文章补充和修订了秀细足磷虾、瘦细足磷虾、小细足磷虾和长细足磷虾的特征描述; 描绘了4个种从亚成体到成体的第一和第二胸足的变化; 指出了成体瘦细足磷虾的额角二型现象以及第一胸足掌节刚毛的数量变化; 明确了在南海和东印度洋海域的小细足磷虾和长细足磷虾的区别。

油彩蜡膜虾(Hymenocera picta)是一种常见的海水观赏虾, 色彩鲜艳专食海星, 深受水族爱好者欢迎。为此对油彩蜡膜虾繁殖习性、繁殖周期和胚胎发育过程进行了观察。油彩蜡膜虾亲虾交配行为由雄性主导, 主要有接触、攀爬跨坐、转移精荚和分开4个阶段。雌性在交配2h后产卵, 在水温(27 ± 0.5)℃条件下, 胚胎经14~15d发育, 经过受精卵期、卵裂期、囊胚期、原肠胚期、前无节幼体期、后无节幼体期、膜内溞状幼体期和孵化前期8个阶段直至幼体孵化, 幼体孵化后12~48h内雌性亲虾蜕壳, 蜕壳2h内再次开始交配, 进入到下一个繁殖周期。

在贝类免疫防御体系中, 血细胞作为其主要的免疫效应细胞, 起着非常重要的作用。文章通过血细胞计数、Giemsa染色、透射电镜、扫描电镜和荧光吞噬的方法研究了海菊蛤血细胞的形态与类型及吞噬功能。海菊蛤的血细胞密度为3.296 × 10⁶cells·mL^-1, 血细胞在大小和胞质内是否含有颗粒方面存在显著差异, 基于这些差异, 将其细分为透明细胞(占9.74%)、颗粒细胞(占58.14%)、无颗粒细胞(占27.50%)和淋巴样细胞(占4.62%) 4种类型。透射电镜下可以观察到透明细胞、颗粒细胞、无颗粒细胞和淋巴样细胞。扫描电镜观察, 可以明确区分出4种不同形态的细胞, 它们分别是椭圆细胞、圆形细胞、梭形细胞、核形(锥形)细胞。利用标记了绿色荧光蛋白(green fluorescent protein, GFP)的大肠杆菌BL21进行血细胞吞噬试验, 结果显示, 海菊蛤血细胞的吞噬作用主要依赖于颗粒细胞来完成。

文章对南海海绵共附生真菌Penicillium sp. G5A-11的化学成分及其细胞毒活性进行了研究。综合运用薄层色谱、硅胶柱色谱、凝胶柱色谱以及半制备型高效液相色谱等多种分离技术对海绵共附生真菌Penicillium sp. G5A-11的大米发酵产物进行分离纯化, 依据波谱数据和理化常数分析并结合相关的文献数据比对, 确定所分离化合物的结构, 并用四唑盐比色(methylthiazolyldiphenyl-tetrazolium bromide, MTT)法对所鉴定的化合物进行了细胞毒活性测定。结果显示: 从海绵共附生真菌Penicillium sp. G5A-11中共分离鉴定了17个化合物, 其结构分别鉴定为: N-乙酰酪胺 (1)、methyl 2-(6-hydroxybenzothiazol-4-yl) acetate (2)、R-甲羟内酯 (3)、烟酸 (4)、altechromone A (5)、2, 5-dimethy-7-hydroxychromone (6)、methyl 7-hydroxy-2-methylchromone-5-carboxylate (7)、stagonoculiepine [(2S, 5R)-1-formyl-1, 2, 3, 4-tetrahydro-5H-2, 5-epiminobenzo[b]azepin-5-yl acetates] (8)、(4R, 5S)-5-(hydroxymethyl)-5-methyl-4-(3-oxobutyl)dihydrofuran-2(3H)-one (9)、9α-hydroxy-1, 2, 3, 4, 5, 10, 19-heptanorergosta-7, 22-diene-6, 9-lact (10)、3β, 5α, 9α-trihydroxy-(22E, 24R)-ergosta-7, 22-dien-6-one (11)、过氧化麦角甾醇 (12)、(22E, 24R)-24-methylcholesta-2, 22-diene-3β, 5α, 6β-triol (13)、麦角甾醇(14)、豆甾醇/β-谷甾醇 (15)、3β, 5α-dihydroxy-(22E, 24R)-ergosta-7, 22-dien-6-one (16)和3β, 5α-dihydroxy-6β-methoxyergosta-7, 22-diene (17)。其中, 化合物7和9为新天然产物。肿瘤细胞毒活性测试结果表明, 化合物10对肿瘤细胞K562 (人慢性髓原白血病细胞)和SGC-7901 (人胃癌细胞)显示出细胞毒活性, 其半数最大抑制浓度值分别为(12.07 ± 0.12)μmol·L^-1和(13.17 ± 0.02)μmol·L^-1。

