1、項目名稱：多重壓力下近海生態系統可持續產出與適應性管理的科學基礎首席科學家：張經華東師范大學起止年限：2010.9 至 2015.9依托部門：教育部上海市科委二、預期目標1.總體目標本項目將遵循中國海洋生態系統動力學的總體發展目標，即從人類活動和氣候變化兩個方面認識我國近海海洋生態系統的服務與產出功能，量化其生態容納量及動態變化，預測生態系統的承載能力和易損性。尋求我國近海海洋可持續開 發利用與資源環境相協調發展的途徑，使具有陸架特色的我國近海可持續生態系 統理論體系和多學科交叉研究隊伍進入國際先進行列。2五年預期目標針對近海生態系統的功能與服務在多重壓力影響下不斷地發生變化、其所提供的食物產

2、出也受到現有管理決策的影響的現實， 在本項目中，將以生物地球化 學過程對食物網的影響為重點，剖析在多重壓力下近海生態系統功能的變化和食 物產出的可持續性。通過本項目的學科整合與持續性研究工作， 提升對近海生態 系統變化的預測能力，為實現我國近海生態系統的可持續食物產出與適應性管理 提供科學依據。其中包括：深化對近海生態系統在多重壓力影響下可持續發展機理的認識，提高預測能力；在多重壓力的背景之下，剖析近海漁業在生態系統可持續性前提下的適應性管理對策；提高海洋生態系統多學科交叉與整合研究隊伍的能力建設，繼續壯大和培育能積極參與國際前沿領域活動的優秀中青年學術群體；在項目實施過程中，培養研究生50名

3、以上，發表科學論文150篇以上, 出版學術專著或研究專輯1-2部。通過本項目的實施，進一步豐富和完善近海生態系統數據系統和資料共享平臺。三、研究方案學術思路在項目實施中，擬選擇長江口外與東海陸架的缺氧區、 山東半島的增養殖區 為重點調查與實驗區域。生物地球化學研究所刻畫的物質流動是生態系統的一個基本組成（例如：基本物質基礎與支撐功能）特點，它控制和調節著海洋中物質循環的基礎過程（例 如：營養限制），支撐著海洋中的食物產出的數量與品質（例如：食物網的物質 傳遞）。在海洋中，多重壓力對生態系統的影響也將通過物質輸運的性質、通量 及其改變體現出來。相對于針對高營養層次的生物學研究而言，生物地球化學過

4、 程對氣候變化的響應更為敏感、迅速，而且其變化引起的后果貫穿于整個食物網 中。我們將在中國海洋生態系統動力學的前期發展基礎上，以生物地球化學過程對食物網的關鍵作用為研究核心，針對多重壓力對近海生態系統的食物產出的主 導影響進行深入地分析，提高預測的水平；項目的研究成果將為近海生態系統可 持續食物生產的適應性管理對策提供基礎。在項目的實施過程中，在生物地球化學過程對全程食物網的作用意義上凸現 不同的生態系統亞區在多重壓力下可持續發展的取向和相應的適應性管理問題。 譬如，在長江口外和東海陸架區認識黑潮涌升與陸地徑流的變化對缺氧區形成和 演化的控制作用，檢驗缺氧同富營養化在因果上的關聯和脫節， 以及

5、生物地球化 學循環對水層-底棲系統耦合的調控機制。在近海的增養殖區域，認識富營養化、 海洋酸化與不同的增養殖策略對食物網的關鍵種群結構和食物產出的影響程度， 在食物網不同營養層次功能群的層面上分析海洋酸化和人為的“寡營養化”所帶來的不可持續發展后果。為了使關鍵科學問題的多學科交叉與整合研究收到預期效果，我們將在不同的典型生態區選擇相應的重點研究主題， 促使各課題的研究能夠目標集中、 步調 一致，對應“關鍵問題”聚焦“共性特點”研究，使整個項目的研究成果能夠最 大程度上體現國家對海洋生態系統可持續食物產出的重大需求， 幫助產業界克服 相關的瓶頸障礙。技術途徑借鑒前期“ 973”項目的成功經驗，在

