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《中国科学院烟台海岸带研究所在大数据支持海洋渔业可持续发展研究方面取得进展》

  • 来源专题：中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
  • 编译者： 熊萍
  • 发布时间：2024-10-28

  • 近期，中国科学院烟台海岸带研究所邢前国团队刘欣研究员、博士研究生李杰、侯英卓等发表了系列研究论文，旨在探讨渔业活动及相关渔业管理 (专属经济区政策、捕捞限制等)行为、自然过程等对海上捕捞渔业活动的冲击与影响。

    针对中国大陆近海2013至2020年的研究(Geng et al.,?2023)显示，我国51%的渔业活动集中于距海岸线40公里以内的海域，92%的渔业活动发生在距离岸线100公里以内区域。2013至2016年，近海捕捞的热点渔区主要分布在渤海，黄海北部以及东海；2017年以来，热点渔区逐渐破碎化并向南部海域移动，而且面积大幅减小。自主休渔期和国内海洋保护区政策在一定程度上有效限制了渔业捕捞，导致2013至2020 年中国海洋捕捞量总体呈下降趋势，其中，2020年总体渔业捕捞强度比2019 年下降了14%，比COVID-19疫情前三年（2017-2019 年）平均值下降了6%。

    基于船舶AIS及卫星遥感数据在北印度洋的观测研究表明(Li et al.,?2024)，北印度洋渔船高度集中在马尔代夫、阿曼等专属经济区外围印度洋公海、保克海峡、印度近岸海域，塞舌尔群岛海域及巴林湾的捕捞区和开放式养殖用海海域。北印度洋渔业活动有明显的季节性，每年7月渔业活动强度最低，与台风活动以及高温有关。受COVID-19疫情影响，2020年海上渔船数据急剧下降；随后至2023年，渔船活动热度逐年上升。

    针对高空间分辨率可持续发展卫星可见光载荷技术，研究团队开发了典型海洋藻华识别及泥沙反演算法(Hou et al.,?2023)，用以精确监测、评估海洋水质变化与海洋藻华对海洋生物和生境的影响。结果发现，中国近海与北印度洋两个区域的藻华发生对近海海洋捕捞没有明显影响。

    该项区域对比研究表明，控制近海海洋渔业捕捞是中国应长期坚持力行的国策，符合中国近海渔业从捕捞到养殖的结构转型要求，有助于我国加入《港口国措施协定》的进程。

    相关研究成果发表于《Journal of EnvironmentalManagement》等期刊，其中2项成果成功入选《地球大数据可持续发展目标报告 2024》SDG14.4案例。本研究得到了国家自然科学基金项目（No.4207618）、地球科学大数据工程(No.XDA19090123,?XDA19060501)等项目支持。

    相关论文：

    R Geng,?X Liu,?X Lv,?X Hu. 2023. Spatial-temporal variation of marine fishing activities responding to policy and social events in China. Journal of Environmental Management,348,119321.

    J Li,Q Xing,X Li,M Arif,?J Li. 2024. Monitoring off-shorefishing in the Northern Indian Oceanbased on satellite AutomaticIdentification System and remote sensing data. Sensors,24,781.

    Y?Hou,?Q?Xing,?X?Zheng,?D?Sheng,?F?Wang.?2023.?Monitoring?Suspended?Sediment Concentration in the Yellow River Estuary and Its Vicinity Waters on the Basis of SDGSAT-1 Multispectral Imager. Water,15,3522.

    Q Xing and S Jiang. 2024. “Identifying typical algal blooms in oceans” selected as SDG14 case study included in《Big Earth Data in Support of the Sustainable Development Goals 2024》.

    X Liu and R Geng. 2024. “Since 2017,?the area of fishing hotspots in China's coastal waters has decreased significantly,?with lower concentration levels” selected as SDG 14case study included in《Big Earth Data in Support of the Sustainable Development Goals 2024》.

  • 原文来源：https://yic.cas.cn/xwzx/kydt/202409/t20240930_7389971.html
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相关报告

