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    近日,中国地质调查局青岛海洋地质研究所在深海矿产探测领域取得新进展,原位量化区分深海热液硫化物与围岩的钻测解析方法获得国家发明专利授权,基于地质、生物和环境特征的海底多金属结核聚集区联合图解软件获批软件著作权登记。

    针对热液硫化物和多金属结核等矿产资源的开发利用是深海未来产业布局和发展的核心内容之一。由于深海热液硫化物可在海底面以下与围岩共存,混合形成超过百米厚度的堆积体。这种堆积体固结度较差,钻探取心率低,且取心各层段通常不连续,导致难以用岩心样品直接进行资源潜力评估。青岛海洋地质研究所深海矿产资源调查评价团队基于热液矿区钻孔原位物性测量、结合岩心样品的实验室物性特征进行拟合分析,进而准确解析整个钻孔剖面的硫化物和围岩的分布及相对含量,服务深海热液硫化物资源评估和开发利用。

    在多金属结核领域,团队聚焦目标区海洋长周期沉积速率、底层水含氧量、底质类型、海面平均生物生产力、底栖宏生物量密度、海底地形地貌、海底表层沉积物有机碳含量等地质、生物和环境参数,联合多金属结核分布和成分等信息,共同绘制结核大面积聚集概率性图件,并通过加权评估,量化预测出各区域多金属结核资源潜力的高低排序,从而提升低程度或未知区海底多金属结核资源调查目标区优选质量。

     

    青岛海洋地质研究所深海矿产探测领域取得新成果

    海洋资源是海洋环境中可以被人类利用的物质、能量以及空间,包括生物、矿产、海水、空间资源及海洋能源。人类对海洋资源的调查、开发和利用是从近岸到远岸,再至深海。随着人们对海洋资源环境重要性认知程度的加深,海洋环境调查和影响评价成为提高海洋资源开发利用价值、维护海洋环境功能的重要方式。

    环境基线值指研究区环境参数的当前水平值,即环境现状值,它是环境影响评价工作中最基础的内容。环境基线调查需要记录包括物理海洋学、化学海洋学、地质地貌、生物群落等方面信息。其中,生物基线调查的主要内容包括:采集原生动物及后生动物群落数据——巨型动物、大型动物、小型底栖动物、微生物群落、底栖鱼类和食腐动物以及与资源直接相关的生物区系的数据;记录观察到的海洋哺乳动物,近水面大型动物和鸟群;记录和描述沉积物的生物扰动活动和混合状况;摄影记录手段建立图像背景资料档案;等等。

    近期,自然资源部中国地质调查局广州海洋地质调查局首次依靠自身力量完成了西太平洋工区的生物和环境调查外业工作,采集了浮游生物、底栖生物、微生物样品,并利用海底摄像记录大型底栖动物与底质环境的图像资料,为建立深海环境基线打下了基础。

    合理的技术路线和科学的技术方法是航次任务顺利完成的重要保证。下面,我们来围观本航次生物与环境调查过程与方法。

    浮游生物调查取样

    浮游生物是指生活在水中缺乏有效移动能力的漂流生物,分为浮游植物和浮游动物。它们体型细小,大多肉眼不可见,且其游动速度往往比它自身所在的洋流流速慢很多,因此它们常常“随波逐流”。浮游生物种类和数量繁多,且时空变化明显,是水域中其他生物生产力的基础。浮游生物调查研究有重要的科学价值,它们有的可以作为海流指示种,有的具有富集放射性同位素的能力并可以作为污染的指示种,硅藻、有孔虫和翼足类等死后沉积在海底,成为海洋底质重要组分,能助力古海洋环境研究。

    我们使用深水浮游生物拖网(图1)来获取大洋浮游植物(藻类)、小型浮游动物和大中型浮游动物样品。

     

    图1 深水型浮游生物拖网

    采样之前,需要准备3个润洗好的广口瓶,记号笔分别标记大、中、小和站位号,对应收集浮游生物拖网中的样品,同时备好甲醛溶液、镊子,手套等工具。每次下网前检查三个网的网具是否破损,网底管是否处于闭口状态(图2)。

    样品采集时,拖网的落网和起网保持匀速和慢速,速度0.5m/s左右,钢丝绳倾角不得大于45°,直到拖网设备出水。使用水泵抽海水,从凌空的网外侧自上而下冲洗,使粘网的标本集中于网底管,确保网中样品全部收入样品瓶,采集的样品使用中性的甲醛溶液固定,最后将样品放入阴凉避光的样品库保存。

     