6、項目實施過程中，將突出生物地球化 學過程對生態系統在多重壓力下可持續發展中的關鍵支撐和調節作用；擬采用歷史資料的分析和同化、海上/野外調查與現場試驗、受控生態模擬實驗、數值模 擬等技術和方法相結合的系統研究策略。利用歷史上的氣候資料、國際上近 100年來的觀測和同化數據和我國自 20 世紀50年代至今的黃、東海的漁業資源、生物、地質、化學和物理等調查與實 驗資料，豐富現有的數據庫以便開展深入地分析，進一步刻畫黃、東海生態系統 的基本特征。運用海洋立體監測系統和遙感資料，認識近海中尺度過程對物理（例如：鋒 面和層化）、化學與生物（例如：營養鹽和葉綠素）特征的季節性調控作用，并 將相關資料進行同化

7、。海上觀測與現場調查將針對不同典型生態區的重點研究主題分別進行設計， 統籌安排實施，以利項目的研究工作在整體上相互協調和促進， 確保研究工作的 相互交叉和成果的整合。在實施中，受控生態模擬與室內實驗將緊密結合， 測定 主要功能群的能量/物質收支、轉換效率及有機物質的降解速率；利用分子生物 學、生物標志物和同位素示蹤等先進技術研究生物地球化學對全程食物網的調控 作用。在項目實施過程中，進一步完善已有的三維水動力數值模式， 發展刻畫生物 地球化學循環的模擬技術，提高預測的水平。探討基礎生產的供給功能及與生物 地球化學過程的耦合機制，發展環境友好型的多元生態優化養殖模式， 為制定適 應近海生態系統可

8、持續發展的漁業管理措施提供支持。本項目的關鍵科學問題、主要研究內容與各課題之間的關系， 以及預期實施 目標的概括示意框圖如下:觀測、實驗與數據采集歷史資料室內實驗海上調查現場試驗關鍵科學冋題多重壓力影響下的近海生物地球化學過程及其對典型生態系統功能的作用機理典型生態系統的資源可持續利用對多重壓力的響應_y溫度升高、海洋酸化、黑潮對陸架作用等氣候變化(X主要研究內容1 :多重壓力對近海典型生態系統中生物地球化學循環的調控作用.課題2、3丿/主要研究內容2：東海陸架缺氧區生態系統的功能對多重壓力的響應過程課題 1、2、3、4、5增 人養 類殖 活、 動富營養主要研究內容3：近海典型增養殖區的食物生

9、產對多重壓力的適應性響應機制課題 1、3、4、5I等丿數值模擬與提高預測水平適應性管理的科學基礎健康、高質、高量食物的產出與結構生境質量生態和社會經濟效益在項目實施過程中，組織和參加對東海陸架和長江口鄰近海域進行兩年， 共 計6個航次120天的海上調查；對山東半島增養殖區進行 10次，共計183天海 上與野外實驗工作。創新點與特色本項目將在中國海洋生態系統動力學的發展框架之下， 以海洋生物地球化學 對全程食物網的調控作用在多重壓力作用下的時、空變化為研究主線，剖析多重 壓力對近海生態系統可持續產出的制約。 因此，本項目在海洋科學的基礎研究前 沿領域和為國民經濟與社會的可持續發展服務等兩個方面均

10、具有明顯的特色。在地球系統科學的框架下，以海洋生物地球化學與食物網相互作用為主線研 究生態系統在多重壓力下的可持續性，乃是國際IGBP計劃關注的熱點問題之一， 在國際學術舞臺上是一個熱點研究領域。本項目在陸架邊緣海切入上述主題并開 展多學科整合研究，對世界上其它地區的相關工作具有推動作用。在本項目中，將多重壓力下近海生態系統可持續產出同實現生態系統水平的 管理有機地結合起來，研究成果也將直接服務于國家中、 長期發展戰略中對實現 高品質海洋食物產出的管理體系建設的需求。本項目的實施將進一步促進中國海洋生態系統動力學的研究在世界學科的 前沿領域發展，亦將提升物理、生物、化學、漁業海洋學諸學科之間的

