当前海洋观测在数据丰富性与决策有效性之间存在显著脱节。作者认为, 其根源在于指导观测设计的底层逻辑存在“本体论”偏差与“方法论”错配。作者首先审视了将海洋视为空间上均质、时间上渐变的系统的“均匀性预设”, 并基于“陆-海异质性同构”框架, 论证海洋在本质上是一个由关键动态过程主导的异质景观, 其特征表现为“资源富集区”、“风险聚集区”及驱动其变化的“脉冲性事件”。近海与海岸带生态系统的功能与演变, 常由这些局部、短暂且具有非线性阈值效应的过程所主导。传统“任务导向”或“无差别普查”式观测因忽视此本质, 导致对核心过程与关键风险信号的系统性遗漏。基于此, 该文提出海洋科学观测范式的根本转向: 从“单纯例行观测驱动”转向“例行观测与科学问题/管理目标双驱动相结合”。作者构建了“科学问题/管理目标—关键过程—观测需求”的逻辑框架, 并系统阐述了应对海洋“流体介质”特性的三大方法论突破: 构建“动态自适应感知网络”以取代固定网格, 确立“全链条过程解析”以替代孤立的假设检验, 以及实现“实时同化与预测决策”的智能闭环。该文旨在为构建“精准、高效、适用”的下一代海洋科学观测体系, 提供从本体论认知到方法论实践的完整理论路径。

当前全球海洋面临“生态系统隐性衰退”的严峻挑战, 常规水质监测频现“达标”, 而食物网断裂、关键种消亡与生态功能塌陷却在悄然发生。这一管理悖论源于传统“重理化环境、轻生物结构”的评估范式。该研究提出一套海洋生态系统健康的目标驱动式评估体系, 旨在推动管理从“全面普查”向“精准诊断”的范式变革。该体系摒弃固定指标框架, 首创 “三级漏斗式”生成逻辑: 从具体管理目标解析出核心生态问题, 进而筛选关键指示生物与观测指标, 最终设计最优时空观测策略。体系遵循 “有用、有效、够用”原则, 由 “空-天-海-智”一体化技术网络赋能, 并通过智能诊断引擎实现从数据到决策知识的转化。案例分析表明, 本体系可动态生成针对“总体健康评估”、“养殖容量管理”及“灾害预警”等不同目标的定制化方案。其中, 经典的“浮游动物-鱼类-底栖生物”三位一体完整性指数(Z/F/B-IBI)框架, 即是本体系为解决“区域总体健康评估”目标所生成的最优方案。该体系致力于以最小观测成本实现最大管理效能, 为基于生态系统的海洋管理提供可动态适配的“精准医疗”式解决方案。

海洋生态系统健康评估高度依赖于对生物状态与功能的实时诊断, 然而, 传统生物观测的“认知滞后性”——从样本获取到物种鉴定、数据产出的漫长周期难以及时反映生态系统的快速变化, 诊断滞后性成为健康评估业务化应用的核心瓶颈。文章系统剖析了这一瓶颈的历史根源与当代困境, 指出其源于“技术路径依赖”、“校验逻辑悖论”与“观测网络缺位”的三重锁定。为突破困局, 该文提出从“滞后取证”转向“实时诊断”的生物整合观测新范式。该范式包含3个核心维度: 在认知层面, 从普查“物种全集”聚焦到追踪“功能指纹”, 识别关键生态功能信号; 在技术层面, 构建 “实时感知-质控验证”协同技术体系, 融合环境DNA、原位成像、智能声学等前沿手段, 并创新迭代校验模式; 在网络层面, 通过研发模块化智能生物感知模块, 将生物感知能力以“即插即用”方式嵌入全球观测网, 实现生物信号的自动化、连续化感知。这一范式转变旨在将生物观测从滞后的科研活动, 升级为支撑海洋生态系统实时健康诊断与早期预警的前瞻性信息基础设施。

气候变化和人类活动双重压力叠加影响下, 海洋生态系统正在经历前所未有的变化, 准确评估海洋生态系统质量状况及其时空变化特征, 是迫切需要解决的科学问题。在海洋生态系统质量状况评价体系中, 大型底栖动物因其特有的生理和生态习性, 成为重要的评价依据。然而目前依据大型底栖动物的评价指标较多且单一, 缺乏综合性评估体系, 常常出现评价偏差, 造成海岸带经济开发和生态保护与修复的损失和偏离。针对这个现状, 该研究拟从生态学角度出发, 兼顾群落结构与功能, 构建一个包含生物指数(M-AMBI、BENTIX指数)、群落结构(香农-维纳指数、物种数、类群组成、栖息密度、生物量)、功能和稳定性(功能多样性、稳定性)等3个一级指标和9个二级指标的多维度多指标评价体系, 并根据指标的重要性进行权重赋值, 通过计算大型底栖动物群落生态质量评价指数(macrobenthic community ecological quality index, MCEQI), 进行底栖生态状况评估。该研究应用MCEQI分析了胶州湾大型底栖动物群落生态状况, 证实该指数与单一指数相比, 具有准确性高、信息依据全面、实用性强的优点, 能够更全面准确地反映群落的生态质量状况。

