【正文】 危害機制、保護(hù)人類健康、維護(hù)近海生物資源的可持續(xù)利用提供科學(xué)依據(jù)。 研究內(nèi)容： 14 1．我國近海富營養(yǎng)化的區(qū)域特征與藻華災(zāi)害類型的關(guān)系 2． 我國近海富營養(yǎng)化進(jìn)程對藻華災(zāi)害演變態(tài)勢的影響 3． 不同藻華災(zāi)害演變機制與耦合模型研究 4． 典型海域藻華災(zāi)害減災(zāi)策略與富營養(yǎng)化調(diào)控原理 經(jīng)費比例： % 承擔(dān)單位： 中國科學(xué)院海洋研究所、國家海洋環(huán)境 監(jiān)測中心 課題負(fù)責(zé)人： 周名江 學(xué)術(shù)骨干： 梁玉波、劉仁沿、宋秀賢、趙衛(wèi)紅 各課題間相互關(guān)系 本項目圍繞我國沿海 日趨嚴(yán)重的 藻華災(zāi)害問題，針對 不同類型藻華災(zāi)害形成與分布態(tài)勢的關(guān)鍵控制因素、富營養(yǎng)化進(jìn)程對藻華災(zāi)害演變的驅(qū)動機制、 藻華災(zāi)害引發(fā)近海生態(tài)系統(tǒng)退化的途徑和機理 等關(guān)鍵科學(xué)問題，設(shè)置了六個既相對獨立又緊密相關(guān)、相輔相成的課題，從 典型海域富營養(yǎng)化特征、演化及對藻華災(zāi)害的影響（驅(qū)動）、藻華災(zāi)害形成和演變的生物學(xué)特征和生態(tài)過程（響應(yīng)）、關(guān)鍵物理過程對藻華災(zāi)害形成和演變的調(diào)控（調(diào)控）、藻華災(zāi)害對近海生態(tài)安全的影響及防控對策（對策）等 四個方面開展研究。 課題 5 主要 從 重要海洋 生物、 海產(chǎn)品安全 、環(huán)境 效應(yīng)、食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)等不同角度 入手， 研究藻華災(zāi)害對近海生態(tài) 安全 的影響；課題 6 負(fù)責(zé)項目航次調(diào)查的設(shè)計和實施，并在集成前 5 個課題研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合 對 重點研究 海域富營養(yǎng)化特征和進(jìn)程的研究，闡明我國近海藻華災(zāi)害的形成和演變機制， 提出 富營養(yǎng)化防控原理和藻華災(zāi)害 減災(zāi)對策 。 圖 1. 項目 關(guān)鍵科學(xué)問題、研究內(nèi)容 與 課題設(shè)置的關(guān)系 1. 典型海域富營養(yǎng)化特征、演化及對藻華災(zāi)害的影響 2．藻華災(zāi)害形成和演變的生物學(xué) 特征和生態(tài)過程 3．關(guān)鍵物理過程對藻華災(zāi)害形成和演變的調(diào)控 4．藻華災(zāi)害對近海生態(tài)安全的影響及防控對策 課題 1 課題 2 課題 3 課題 4 課題 5 課題 6 研究內(nèi)容 課題 1. 不同類型藻華災(zāi)害形成與分布態(tài)勢的關(guān)鍵控制因素 2．富營養(yǎng)化進(jìn)程對藻華災(zāi)害演變的驅(qū)動機制 3. 藻華災(zāi)害引發(fā)近海生態(tài)系統(tǒng)退化的途 徑和機理 關(guān)鍵科學(xué)問題 16 圖 2. 項目各 課題間的有機聯(lián)系及與項目預(yù)期目標(biāo)的關(guān)系 其中，課題 1 和課題 4 的耦合將為藻華災(zāi)害的形成和演變研究提供化學(xué)海洋學(xué)和物理海洋學(xué)的關(guān)鍵資料，以揭示富營養(yǎng)化和關(guān)鍵物理過程的驅(qū)動和調(diào)控作用；課題 2 和課題 3 結(jié)合，研究藻華災(zāi)害形成和演變的生物學(xué)特征和生態(tài)過程；課題 6 將在以上課題研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合課題 5 對藻華生態(tài)安全效應(yīng)的研究，闡明藻華災(zāi)害的演變機制，提出富營養(yǎng)化防控原理和藻華災(zāi)害減災(zāi)對策。