2022年, 第44卷, 第2期 刊出日期:2022-04-10
  


  • 研究论文
  • 基于格子Boltzmann方法的潜堤上波浪破碎数值模拟
    王艺之, 韩新宇, 董胜
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    基于格子Boltzmann法研究了波浪在潜堤上的破碎情况。通过建立数值波浪水槽,采用推板造波,模拟波浪与潜堤的相互作用,计算结果与实验数据进行对比,吻合良好,验证了该模型能较好地模拟波浪的破碎和传播。由于潜堤的阻碍和波浪破碎,沿程波高呈衰减趋势。在相同波高条件下,低水位反射系数随周期增大而增大,高水位反射系数随周期增大先增大后减小。
  • 不同参数模型对南黄海典型台风的适用性研究
    刘涛, 陈学恩, 陈子健
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    本文选取南黄海及其邻近海域作为研究区域,对1970—2016年经过此区域的台风进行了统计和分析。研究发现,南黄海区域的台风发生频率较高,但时间集中且路径类型复杂多样,常见路径为登陆转向型和近海北上型。基于上述两种常见路径,本文选择3个典型台风,对比多种台风气压分布模型和台风移行风场模型,进行了台风风场的构造,并将模拟结果与实测风速对比,讨论各模型组合对南黄海典型台风的适用性。误差表明,藤田高桥嵌套气压分布模型和Jelesnianski移行风场模型的组合方案对近海北上型路径的201109号台风梅花和201007号台风圆规的模拟效果最好;Myers气压分布模型和宫崎正卫移行风场模型的组合方案对登陆转向型路径的201509号台风灿鸿的模拟效果最好。
  • 绿华岛周边海域溢油扩散风险数值模拟研究
    顾一凡, 王彬谕, 倪云林, 陈维
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    海上溢油事故发生时,溢油在潮流和风的影响下扩散,会对所在海域的敏感区域产生严重的威胁。为研究溢油扩散轨迹,本文利用MIKE21 FM(DHI)的水动力模块(HD)和粒子追踪模块(PT)建立绿化岛周边海域工程溢油事故预测模型,计算模拟在不同风况下不同时刻发生溢油时油膜的扫海面积和油粒子移动路径。模拟结果表明:①溢油发生在涨潮时对绿华岛及周边环境的影响较大;②溢油初期风对油粒子的影响较小,在油粒子扩散后影响较大;③当风与潮流的作用叠加时,油膜扩散加剧,扫海面积扩大。
  • 莱州湾岸线变迁对渤海潮波影响的数值研究
    朱金龙, 朱淑香, 张翠敏, 徐艳东, 魏潇, 孙伟, 孙贵芹, 刘宁
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    2018年国家全面停止新增围填海项目审批之前,为了缓解土地供求矛盾,渤海沿岸进行了大规模围填海,长期的围填海活动导致海湾岸线发生了显著变化。为揭示莱州湾岸线变迁的主要原因以及渤海潮波系统对岸线变迁的响应,本文选取2000年和2020年两个典型年份的莱州湾岸线资料,统计20年间莱州湾岸线长度、海湾面积和海湾重心变化。基于岸线和水深数据,建立二维潮波数学模型,研究20年间莱州湾岸线变迁对渤海潮波系统、潮汐性质和最大可能潮差的影响。结果表明:2000—2020年20年间,莱州湾面积减少了8.02%,海湾岸线增长了77.65%,海湾西南部岸线变化最为剧烈,导致海湾重心向东北向方移动了2.21 km。莱州湾岸线变迁会引起渤海各分潮无潮点的位置移动和振幅的改变,其中黄河口附近M2分潮无潮点向西北移动了1.4 km,秦皇岛附近M2分潮无潮点向东北移动了1.7 km,渤海海峡偏南部的K1分潮无潮点向东移动了2.1 km,渤海M2分潮振幅整体呈现增大趋势,K1分潮振幅变化主要发生在渤海海峡东侧。渤海潮汐以不规则半日潮为主,受莱州湾岸线变迁影响,黄河口外和秦皇岛附近海域不规则全日潮和规则全日潮所占海区范围缩小,渤海海域最大可能潮差增大。