11、交叉與整 合研究水平，為新的學科生長點和新技術的建立提供了發展平臺。本項目在實施過程中，也將為培養具有多學科交叉和整合研究能力的青年科 學家提供教育、訓練和成長的良好環境，使之適應 21世紀全球變化科學和可持 續科學發展的需要，并為其積極地參與國際學術活動奠定基礎。 通過這樣的方式， 我國在海洋相關學科的“能力建設”水平也將獲得整體的提升?？尚行苑治鲈诒卷椖刻岢鲋埃袊Ｑ笊鷳B系統動力學的研究已經走過了 15個年頭。 期間，項目團隊也發展出良好的國際學科背景以及業己形成的研究梯隊，為在本項目中取得突破提供了人員和技術保障。本項目的實施具有扎實的前期工作基 礎、學科發展的學術思想也不斷得到凝練

12、和提升，并將進一步擴大我國在國際海 洋生態系統前沿研究領域的影響。15我國是世界上較早地開展“海洋生態系統動力學”研究的國家之一，并且在 早期就注意到生物地球化學過程在海洋可持續生態系統中的重要作用。在前 年的發展歷程中，“生源要素的循環和更新” 一直被列為海洋生態系統動力學研 究的關鍵科學問題之一，為在我國將 GLOBEC與IMBER兩大科學計劃的整合 鋪平了道路。在多年來海洋生態系統動力學的研究工作基礎上，本項目對多重壓力下海洋生態系統可持續產出及其適應性管理所涉及的科學內涵比較明確。在第228次、305次、362次香山科學會議上，立足于國家需求，指出氣候與人類活動的聯合 作用（亦即：多重

13、壓力）對海洋生態系統的影響具有復雜和不確定性的特點，進 一步明確了近海生態系統中食物網與生物地球化學相互作用的關鍵科學問題。經過15年的努力，我國已經在海洋生態系統動力學的領域形成了一支以中、 青年學者為主體且穩定的研究隊伍。其中，35歲以下的青年學生和研究人員業已不斷地成長，成為學術研究的新鮮血液。另外，研究團隊本身在學科之間的交 叉、滲透和融合等方面的優勢在國內的研究隊伍中也十分明顯。近年來，本項目的骨干成員分別在國際SCOR、IGBP-GLOBEC和 IGBP-IMBER的科學指導委員會、工作組和區域委員會任職，對國際上的相關研 究和學術進展具有深刻了解和直接參與。在本項目的提出、設計和

14、前期準備過程 中也獲得國際學術界的積極支持，這將有助于本項目的實施與國際學術領域的發 展保持同步。四、年度計劃研究內容預期目標第年數據采集與數據平臺建設：系統收集和研究歷史資料與已 有成果；在充分研討的基礎上， 各課題根據項目的科學問題提 出自己的理論假設和實驗設計； 制定海上調查實施方案。針對研究內容和科學問題，召開 相關研討會對長江口、東海陸架等典型生態 區進行三個航次多學科綜合調 查，總計調查天數約六十天；在 5、8月對增殖區開展共計兩次專 項調查，在8、11月開展對養殖 區的共兩次專項調查和實驗；若 需要，進行現場和室內受控實 驗。實施項目管理、信息網站和數據 共享平臺建設。明確現場調

15、查和受控實驗的具 體實施方案。基本完成歷史資料的整理和初 步分析。完成典型生態區和增、養殖區首 年度現場數據采集和早期開展 航次的樣品分析和數據處理工 作。完成項目網站和數據平臺框架 建設。實現第1航次調查數據、資料的 網上共享。研究內容預期目標第年數據米集、研究分析與階段性總結：繼續在5、8月對增殖區開展共 計兩次的專項調查；在2、5月 對養殖區開展共計兩次專項調 查；若需要，繼續進行受控實驗。整理和分析典型生態區的3航次 數據結果；根據海上調查和相關 實驗數據，結合歷史資料，進行 階段性綜合分析；進行專題研討 和多學科交叉討論。完善網站和數據平臺建設。對前兩年研究工作進行階段性 總結。主辦

