王友紹 孫翠慈 王玉圖 宋星宇 孫麗華 孫富林

中class="meta" data-meta-name="作者簡介"所 大亞灣海洋生物綜合實驗站 廣州 510301

海洋生態(tài)系統(tǒng)是地球上最大、最有價值且又是最為脆弱的生態(tài)系統(tǒng)之一。全球海洋面積約占地球表面積的 70%，體積約占生物圈的 95%，是地球上最大的資源庫，又稱之為“藍色海洋寶庫”。由于人類活動的影響，近海生態(tài)環(huán)境的演變與退化已成為全球性的問題。例如，近年來近海赤潮的頻頻發(fā)生、厄爾尼諾現(xiàn)象等。特別是自 20 世紀 80 年代中期以來，隨著我國經(jīng)濟發(fā)展的重心推向沿海地區(qū)，中國沿岸開始經(jīng)歷快速的工業(yè)化、城市化過程[1,2]。我國沿岸海洋生態(tài)系統(tǒng)遭到嚴重破壞，尤其沿岸典型河口、海灣等均遭到不同程度的人類活動的脅迫。我國沿海地區(qū)以 13% 國土面積，承載了全國 40% 多的人口，創(chuàng)造了 60% 以上的國內生產(chǎn)總值（GDP），特別是近海生態(tài)系統(tǒng)已成為國家緩解資源環(huán)境壓力的重要地帶，然而經(jīng)濟和人口的增長對我國近海環(huán)境的脅迫作用也越來越大[3]。在此背景下，中國科學院大亞灣海洋生物綜合實驗站（以下簡稱“大亞灣站”）應運而生。1984年，位于深圳大鵬半島東側的大亞灣站正式建成；迄今為止已經(jīng)開展了大亞灣監(jiān)測、研究、示范等科研工作 30 余年。

1 闡明了大亞灣生態(tài)系統(tǒng)對環(huán)境變化的響應與適應機制

依據(jù)大亞灣 30 余年長期生態(tài)監(jiān)測與研究，提出了海洋微表層快速交換新觀點，闡明了大亞灣海域低營養(yǎng)鹽和高生產(chǎn)力之謎[4]，提出了大亞灣生態(tài)環(huán)境動態(tài)變化模式：大亞灣海域由貧營養(yǎng)狀態(tài)發(fā)展到中營養(yǎng)且局部已發(fā)現(xiàn)有富營養(yǎng)化的趨勢，氮磷比（N∶P）平均值由 20 世紀 80 年代的 1∶1.5 上升到近年的 ＞50，大亞灣營養(yǎng)鹽限制因子已由 20 世紀 80 年代的 N 限制過渡到 90 年代后期的 P 限制，到近年來硅（Si）和 P 交替限制，打破了近十幾年來一直 P 限制的結論，生物資源趨于小型化，生物資源衰退，揭示了大亞灣海域主要是受人類活動驅動的復合生態(tài)系統(tǒng)[1,2]；通過大亞灣生態(tài)系統(tǒng)的物理-化學-生物耦合[2,5-7]，揭示了核電站溫排水對大亞灣核電站周圍海域的生態(tài)環(huán)境存在一定影響，但不會影響大亞灣生態(tài)系統(tǒng)的變化趨勢，無機氮磷比（TIN∶P）是驅動大亞灣生態(tài)系統(tǒng)變化的關鍵驅動因子，解決了國際上有關核電站溫排水對生態(tài)系統(tǒng)影響與否的長期爭論[1,2,5-7]；受中廣核工程設計有限公司委托，開展嶺澳核電廠三期工程核電廠與大鵬新區(qū)國家級海洋生態(tài)文明示范區(qū)相互影響研究，根據(jù)壓力-狀態(tài)-響應（PSR）模型計算分析可知，如增加 2 臺機組的運行，對大亞灣海洋生態(tài)文明建設的影響仍處于 6 臺機組運行時的水平，從而建立了核電項目對海洋生態(tài)文明影響的評價體系，為促進國家大型沿岸工業(yè)區(qū)域海洋生態(tài)文明建設提供了依據(jù)，減少了國家對核電站的雙倍投入（圖 1）。

