机械工程学报

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王春禹, 姚鹏, 赵彬

2020, 42(10): 1-13. doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2020.10.001

[摘要](375) [HTML全文] (148)

摘要:
于2014年3月对长江口及邻近海域的表层沉积物进行了高分辨率采样，分析了沉积物粒级组成、比表面积、总有机碳含量及其稳定碳同位素组成(δ¹³C)、正构烷烃及其相关分子指标，讨论了此区域沉积有机碳和正构烷烃的高分辨分布特征，并结合基于主成分分析−蒙特卡洛模拟的三端元混合模型，对沉积有机碳的来源进行了定量解析。结果表明，长江口及其邻近海域表层沉积物中总有机碳含量为0.45%±0.16%，近岸泥质区总有机碳含量较高，外海砂质区含量较低。总正构烷烃(C₁₄−C₃₅)的绝对含量和相对于总有机碳的含量分别为(1.42±0.73) μg/g和(0.34±0.21) mg/g。泥质区以长链正构烷烃占优势，具有较强的奇碳优势；砂质区以短链正构烷烃占优势，且具有一定的偶碳优势。长江输入、老黄河口输入、闽浙沿岸小型河流输入和水动力分选等因素制约了正构烷烃的输运和分布特征。模型结果显示此区域沉积有机碳来自海源、土壤和高等植物的混合输入，其中以海源为主，其贡献为42.70%±18.18%，由陆地向外海贡献逐渐升高，其次是土壤和高等植物，其贡献分别为28.99%±15.37%和28.31%±17.12%。在水动力分选作用的影响下，两种陆源有机碳在入海之后的输运过程中存在明显的分异，土壤有机碳主要与细颗粒物结合，并沿闽浙沿岸向南输运，而高等植物来源有机碳则在长江口存在东北方向的输运。

白令海及西北冰洋有机质来源与新鲜程度的脂肪酸指示

李科, 金海燕, 赵香爱, 庄燕培, 季仲强, 张扬, 陈建芳

2020, 42(10): 14-27. doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2020.10.002

[摘要](266) [HTML全文] (126)

摘要:
白令海、西北冰洋等高生产力海域在北冰洋“生物泵”中起到重要作用；海水升温、海冰消退等北极快速变化，将强烈影响该海域“生物泵”的结构与规模，并在沉积物中有机质的来源与新鲜程度上有所体现，可用脂肪酸加以指征。对第五次、第六次中国北极科学考察在以上海域采集的表层沉积物进行脂肪酸含量（以沉积物干重计）及组成分析，结果显示楚科奇海陆架总脂肪酸含量非常高((97.15± 55.31) μg/g)，白令海盆最低((15.00±1.30) μg/g)，加拿大海盆、楚科奇海陆坡、白令海陆架居中(分别为(88.65 ± 3.52) μg/g，(70.35±11.32) μg/g与(38.28±14.89) μg/g)。海源脂肪酸占总脂肪酸比例最高(86.82%±7.08%)，陆源次之(8.45%±6.62%)，细菌最低(4.63%±2.24%)；硅藻指数(16:1ω9/16:0)在楚科奇海陆架(> 0.82)、白令海陆架边缘(> 0.65)较高，其他区域均较低。脂肪酸结果表明：(1) 该海域沉积有机质主要来自海源，陆源贡献小；在北部、南部楚科奇海陆架、白令海陆架边缘，硅藻生物量占主要优势；细菌脂肪酸比例显著低于温暖海域，指示低温抑制细菌活动。(2) 楚科奇海陆架区硅藻生产力高、细菌活动弱，新鲜有机质沉降效率高，但对未来海水升温、浮游植物群落变化也较为敏感。(3) 加拿大海盆、楚科奇海陆坡的浮游植物群落由绿藻与金藻主导。以上结论说明脂肪酸可指示表层沉积物中有机质的来源与新鲜程度；未来，脂肪酸有望进一步揭示北冰洋“生物泵”对北极快速变化的响应。