各項目之間的交流合作有助于項目總體目標(biāo)的實現(xiàn)。 現(xiàn)場研究 進(jìn)行春季、秋季各一個航次，采集浮游植物、沉積物等樣品，分析秋冬兩季浮游植物和 致災(zāi)藻類的種類組成和遺傳多樣性； 研究自然環(huán)境及藻華災(zāi)害形成與演變過程中主要致災(zāi)藻類的生長特征、繁殖方式、繁殖體空間分布；開展現(xiàn)場控制實驗，研究富營養(yǎng)化條件下主要致災(zāi)藻類的生長特征、 繁殖體形成與釋放、藻體形態(tài)變化； 進(jìn)行藻類災(zāi)害對浮游動物群落結(jié)構(gòu)的 現(xiàn)場調(diào)查 ， 研究典型富營養(yǎng)化海域藻類毒素的時空分布特征，不同類型藻華生消與演替過程中水體與沉積物質(zhì)量變化情況 。 初步 確認(rèn)重點 研究海域 決定 營養(yǎng)鹽分布特征和藻 華 災(zāi)害分布格局的重要物理過程 及其 作用 。 19 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 室內(nèi)實驗 研究不同溫度環(huán)境下主要致災(zāi)藻類生長特征、繁殖方式、休眠期細(xì)胞形成過程；建 立主要致災(zāi)藻類的同步化細(xì)胞培養(yǎng)體系，開展細(xì)胞周期及其關(guān)鍵檢驗點的界定等研究；建立甲藻的宏轉(zhuǎn)基因錄組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)研究方法。 研究藻華災(zāi)害對 重要海 水 養(yǎng)殖生物 生長的影響，不同藻華生物的營養(yǎng)成分、物質(zhì)和能量同化效率特性 。 組織 1 項 目啟動會、 2 次航次協(xié)調(diào)會、 3 次項目進(jìn)展會、 1 次學(xué)術(shù)討論會 和 1 次生物海洋學(xué)資料研討會 。繼續(xù)對浮游植物和致災(zāi)藻類的種類組成和遺傳多樣性進(jìn)行調(diào)查研究；現(xiàn)場控制實驗，研究致災(zāi)藻類生長與繁殖對營養(yǎng) 鹽形態(tài)的響應(yīng)，及不同形態(tài)營養(yǎng)鹽的吸收速率、初級生產(chǎn)力；藻類災(zāi)害對浮游動物群落結(jié)構(gòu)的影響 室內(nèi)實驗 研究不同溫度、營養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)組成下主要致災(zāi)藻類的生產(chǎn)力與繁殖速率；室內(nèi)實驗研究不同溫度和營養(yǎng)鹽對硅藻與甲藻、無毒甲藻與產(chǎn)毒甲藻種間競爭的影響；運用比較基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)，比較研究目標(biāo)藻種不同細(xì)胞周期宏轉(zhuǎn)基因錄組學(xué)和蛋白質(zhì)組差異，確認(rèn)鑒定差異表達(dá)基因和蛋白。初步確定重點研究海域藻華關(guān)鍵生態(tài)過程，概括形成生態(tài)模型。 階段性小結(jié)現(xiàn)場致災(zāi) 藻類及其功能群的生物地理分布格局，提出幾點關(guān)鍵環(huán)境調(diào)控因子開展室內(nèi)控制培養(yǎng)實驗。 弄清我國典型富營養(yǎng)化海域主要致災(zāi)藻類的生活史、重要環(huán)境因子變化對營養(yǎng)鹽吸收、增殖速率及微型藻類種間競爭的影響， 篩選并確認(rèn)細(xì)胞周期調(diào)控的差異蛋白和差異表達(dá)基因，確認(rèn)其在細(xì)胞繁殖中所起的作用。