    图2 浮游生物拖网采样

    底栖生物调查取样

    海洋底栖生物是指栖息于海洋基底表面或沉积物中的生物。它们多为无脊椎动物,也包括以绿藻、褐藻、红藻等为主的典型植物。按生活方式,底栖动物有固着、附着、穴居、爬行、游泳、共栖、共生及寄生等多种类型,其种类多样性极其复杂,分布范围从潮间带直至万米水深的深海底。按体型大小,底栖动物可分为大型、小型和微型底栖动物。底栖生物分别处于不同的营养层次,并且与底质环境之间存在耦合关系,因此,阐明底栖生物的数量变动规律及其与本底环境、资源间的联系,对海洋环境调查研究有重要意义。

    本航次底栖生物调查对象以底栖动物为主。按体型大小,调查对象分为大型底栖、小型底栖和微生物。大型底栖和小型底栖(以能否通过0.5mm孔径的筛划分)调查工具包括箱式采样器、定量框、样品筛、PC管等。

    采样之前,准备好硅胶软管、3个广口瓶、定量框、量杯、PC管、铲子等工具,样品筛的最上和最下层孔径没有要求,可以选择粗孔径的网筛,中间三层由上至下按孔径从大到小的顺序排放。

    底栖生物调查可以使用底拖网和箱式采样器等方式,本航次以箱式采样为主。箱式采样器出水、去上覆水后,观察沉积物的表层有无大型生物体,若有可用自封袋留存,拍照记录样品位置和站位名称;挑选未扰动或扰动少的地方,将备好的定量框和PC管插入箱式采样器中;待箱式采样器中的泥样脱离箱体,拍照并记录;取出插管,处理后两头加管堵,贴好标签根据实验目的置于普通冰箱冷藏或冷冻保存,待检测小型底栖生物;取出定量框并进行过筛处理,过筛时顶层可以加盖一层筛子防止冲水时水泥溅出,同时也防止高压水枪直接冲破样品,最底部垫一层筛子,有利于泥水尽快排空;过筛后将筛子上的剩存物分别装到样品袋,处理后置于普通冰箱保存,待检测大型底栖生物(图3)。

     

    图3 底栖生物调查取样

    微生物调查取样

    海洋微生物是来自海洋环境,可在寡营养、极端环境(低温、高压、高盐等)下长期存活并能持续繁殖的微生物,主要包括真核微生物(真菌、藻类和原虫)、原核微生物(海洋细菌、海洋放线菌和海洋蓝细菌等)和无细胞生物(病毒)。海洋微生物在生物地化循环中起非常重要的作用。深海微生物由于长期处在极端环境条件,使之形成了特殊的生物结构、基因类型和代谢产物,是重要的深海生物资源,也是深海环境基线调查的内容之一。

    本航次微生物调查内容为:水体/沉积物样品中的微生物群落多样性组成及空间分布特征等。调查工具包括箱式采样器、活塞重力采样器、无菌袋、无菌注射器、无菌瓶、去离子水、缓冲液、液氮等。

    箱式取样器出水后,用软管和无菌广口瓶收集上覆水,立即冷藏和沉淀;用润洗过的花泥铲或不锈钢勺刮取表泥(未扰动,水平方向不紧挨着插管和箱式壁)装入无菌袋,由于微生物样品对光照和温度变化十分敏感,为了防止其降解,现场处理完成后可将其置于超低温冰箱(-80℃)保存;将事先冷藏的上覆水样品取出,润洗所有过滤工具,包括空瓶、镊子、滤膜夹等器具(膜除外);滤膜夹装膜并过滤,过滤过程需注意水要从膜具的中孔流出,且螺纹口处不漏水。过完膜后,用镊子将圆形滤膜折成小扇形过液氮,置于EP管中超低温保存(图4);重力柱的上覆水/泥样品以类似的方式处理。

    图4 微生物调查取样

    海底摄像影像资料采集

    如果你认为4000米水深以下的海底是一望无边的黑暗和寂静,那你就错了。利用海底摄像系统,我们能揭开海底原貌的神秘面纱。淡定摇尾的鱼、落荒而逃的芒虾、看似不动的蛇尾、海参和海葵、固着海底的海绵、一张一弛的头足类......在镜头下一览无遗。

    本航次海底摄像调查内容为:记录底质环境状况;记录大型生物多样性。深海高清摄像系统主要由甲板单元、水下拖体及光电复合缆组成,可满足最大摄像作业深度为6000米。

    通过海底摄像可以现场记录底质环境状况;现场记录摄像大型底栖生物出现的时间、数量、种类(图5,图片依次为芒虾、蛇尾、海参、鱼类、海葵、海绵、快速游动的头足类);根据班报记录情况统计底质环境状况和底栖生物多样性。