文章探讨和分析了海南红树林沉积物来源链霉菌Streptomyces ardesiacus GXIMD 03502的次级代谢产物及相应生物合成基因簇。通过比对16S rDNA序列信息对菌株进行初步鉴定。综合运用多种色谱分离技术分离其次级代谢产物, 结合波谱数据分析与文献数据比对确定化合物的结构。从该链霉菌中获得5个2-羟基苯基噻唑啉衍生物, 经鉴定分别为 (+)-(S)-pulicatin G (1)、pulicatin A (2)、aerugine (3)、pulicatin F (4) 和 (+)-(S)-dihydraeruginoic acid (5)。采用Illumina novaseq 6000技术对菌株进行基因组测序, 利用生物信息学技术分析、定位及注释负责合成相应化合物的基因簇, 并推导其生物合成途径。该菌株基因组分析结果表明其包含31个次级代谢生物合成基因簇, 其中基因簇11可能参与2-羟基苯基噻唑啉衍生物的生物合成, 并推导了该衍生物的合成途径。

为了研究阿拉伯宝螺(Mauritia arabica)来源的真菌细菌共生体Aspergillus spelaeus GXIMD 04541 / Sphingomonas echinoides GXIMD 04532的次级代谢产物, 利用硅胶柱层析、凝胶柱层析以及半制备高效液相色谱(high performance liquid chromatography, HPLC)对菌株发酵提取物进行分离纯化, 运用现代波谱学方法并结合相关文献数据比对, 鉴定化合物结构, 通过溴化噻唑蓝四氮唑(methylthiazolyldiphenyl tetrazolium bromide, MTT)法评价化合物细胞毒活性。GXIMD 04541 / 04532的大米发酵提取物中分离得到5个细胞松弛素类化合物和2个苯内酯类化合物, 分别为trichalasins C (1)、aspochalasin E (2)、aspochalasin H (3)、aspochalasin I (4)、aspochalasin K (5)、citreofuran (6)、cyclothiocurvularin B methyl ester (7)。活性测试结果显示, 化合物2、4和5表现出PC3细胞毒活性, 半数最大抑制浓度(half maximal inhibitory concentration, IC₅₀)分别为17.23、15.18和8.71μmol·L^-1, 化合物1—5未表现出22Rv1细胞毒性。

有效波高数据是研究热带气旋海浪预测方法和反演技术的前提, 文章利用中法海洋卫星(China-France oceanography satellite, CFOSAT)波谱仪(surface waves investigation and monitoring, SWIM)高精度有效波高观测数据, 校正欧洲中期天气预报中心(European Center for Medium-range Weather Forecasts, ECMWF)第5代再分析资料(the fifth generation ECMWF reanalysis, ERA5)在高海况下低估有效波高的误差, 为构建高精度、大样本量的热带气旋海浪有效波高数据集提供了一种可靠方法。首先, 由于ERA5与SWIM数据存在时空分辨率差异, 文章利用经纬度变换和反距离加权法空间插值对两种数据进行时空匹配。然后, 通过数据对比得到了ERA5误差随SWIM有效波高增大而增大的相关关系, 进而使用线性回归方法构建了从ERA5到SWIM的有效波高重构方程。最后, 使用两处美国国家数据浮标中心(National Data Buoy Center, NDBC)浮标数据对重构方程进行了验证, 对于5m以上海浪, ERA5有效波高数据的均方根误差分别从重构前的1.65m和1.08m降低到重构后的1.18m和0.71m, 证明了重构方程的有效性。