初步 闡 明 鋒面、層化和上升流等在藻 華 災(zāi)害發(fā)生、發(fā)展和消亡各階段中所起的作用 。 初步比較分析不同海域的富營養(yǎng)化特征，及其與藻華災(zāi)害類型的關(guān)系；初步完成不同海域富營養(yǎng)化長期變化特點的研究；完成 12 種 致災(zāi)藻類防治方法21 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 海域富營養(yǎng)化特征對藻類毒素產(chǎn)生的影響及機制，研究不同類型藻華災(zāi)害及其演變對水體低氧及硫化物產(chǎn)生的影響機制。 召開 2 次航次協(xié)調(diào)會、 2 次項目進(jìn)展會、 1 次學(xué)術(shù)討論會 1 次學(xué)科專業(yè)研討會、 1 次項目進(jìn)展會、協(xié)辦 1次國際學(xué)術(shù)會議。 驗證、補充、修 訂 原定假設(shè)與實驗方案，總結(jié)階段性研究成果。為完成五年目標(biāo)打好基礎(chǔ)。對上層海洋的初級生產(chǎn)變化進(jìn)行反演。 查明主要致災(zāi)藻類的營養(yǎng)鹽吸收動力學(xué)、營養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)組成對主要致災(zāi)藻類種間競爭過程與結(jié)果的調(diào)控機理、 初步闡明主要致災(zāi)藻在特定環(huán)境條件下的細(xì)胞周期表達(dá)特征、調(diào)控基因。 進(jìn)一步 闡 述 鋒面、層化和上升流等現(xiàn)象在藻 華 災(zāi)害發(fā)生、發(fā)展和消亡各階22 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 定生境的適應(yīng)機制。 研究藻華災(zāi)害對浮游動物關(guān)鍵種的現(xiàn)場毒性效應(yīng)， 藻華演變引發(fā)營養(yǎng)失衡對浮游動物、貝類繁殖等生命活動的影響， 研究主要藻類毒素在海洋生物中的累積與傳遞 , 毒性效應(yīng)與致毒機理，藻華引發(fā)低氧等次生環(huán)境效 繼續(xù)進(jìn)行各研究內(nèi)容的分析和實驗工作，重點分析研究富營養(yǎng)化長期變化對藻華災(zāi)害發(fā)生頻率、分布區(qū)域、規(guī)模和類型等的影響；主要針對不同致災(zāi)藻類的防治機理和富營養(yǎng)化調(diào)控原理方面做更深入的探討；并對前兩年的工作進(jìn)行初步總結(jié)和提煉，發(fā)現(xiàn)待補充或待深入問題，做相應(yīng)的計劃和實驗調(diào)整 組織 2 次航次協(xié)調(diào)會、 3 次項目進(jìn)展 會、 1 次學(xué)術(shù)討論會 。 初步 了解異常氣象條件和氣候變化在藻華災(zāi)害形成和演變中的作 用。 揭示藻華災(zāi)害對生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的影響及其作用機制， 查明藻毒素對海產(chǎn)品安全的影響 和 途徑， 藻華 災(zāi)害 次生環(huán)境效應(yīng)對海洋生物的危害 。 23 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 第 四 年 補充必要現(xiàn)場與室內(nèi)實驗，進(jìn)行資料綜合交叉分析 年內(nèi)組織春季、秋季各一調(diào)查航次； 現(xiàn)場實驗 研究海區(qū)重要營養(yǎng)鹽組成、結(jié)構(gòu)、時空分布和通量；重要營養(yǎng)鹽的循環(huán)特征及關(guān)鍵化學(xué)海洋學(xué)過程的調(diào)控作用；解藻華 生消與演變 過程中重要營養(yǎng)物質(zhì)的變化規(guī)律和營養(yǎng)鹽的反饋和指示作用。在此基礎(chǔ)上，開展致災(zāi)藻類種內(nèi)適應(yīng)策略和他感物質(zhì)的相互作用研究。 