  • 沉积物可交换态磷量与颗粒物浓度的关系探讨
    欧志超, 高增文, 程晨
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    天然沉积物上的可交换态磷量对水体磷浓度具有重要的调控作用,它是水体富营养化预测与调控时关注的重点之一。截距法是计算沉积物可交换态磷量的常用方法,通过该方法计算的可交换态磷量常与固体浓度(Cs)正相关,这与提取法和固体浓度效应理论的结果相反。故本文通过理论分析与实验探讨截距法出现正相关关系的潜在原因。结果表明,截距法计算的结果可以表示在实验条件下沉积物与水体间可交换的磷量(Q0),而不能表示沉积物全部含有的可交换磷量(NAP)。对于同一组实验数据,吸附等温图横坐标的选择影响Q0与Cs的相关关系:以初始磷浓度(C0)为横坐标对应的Q0-Cs是负相关关系,以平衡磷浓度(Ce)为横坐标对应的Q0-Cs是正相关关系。此外,若以Ce为横坐标,计算得到的Q0的物理含义不明确。因此,为尽可能避免Cs与Q0正相关关系的出现以及使Q0的含义合理化,建议在使用截距法时宜以C0为横坐标。
  • 不同饵料对拟穴青蟹生长、酶活性及生化指标的影响
    苏贵森, 肖国强, 蔡景波, 张翔, 黄晓林, 蔡西栗, 蔡逸龙, 柴雪良
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    为探索 “蟹公寓”养殖条件下,拟穴青蟹养殖的适宜饵料,本研究通过投喂缢蛏(Sinonovacula constricta, SC)、杂鱼(Hypophthalmichthys molitrix, HM)、青蟹配合饲料(CF)和鳗鱼饲料(EF)等4类饵料,比较分析了不同饵料投喂下拟穴青蟹的特定生长率、生化指标及酶活性。结果显示,缢蛏组特定生长率显著高于其他组(P<0.05)。血清生化指标中,鳗鱼饲料组的白蛋白含量显著低于其余各组(P<0.05)。肝胰腺生化指标中,总蛋白含量各组差异不大(P>0.05),白蛋白含量鳗鱼饲料组显著低于其余各组(P<0.05),甘油三酯含量青蟹配合饲料组的最高。生化酶活指标中,杂鱼组SOD活力显著低于其余各组(P>0.05),Na+K+-ATP酶活力则是鳗鱼饲料组最低。消化酶中,胃蛋白酶和淀粉酶各组差异不大(P>0.05),脂肪酶则是杂鱼组显著高于其余各组(P<0.05)。相关性分析中,杂鱼组特定生长率与蛋白酶活力表现出显著正相关(P<0.05)。研究结果表明,在“蟹公寓”养殖条件下,缢蛏是综合指标最好的饵料,在拟穴青蟹的特定生长率及生化酶活方面有很大优势;但青蟹配合饲料在青蟹肝胰腺指数及甘油三酯含量上有一定优势。
  • 环境因子对掌状海带有性生殖过程的影响
    王潇, 刘福利, 梁洲瑞, 袁艳敏, 张朋艳, 汪文俊, 孙修涛
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    以发育成熟的掌状海带(Laminaria digitata)孢子体为材料,进行游孢子的放散、附着,形成胚孢子后,分别在不同的温度、光强和营养盐(氮、磷)浓度条件下培养,观察配子体生长发育和有性生殖的过程和特征,探究其配子体形成、排卵以及幼孢子体形成的最适环境条件。结果显示:氮浓度为4 mg/L、磷浓度为0.4 mg/L的营养盐浓度有利于掌状海带配子体的形成和成熟及幼孢子体的形成,营养盐浓度较低(氮≤1 mg/L,磷≤0.1 mg/L)或较高(氮=8 mg/L,磷=0.8 mg/L)均显著降低掌状海带的配子体形成率、排卵率以及幼孢子体形成率;15 ℃组的配子体形成率显著高于其它温度组,排卵率稍低于10 ℃组,15 ℃、光强≤40 μmol photons/(m2·s)组的幼孢子体形成率显著低于10 ℃组;20 ℃下,无排卵及幼孢子体形成;温度15 ℃、光强20 μmol photons/(m2·s)的条件下配子体形成率较高,而温度10 ℃、光强40 μmol photons/(m2·s)的条件下配子体排卵率和幼孢子体形成率显著较高。上述结果表明,掌状海带生殖过程中不同阶段对温度和光强的需求有较大差异。本研究获得了掌状海带有性生殖不同阶段适宜的温度、光强和营养盐(氮、磷)条件,可为掌状海带人工苗种繁育和养殖提供理论依据。