通过采用水平二维的Boussinesq方程的FUNWAVE-TVD (fully nonlinear wave model with total variation diminishing) 数值模型模拟了孤立波在三维珊瑚堡礁附近的波浪传播变形和岸滩爬高。首先通过已有的物理试验对模型进行了验证, 随后分析了不同珊瑚礁宽度、口门宽度和口门位置对堡礁附近波浪传播变形和爬高的影响。珊瑚礁的存在能够有效减小孤立波的作用, 随着珊瑚礁宽度的增加, 波高减小得更为迅速, 整个环岛的爬高值不断减小, 背浪面附近的爬高值很小且存在一定的不稳定性。珊瑚礁对中央岛屿海岸爬高的削弱作用随着珊瑚礁宽度的增加而减小; 随着口门宽度的增大, 口门附近潟湖内波高增大的范围变大。口门宽度对爬高的影响在中央岛屿迎浪面一定范围内比较显著, 随着口门宽度的增大, 该范围内中央岛屿迎浪面的爬高增大, 最大爬高由双峰向单峰转变, 在此范围之外的爬高值几乎不受口门宽度的影响; 随着波浪来波方向与口门夹角的增大, 口门附近潟湖内孤立波波高增大的范围减小, 口门位置的改变仅仅影响岛屿上与口门相接近区域的爬高, 这个影响区域随着波浪来波方向与口门夹角的增大向口门后方偏移。

珊瑚礁特殊的地貌结构会导致大部分的入射波浪在其礁缘处破碎, 从而有效降低礁坪上的波浪强度, 起到保护海岸区域的作用。然而, 岛礁上日益增多的人类活动, 例如吹填珊瑚砂和岸防建设等, 不但对岛礁原本脆弱的生态系统构成威胁, 并且对岛礁复杂波浪演变特性产生显著影响。目前, 岛礁建设面临促进岛礁生态修复和改善岛礁防浪抗浪特性的双重需要。文章基于物理模型试验, 系统研究了人工生态礁体群存在时岛礁孤立波水动力的演变特性, 并且分析了波高、水深、礁体开孔直径等因素对孤立波水动力特性的影响。试验结果表明, 人工生态礁体群的存在会对岛礁孤立波的传播演变特性产生显著影响。入射波浪与人工生态礁体之间存在复杂的相互作用, 礁体的存在会降低入射波浪的反射强度。除此之外, 人工礁体内部复杂的涡流场会消耗更多的入射波能量, 导致入射波浪在礁坪上的透射系数降低, 更好地起到保护海岸的作用。

文章以叶绿素a (Chlorophyll-a, Chl-a)的低成本、高精度估算为目标, 利用近十年南海西部调查航次数据, 基于随机森林(random forest, RF)算法, 以水文气象条件的变化对海洋生化过程的影响及贡献为基础, 以水文气象参数(hydro-meteorological parameters, HMPs)作为输入数据, 构建Chl-a的低成本估算模型对南海西部表层Chl-a进行了估算。为验证基于水文气象参数估算Chl-a的可靠性, 利用准分析算法(quasi-analytical algorithm, QAA)以实测固有光学特性参数为基础, 推导得到原位遥感反射率(remote sensing reflectance, R_rs)。在此基础上, 结合海洋颜色4 (ocean color 4, OC4)、Aiken和Tassan等经典水色产品经验算法对 Chl-a进行了估算及评价, 评价结果表明OC4算法的估算精度最高, R²可达0.438。与RF模型0.568的R²比较不难看出, 得益于HMPs的大数据量, 基于HMPs的RF模型其Chl-a估算结果表现出较为优秀的稳定性和泛化性, 与实测结果的空间分布一致性更好。通过对特征参数重要性进行研究发现, 盐度是基于HMPs估算Chl-a的机器学习模型中最重要的特征变量, 其次依次是温度、风与气压, 贡献率最低的是相对湿度。