利用化學計量學的方法評估人類活動對大亞灣海域影響，證實了人類活動增加打破了中國近岸水體營養(yǎng)鹽平衡這一重要發(fā)現(xiàn)[8]，在識別人類活動與自然過程對近海生態(tài)環(huán)境變化的影響與貢獻方面得到了國際上的肯定，該成果被 Nature China 作為亮點工作報道（圖 2a），先后多次獲世界能源領域權威獎項埃尼獎（Eni Award）提名；發(fā)現(xiàn)了大亞灣北部養(yǎng)殖水體影響海域占大亞灣海域 1/3 以上的面積，而其他海域主要是受外海水影響，首次區(qū)分了人類活動與自然變化對大亞灣海域生態(tài)環(huán)境影響與貢獻。所建立的計量海洋生態(tài)學的方法與技術[5-7,9,10]、生態(tài)模型[8,10]已被國際上廣泛采用[11,12]，建立了計量海洋生態(tài)學的理論體系，出版了國際上首部《計量海洋生態(tài)學》專著，催生了計量海洋生態(tài)學交叉新學科（圖 2b）。

圖1 大亞灣核電項目對海洋生態(tài)文明影響的評價體系-生態(tài)健康綜合指數(shù)

圖2 論文被Nature China評述（a）和《計量海洋生態(tài)學》專著（b）

2 揭示南海區(qū)域海洋生物種群多樣性與生產(chǎn)機制

提出并驗證了“珊瑚礁高效營養(yǎng)生態(tài)泵”概念（圖 3）[13]，闡釋了河口、海灣和陸架海區(qū)浮游生物功能群結構與生產(chǎn)過程[14]；證實了痕量金屬在不同食物鏈傳遞過程的顯著差異性[15]；揭示了海洋無脊椎動物幼蟲附著變態(tài)過程和調控機制[16]；開拓了柳珊瑚、笛鯛屬分子辨識技術和馬氏珠母貝遺傳多樣性研究，首次建立了 3 種海水魚類的能量收支方程[17]；首次摸清了華南沿岸海草種類、地理分布及其環(huán)境狀況[18]，建立了比較完善的海草生態(tài)系統(tǒng)管理體系，編制了《中國海草保護行動計劃》等。研究成果充實了海洋生態(tài)系統(tǒng)與生物多樣性研究內涵，豐富了海洋生態(tài)學理論，推動了生物海洋學發(fā)展，為海洋生物多樣性保護和生物資源可持續(xù)利用提供重要科學依據(jù)。

3 闡明了南海及臨近海域藻華形成演變過程及其調控機制

首次提出“南海西部強風—上升流—藻華”形成演變的動力理論與概念模型，揭示季風與氣候變化對藻華過程的調控機理，闡述南海常態(tài)藻華格局及其演變特征（圖 4a）[19]。率先研究海嘯等海洋災害的生態(tài)效應，揭示臺風、海嘯等引發(fā)的突發(fā)性藻華過程的三維結構與生消規(guī)律；揭示了東南亞季風變動對南海浮游植物、營養(yǎng)鹽以及碳循環(huán)影響機制[20]。系統(tǒng)分析南海有害藻華的時空分布特征與機理，提出相應的災害風險評估與應急管理體系[21]，在國際上出版首部有關臺風研究專著 Typhoon Impact and Crisis Management[22]。揭示了發(fā)生赤潮時的紅色中縊蟲與其體內隱藻（Teleaulax amphioxeia）的共生機制，提出了“紅色中縊蟲培育隱藻”的共生新模式（圖 4b），成果發(fā)表在《美國科學院院刊》上[23]，被評為 2016 年中國海洋與湖沼十大科技進展。