  • 固定化培养对小球藻生长、光合色素含量和叶绿素荧光参数的影响
    王祎哲, 韩朝婕, 卜世勋, 韩旭, 周文礼, 贾旭颖
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    为研究固定化培养方式对海洋微藻的生长、光合色素含量和叶绿素荧光参数的影响,本研究以一种小球藻(Chlorella sp.)为研究对象,利用海藻酸钠(sodium alginate,SA)作为载体、以氯化钙(CaCl2)为交联剂,研究固定化和液体悬浮态培养方式对小球藻细胞密度、光合色素含量、叶绿素荧光等参数的影响。结果表明:固定化与悬浮态培养小球藻的细胞密度有显著差异(P<0.05),培养后期(6—10 d),固定化小球藻的细胞密度显著高于液体悬浮态小球藻;固定化与悬浮态培养小球藻的光合色素含量有显著差异(P<0.05),试验中后期(4—10 d),固定化小球藻的叶绿素a、b和类胡萝卜素含量均显著高于液体悬浮态小球藻(P<0.05);固定化与液体悬浮态培养小球藻的叶绿素荧光参数有显著性差异(P<0.05),培养后期固定化小球藻的潜在活力、实际光能转化效率、量子效率均显著高于液体悬浮态小球藻(P<0.05)。综上所述,固定化培养方式对小球藻生长及光合作用具有明显的促进作用。
  • 南湾水库浮游植物群落干扰响应初步研究
    胡俊, 池仕运, 胡菊香
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    为了更好地研究浮游植物群落对环境扰动的响应,2016年3月、5月和9月在淮河流域南湾水库先后开展了3次浮游植物调查,并同步开展了总氮、总磷、高锰酸盐指数等水质指标监测。通过采用相关性分析、浮游植物丰度-生物量曲线法等方法研究了南湾水库水生态受到的干扰响应过程。结果显示:南湾水库水化学指标和浮游植物种群数量随季节变化显著。除总氮外,大部分指标在3月和9月较低,能达到II类或III类水质标准。ABC曲线分析则进一步显示浮游植物群落5月受到较大的环境污染扰动,从而导致了9月份处于污染较重阶段。水质指标与浮游植物丰度等参数的相关性分析表明,ABC曲线的变化与高锰酸盐指数、可溶性总磷变化有关,这可能与南湾水库同期库周较强的农业生产活动密切相关。
  • 研究报告
  • 湛江湾海域溢油漂移扩散数值模拟研究
    孙琰, 刘大召, 许源兴, 李卓, 韩泽文
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    基于Delft3D模型建立湛江湾海域水动力数值模型,并通过实测水文数据对计算值验证基础上考虑溢油漂移、扩散、蒸发、乳化、吸附等过程建立湛江湾海域溢油扩散数值模型,对不同潮时(涨潮、落潮)与不同风况(静风、夏季常风、冬季常风、两种不利风况)下发生的原油泄漏事故进行溢油漂移扩散数值模拟,预测分析溢油24 h内油膜漂移扩散分布、累积扫海面积、油膜到达环境敏感区的时间以及岸线吸附分布图。分析结果表明:油膜的漂移扩散主要受潮流与风况共同影响,油膜的长期扩散方向与风向一致;溢油事故发生24 h内只有在不利风况条件下会对南三岛红树林保护区与渔业养殖区产生影响;特呈岛海洋保护区最易受污染威胁;静风条件下溢油影响范围最广,涨潮静风工况下24 h后油膜扫海面积最大,溢油影响面积达到57.89 km2;油膜最易在湛江湾顶岸线受到吸附。
  • 机器学习模型与遥感反演水深的对比研究
    纪茜, 沈蔚, 饶亚丽, 孟然