随着全球对清洁能源需求的增长, 氢能作为重要的可再生能源储备, 其储存技术受到广泛关注。陆上储氢系统存在氢气泄漏、污染饮用水和灾变伤人等风险。而海下岩层地质环境相对稳定, 密闭性好, 海下离岸储氢技术受到广泛关注与快速发展。目前主要的地下储气技术包括盐穴、含水层和枯竭油气藏储气库3种, 其中盐穴储气库在欧美多国已经运行多年, 技术基础较为成熟, 然而我国滨海并无适合建设盐穴的地层, 盐穴储氢库只能在内陆建设。我国滨海地下含水层和油气藏较为丰富, 亟须及时开展海下储氢的相关地质研究, 推动不同海域相关技术的发展和应用, 以及氢能产业的全面发展。发展海下储氢技术不仅在选址过程中需要运用最新的地球物理方法, 结合氢气特殊的物理化学特性, 详细评估海下特殊的地质条件, 同时要综合考虑地质、水文、生物化学和矿物学等因素, 以确保合理规划和安全运行。

在海洋石油工程向深水迈进过程中, 海洋工程勘察从业者关注到具有潜在威胁的地质现象, 发现了若干与浅水区域具有明显差异的独特地质灾害, 对钻井平台就位、导管架平台和浮式平台设计、海底管缆路由优选, 均造成了一定影响。本文基于多个深水海洋工程勘察案例, 通过对工程物探调查、工程地质调查及海洋环境调查数据分析, 阐述深水地质灾害特征及其对海洋工程影响, 优化海洋工程设计方案。研究表明, 深水区广泛发育沙波、陡坎、硬质海底、断层、海底峡谷、块体搬运沉积体(mass transport deposits, MTDs)等地貌和灾害类型, 采用自主式水下航行器等近底潜载调查方式, 可以获取厘米级分辨率的调查成果, 结合船载调查数据和土工试验数据, 能够进行斜坡稳定性分析与海底浅地层划分, 为海洋工程建设提供设计依据。

裂缝方位和发育强度是各向异性研究的重要参数, 通过常规纵波地震数据难以辨识。相比之下, 裂缝引起的横波分裂现象更加明显。为研究中国东海西湖凹陷探区裂缝发育情况, 本文利用四分量海底节点(ocean bottom nodes, OBN)地震数据中记录的转换横波信息进行了横波分裂分析。研究发现: 浅层(0~3000ms)快慢横波时间延迟3~5ms, 平均裂缝方向约111°—117°, 裂缝方位相似度高达80%~90%, 裂缝发育比较集中; 深层(大于3000ms)裂缝分布较复杂, 快慢横波时间延迟主要集中于6~8ms, 主要方位集中于119°, 但裂缝方位相似度低(低于50%), 方位不集中, 出现约20°—40°方位的裂缝。研究区浅层主要发育NW(西北)向裂缝, 深层主要发育NW(西北)和NE(东北)向裂缝, 与研究区断层发育方向基本一致; 横波分裂时间延迟量从浅部到深部逐渐增大, 表明越往深层, 裂缝发育强度越强; 研究区南侧时间延迟明显高于北侧, 表明南侧裂缝发育强度高于北侧。