沉积记录中脂类生物标志物对琼东上升流强度的指示及其影响因素初探

王鑫, 吴莹, 曹梦莉, 齐丽君, 张经

2020, 42(10): 28-36. doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2020.10.003

[摘要](213) [HTML全文] (117)

摘要:
本文对海南岛东部上升流边缘区域(S5站位)和上升流中心区域(S10站位)两根沉积柱进行了正构烷烃和脂肪酸的分析，结合有机碳含量、粒径、碳稳定同位素(δ¹³C)等参数综合分析其有机质来源与降解特征，并利用脂肪酸硅藻丰度参数∑C₁₆∶∑C₁₈重建了研究区域上升流强度年际变化。研究结果表明：S10站位处于上升流中心附近，粒径较粗，以砂为主；S5站位处于上升流边缘区域，粒径较细，以粉砂为主；两站位柱样δ¹³C值和长短链脂肪酸比值(∑C_20−:0/∑C_20+:0)显示有机质均以海源输入为主，S10站位有机质降解程度大于S5站位。脂肪酸中硅藻丰度参数和浮游植物脂肪酸占比指示了S10站位初级生产力高于S5，并利用∑C₁₆∶∑C₁₈指征了研究区域上升流强度及年际变化趋势。上升流强度在1925−1950年，1950−1980年和1980−2008年间表现为弱、强、弱的趋势，与太平洋年代际振荡(Pacific Decadal oscillator，PDO)年际变化趋势一致；推测厄尔尼诺−南方涛动(El Niño-Southern Oscillation，ENSO)在短时间尺度上可能对上升流强度有一定调节作用，但长时间尺度上可能主要受PDO调节作用。

海底地下水排放对典型红树林蓝碳收支的影响——以广西珍珠湾为例

王亚丽, 张芬芬, 陈小刚, 李林蔚, 王希龙, 劳燕玲, 杜金洲

2020, 42(10): 37-46. doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2020.10.004

[摘要](430) [HTML全文] (321)

摘要:
海底地下水排放(Submarine Groundwater Discharge，SGD)是陆海相互作用的重要表现形式之一，其携带的物质对近岸海域生源要素的收支有重要影响。本文利用²²²Rn示踪技术估算了我国典型红树林海湾—广西珍珠湾在2019年枯季(1月)SGD携带的碳通量。调查发现，地下水中²²²Rn活度、溶解无机碳(DIC)和溶解有机碳(DOC)的平均浓度均高于河水和湾内表层海水。利用²²²Rn质量平衡模型估算得到珍珠湾SGD速率为(0.36±0.36) m/d，SGD输入到珍珠湾的DIC和DOC通量分别为(2.41±2.63)×10⁷ mol/d和(1.96±2.20)×10⁶ mol/d。珍珠湾溶解碳的源汇收支表明，SGD携带的DIC和DOC分别占珍珠湾总DIC和总DOC来源的91%和89%。因此，SGD携带的DIC和DOC是珍珠湾DIC和DOC的主要来源，是海岸带蓝碳收支和生物地球化学循环过程中的重要组成。

海洋中⁹⁰Sr：日本周边海域与南海的对比

林武辉, 何建华, 余克服, 杜金秋, 邓芳芳, 梁林, 李俊怡, 何贤文, 陈宝才, 冯亮亮

2020, 42(10): 47-58. doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2020.10.005

[摘要](472) [HTML全文] (187)