      

     

    图5 深海大型底栖生物影像

    初步认识

    本次调查收获满满,所获浮游生物样品肉眼可见桡足类、端足类(钩虾)、水母、浮游幼体等浮游动物;大型底栖生物样品肉眼可见生物栖管、海绵骨针;微生物样品从上覆水过滤和表层泥样中提取,需进一步实验室检测分析其群落结构和多样性;海底摄像拍摄到的生物超过200个,主要生物类型有:海绵、蛇尾、鱼类、虾类、海参、头足类、海葵等。

    当前,服务支撑海洋生态环境保护,实现海洋资源绿色勘探是自然资源统一管理的重要内容。新时代新职责赋予海洋调查研究工作新使命,也要求基层海洋工作者不断学习和参与实践,丰富原有知识体系,跨学科交流和融会贯通,才能提高履职尽责能力,适应职能转型的新要求。

    广州海洋局:西太平洋航次生物与环境调查手记

    近日,由自然资源部中国地质调查局广州海洋地质调查局天然气水合物工程技术中心申报的2项发明专利“一种海域天然气水合物海底甲烷监测系统及方法”和“一种光纤传感系统”,顺利通过国家知识产权局审核并获得授权(专利号:ZL 2017 1 0757658.0和 ZL 2017 1 0758452.X)。

    在对天然气水合物海底甲烷的动态监测过程中,锚系潜标系统仅可以获取不同深度的海洋环境参数,而坐底式潜标可实现对海底层位进行原位监测。该系统通过在监测圈上设置多组海底潜标,监测海底甲烷浓度,组成海底甲烷数据矩阵。利用水下控制技术将可测量多个参量的物理和化学传感器集成在一起,对海底天然气水合物成藏区海底边界环境进行长周期原位观测,并可通过水声通信技术将海底环境参数传输回海面监测平台,对水合物开发海底甲烷泄漏进行长周期原位实时监测。该系统可以用于评估天然气水合物开采可能引发的环境影响,为安全有效地使用天然气水合物资源提供科学依据。

    光纤传感器作为一类新型传感器,具备抗电磁干扰、灵敏度高、可大规模复用等优势,如水声探测领域所使用的海底阵缆、石油勘探领域的垂直地震剖面检波器阵列等。一般使用差分延时外差(DDH)的信号解调方法将传感器中所包含的外界信息解调出来,但传统的DDH方法所存在的系统价格昂贵,易受环境干扰。该专利通过采用声光调制器,取消前端的MZ干涉仪,不仅降低了成本, 而且能有效消除环境噪声的干扰,显著提高系统的噪声性能,对提升监测精度、稳定信号质量有重要意义。

     

    两项水合物国家发明专利获得授权

    为进一步保障国土资源卫星业务应用系统的稳定运行,增强基础设施动态监控的自动化水平,地调局航空物探遥感中心近日对动态环境监控平台系统进行了升级改造。

    新系统除了对现有的电力、空调、温湿度、报警等功能进行继续完善外,还新增了三维可视化功能,将运行机房内的各个参数实现图表化,直观地显示各种环境参数信息,第一时间提供故障报警。同时根据日常运行、维护、管理工作的实际需要,提供报表管理、资产管理、运维管理、实时视频监控等各种辅助功能,为国土资源卫星业务应用系统稳定运行、高效生产、故障排查提供了很好的支撑作用。

    航空物探遥感中心加强对国土资源卫星业务应用系统的...

    近日,我国自主研制的4500米级作业型深海遥控机器人(ROV)“海马”号在西太平洋富钴结壳矿区的6次下潜作业中大显身手,取得了包括海底微地形、结壳类型、原位结壳厚度、水文动力学和生物多样性等多领域探查的丰硕成果,累计获取结壳样品336公斤,并创造了中国第一个ROV搭载钻机作业,第一个富钴结壳厚度在线声学原位探测等多项新纪录。

    据首席科学家姚会强介绍,本航段“海马”号在维嘉海山结壳矿区的6个重要目标点进行了下潜作业,海底作业时长累计超过20小时,最大下潜深度1994米,共拍摄了1145分钟的有效海底高清视频。这次“海马”号肩负海底地形,结壳类型、厚度和分布特征,沉积物分布、海底水文和海底生态环境调查等多方面使命。为此,“海马”号团队为执行本次调查任务进行了充分的准备,“海马”号搭载了结壳矿层声学测厚仪、强力取样爪及ROV钻机等多种针对性作业设备。结果证明这些新搭载设备非常有效,不仅获取了可喜的样品总量,而且创造了单潜次采集样品过百公斤,最大单体样品62公斤等记录,再一次体现了国产遥控潜水器“海马”号的作业能力和功能拓展方面的特长。“海马”号抓取的这些结壳样品具有精确的位置信息和原位环境参数,是成矿机制、成矿过程和成矿规律研究所必须。