大型海藻构成的海藻场是近岸海岸带重要的生物栖息地, 其生态功能可与珊瑚礁、红树林、海草床和盐沼湿地等生境媲美, 也是蓝碳的重要组成部分。本文以海南麒麟菜省级自然保护区琼海海域海藻场为例, 对该海域海藻场的大型海藻分布特征及其碳储量进行调查与评估。本次调查研究结果表明:麒麟菜省级自然保护区(琼海)海域海藻场潮下带大型海藻平均覆盖度达50%; 大型海藻为23属34种, 优势种为圈扇藻(Zonaria diesingiana)、匍枝马尾藻(Sargassum polycystum)等; 大型海藻平均生物量为267.75g·m⁻²; 定量分析了其中的17种大型海藻, 干湿比为11.58%~43.54%, 有机碳含量为14.25%~39.19%; 研究区域大型海藻平均碳密度为(0.49±0.004) Mg C∙hm⁻², 碳储量总量为(2252.77±19.37) Mg C。本文的相关研究结果为建立热带海域海藻场碳储量调查和评估方法提供了科学数据和研究基础。

滨海湿地修复是提升海岸带蓝碳生态系统碳汇功能的重要举措。浙江省持续开展了大规模的红树林引种造林工程, 然而, 人工种植红树林后湿地固碳能力及其影响因素尚不清晰。本研究以乐清湾人工种植红树林(秋茄Kandelia obovata)为对象, 研究了不同林龄土壤有机碳含量、单位面积碳储量及其垂直分布特征, 并与互花米草(Spartina alterniflora)盐沼和淤泥质光滩进行比较。结果表明,成林红树林土壤有机碳含量和储量最高, 且红树林和盐沼生境土壤有机碳含量和储量均显著高于光滩。互花米草盐沼土壤有机碳含量高于幼林红树林, 但由于互花米草盐沼土壤容重显著低于幼林红树林, 因此, 幼林红树林土壤有机碳储量略高于互花米草盐沼。不同生境土壤有机碳含量和储量都呈现随土壤深度先升高后下降的分布特征, 一般在20~50cm深度最高。采样区域和生境类型差异对土壤有机碳含量和储量影响显著, 并有显著的交互作用。孔隙水溶解氧、土壤总氮、土壤pH和孔隙水盐度与土壤有机碳含量呈显著正相关关系。本研究结果可为评估浙江省红树林北移后的固碳潜力以及湿地功能提升提供科学依据与数据支撑。

凯伦藻藻华在全球范围内频发, 引起了世界各国的广泛关注。胡氏凯伦藻(Karenia hui)为2024年鉴别的凯伦藻属新种, 且发现其对海洋青鳉鱼(Oryzias melastigm)具有致死性, 但目前对该种的研究非常有限。本文通过研究胡氏凯伦藻的生长特性、对卤虫(Artemia salina)的急性毒性作用, 以及不同生长阶段的溶血活性, 旨在揭示该藻的生长特征、对卤虫的毒性效应以及溶血活性的变化规律。研究结果表明胡氏凯伦藻具有特殊的双生长周期, 即初次指数生长期和稳定期后, 会再次进入指数生长期和稳定期。胡氏凯伦藻对卤虫具有急性毒性, 其对卤虫的致死率与藻密度呈正相关, 并随暴露时间增加而升高。在对其不同生长时期对卤虫急性毒性研究中发现, 在23天初次稳定期时对卤虫毒性最强, 在24h卤虫比死亡速率达到最高, 为(0.22±0.03)h^-1, 72h死亡率达到(98.33%±4.08)%。胡氏凯伦藻的溶血活性在首次指数生长期升高, 并在该期末达到峰值(14.43×10^-6HU·cells^-1), 随后在首次稳定期开始下降, 在第二次指数生长期和稳定期内的藻细胞溶血活性较低(0.31×10^-6HU·cells^-1)。本文研究结果可为评估和预防胡氏凯伦藻藻华引起的潜在生态风险提供理论基础。