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    水深是浅海重要的地形要素,是海洋测绘的重要内容,利用遥感手段反演水深,可以快速高效的获取水下地形。为了更好的反演水深,本文采用WorldView-2多光谱遥感影像和激光实测数据,分别利用BP神经网络、随机森林和极限学习机模型,以海南三沙市的甘泉岛为研究区域进行水深反演,并对比结果评价其反演精度。结果表明:BP神经网络、随机森林和极限学习机三种模型中,随机森林模型水深反演的精度最高,验证点的均方根误差是0.85 m,平均绝对误差为0.60 m,平均相对误差为3.54%,决定系数R2达到0.97。总体对比,在0~2 m,随机森林模型反演效果更佳;在2~5 m水深范围内,极限学习机模型反演效果更佳;其他水深范围内,随机森林和极限学习机反演效果都比较好。
  • 基于软件Life-365的氯离子环境下混凝土材料耐久性设计
    韩意, 解东升, 张伟, 吴伟东, 马露
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    根据相关规范总结氯离子破坏混凝土耐久性机理和港工结构耐久性设计要求。结合国内某海港工程当地的自然条件,使用Life-365软件计算混凝土结构设计寿命。计算结果表明,基于本模型计算的设计寿命满足50a的使用要求。同时,对该计算结果进行了敏感性分析,找出影响海港工程耐久性的敏感因素。为我国其他港工建筑,尤其是高氯盐环境下混凝土耐久性设计提供参考和借鉴。
  • 斯里兰卡海域海浪灾害危险性评估
    席林通, 李醒飞, 仲伟, 杨少波
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    为了加强“21世纪海上丝绸之路”关键节点海域的海浪灾害危险等级的预报能力,本文基于ERA-interim再分析数据评估了斯里兰卡海域海浪的危险指数,并对海浪危险等级进行了概率统计,对今后防灾减灾、沿海开发及海岸带管理具有实际指导。经分析:1)波高及波周期单指标的海浪灾害危险指标间不能相互代替,且单指标的海浪灾害危险等级分布不能完全反映真实海况;2)在双指标海浪灾害危险性评估下,斯里兰卡海域海浪危险指数的时空分布表现出明显的季节性差异,危险等级为III级的海域占比最大,大值区主要分布于斯里兰卡西部及南部小范围海域;3)由年平均海浪危险指数分布可知,仅有小范围海域的危险等级达到了I级,75 %左右海域的灾害危险等级为III级;且双指标海浪灾害危险性评估更加全面的反映真实海况。
  • 万宁小海澙湖表层沉积物时空分布特征与污染评价
    骆丽珍, 朱志雄, 陈石泉, 谢健辉
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    通过对万宁小海沉积物环境数据调查与分析,并采用地累积指数、富集因子及潜在生态危害指数对表层沉积物进行评价。结果表明,表层沉积物重金属Zn、Cd、Pb、Cu、As、Hg含量的平均值分别为36.1 mg/kg、0.09 mg/kg、24.7 mg/kg、4.0 mg/kg、7.62 mg/kg、0.100 mg/kg,TOC平均含量0.42%,硫化物平均含量226.75 mg/kg,属于沉积物第一类标准。2005至2011年,Zn、Cd、Pb、Cu、As和Hg变化趋势为整体呈下降趋势,且Zn、Cd、Pb和Cu在2011年平均含量最低。TOC变化趋势为,1988至2004年上升,到达最高峰1.20%,与海水养殖业蓬勃发展有关,然后呈下降趋势,2011年接近1988年前TOC的值,小海的碳循环收支平衡,与小海综合治理有关,生态环境改善,受海水养殖人为影响变小。相关性表明硫化物、TOC、Cu、As及Hg具有相同或相似污染源,与海水养殖和工业废水有关。地累积指数和富集因子评价污染程度排序均为:Hg>Cd>Pb>As>Zn>Cu。小海沉积物各站位的RI平均值为219.76,属于中等生态危害。6种重金属的潜在生态风险大小依次为:Hg>Cd>As>Pb>Cu>Zn,Hg与Cd为主要潜在生态危害因子,与2005年及2008年对比,RI变化规律为2008<2011<2005,仍需重视海洋沉积物中Hg和Cd污染治理,防止海洋环境进一步恶化。