海洋底栖生态系统作为维持海洋生态平衡的重要基础, 其健康状态评估依赖于底栖生物群落的长期动态监测。系统综述了基于大型底栖动物构建的一系列生物指数的发展历程与应用现状, 并展望了海洋生态系统健康评估的未来发展方向。传统生物指数主要包括生物多样性指数(Shannon-Wiener指数、Pielou指数等)、功能群分析指数(摄食均匀度指数)及基于耐污/敏感物种比例的指数(AMBI、M-AMBI、BENTIX等), 这些方法通过量化群落结构与功能对环境压力的响应, 推动了生态系统健康评估从定性到定量的转变。然而, 传统方法受限于形态学鉴定的繁琐程序、单一指标的局限性以及区域适用性差异。近年来, 环境DNA (Environmental DNA, eDNA)技术通过高通量测序快速获取生物多样性信息, 弥补了传统方法的不足, 并衍生出gAMBI等新型指数, 验证了其与形态学方法的互补性; 人工智能(Artificial Intelligence, AI)技术如机器学习算法(随机森林、卷积神经网络等)与统计学分析的整合, 提升了生态系统评估模型对非线性关系和多压力源的解析能力; 同时, 自动化的智能图像识别技术为生物的准确快速识别并进行监测提供了可能。未来研究需通过综合跨学科技术, 整合多维度数据, 构建更具普适性和动态响应能力的评估体系, 以应对全球气候变化与人类活动对海洋生态系统的潜在影响。

海洋微生物以其巨大的生物量、快速的环境响应和关键的生态功能, 成为评估海洋生态系统健康的灵敏指示器。文章系统综述了基于微生物群落的海洋生态监测与健康评估研究进展。首先讨论了海洋微生物作为生物指示剂的关键特性, 如对环境压力的高度敏感性和在维持生态系统功能中的冗余作用, 并列举了一系列通过微生物监测成功应对气候变化、污染事件及生态灾害的例子。随后, 全面评述了海洋微生物监测技术体系的演进, 涵盖从传统培养方法到高通量测序、拉曼光谱等现代技术, 并比较了各类技术在应用中的优势与局限性。最后, 针对当前研究中数据标准化与量化评估指标不足的问题, 提出了未来发展的系统性框架, 重点包括推进从采样到数据分析的全流程标准化、构建“拉曼光谱—基因—环境”多维信息融合的智能诊断模型, 以及建设国家层面的专业化监测网络。该综述旨在为构建新一代高分辨率、实时化的微生物海洋生态健康评估体系提供理论支持与技术路径。

溶解氧(dissolved oxygen, DO)是维持海洋生态系统平衡和稳定的关键因子。受气候变暖和人类活动增强的双重驱动, 全球沿海水体的低氧程度持续加剧、影响范围不断扩大, 已成为威胁近海生态系统健康的突出环境问题。作为典型的半封闭海域, 渤海生态环境面临着海水暖化、富营养化与人口经济增长等多重压力, 近年来其多个区域相继出现不同程度的低氧现象, 低氧中心主要位于黄河口东北侧和秦皇岛东南部海域(频次≥3)。该文梳理了国内外学者在该海域低氧的相关研究, 刻画了近20年来渤海夏季低氧的空间分布格局, 综述了其主要控制过程; 总结了渤海低氧的长期发展趋势及其影响因素, 并对渤海低氧研究的重点方向提出了建议, 旨在为渤海生态健康评估和海洋资源管理提供科学依据与决策支持。

浮游植物季节周期的变化是近海生态系统响应气候变化和人类活动的重要表征, 但当前针对中国近海浮游植物季节周期变化及其驱动机制的研究仍然较少。基于胶州湾2005、2010、2015和2020年的历史观测数据, 分析了该区域浮游植物生物量季节周期的长期变化特征及其环境驱动机制。结果表明, 2005~2020年间, 胶州湾浮游植物生物量的季节分布格局发生了显著变化, 由以冬季和夏季双峰为特征转变为以夏、秋季单峰为主。浮游植物丰度和叶绿素a浓度的冬季峰值明显下降, 分别由2005年的103.62×10⁶ cells/m³和15.29 μg/L降至2020年的12.81×10⁶ cells/m³和1.13 μg/L。群落结构分析表明, 硅藻始终占据优势地位, 其丰度变化是驱动浮游植物生物量季节周期转变的主要原因; 甲藻丰度在2010年达到峰值后显著下降。相关性分析表明, 冬季水温升高及磷酸盐浓度降低, 可能是导致浮游植物冬季生物量峰值衰减的主要原因。研究结果揭示了气候变化和营养盐调整共同作用下胶州湾浮游植物季节结构的长期演变特征, 可为近海生态系统管理提供科学依据。

浮游植物作为初级生产者, 是海洋生态系统中的重要组分, 其群落结构很大程度上影响着海洋生态系统的稳定。此前有关莱州湾浮游植物群落结构的研究主要基于短时期内或一两个航次的数据, 多年连续调查数据比较缺乏, 浮游植物群落结构演变鲜有分析。文章基于2016~2023年夏季莱州湾调查资料, 分析了莱州湾浮游植物种类、丰度和优势种等年际变化规律, 并采用Pearson相关性分析方法识别影响浮游植物群落的环境因子。结果表明, 2016~2023年夏季共鉴定浮游植物3门106种, 主要为硅藻, 甲藻次之; 不同年际间种类数变化较大, 2019年最低(48种), 2020年最高(68种); 细胞丰度变化范围为(39.1~2 687.3)×10⁴ cells/m³, 2017年最高, 2021年最低。细胞丰度平面分布上, 黄河口、小清河口等河口近岸海域高于湾中部。莱州湾浮游植物优势种为尖刺伪菱形藻(Pseudo-nitzschia pungens)、旋链角毛藻(Chaetoceros curvisetus)、中肋骨条藻(Skeletonema costatum)和大洋角管藻(Cerataulina pelagica)等。相关性分析表明: 硝酸盐-氮是影响夏季莱州湾浮游植物丰度的主要环境因子。多样性指数H'、丰富度指数d和均匀度指数J'的年际变化总体呈波动上升趋势, 浮游植物群落结构趋好。该研究有助于摸清莱州湾浮游植物的演变趋势及影响因素, 为莱州湾海域生态环境保护决策提供依据。