本文对羊栖菜(Sargassum fusiforme)共附生真菌Aspergillus sp. GXIMD 02045的次级代谢产物进行研究, 运用多种色谱技术分离该菌株代谢产物, 基于质谱、核磁共振波谱和旋光等数据结合文献数据比对鉴定化合物结构, 并测定抑菌活性。从海洋真菌Aspergillus sp. GXIMD 02045中分离并鉴定了15个化合物, 分别是(3S)-6-羟基-8-甲氧基-3, 5-二甲基异色满 (1)、(3S)-6-羟基-8-甲氧基-3-甲基异色满 (2)、(3S, 4R)-4, 6-二羟基-8-甲氧基-3, 5-二甲基异色满 (3)、(1S, 3R)-3, 7-二甲基-1, 8-二羟基-6-甲基异色满 (4)、(S)-6-羟基-7-甲氧基-3, 5-二甲基异色满-1-酮 (5)、anserinone A (6)、anserinone B (7)、(+)-formylanserinone B (8)、对羟基苯乙酸 (9)、对羟基苯乙酸甲酯 (10)、Waol A (11)、(S)-7-甲氧基-2, 5-二甲基-2, 3-二氢苯并呋喃-6-醇 (12)、6-甲基-2-乙酰基-3, 5-二羟基苯乙酸甲酯 (13)、4-羟基-3, 6-二甲基-2-吡喃酮 (14)和反式阿魏酸 (15)。其中化合物6—8对耐甲氧西林金黄葡萄球菌有抑制活性, 最小抑菌浓度为3.91~7.81μg·mL^-1。化合物6—8和11对枯草芽孢杆菌有抑制活性, 最小抑菌浓度为7.81~15.62μg·mL^-1。化合物4、6—8、10和11对铜绿假单胞菌有抑制活性, 最小抑菌浓度为1.95~125.00μg·mL^-1。本研究为羊栖菜及其共附生真菌的开发研究提供了理论基础。

为了从海洋微生物中寻找结构新颖的次生代谢产物, 本文采用大米培养基对海洋本草软珊瑚共附生真菌Aspergillus terreus EGF7-0-1进行规模发酵, 运用薄层色谱、柱层析和高效液相色谱等多种色谱技术对发酵产物进行分离纯化, 通过核磁共振波谱、高分辨质谱和旋光光谱等多种光谱学方法, 并结合文献数据比对确定了8个γ-芳环丁烯内酯类化合物: butyrolactones I—V(1—5)、aspernolide E(6)、asperteretal D(7)和 terrusnolide A(8)。首次对化合物1—8进行体外抑制酪氨酰-DNA磷酸二酯酶I (tyrosyl-DNA phosphodiesterase 1, TDP1)活性测试, 均无抑制作用。本研究为TDP1抑制剂的发现提供借鉴。