摘要:
⁹⁰Sr长期被视为最重要的人工放射性核素之一，日本福岛核事故导致包括⁹⁰Sr在内的大量放射性物质泄漏进入海洋，厂区储水罐中冷却废水至今仍然存在大量⁹⁰Sr。海洋中⁹⁰Sr分析方法却繁琐耗时，导致核事故后的⁹⁰Sr研究较为匮乏，且缺乏系统的认识。本研究在2015−2018年期间测量南海海水和多种海洋生物(马尾藻、海虾、牡蛎、红树林植物、造礁珊瑚)中⁹⁰Sr的基础上，深入分析核事故后日本周边海域和南海⁹⁰Sr的比活度水平与环境半衰期。结合文献资料，本研究发现1975−2010年期间日本近岸海水⁹⁰Sr的环境半衰期为15.4 a，2011年的核事故后日本周边海洋中⁹⁰Sr比活度显著升高，基于ERICA软件定量计算核事故后⁹⁰Sr对海洋鱼类的剂量率比核事故前的结果高5个数量级。南海作为福岛核事故后北太平洋环流的下游海域，本文进一步构建1984−2018年期间南海⁹⁰Sr比活度的历史曲线，发现核事故前后南海⁹⁰Sr比活度水平没有可识别的变化，进一步定量计算南海⁹⁰Sr的环境半衰期为26.7 a，发现边缘海和大洋中⁹⁰Sr和¹³⁷Cs环境半衰期格局差异与核素(⁹⁰Sr和¹³⁷Cs)的源汇过程(河流输入和海洋生物泵)密切相关。鉴于海洋中⁹⁰Sr分析方法的挑战性，本文发现在10多种海洋生物中造礁珊瑚骨骼几乎拥有最高的⁹⁰Sr浓集因子(约1 000 L/kg)，同时具有较易大量获取、固定附着生长、连续高分辨率记录、前处理简单快速等优点，很可能是海洋中⁹⁰Sr可靠的指示生物。造礁珊瑚中⁹⁰Sr研究将有利于揭示人工放射性核素的源汇过程，同时为我国海洋放射性监测方案和相关标准导则的优化和完善提供有益的参考。

基于模糊综合评价的粤港澳大湾区海洋沉积物中重金属污染演变历史——以大亚湾为例

曲宝晓, 宋金明, 袁华茂

2020, 42(10): 59-69. doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2020.10.006

[摘要](173) [HTML全文] (91)

摘要:
本研究测定了粤港澳大湾区典型海域—大亚湾沉积物中主要重金属元素的含量水平与污染状况。利用我国海洋沉积物质量标准和模糊综合评价法，系统探讨了大亚湾海洋沉积物质量的历史演变过程，为我国大湾区可持续发展提供了科学理论支持。结果表明，大亚湾海域的重金属污染状况在过去近百年经历了3个主要变化阶段：(1)20世纪80年代之前，大部分重金属含量较低，沉积物质量处于一类等级，与重金属污染相关的生态风险较小，对沉积物生态风险贡献最高的元素为Cr，最低的为Cd；(2)1980−2000年间，大亚湾沉积物中的重金属含量明显高于背景值，表明该阶段出现了较为严重的重金属污染，使近岸海域的沉积物质量等级处于二类与三类，但大亚湾外部海域沉积物受污染影响较小，仍处于一类等级，在此期间，Cu取代Cr成为最主要的污染元素；(3)2000年以后，沉积物重金属的污染水平显著降低，生态风险迅速下降，沉积物质量等级恢复到了一类水平，Cr是这一阶段最主要的污染元素。

基于广义回归神经网络的全球表层海水1°×1°二氧化碳分压数据推演

钟国荣, 李学刚, 曲宝晓, 王彦俊, 袁华茂, 宋金明

2020, 42(10): 70-79. doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2020.10.007

[摘要](269) [HTML全文] (139)

摘要:
表层海水二氧化碳分压是评估海洋碳源汇强度的关键参数，但其实测数据较少、时空分布极不均匀，导致二氧化碳交换通量的估算有很大的不确定性，海洋源汇特征就不能确切获取。为了解决这个难题，在收集的表层大洋二氧化碳地图(Surface Ocean CO₂ Atlas，SOCAT)实测数据集基础上，运用广义回归神经网络建立二氧化碳分压与经纬度、时间、温度、盐度和叶绿素浓度间的非线性关系，构建了1998−2018年间全球1°×1°经纬度的表层海水二氧化碳分压格点数据，其标准误差为16.93 μatm，平均相对误差为2.97%，优于现有研究中的前反馈神经网络、自组织映射神经网络和机器学习算法等方法。根据构建的数据所绘制的全球表层海水二氧化碳分压的分布与现有研究有较好的一致性。