  • 《中国科学院烟台海岸带研究所在近海低氧形成机制及生态效应方面取得系列研究进展》
    • 来源专题：中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者：liguiju
    • 发布时间：2023-07-16
    • 健康的海洋生态系统依赖于充足的氧气供应，当海水中氧气的消耗速度快于补充速度就会导致低氧。海水低氧是危害近岸海域生态系统健康和海洋经济的全球性问题，高强度人类活动正在使这一问题变得日益严重。中国科学院烟台海岸带研究所典型河口海湾海岛生态系统健康及调控研究组群、中国科学院牟平海岸带环境综合试验站以山东半岛北部养马岛附近海域为代表性研究区域，经过多年研究，在近海低氧形成机制及生态效应方面中取得了系列重要进展。研究团队相继在Environmental Research、Science of the Total Environment、Chemosphere等刊物发表论文6篇。 该海域是北黄海重要的筏架式扇贝养殖区和底播式海参养殖区，近年来该海域夏季底层水体溶解氧（DO）浓度过低现象频繁发生，造成了巨大经济损失，妨碍了当地海水养殖业的发展。研究团队聚焦于本海域日趋严重的低氧灾害问题，通过大量现场观测，并结合有针对性的实验室培养实验，探讨了季节性低氧的生消过程及其主要控制机制，评估了DO对生源要素碳、氮、磷、硅等地球化学循环过程的影响，揭示了低氧灾害的生态效应。 研究表明，水体层化和扇贝养殖活动的共同作用是导致养马岛附近海域底层水体夏季发生低氧灾害的重要因素；持续的高气温和低风速是造成该海域水体夏季出现层化的主导因素，扇贝养殖设施引起的水交换减缓则是水体分层和低氧发生的重要促进因素；温跃层厚度大于2.5 m、上边界深度在7.0 m以下的水体更易发生低氧；当底层水体的表观好氧量大于4 mg/L，即使没有跃层存在也能够发生低氧，说明层化虽然能够促进底层水体低氧的形成，但并非必不可少（Sun et al., ER 2023, 228: 115810）。温度是该海域海水中DO季节变化的主要驱动因素，夏季底层水体的DO下降速度约为表层水体的3~4倍，水体耗氧是DO支出的主要途径（Yang et al., MPB 2021, 173: 113092）。 扇贝养殖活动对底层水体夏季低氧形成的促进作用还体现在其对有机质迁移转化的影响。海湾扇贝的排泄作用将大量具有高分子量和低腐殖度特征的溶解有机质（DOM）释放到水柱中，改变了有机质的生物地球化学循环。海湾扇贝在一个养殖周期内（6月~11月）的排泄过程可使海水中溶解有机碳增加19.7 μmol/L，假设扇贝排泄的DOM中不稳定部分被完全耗氧分解，可使养马岛附近海域海水中DO和pH分别降低~13.4 μmol/L和~0.018（Yang et al., STOTEN 2022, 807: 150989），使水体总碱度降低75.7 μmol/kg，从而加速低氧和海水酸化的进程（Yang et al., STOTEN 2021, 798: 149214）。 上覆水体中DO浓度会影响沉积物有机质的好氧和厌氧分解模式，从而主导营养盐和荧光溶解性有机质（FDOM）的释放。当上覆水体中DO > 50 μmol/L时，有利于沉积物中铵氮、硅和FDOM的释放；当上覆水体中DO < 100 μmol/L时，会加速沉积物中磷的释放（Yang et al., Chmosphere 2021, 273:129641）。在夏季，低氧通过有机质矿化和铁结合态磷（Fe-P）还原促进了沉积物中磷向上覆水中迁移；相比之下，秋季水体的富氧状态促进了沉积物中Fe/Mn氧化物与磷酸盐共沉淀形成Fe-P（Yang et al., STOTEN 2021, 759: 143486）。 上述论文为中国科学院战略性先导科技专项（A类）“‘美丽中国’生态文明科技工程专项”子课题“海洋生态环境灾害综合防控技术与示范”（XDA23050303）的研究成果之一，由我所孙西艳和杨波为第一作者，高学鲁和赵建民研究员为通讯作者。研究结果可为近海低氧灾害预警预报和环境保护措施制定提供科学支撑，有助于提升我国近海环境灾害的预警及应对能力，支持海洋经济可持续发展。 相关论文详情： 1. Sun, X., Gao, X.*, Zhao, J.*, Xing, Q., Liu, Y., Xie, L., Wang, Y., Wang, B., Lv, J., 2023. Promoting effect of raft-raised scallop culture on the formation of coastal hypoxia. Environmental Research, 228: 115810. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013935123006023 2. Yang, B., Gao, X.*, Zhao, J.*, Xie, L., Liu, Y., Lv, X., Xing, Q., 2022. The impacts of intensive scallop farming on dissolved organic matter in the coastal waters adjacent to the Yangma Island, North Yellow Sea. Science of The Total Environment, 807: 150989. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969721060678 3. Yang, B., Gao, X.*, Zhao, J.*, Liu, Y., Xie, L., Lv, X., Xing, Q., 2021. Summer deoxygenation in a bay scallop (Argopecten irradians) farming area: The decisive role of water temperature, stratification and beyond. Marine Pollution Bulletin, 173: 113092. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0025326X21011267 4. Yang, B., Gao, X.*, Zhao, J.