对甲氧基肉桂酸辛酯(2-ethylhexyl-4-methoxycinnamic acid, EHMC)是国内防晒产品中最常见的有机紫外吸收剂成分, 随人类活动汇入海洋并在珊瑚组织内积累, 加速珊瑚白化。微生物降解法是去除珊瑚EHMC污染的有效手段之一, 然而目前珊瑚的EHMC降解细菌资源及EHMC对珊瑚微生物群落的影响仍知之甚少。本文选择三亚鹿回头近岸海域珊瑚为研究对象, 开展EHMC降解菌多样性研究。首先, 以EHMC为唯一碳源对珊瑚组织样品进行多次富集, 获得EHMC的耐受菌群, 利用高通量测序技术, 分析富集菌群组成和多样性; 同时通过细菌的分离鉴定和功能验证, 筛选出潜在的EHMC降解菌株。16S rRNA基因高通量测序结果显示, 在EHMC胁迫下, 滨珊瑚(Porites lutea)、角蜂巢珊瑚(Favosites sp.)和鹿角珊瑚(Acropora sp.)三个样品的细菌群落多样性下降。从属水平上看, 壤霉菌属(Agromyces)、副球菌属(Paracoccus)、Pelagibaca属和赤杆菌属(Erythrobacter)等细菌在原始珊瑚中占比极低, 经EHMC多次富集后成为优势菌属。通过纯化培养, EHMC富集样品共分离出60株可培养细菌。16S rRNA基因鉴定结果显示, 60株细菌分别归属于3个门、3个纲、6个目、8个科、13个属和17个种。可培细菌的优势菌属主要为芽孢杆菌属(Bacillus), 其次是红球菌属(Rhodococcus), 副球菌属, 微小杆菌属(Exiguobacterium)和尖球菌属(Acuticoccus)。经对单个纯培养菌株的活性筛选, 最终筛选出8株潜在EHMC降解菌株, 分别归属于芽孢杆菌属、短波单胞菌属(Brevundimonas)、副球菌属、尖球菌属、Phycicoccus属、红球菌属和分枝杆菌属(Mycolicibacterium)。前人研究表明, 红球菌属、芽孢杆菌属和副球菌属等细菌与芳香族化合物的生物降解相关。本研究分析了EHMC污染对珊瑚细菌群落的影响, 并分离出潜在的EHMC降解细菌, 为珊瑚抵御有机紫外吸收剂污染提供有用信息, 也为后续构建珊瑚益生微生物组减轻珊瑚礁有机污染积累了宝贵的菌种资源。

受气候变化及人类活动的影响, 海洋水母暴发已经成为近岸海域严重的生态灾害, 威胁海洋生态系统及沿海经济的发展。灾害水母防治成为全球范围内亟待解决的问题。微生物在海洋无脊椎动物的生长发育过程中发挥着重要作用, 调节着水母等海洋无脊椎动物生活史的进程。我们利用菌株与海月水母浮浪幼虫共培养实验, 筛选获得一株能够抑制海月水母浮浪幼虫附着变态的副炭疽芽孢杆菌(Bacillus paranthracis) SG49, 但其关键的代谢物尚不清楚, 抑制机制有待进一步解析。本研究利用非靶向代谢组学技术对菌株SG49的胞内和胞外代谢产物进行检测, 分析二者的差异, 筛选抑制浮浪幼虫附着变态的潜在关键代谢产物。研究结果表明菌株SG49胞内外代谢产物有较大差异, 筛选出了7个具有潜在抑制活性的物质, 分别为 3-羟基-2-氧吲哚、卡那霉素、安普霉素、链霉素、硫酸链霉素、没食子酸和松柏醇, 这些代谢产物能够抑制细菌生物被膜的形成, 并能抑制微生物的生长。研究结果为利用微生物资源进行灾害水母防治提供理论依据及菌株资源。

利用2021—2023年夏季珠江口及毗邻海域现场调查资料, 分析了夏季水文要素的时空变化及其影响因素。研究表明: 夏季温盐均表现为东北—西南走向的空间分布特征, 但三年调查期间的量值变化显著。平均海表温度 2021年最低, 2022年最高; 底层海温2021年最高, 2022和2023年依次减小。2022年强径流导致冲淡水向外扩展范围广, 海表盐度明显低于2021和2023年; 底层盐度2023年最高, 2021和2022年依次减小。中、底层温盐变化与台风过境及陆架低温高盐水入侵有关。2021年台风Lupit过境后垂向温盐混合均匀可直达海底, 层结减弱。观测期间陆架水上溯至伶仃洋, 在此形成低温区和显著盐度锋面。2022和2023年陆架水入侵依次增强, 中、底层海温(盐度)依次降低(增大)。2023年强上升流抑制珠江口冲淡水向陆架扩散, 导致陆架海表盐度高于前两年。底层温盐随潮汐而变化, 涨潮时高盐冷水向岸运动导致温度下降、盐度升高, 退潮时则反之。海表温度与气温具有较好正相关关系, 随气温变化明显。