16、1次國際學術會議；如果需 要，召開相關研討會。項目網站正常運行，實現已有數 據的共享。在前兩年，完成對增、養殖區各 四次的專項調查；對典型生態區（長江口、東海陸架）共計三次 的多學科調查。完成典型生態區航次樣品的分 析和相關數據處理。完成階段性研究成果總結；提出 完成項目研究目標的初步框架。發表論文40篇以上。通過中期評估。第年檢驗補充與過程研究：根據中期評估結果與專家意見， 研討和調整后續工作。對長江口、東海陸架等典型生態 區進行三次現場多學科綜合調 查；對增、養殖區分別進行四次 專項調查；進行必要的現場和室 內受控實驗，強化有關現場和實 驗數據。召開相關研討會。完成大部分典型生態區和增、養

17、 殖區現場多學科綜合研究數據采 集和樣品分析；進一步完善和充實數據共享圍繞主題，初步探討多重壓力下 我國典型生態區和增、養殖區牛 態系統可持續產出的重要過程與 關鍵機制。研究內容預期目標第四年機理與建模研究：分別開展兩次增、養殖區的專項 調查。圍繞多重壓力對生物地球化學過 程調控、缺氧區對多重壓力的響 應、增、養殖區對多重壓力的反 饋等方面，圍繞項目主題進行研 究，以現場數據和已有知識為基 礎開展相關過程建模研究。主辦一次國際學術會議；如果需 要，召開相關研討會?；菊J知多重壓力對近海典型生 態系統中生物地球化學循環的調 控作用。基本認知東海陸架缺氧區生態系 統的功 能對多 重壓力的響應 過

18、程?；菊J知近海增、養殖區的食物 生產對多重壓力的適應性響應機 制第五年系統集成與整合研究：圍繞多重壓力下近海生態系統可 持續產出與適應性管理，針對多 重壓力對近海生態系統產出的影 響進行深入研究，積極進行系統 的集成與整合研究，探求和對比 各研究主題之間的聯系；完善相 關預測模型。根據需要召開研討會與報告會； 組織對課題的驗收與結題。以生物地球化學過程對食物網的 關鍵作用為核心，為回答“多重 壓力影響下近海生物地球化學過 程及其對典型生態系統功能的作 用機理”和“典型生態系統的資 源可持續利用對多重壓力的響 應”兩個重大問題提供科學基礎 與依據。發表論文150篇；出版專著或研 究專輯1-2部

19、；培養研究生50名 以上；完成項目目標。一、研究內容本項目擬以國家對近海生態系統食物生產的可持續發展的重大需求為導向， 以生物地球化學過程對多重壓力下的響應為主線，聚焦于近海生態系統中可持續 產出與適應性管理的科學基礎研究。圍繞上述的關鍵科學問題，擬開展以下幾個 方面的研究工作。1多重壓力對近海典型生態系統中生物地球化學循環的調控作用黑潮和陸地徑流（注：以長江為主）是黃、東海的生源要素的主要供給者。 除了影響黃、東海的水文要素格局與變異之外，它們攜帶的生源要素與痕量物質 的組成和結構具有差異，在近海生態系統演變過程中扮演不同的角色。在過去 140多年中，黃、東海先后經歷了 4個氣候模態，其中較為顯著的是從 20世紀 40-70年代的變冷趨勢轉變至20世紀70年代后至今的變暖趨勢。這一地區的人 類活動不僅包括近岸的圍墾、養殖與海域的過度捕撈，來自陸地的淡水徑流與其 營養鹽組成在近幾十年也發生了很大的改變。建議的主要研究內容為：黃、東海陸架的生境（包括：溫度