西太平洋秋季130°E断面有色溶解有机物的分布特征及光降解行为研究

刘可, 杨琳, 杨桂朋, 张婧

2020, 42(10): 121-131. doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2020.10.012

[摘要](272) [HTML全文] (99)

摘要:
对2018年秋季西太平洋130°E断面上层水体有色溶解有机物(CDOM)的光学特性及光降解行为进行了研究。结果表明，西太平洋上层水体CDOM的吸收系数a(320)变化范围为0.025～0.64 m⁻¹，平均值为(0.20±0.08) m⁻¹；a(320)在表层相对较低，主要与表层CDOM的光漂白去除有关；在100～200 m水层较高，主要与次表层的生物活动有关。利用三维荧光光谱−平行因子分析技术，识别出两种荧光组分：类酪氨酸组分C1和海洋类腐殖质组分C2。C1主要源于棉兰老冷涡−上升流所带来的营养物质对浮游植物生产活动和微生物活动的促进作用；C2主要源于黑潮所带来的海洋类腐殖的输入。光化学降解实验发现，CDOM吸收值的损失主要发生在紫外波段；光照60 h后，类酪氨酸组分相较于海洋类腐殖质组分更易发生光降解；且光降解是西太平洋海域CDOM的重要去除途径。

南海北部神狐海域营养盐浓度与结构的分布特征及影响因素

杨建斌, 姚鹏, 张晓华

2020, 42(10): 132-143. doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2020.10.013

[摘要](489) [HTML全文] (89)

摘要:
生源要素是海洋初级生产的基础，其在海洋环境中的循环受到多种物理、化学和生物过程的影响，对其浓度分布、结构特点及影响因素的认识是理解海洋生态系统动力学的基础。于2019年2月在南海北部神狐海域进行了现场考察和海水样品采集，对海水中的溶解态无机营养盐浓度进行了分析，并结合温度、盐度、叶绿素a(Chl a)、pH和溶解氧(DO)等水文环境参数，研究了神狐海域海水中营养盐浓度与结构的分布特征及影响因素等。在0～30 m的海水中各营养盐浓度均很低，随着深度的增加，营养盐浓度逐渐增大。在水深3 000 m左右处，无机氮、磷酸盐和硅酸盐浓度分别达到了38.02 μmol/L、2.71 μmol/L和149.07 μmol/L。温度、pH和DO与各营养盐浓度均具有显著的相关性，表明环境因素影响着营养盐的生物地球化学过程。此外，在75 m深度，研究区域东北方向的站位营养盐浓度相对较低，并呈现向西南方向逐渐增大的变化趋势，可能与高温、高盐和低营养盐的黑潮水入侵有关。根据端元混合模型计算所得保守混合浓度与实测值的差值显示，在75 m深度硅酸盐和磷酸盐以生物消耗为主，而硝酸盐存在添加。随磷酸盐浓度增加，各站位无机氮浓度呈线性升高，但硅酸盐浓度则以幂函数式升高，表明不同营养盐之间再生速率和再利用效率有所不同。神狐海域的N/P比与Si/N比和Si/P比呈现出截然相反的变化趋势。在0～30 m，N/P比较小而Si/N比和Si/P比较大；在75 m，受不同生物作用影响，N/P比变大，Si/N比和Si/P比变小；在75 m以下N/P比逐渐降低至14.44，而Si/N比和Si/P比则逐渐升高；在1 000 m以下，各营养盐比例均保持稳定。氮异常指数的计算结果显示，神狐海域300 m以上的海水中固氮作用强于反硝化作用，而300 m以下反硝化作用增强。神狐海域营养盐浓度与结构的分布特征表明黑潮入侵和生物活动显著影响了此区域营养盐的生物地球化学过程。