  • 基于改进的XGBoost模型预测南太平洋长鳍金枪鱼资源丰度
    袁红春, 高子玥, 张天蛟
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    为提高渔场资源丰度预测准确性,以单位捕捞努力量渔获量(catch per unit effort, CPUE)为长鳍金枪鱼(Thunnus alalunga)资源丰度指标,利用海洋遥感、Argo等获取的海洋环境因子,在最优分布式决策梯度提升树(XGBoost)模型基础上,采用卷积神经网络(Convolutional Neutral Network,CNN)进行高维海洋环境数据特征提取,并利用模拟退火算法(Simulate Anneal,SA)对最优分布式决策梯度提升树(Extreme gradient boosting,XGBoost)模型进行超参数优化,提出了改进的XGBoost模型CNN-SA-XGBoost模型,实现对南太平洋长鳍金枪鱼资源丰度的回归预测。实验表明,在南太平洋长鳍金枪鱼资源丰度预测中,CNN-SA-XGBoost模型的均方根误差为0.486,较XGBoost减少12.4%,较多元线性回归(Multiple Linear Regression)、随机森林(Random Forest, RF)、BP神经网络等模型预测误差降低11.8%~28.4%。且改进的XGBoost模型在一定程度上改善了传统资源丰度预测模型面对高维环境数据和缺失值较多的渔业生产数据时预测误差较大的问题,为远洋渔场预报提供了新方法。
  • 2013年夏季秦皇岛海域叶绿素a浓度分布 及其与环境因子的关系
    王全颖, 杜雨蒙, 刘龙, 石伟杰, 张永丰, 李莉, 张建乐
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    基于2013年夏季对秦皇岛海域46个站位的调查数据,分析了叶绿素a浓度分布及其与环境因子(水温、盐度、化学需氧量、溶解氧、pH、活性磷酸盐、无机氮)的关系,并对秦皇岛海域营养状况进行了评价。结果表明,叶绿素a浓度范围为0.50~7.79μg·L-1,平均值为(2.10±1.38)μg·L-1,平面分布呈近岸高、离岸低的趋势。通过叶绿素a浓度与环境因子相关性分析以及氮磷比(N/P)分析发现,活性磷酸盐可能是叶绿素a浓度的主要控制因子。基于营养状态质量指数(NQI)和富营养化指数(EI)评价标准,秦皇岛海域整体营养状况表现为贫营养。
  • 长江岛屿湿地生态补偿标准测算——以通洲沙江心岛规划工程为例
    谢静怡, 张饮江, 陈雪初, 杨怀宇
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    近年来长江流域湿地退化现象愈加严峻,湿地生态补偿是保护长江流域的有效手段。以通洲沙江心岛生态湿地规划工程为例,借鉴征地补偿和流域生态补偿测算框架,构建长江岛屿湿地的补偿标准测算框架。基于经济学理论,运用市场价格法、机会成本法、重置成本法、影子工程法、成果参照法、费用支出法等评估方法,得出长江岛屿湿地生态补偿标准以机会成本为下限,以生态系统服务价值为上限。研究结果表明:通洲沙江心岛生态湿地的机会成本为16653.64万元,居民成本(养殖补偿、失业补偿)占4.14%,企业成本(搬迁补偿、安置补偿)占95.86%。生态系统服务价值为21762.65万元,维持服务(生物多样性补偿)占23.45%,调节服务(气体调节补偿、污染净化调节补偿)占19.36%,文化服务(科研教育、休闲旅游)占57.19%。规划工程提出的生态补偿标准为18083万元,在本研究测算出的补偿标准上下限之间,与研究区域的特征有较高的契合度,具有一定的合理性。这为提高长江流域生态补偿效益提供了科学指导。
  • 20年间盐城海岸线变迁及影响因素分析