    “海马”号首次搭载了自主研制的ROV钻机,在3个站位成功打穿了结壳矿层,这是我国深海ROV作业中首次搭载钻机并获得成功。钻取的岩芯样品揭示了探查站位点富钴结壳的真实厚度,“海马”号搭载的另一套国产高科技设备——富钴结壳厚度原位声学在线探测仪提供了宝贵的比对数据,证明了海底结壳厚度声学实测数据的精准有效。“海马”号搭载的这套声学测厚设备是我国今年最新研发成功的科研成果,该设备通过聚焦高频声波实现对基底浅表层的精细探测,垂向分辨率达到毫米级,能够在线识别富钴结壳的厚度,处于国际先进水平。该高新技术手段的应用成功,是“海马”号搭载平台具有灵活的设备扩展接口和“海马”团队具有过硬的深海潜水器运作技术能力的又一次证明。

    此外,本航段还使用“海马”号开展了水文动力学和生物多样性调查,进行了5次全水层CTD剖面测量和6次海底流场实地测量,为海山流场结构特征、高频混合作用以及底流对结壳小尺度分布控制作用的研究提供了实测数据;“海马”号还获取了大量形态完整的巨型底栖动物样品,包括海绵、海蛇尾、海百合和珊瑚等,以及底层鱼类合鳃鳗,为进一步研究海山生物多样性提供了宝贵的生物标本。

    本次“海马”号在维嘉平顶海山富钴结壳矿区的调查应用,发挥了深海遥控潜水器精确、精准、精细的功能特长,取得了多任务、多手段、多学科的丰硕效果,开创了我国在海山区富钴结壳调查领域的新时代,使我国在该领域的技术水平迈入了国际先进行列。

    背景材料:“海马”号是中国地质调查局广州海洋地质调查局牵头承担的国家“863”计划海洋技术领域“4500米级深海作业系统”重点项目的科研成果,是迄今为止我国自主研制的工作水深最深、系统规模最大、国产化率最高的深海无人遥控潜水器系统,已成功应用于水合物资源和大洋矿产资源调查,成为我国深海探测的重要装备。其母船是中国地质调查局广州海洋地质调查局所属的“海洋六号”船。

    “海马”号下潜

    出水瞬间

    “海马”号回收

    “海马”号操作室

    “海马”号创造我国深海作业多项记录

    近日,从国土资源部第二批国土资源高层次创新型科技人才培养工程入选名单结果获悉,中国地质调查局青岛海洋地质研究所裴绍峰博士成功入选杰出青年科技人才培养计划。

    裴绍峰主要从事海洋生物地球化学、海洋生态环境和湿地环境地质等方面的调查和研究,于2012年在美国路易斯安那州立大学获海洋学与海岸科学博士学位,及应用统计学硕士双学位。2012年底经青岛市蓝色硅谷计划选拔入青岛海洋所工作。自参加工作以来,裴绍峰曾先后申请获得包括国家青年自然科学基金(41306175)等在内科研项目4项,作为骨干人员参与国家专项海洋地质保障工程项、国土资源部公益性科研专项等多个科研项目;已公开发表20多篇科技论文,多数为高影响因子的国际SCI期刊论文;先后被聘为中国地质科学院与中国海洋大学硕士研究生导师。

    目前,裴绍峰在解决困扰科学界半个多世纪的C-14示踪技术测定海洋初级生产力的争议问题上取得重要进展,该研究成果表明藻类的物种组成、生长率以及不同藻种细胞的呼吸作用与光合作用比值对C-14测定结果有显著影响;并提出利用分批培养和连续稳态培养相结合的方法来解决有关C-14示踪技术究竟测定海洋净初级生产力、总初级生产力还是中间值的固有争议。该成果有助于校正卫星遥感计算模式,并在全球尺度上研究海洋初级生产力对全球碳循环以及气候变化的影响。此外,他还通过调查辽河三角洲和辽东湾水域初级生产力及环境参数,发现了温度和光照对浮游植物碳同化系数影响模式,利用三阶多项式函数方程构建了数值模型,并反演出了辽东湾水域区域初级生产力及碳同化系数平均值。

    据悉,国土部第二批高层次创新型科技人才工程分为科技领军人才开发和培养计划、杰出青年科技人才培养计划和科技创新团队培育计划三个组成部分,其中杰出青年科技人才培养计划共遴选出49人,青岛海洋所胡高伟博士曾在2013年入选首次杰出青年科技人才培养计划。

    裴绍峰(左)在实验测试

    青岛海洋所裴绍峰入选第二批国土资源部杰出青年科技...