秦皇岛外海夏季溶解氧与pH的变化特征分析

赵紫涵, 宋贵生, 赵亮

2020, 42(10): 144-154. doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2020.10.014

[摘要](324) [HTML全文] (44)

摘要:
溶解氧(DO)是海洋生物生存不可缺少的要素。随着人类活动的增加，全球近岸海域低氧情况愈发严重，已经成为威胁海洋生态系统健康的重要因素。通过对2017年5−9月秦皇岛外海区域的观测调查，探讨了该海域低氧与酸化的形成机制并计算了月平均耗氧速率。结果表明，5月秦皇岛外海水体混合较为均匀，表、底层DO浓度一致，均大于8 mg/L；6月开始形成密度跃层，与此同时底层DO浓度和pH开始下降；8月底层呈现明显的低氧和酸化状态，DO浓度下降至2～3 mg/L，pH下降至7.8以下；9月随着层化消失，底层水体DO浓度和pH逐渐升高。相关性分析显示，DO和叶绿素a (Chl a)以及pH具有良好的耦合性，说明秦皇岛外海区域的低氧发生过程主要为局地变化。同时表明DO浓度和pH主要受水体中浮游植物的光合作用和有机物有氧分解的影响。通过箱式模型计算得到2017年6−8月密度跃层以下水体及沉积物耗氧速率为951～1193 mg/(m²·d)[平均为975 mg/(m²·d)]。综合来看，水体分层是秦皇岛外海低氧和酸化发生的先决条件，跃层以下的有机物分解耗氧则是底层水体发生低氧和酸化的重要原因。

舟山群岛外海域鱼类数量分布与环境因子的关系

于南京, 俞存根, 许永久, 陈立红, 许恒涛, 王慧君, 张佩怡, 刘坤

2020, 42(10): 80-91. doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2020.10.008

[摘要](214) [HTML全文] (347)

摘要:
根据2018年4月（春季）和10月（秋季）在舟山群岛外海域进行的渔业资源调查资料，分析了鱼类的种类组成、数量分布和优势种，并用典范对应分析方法分析了其与水文环境之间的关系。结果表明，舟山群岛外海域鱼类有106种，隶属于12目47科80属，春、秋季鱼类质量密度分别为210.50 kg/km²和829.06 kg/km²，尾数密度分别为8.08×10³ ind/km²和165.94×10³ ind/km²。春季鱼类资源密度在调查海域的西北部较高，东部较低，而秋季鱼类资源密度在东部海域较高，西北部海域较低。两个季节的鱼类优势种更替明显，春季优势种为黄鮟鱇（Lophius litulon）、日本红娘鱼（Lepidotrigla japonica）、细条天竺鲷（Apogon lineatus），秋季为细条天竺鲷、日本发光鲷（Acropom japonicum）。鱼类种数呈现显著的季节和空间变化，但是都以西部以及西北部靠近近岸岛屿的海域种类数较高，大部分鱼类栖息在50～80 m水深海域。典范对应分析结果表明，表层温度、底层温度、表层盐度是影响调查海域鱼类种类组成和数量分布的主要环境因子。

异常气候条件下秘鲁外海茎柔鱼栖息地的时空变动

温健, 贡静雯, 李婷, 赵嵩玲, 田园园, 陈新军, 余为

2020, 42(10): 92-99. doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2020.10.009

[摘要](208) [HTML全文] (125)