*, Liu, Y., Lui, H.K., Huang, T.H., Chen, C.T.A., Xing, Q., 2021. Massive shellfish farming might accelerate coastal acidification: A case study on carbonate system dynamics in a bay scallop (Argopecten irradians) farming area, North Yellow Sea. Science of The Total Environment, 798: 149214. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S004896972104287X 5. Yang, B., Gao, X.*, Zhao, J.*, Liu, Y., Xie, L., Lv, X., Xing, Q., 2021. Potential linkage between sedimentary oxygen consumption and benthic flux of biogenic elements in a coastal scallop farming area, North Yellow Sea. Chemosphere, 273: 129641. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0045653521001107 6. Yang, B., Gao, X.*, Zhao, J., Liu, Y., Gao, T., Lui, H.K., Huang, T.H., Chen, C.T.A., Xing, Q., 2021. The influence of summer hypoxia on sedimentary phosphorus biogeochemistry in a coastal scallop farming area, North Yellow Sea. Science of The Total Environment, 759: 143486. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969720370170
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  • 《中国科学院烟台海岸带研究所在大气沉降对近海水体碳和营养盐循环影响方面取得系列研究进展》
    • 来源专题：中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者：liguiju
    • 发布时间：2023-05-04
    • 大气沉降是海洋生态系统中碳和营养盐等生源要素的主要来源之一，对海洋生物地球化学循环过程具有显著影响。中国科学院烟台海岸带研究所环境灾害监测评估团队以山东半岛北部养马岛海域为代表性研究区域，在大气沉降对近海水体碳和营养盐循环影响研究中取得系列重要进展。该海区是北黄海重要的扇贝养殖区，近年来在全球变暖大背景以及区域性人类活动的影响下，该海域夏季水体缺氧和酸化现象频发，妨碍了扇贝养殖产业的健康发展。研究团队基于对大气总悬浮颗粒物（TSP）及降水样品中碳和营养盐的分析，报道了养马岛附近海域大气颗粒物中水可溶性有机质、营养盐和颗粒有机质及降水中溶解有机质、营养盐和颗粒有机质的季节变化规律，量化了大气干湿沉降输入的有机碳和营养盐对于该海域海水中碳收支的贡献，证实了大气干湿沉降过程是该海域海水中碳的重要来源，探讨了大气沉降过程与区域海水体碳循环和夏季水体低氧现象之间的联系，有助于深入认识大气干湿沉降输入对近海生态系统的综合影响。相关成果相继在Science of the Total Environment和Marine Pollution Bulletin发表论文6篇。 结果表明，干沉降输入的颗粒有机碳（POC）年通量约为水可溶性有机碳（WSOC）的4.1倍；对于湿沉降，POC的年通量约为溶解有机碳（DOC）的46.7%；因此，大气中的POC主要通过干沉降过程输入到海水中，其贡献为71.1%，而水可溶性有机碳和溶解有机碳的情况则相反；如果将大气沉降对海水中有机碳的间接输入也考虑在内，即干湿沉降的养分输入所支持的新生产力贡献的有机碳，大气沉积对研究海域的总有机碳输入达12.0 gC/m2/a，表明大气沉降在近海生态系统碳循环中具有重要作用（Xie et al., STOTEN 2023, 876: 162715）。不同季节TSP中总有机碳（TOC）的来源组成具有显著差异，而总氮（TN）在不同季节具有相似的来源组成；生物质源为TSP和TN的主要来源，其贡献分别为55.5±10.8%和57.3±11.7%；化石燃料燃烧是TOC主要来源，其贡献为47.7±3.4%；春季、夏季和秋季大气沉降对于表层海水悬浮颗粒物（SPM）的贡献分别为17.2±6.7%、10.2±2.0%和18.0±11.0%，表明大气TSP是表层海水SPM的重要来源之一；对于表层海水中的POC而言，春季、夏季和秋季大气沉降的贡献分别为35.2±3.5%、19.2±7.4%和25.5±7.9%，证实大气沉降过程对于近海颗粒碳循环具有重要的影响（Xie et al., STOTEN 2023, 854: 158540）。 TSP中WSOC、有色溶解性有机质（CDOM）和荧光溶解性有机质（FDOM）的含量在冬春季要明显高于夏秋季，主要与不同季节WSOM的来源差异及大气老化过程有关；WSOC的年干沉降通量可以将表层海水的DOC浓度提高10.2 μmol/L，从而对于维持表层水体的次级生产力有重要贡献，在一定程度上影响了研究海域内的碳循环过程；此外，由干沉降进入表层海水的WSOC中生物可利用部分在好氧分解的条件下可导致水体溶解氧（DO）浓度降低~4.8 μmol/L（Xie et al., STOTEN 2022, 818: 151772）。秋季湿沉降中DOC的浓度显著高于其他季节，而冬季湿沉降中有色溶解有机质（CDOM）及类腐殖质组分的荧光溶解有机质（FDOM）浓度最高，主要与不同季节溶解有机质的来源差异及降水的稀释效应有关；通过湿沉降过程向该海域输入的DOC通量为6.31×108 gC/a，约占研究海域海水中DOC储量的4.0%；单次降水事件可使该海域表层水体中生物可利用性DOC的浓度提高0.57±0.54 μmol/L，占异养细菌次级生产每日所需有机碳的12.1±11.4%；5月至8月期间，湿沉降输入的DOC中生物可利用性部分在好氧分解条件下可使表层海水DO浓度降低5.3-8.5 μmol/L/month（Xie et al., STOTEN 2022, 844: 157130）。 