    章志, 陈鹏, 冒士凤, 常曼
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    利用Landsat影像提取了盐城1997年到2017年的海岸线,采用基线法对海岸线变迁进行了定量分析。结果表明:1997—2017年的20年间,盐城海岸线长度变化不大,人工岸线比例逐渐升高;向陆后退岸段位于灌河口到射阳河口之间,以废黄河口为中心,平均变化率分别为-0.46 m/a;向海推进岸段分布于射阳河口和北凌河口之间,平均变化率为140.6 m/a,每5年平均变化率为305.16 m/a、160.79 m/a、121.02 m/a和102.86 m/a,海岸向海前进的速度在减缓,前进幅度在逐年减小。海岸南北冲淤拐点向南扩展至射阳盐场附近。农业围垦、养殖围垦、港口和海岸防护工程建设是盐城海岸线变迁的主要原因。
  • 研究综述
  • 中国近海海洋渔业绿色发展探析——基于资源经济学视角
    成圆, 陈新军, 赵奇蕾
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    近几十年来,中国近海传统渔业资源出现衰退,近海渔业资源出现“资源空心化”现象,渔业可持续发展的基础不牢。本文从资源经济学角度出发,分析了近海渔业资源衰退和出现“资源空心化”等问题的经济学原因,结合联合国粮农组织提出的蓝色增长理念,探究了国内外绿色发展带来的经济和社会效益,提出了实现渔业资源的资产化管理、资源扩大再生产和渔业共享资源的产权转化等建议,以此为中国近海海洋渔业绿色发展提供参考。
  • 水中建筑结构物基础冲刷防护研究综述
    闫正余, 田华, 康文, 周超, 刁闻宙, 张鹏, 寇海磊
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    冲刷对于既有结构物基础的承载力及安全稳定性有较大影响,结构物基础最终冲刷深度的预测为结构物基础设计提供理论依据。由结构物基础冲刷产生的防护问题研究也愈来愈受到人们重视,本文从实体抗冲与减速不冲角度对传统防护方法进行介绍,现有传统防护方法对结构物基础有较好的防护效果,但针对深远海域海上结构物基础的防护有很大的局限性。
  • 基于生态环境损害成本的无居民海岛使用金完善方法
    陈骏玲, 崔旺来, 奚恒辉
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    明晰无居民海岛使用金与海岛生态环境损害成本的内在关系,是实现无居民海岛使用价格表征生态环境损害成本的基础。通过阐释无居民海岛使用金和海岛生态环境损害成本的科学内涵,对两者从费用构成、评估范围和评估指标视角进行了比较,结果显示两者间的交集部分为海岛岛体自然属性改变附加金。现行的无居民海岛使用金尚未征收海岛潮间带和环岛海域自然属性改变附加金,且未将无居民海岛生态恢复成本纳入使用金,很难完全反映海岛生态环境损害成本。为科学确定无居民海岛使用金,建议充实无居民海岛自然属性改变附加金,并将海岛生态恢复成本纳入无居民海岛使用金,以期为我国无居民海岛使用金评估工作提供一定的参考。
  • 生物扰动影响沉积物理化特征的研究进展
    龚紫娟, 张青田
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    分析生物扰动对沉积物理化特征的影响有助于了解沉积物中及沉积物-水体界面的生物化学过程,也可以在生态修复等应用中发挥积极作用。总结分析了多种大型底栖动物的扰动行为对沉积物理化特征影响的相关研究。生物对沉积物物理结构的改变能力与生物类别有关,生物扰动影响着不同粒径沉积物的分布。总体上,生物扰动促进了沉积物中营养盐和重金属向上层水体的迁移与释放,减轻沉积物污染的同时可能增加了水体的污染程度。沉积物的氧化还原状态因生物的活动而改变,并影响其他生化过程。在总结分析的基础上,对群落水平试验以及生物扰动参数分析等内容的研究进行了展望。