圖3 “珊瑚礁高效營養(yǎng)生態(tài)泵”概念圖

圖4 臺風突發(fā)性藻華過程（a）和紅色中縊蟲與其體內隱藻營養(yǎng)物質輸送機制（b）

4 揭示紅樹林逆境生理生化特征及其分子生態(tài)學機制

從紅樹林濕地中分離純化得到多株高效降解菌株[24]，其中 A. caviae WⅡ、A. punctata TⅡ能夠高效降解萘、蒽和芘，P. aeruginosa Gs降解 3-甲基吲哚，生化途徑為：3-甲基吲哚→吲哚-3-羧酸→3-羥基吲哚→CO2+H2O；首次闡明了Comamonas acidovorans FY1對鄰苯二甲酸二酯的生物降解途徑，闡明了厭氧和非厭氧條件下環(huán)境微生物參與降解特定有機污染物機理，提出了環(huán)境微生物對濕地有機污染物生物降解途徑以及濕地微生物酶促還原鉻（VI）脫毒反應機理等[25]，為受損濱海濕地微生物生態(tài)修復提供基礎科學依據(jù)。

闡明了抗氧化酶系統(tǒng)、植物螯合肽等在紅樹林抗重金屬中的解毒作用，揭示了污染脅迫下紅樹植物抗氧化酶和脂質過氧化反應機制[26,27]，論文[26]獲 Elsevier出版社“中國大陸學者環(huán)境科學類雜志 2005—2010 年度最高引用獎”（圖5）；發(fā)現(xiàn)了紅樹林 II 型金屬硫蛋白系統(tǒng)等，從生理和分子水平上揭示了抗氧化酶系統(tǒng)、II 型金屬硫蛋白和 CBF/DREB2 基因等在重金屬、低溫等逆境條件下紅樹林調控機理[27-31]，解決了長期困擾海洋生態(tài)學家有關紅樹林抗逆機理的問題，為紅樹林濕地植物生態(tài)修復提供了基礎理論依據(jù)（圖6）。

5 肩負社會責任、推進科技資源共享，為周邊地區(qū)、相關領域的科技創(chuàng)新、區(qū)域發(fā)展與生態(tài)保障等提供重要支撐

在區(qū)域發(fā)展方面，利用大亞灣站多年對核電站生態(tài)環(huán)境監(jiān)測和對大亞灣生態(tài)系統(tǒng)影響研究成果（圖7），參與國內新建核電站（如福建漳州核電站、廣西防城港核電站和廣東陽江核電站等）生態(tài)監(jiān)測提供服務、擬建核電站設計和選址（嶺澳核電三期等）提供決策和咨詢，提供了大量第一手資料和科技支撐。

圖5 “中國大陸學者環(huán)境科學類雜志2005—2010年度最高引用獎”