摘要:
茎柔鱼主要分布于东太平洋，是我国鱿钓渔船的主要捕捞对象，气候变化对其栖息地有较大影响。本研究依据1950−2015年海表温度(SST)、海表高度距平(SSHA)以及尼诺指数(Niño3.4指数)，计算秘鲁外海茎柔鱼栖息地适宜性指数(HSI)，分析在厄尔尼诺(El Niño)、正常气候和拉尼娜(La Niña)条件下适宜栖息地的时空变动。分析表明，海表温度距平(SSTA)和SSHA与Niño3.4指数的变化趋势基本相同，Niño3.4指数与SSTA和SSHA均呈显著正相关，但与HSI值呈显著负相关。依据气候事件的定义，将研究年份划分为El Niño年，正常年和La Niña年。研究发现，在El Niño年，茎柔鱼渔场水温变暖，海面高度上升，适宜的SST和SSHA范围缩小，导致适宜的栖息地面积范围缩减；而在正常气候和La Niña年份，茎柔鱼渔场水温变冷，海面高度下降，适宜的SST和SSHA范围增大，因此适宜的栖息地面积范围增加。此外，Niño3.4指数和茎柔鱼渔场HSI纬度重心呈显著正相关，在El Niño事件下适宜的栖息地纬度重心向南偏移。研究认为，不同ENSO事件下茎柔鱼渔场环境变化显著，进而影响茎柔鱼适宜的栖息地范围及其空间分布。

气候变化对东北大西洋渔获物组成、多样性和营养级的影响

陈爽, 陈新军

2020, 42(10): 100-109. doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2020.10.010

[摘要](134) [HTML全文] (56)

摘要:
东北大西洋是世界上重要的捕捞海域，气候变化对该海域捕捞产生了重要的影响。本文基于联合国粮农组织所提供的1982−2016年东北大西洋渔获产量数据，对该海域渔获物组成、多样性、平均营养级及主成分变化特征进行时间序列上的分析，并结合东北大西洋海域气候、环境因子，应用广义可加模型探究渔获物组成与气候变化之间的关系。结果显示：渔获物多样性的变化总体上呈下降趋势，2002−2010年间处于较低水平；平均营养级在2002年之前呈平缓下降的趋势，2002年之后开始波动上升，相关性分析表明这两个指标与海域环境因子的变化较为相关。对渔获物组成进行主成分分析显示，第一主成份变化的方差解释率达到35.3%，且与海域气候、环境因素有较高的相关性，第一主成分变化能够较好地表征气候影响下渔获物组成变化的情况。广义可加模型分析结果显示，渔获物组成变化的影响因素按解释率由高到低分别为：海表温度、海平面高度、盐度、海冰和北大西洋涛动指数。该研究有助于认识气候变化对海洋渔业资源及其结构组成的影响。

南极红藻Iridaea cordata和Curdiea racovitzae转录组分析及其极端光环境适应相关基因的挖掘

刘晨临, 王秀良, 林学政

2020, 42(10): 110-120. doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2020.10.011

[摘要](312) [HTML全文] (120)

摘要:
南极红藻具有重要的生态学功能和开发利用价值。南极极端环境赋予了其独特的生理耐受机制，也是发现新基因和代谢途径的理想材料。我们测序分析了南极产胶红藻Iridaea cordata (Turner) Bory和Curdiea racovitzae Hariot的转录组序列，并与其常温近缘种进行了比较，同时挖掘了其与光限制和强紫外线辐射等光环境适应相关的基因。I. cordata和C. racovitzae的转录组序列分别拼接成了14055条和12006条非冗余基因，平均长度分别为1473 bp和1448 bp。在I. cordata转录组中发现多条与绿藻基因同源的捕光复合物LHC基因Lhca2、Lhca6和Lhcb，并且在两种南极红藻中都各发现了1条编码结合岩藻黄质和Chl a/c蛋白的Lhcf基因，目前尚未在其他红藻中发现这类基因。光裂解酶修复紫外线诱导DNA损伤，在I. cordata的转录组序列中发现了6−4光裂解酶，光裂解酶CPD I和CPD II基因，而C. racovitzae转录组序列中仅找到了光裂解酶CPD II基因。尽管南极红藻中这些特有基因的功能有待进一步的验证，但是本文为后续研究红藻的南极极端光环境适应机制提供了方向。

2020 年 10 期目录

2020, (10): 1-3.

[摘要](120) [HTML全文] (56)

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