    近日,中国地质调查局青岛海洋地质研究所深海沉积与环境研究团队在早全新世古热带气旋沉积记录方面取得新进展,研究揭示了早全新世南黄海高分辨率的古热带气旋演化历史及其驱动机制,成果发表于《Journal of Earth Science》(影响因子2.9)。

    热带气旋(Tropical Cyclone, TC)是海洋-大气相互作用的产物之一,其发生频率高、影响范围广、危险性强,对社会经济可持续发展构成巨大威胁。由于热带气旋的自然变异性很大,而且观测时间有限,对热带气旋活动是否已经发生变化以及在全球变暖背景下将如何变化还没有达成共识。长期、高分辨率的热带气旋沉积记录有助于确定热带气旋活动是如何响应过去气候变化,并为应对未来气候变化引起的极端天气提供决策依据。现代观测表明台风对夏季东部陆架海沉积物的搬运模式具有重要影响,台风过境促使浅海粗颗粒沉积物发生再悬浮并跨陆架搬运,为建立高分辨率的台风沉积记录提供了理论基础。

    研究人员利用南黄海中部泥质区获取的高分辨率样品,重建了早全新世暖期(距今6500-9000年)的古热带气旋沉积记录,发现早全新世期间,热带气旋在百年尺度上与太阳活动、季风强度和ENSO变化有很好的一致性,认为太阳活动变化可能通过影响热带太平洋沃克环流进而控制着热带气旋的强度和路径变化。

    该项研究工作由青岛海洋所联合自然资源部第二海洋研究所、同济大学、中国科学技术大学等研究机构共同完成,得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、青岛海洋科学与技术试点国家实验室山东省专项经费等联合资助。

     

    图1 研究区地理背景及研究站位示意图

     

    图2 黄海古热带气旋沉积记录与各环境参数对比

     
    青岛海洋所在早全新世古热带气旋沉积记录方面取得新...

    近日,自然资源部中国地质调查局青岛海洋地质研究所与中国科学院西北生态环境资源研究院(以下简称“西北院”)联合实施的2020年度青海湖湖底地形测绘、原位探测与取样工作顺利完成。 

    该项目是双方首次开展联合调查作业,也是青岛海洋所首次在内陆湖泊开展地质调查工作,本次调查在青海湖完成单波束测量1430千米,水体环境原位探测223站位,湖底表层沉积物取样223站位,湖水取样223站位。青岛海洋所依托多年技术积累,将海洋导航定位、测绘、原位探测等创新技术成功应用于内陆湖泊探测领域,取得了良好的应用效果。

    双方将继续处理采集的数据样品,共同开展合作研究,系统查明青海湖重点区湖底特征、水体环境参数、湖流运移交换规律等,掌握不同条件下青海湖水体环境特征和湖底沉积物现状,为青海湖沉积环境演化研究提供科学依据,支撑服务青海湖水体环境及湖内生物保护工作。

     

    青海湖联合调查团队 

    青岛海洋所调查团队

    调查作业

    青岛海洋所发挥专业技术优势在青海湖开展湖底地形测...

    作为“地球之肾”和“生物基因库”,湿地的生态系统环境变化引起了国内外的高度重视。通过多年调查,青岛海洋所滨海湿地团队掌握了第一手野外观测数据,肯定了我国滨海湿地巨大的储碳空间和固碳能力,并开发了具有自主知识产权的10多项关键技术。湿地的调查与研究不仅能有效改善滨海湿地的生态环境,而且还能产生很好的社会效益和经济效益。

    在盐城湿地,做碳分解实验

    因湿地破坏而导致的全球生态环境问题,不仅是一个科学问题,更是政治、经济社会发展中的焦点问题。

    特别是在我国,过去几十年,我国海岸带地区生态系统的结构发生了很大变化,对盐沼湿地生态系统的健康产生了深刻影响。

    2018年7月,国务院印发了《关于加强滨海湿地保护 严格管控围填海的通知》(国发〔2018〕24号)》,要求统一湿地技术标准,对包括滨海湿地在内的全国湿地进行逐地块调查,对湿地保护、利用、权属、生态状况及功能等进行准确评价和分析,并建立动态监测系统,进一步加强围填海情况监测,及时掌握滨海湿地及自然岸线的动态变化。