降水中营养盐N和Si的浓度在秋季较高、夏季较低，而P的浓度在冬季和春季较高，溶解无机氮（DIN）的湿沉降通量为69.2 mmol/m2/a，占水体DIN外源输入通量的比例为34.4%；大气湿沉降中N/P比显著高于海水中N/P比及Redfield比值，可能会加剧水体中溶解态无机氮磷比的不平衡，促进海水中浮游植物优势种群由硅藻向甲藻的转变，从而不利于区域内海湾扇贝的生长；受强降水过程的影响，夏季DIN和水溶性有机氮（DON）的湿沉降通量高达30.1和4.98 mmol/m2，可支持水体19.3%的新生产力，该部分新生产力占区域内扇贝所摄食颗粒有机碳总量的比例为16.4%（Xie et al., MPB 2022, 182: 114036）。人为活动是TSP中水可溶性无机氮和有机氮（WSDIN和WSDON）的主要来源，沙尘是水可溶性无机磷（WSDIP）和硅酸盐（WSDSi）的主要来源，而水可溶性有机磷（WSDOP）可能来源于海洋生物活动；WSDIN、WSDON、WSDIP、WSDOP和WSDSi的大气干沉降通量分别为21.8、2.7、0.10、0.30和0.73 mmol/m2/a；总体而言，冬季通过大气干沉降获得的生物可利用氮支持的海水新生产力达9.14 mgC/m2/d；大气干沉降输入的DIN/DIP摩尔比的年平均值为216±123（Xie et al., MPB 2021, 172: 112866）。 上述论文为中国科学院战略性先导科技专项（A类）“‘美丽中国’生态文明科技工程专项”子课题“海洋生态环境灾害综合防控技术与示范”（XDA23050303）的研究成果之一，由烟台海岸带所2020级博士研究生谢磊为第一作者，高学鲁研究员为通讯作者。 相关论文详情： 1. Xie, L., Gao, X.*, Liu, Y., Zhao, J., Xing, Q., 2023. The joint effects of atmospheric dry and wet deposition on organic carbon cycling in a mariculture area in North China. Science of the Total Environment, 876: 162715. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969723013311 2. Xie, L., Gao, X.*, Liu, Y., Yang, B., Yuan, H., Li, X., Song, J., Zhao, J., Xing, Q., 2023. Atmospheric deposition as a direct source of particulate organic carbon in region coastal surface seawater: Evidence from stable carbon and nitrogen isotope analysis. Science of the Total Environment, 854: 158540. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S004896972205639X 3. Xie, L., Gao, X.*, Liu, Y., Yang, B., Wang, B., Zhao, J., Xing, Q., 2022. Biogeochemical properties and fate of dissolved organic matter in wet deposition: Insights from a mariculture area in North Yellow Sea. Science of the Total Environment, 844: 157130. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969722042279 4. Xie, L., Gao, X.*, Liu, Y., Yang, B., Lv, X., Zhao, J., Xing, Q., 2022. Atmospheric dry deposition of water-soluble organic matter: An underestimated carbon source to the coastal waters in North China. Science of the Total Environment, 818: 151772. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969721068480 5. Xie, L., Gao, X.*, Liu, Y., Yang, B., Wang, B., Zhao, J., Xing, Q., 2022. Atmospheric wet deposition serves as an important nutrient supply for coastal ecosystems and fishery resources: Insights from a mariculture area in North China. Marine Pollution Bulletin, 182: 114036. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0025326X22007184 6. Xie, L., Gao, X.*, Liu, Y., Yang, B., Lv, X., Zhao, J., 2021. Perpetual atmospheric dry deposition exacerbates the unbalance of dissolved inorganic nitrogen and phosphorus in coastal waters: A case study on a mariculture site in North China. Marine Pollution Bulletin, 172: 112866. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0025326X21009000
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