圖 6 白骨壤CBF1（a），2（b）和3（c）三維結構

圖7 大亞灣核電項目對區(qū)域海洋生態(tài)文明的影響

在地方養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展方面，在“海洋 863”項目“珍珠貝多倍體育種”等支持下，在國內最先開展了合浦珠母貝三倍體和四倍體育種研究（圖 8a），培育出三倍體群體苗 4 000 萬個，其中三倍體最高可達 70%；培育出四倍體群體 2 000 多個，其中四倍體占 1.7%。1998—2000 年在大鵬澳海灘放流中間培育的紫海膽人工苗合計約 11 萬粒，放流 1 年后殼徑達到 4 cm 左右，2 年后殼徑達到 5 cm 左右。我們在國內較早開展了華南東風螺（Babylonia lutosa）和方斑東風螺（B.arealata）的人工育苗研究，已培育出 2.2 萬個華南東風螺稚貝，0.8萬個方斑東風螺苗種投放市場。率先引進凡納濱對蝦（南美白對蝦）到華南沿海（圖 8b），建立了規(guī)?；斯し庇夹g，創(chuàng)建了對蝦集約化防病養(yǎng)殖模式及技術體系并在養(yǎng)殖生產(chǎn)中應用，創(chuàng)造社會經(jīng)濟效益 1 000 多億元，養(yǎng)殖產(chǎn)量占全國對蝦產(chǎn)量的 80%，占全世界產(chǎn)量的 40%，使我國成為全球最大的養(yǎng)殖對蝦生產(chǎn)國?！?63”項目“軍曹魚人工繁殖及規(guī)模育苗技術研究”解決了國內軍曹魚生產(chǎn)性全人工繁殖與苗種培育的關鍵技術，從而結束了苗種完全依賴進口的歷史，軍曹魚規(guī)?；B(yǎng)殖技術與示范已覆蓋廣東、廣西和海南等省區(qū)，直接經(jīng)濟效益已超過 100 億元（圖 9）。依托臺站先后選育出凡納濱對蝦“中科 1 號”和“正金陽 1 號”、馬氏珠母貝新品“南科 1 號”、牡蠣“華南 1 號”等新品種（圖 10），這些新品種推廣應用將對我國海水養(yǎng)殖業(yè)的持續(xù)、穩(wěn)定和健康發(fā)展起到極大的推動作用，豐富了海洋生物資源學和生態(tài)學理論，提高了我國海洋生物資源利用技術的研究水平，推動了我國海洋生物高技術產(chǎn)業(yè)跨越式發(fā)展。

圖8 珍珠貝多倍體（a）和凡納濱對蝦（b）

圖9 軍曹魚育苗與示范基地

圖10 牡蠣（a, b）、海參（c, d）和馬蹄螺（e, f）的人工繁殖及規(guī)模育苗

在區(qū)域生態(tài)保護方面，提交了 8 部關于海洋生態(tài)環(huán)境與保護的國家報告，建立了紅樹林生態(tài)系統(tǒng)評價與修復技術[32]，為近海生態(tài)修復奠定了理論基礎和技術支持。在廣東湛江和南沙、浙江溫州等地建立了紅樹林生態(tài)修復技術試驗示范區(qū) 15 000 多畝，每年生態(tài)效益約 7 億元[33]，依托臺站促成了與馬來西亞理科大學、斯里蘭卡盧胡納大學和巴基斯坦拉斯貝拉大學等“一帶一路”沿線國家的科技合作，將生態(tài)修復技術推廣至馬來西亞牛拉河口、巴基斯坦瑪里爾河口等（圖 11）。

6 結語

大亞灣站自 1984 年建站以來，始終堅持長期生態(tài)學監(jiān)測、研究、示范與服務的宗旨，面向國家海洋生態(tài)文明建設、“一帶一路”建設等國家重大需求及海洋科學學科前沿，取得了一系列重要成果，為我國近海生態(tài)環(huán)境保護與生物資源可持續(xù)發(fā)展提供了重要的理論與技術支撐。近 5 年以大亞灣站為研究平臺，先后獲得國家重點研發(fā)計劃項目（或國家“973”項目）、國家自然基金重點（面上）項目、國家科技支撐計劃項目（課題）、國家“863”項目（課題）和各類人才項目（課題）共 118 項。獲國家自然科學獎二等獎、省部級一等獎 7 項；發(fā)表研究論文 370 篇，其中 SCI 收錄論文 318 篇；授權專利（包括軟件）75 項，出版專著（?？? 部，并培養(yǎng)了一批海洋生態(tài)學、海洋生物學和海洋環(huán)境科學等研究的優(yōu)秀人才。

獨特的區(qū)位優(yōu)勢、完善的科學研究設施、長期歷史數(shù)據(jù)的積累和豐碩的成果產(chǎn)出，大亞灣站已成為國內外知名的海洋科學研究基地，堅信大亞灣站未來必將成為國際一流水平的海洋生態(tài)學長期綜合觀測與研究平臺以及生物資源可持續(xù)性研究與創(chuàng)新示范基地，為我國海洋生態(tài)環(huán)境保護和海洋經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展作出更大貢獻，助力國家海洋生態(tài)文明建設，推動“一帶一路”重大倡議建設和發(fā)展。

圖11 紅樹林生態(tài)修復示范區(qū)