    2018年12月20日,自然资源部、国家发展和改革委员会发布关于贯彻落实《国务院关于加强滨海湿地保护 严格管控围填海的通知》的实施意见(自然资规〔2018〕5号),要求沿海各地深入贯彻习近平生态文明思想,坚决落实党中央、国务院重要决策部署,切实加强围填海管控。

    近年来,自然资源部中国地质调查局青岛海洋地质研究所(以下简称“青岛海洋所”)长期致力于滨海湿地生态系统综合地质调查与研究工作。通过国际合作,青岛海洋所滨海湿地团队先后开展了《黄河三角洲滨海湿地生态系统综合地质调查与评价》《辽河三角洲海岸带综合地质调查与监测》《滨海湿地生态系统固碳能力的探测与评价》《江苏滨海湿地多圈层交互带综合地质调查》等项目,卓有成效地执行了黄河三角洲、辽河三角洲、江苏盐城滨海湿地生态系统的地质调查研究工作,取得了大量第一手资料,同时获得多项具有国内领先水平的成果,部分成果具有世界先进水平。

    保护滨海湿地刻不容缓

    湿地与森林 、海洋一起并称为全球三大生态系统类型,被誉为“地球之肾”。湿地广泛分布于世界各地,是地球上最富生物多样性的生态景观和人类最重要的生存环境之一。

    滨海湿地是海岸带地区最重要的生存环境和生态系统。它是分布于陆地生态系统与水生生态系统之间的具有独特水文、土壤、植被与生态特征的生态系统,具有稳定环境、保护物种基因及生产可再生资源的功能,被誉为“生物基因库”,是影响地球生态平衡的重要条件。

    青岛海洋所滨海湿地重点实验室主任叶思源向记者介绍称,滨海湿地分布于经济发达区的特殊地理位置,对缓解经济发达区温室气体的排放、近海水生系统的环境清洁、保护海岸的稳定以及抵抗沿海风暴潮的袭击等方面具有更为重要的意义。另外,滨海湿地在地貌单元上通常处于对气候变化响应最为敏感、对全球变化最脆弱、经济发展最快和人类活动最强烈的地带。

    记者了解到,滨海湿地(含沿海滩涂、河口、浅海、红树林、珊瑚礁等)是近海生物重要栖息繁殖地和鸟类迁徙中转站,是珍贵的湿地资源,具有重要的生态功能。由于长期以来的大规模围填海活动,近年来滨海湿地大面积减少,自然岸线锐减,对海洋和陆地生态系统造成损害。

    “滨海湿地调查是海岸带生态环境地质调查的关键,也是推进生态文明建设、保护海岸带生态环境的关键。”叶思源介绍称,湿地已成为地理、生态、环境保护、气候、水资源和生物多样性等诸多领域研究的热点和前沿科学,对滨海湿地的调查和研究具有重要科学价值。

    她进一步解释称,目前服务沿海生态地质环境保护和优化国土空间开发建设布局,也要求提高滨海湿地调查力度,需要地质资源环境信息支撑。低碳经济的发展及滨海湿地蓝碳固碳,急需加强滨海湿地固碳的调查研究。沿海重大工程规划布局和建设,需要全面提升湿地区域地质安全保障水平。

    国家高度重视湿地保护

    湿地生态系统环境的变化已经引起了国内外的高度重视。

    需要正视的是,与发达国家相比,我国在滨海湿地领域的调查和研究还有一定差距。我国湿地研究是从上世纪60年代对沼泽研究开始的,急需在借鉴国外先进经验的基础上,形成适合于我国实际的湿地研究的科学体系和开发治理有效模式。

    黄河三角洲在我国滨海湿地研究中具有特殊的地位,已成为近年来滨海湿地研究的热点地区。2005年,中国地质调查局启动了“黄河三角洲滨海湿地系统综合地质调查与评价”项目。

    2010年,青岛海洋所组织了“美国滨海湿地可持续发展与全球变化学术前沿青岛夏季讲习班”,10多名欧美顶尖湿地科学家齐聚青岛,交流湿地调查研究的经验、方法,拓宽研究思路,帮助湿地团队建立了立足于国际前沿的学科发展平台。

    在黄河三角洲,做地表高程标志

    2012年,中国地质调查局滨海湿地生物地质重点实验室挂牌成立。实验室以“滨海湿地地质、环境、生态、资源”为特色,围绕国际滨海湿地生物地质科学技术发展前沿和热点,突出国家中长期国民经济建设和开发管理需求,集中力量开展滨海湿地基础地质与沉积环境演化、地表过程与生态地质遥感、水动力环境、生物地球化学过程、生态系统固碳功能评价、生态环境地质监测以及生态修复技术等调查和研究,为地质调查事业长远发展提供知识储备、技术储备和专业技术人才储备,引领中国地质调查局滨海湿地研究走向国际先进水平。

    2016年,中国地质调查局滨海湿地生物地质重点实验室在江苏常熟成功承办了第十届国际湿地大会的“全球变化和环境因子对滨海湿地服务功能的影响”分会。来自欧美国家的23位学者齐聚江苏常熟,围绕滨海湿地地质学、生物学、生态学、生物地球化学等多个学科展开研讨。

    多项斐然成果转化应用

    “通过多年调查,我们掌握了第一手野外观测数据,肯定了我国滨海湿地巨大的储碳空间和固碳能力。”叶思源介绍说。

    据介绍,近年来青岛海洋所滨海湿地团队围绕科技创新和成果应用转化,开发了具有自主知识产权的10多项关键技术,开创性地将自主研发的滨海湿地生态功能探测技术应用于湿地资源调查评价,获得国内外专家高度评价。项目组连续获得了“土壤未扰动沉积物柱样采集”“湿地地表高程监测仪”“浮游植物反应釜及采用该反应釜的连续培养恒化装置”“利用碳-14示踪技术测定海洋初级生产力现场模拟培养装置”和“黑白瓶溶解氧法现场模拟测海洋初级生产力装置”等多项国家发明专利,为相关研究提供科学支撑。

    尤为一提的是,项目组首次评估了我国滨海湿地土壤碳埋藏通量,填补了我国在全球碳收支平衡研究中滨海湿地土壤固碳方面的空白;首次提出了我国滨海湿地在没有外来物资供应时,其有机质自身的加积速率可与全球海平面上升保持同步,为我国湿地保护与管理提供了依据。他们利用分批培养与连续培养技术,解决了困扰科学界半个多世纪的碳-14示踪技术测定海洋初级生产力的争议问题。

    记者了解到,这一团队提出并主导实施滨海湿地生态系统全球监测网大科学计划,该监测体系横跨亚、欧、美三大洲,可同时开展不同纬度带、不同生境、不同历史演化阶段地质体对比研究,每天可以获得46个环境参数66240个数据,并基于大数据分析和挖掘,创新了滨海湿地水生系统演化和碳循环理论。他们还编制完成全国8个国际重要滨海湿地生境演变图,探索创新了“从地质自然演化角度”确定湿地类型分类标准,发现北方盐沼自然湿地面积在1995~2015年期间平均减少49%,南方红树林湿地减少40%。沿海地区的养殖业极速扩张侵占了大面积的湿地,引起湿地水文过程、土壤质量等生境发生变化,是导致湿地退化的根本原因,对湿地不同的地质单元提出了保护与修复治理的针对性对策建议,为滨海湿地自然资源保护和空间规划用途管制提供了科学支撑。

    同时,他们推动滨海湿地生态地质三位一体调查评价,成功研发了地表高程监测系统和水域初级生产力探测装置,创新提出了温室气体测量、土壤固碳评估、海域静力触探原位观测技术,形成了水、土、气、生各圈层生态要素探测体系。

    “在江苏盐城、美国密西西比河三角洲、西班牙埃布罗三角洲湿地等地得到了成功实践。”叶思源介绍说,团队研制的设备为滨海湿地生态功能监测提供了新的技术方法和调查手段,并且获得多项具有国内领先水平的成果,部分成果处于世界先进水平。

    开启湿地绿色利用新征程

    湿地的调查与研究不仅能有效改善滨海湿地的生态环境,而且还能产生很好的社会效益和经济效益。

    据了解,青岛海洋所滨海湿地团队在辽宁盘锦和山东莱芜建成两个全球芦苇同质园,从全球范围内选取91个芦苇基因种,经过种植对比实验,优选出耐盐性高、生物量大、抗病能力强的品种。与此同时,在两个面积为100亩的芦苇和翅碱蓬示范区开展修复实践,通过水文调节、改变土壤基质、优选种子源等多手段结合,初步形成人为干预条件下的滨海湿地修复关键技术,并在辽宁省盘锦地区推广使用,修复芦苇和翅碱蓬湿地3万亩,给当地的旅游产业、芦苇造纸产业带来巨大的经济价值。以辽河三角洲芦苇造纸的湿地生态系统智慧管理为案例,他们提出了“开发性保护”的新理念和湿地植被芦苇纤维生长新技术,通过湿地植物资源开发,带动当地就业与工业经济发展,支撑服务全国正在开展的“退耕还湿”活动,开辟了湿地资源绿色利用新途径,为地方经济建设和科技扶贫带来了可观的经济效益,并为国家开发利用和保护湿地资源提供了新思路。

    此外,项目组在黄河三角洲重新规划了景点设置,黄河三角洲滨海湿地自然保护区的游客人数逐年上升,门票收入增幅约16%,除了迎来湿地的“第二春”,还带动了生态旅游,推动了当地经济发展。

    “目前,我们建设了国内领先,国际先进的有关碳循环研究的野外观测基地。”叶思源介绍说,通过国际合作,团队在辽河三角洲建设了较为完善的碳循环研究的野外观察基地,包括温室气体监测、土壤环境因子监测、孔隙水化学监测、湿地地下水水位水质监测等,特别是利用RSET技术对湿地有机质加积速率的监测在我国还属首次。这些监测为丰富全球碳循环评价数据库提供了重要保障,也为我国政府在国际环境中的谈判提供了科学数据。

    2014年4月,在辽河三角洲湿地开展rSETs和温室气体监测工作

    据她介绍,将利用5~10年时间汇聚国际一流滨海湿地多学科创新人才和团队,培养具有国际视野和杰出创新能力的领军人才和国际一流专业团队,打造一支人员精干、高素质、高水平、装备精良的具有较高水平和国际影响的科研队伍,创新一套国际化运行机制与管理体制,将围绕国际滨海湿地科技前沿热点和我国滨海湿地资源、环境、灾害等地质问题,致力于滨海湿地前沿领域国际合作调查和研究,主导实施全球典型滨海湿地地质演化及生态环境效应对比研究大科学计划。

    “依靠科技进步和创新,我们将在解决全球变化和生态环境效应等一些关键问题上获得充足发展,引领国际滨海湿地领域研究。”她最后表示。

    滨海湿地项目介绍

    中国地质调查局青岛海洋地质研究所自2006年在山东东营黄河三角洲开始从事滨海湿地地质调查工作,到2018年开展江苏滨海湿地调查工作,已有12个年头了。期间,该所先后完成了国家专项(海洋地质保障工程)“黄河三角洲滨海湿地系统综合地质与评价项目(2006年-2009年)”、原国土资源部公益性行业科研专项(重点)“滨海湿地生态系统的固碳能力探测与评价(2011年-2013年)”、国家专项(海洋地质保障工程)“辽河三角洲海岸带综合地质调查与监测(2012年-2015年)”、海洋基础性公益性基础地质调查项目“渤海湾西部等重点海岸带综合地质调查(2016年-2017年)”、科技部重点研发计划“滨海湿地固碳效率精准评价与加强碳汇对策(2017年-2019年)”、海洋基础性公益性基础地质调查项目“江苏滨海湿地海陆交互带多圈层综合地质调查(2018年-2020年)”,总经费13300万元。

    目前,中国地质调查局青岛海洋地质研究所滨海湿地项目组研究区包含了跨越不同纬度带的我国北方典型盐沼湿地区:辽宁盘锦、山东东营、江苏盐城滨海湿地,研究范围包括-6米等深线到陆域湿地范围,涉及典型湿地被的芦苇生境、翅碱蓬生境、大米草生境,工作内容包括了水、沉积物、大气、生物多个圈层,工作手段包括基础地质取样、温室气体监测、地表高程监测、碳循环评估、侵蚀淤积调查与监测、水质调查、海上地球物理调查、沉积动力调查等;旨在开展滨海湿地核心区与缓冲区生态地质调查,摸清生态地质环境现状,建设滨海湿地野外生态地质观测基地,开展湿地功能原位监测,滨海湿地生态系统固碳效率影响因素调查与监测,初步查明湿地水-沉积物-生境生态环境地质特征;同时开展滨海湿地生态地质环境对气候变化、海平面上升及人类活动响应等领域研究,建立滨海湿地生态系统固碳效率评价技术方法体系。

    目前,服务沿海生态地质环境保护和优化国土空间开发建设布局,也要求提高滨海湿地调查力度,需要地质资源环境信息支撑。同时,低碳经济的发展及滨海湿地蓝碳固碳,急需加强滨海湿地固碳的调查研究;沿海重大工程规划布局和建设,也需要全面提升湿地区域地质安全保障水平。

    滨海湿地调查是海岸带生态环境地质调查的关键,也是推进生态文明建设、保护海岸带生态环境的关键。湿地已成为地理、生态、环境保护、气候、水资源和生物多样性等诸多领域研究的热点和前沿科学,对滨海湿地的调查和研究具有重要科学价值。

     

    滨海湿地领域研究迈向新征程