探明災(zāi)害藻類種源和種群動態(tài)變化特征，掌握藻華災(zāi)害的生消動態(tài)過程、分布特征和演替過程，揭示藻華災(zāi)害對藻類生物多樣性的影響，為闡明藻華災(zāi)害的形成、演變機制提供生物學(xué)和生態(tài)學(xué)資料和判據(jù)， 揭示我國近海富營養(yǎng)化海域主要致災(zāi)藻類在藻華災(zāi)害形成與演變中的 生態(tài)適應(yīng)策略、營養(yǎng)鹽利用模式、種間競爭機理、群體快速增殖的分子基礎(chǔ)與增殖模式以及對重要環(huán)境因子變化的響應(yīng)，闡明藻華災(zāi)害演變的種群生物學(xué)機理。 揭示藻類群落演變過程與物理、化學(xué)過程的耦合機制 ，進(jìn)一步完善藻華數(shù)值模型，可以對典型的藻華形成與演變進(jìn)行數(shù)值模擬與診斷。 分析藻華災(zāi)害演變對養(yǎng)殖業(yè)、資源生物和生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響， 藻華災(zāi)害演變對 食物網(wǎng) 物質(zhì)和能量傳遞、海洋生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響，藻毒素對海產(chǎn)品安全的潛在影響， 藻華災(zāi)害 對 沿海社會經(jīng)濟(jì)影響的評價 研究。重點開始總結(jié)研究成果，提出藻華災(zāi)害防治方法和富營養(yǎng) 化調(diào)控的對策 。協(xié)辦 1 次國際學(xué)術(shù)會議。 初步提出和建立不同藻華災(zāi)害的減災(zāi)方法，以及不同海域富營養(yǎng)化調(diào)控對策。 開展多學(xué)科綜合研究，完成各項預(yù)定目標(biāo)任務(wù) 完成對典型藻華形成與演變的數(shù)值模擬與關(guān)鍵因子診斷分析。 25 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 研究 ； 典型海域藻華災(zāi)害減災(zāi)策略與富營養(yǎng)化調(diào)控原理 等 。 26 項目名稱： 華北平原地下水演變機制與調(diào)控 首席科學(xué)家： 石建省 中國地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所 起止年限： 2020 年 1 月 2020 年 8 月 依托部門： 國土資源部 河北省科技廳 27 一、研究內(nèi)容 1．人類活動條件下區(qū)域地下水系統(tǒng)響應(yīng) 基于對地下水 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、組 成、特征、場、系統(tǒng)與環(huán)境相互作用的表征現(xiàn)象調(diào)查研究，揭示在自然與人類活動雙重作用下，地下水系統(tǒng)諸要素的時空演化方向、路徑和規(guī)模，達(dá)到規(guī)律性的認(rèn)識。 2． 含水層系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變異與地 下水可利用資源變化機理 基于地下水演變規(guī)律的研究成果和成因分析，揭示地下水動力條件與水循環(huán)機理、含水層結(jié)構(gòu)與特性及演化機理、地下水溶質(zhì)遷移富集與地球化學(xué)作用機理和 水 — 土復(fù)合作用、地面沉降和地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生機理；闡明人類活動對 地下水資源可利 用資源 組成 的影響機制 和趨勢，為地下水資源調(diào)控提供科學(xué)依據(jù)。研究 淺層含水層結(jié)構(gòu)變化規(guī)律及地下水補排的非線性過程、包氣帶溶質(zhì)運移與淺層地下水 水 質(zhì)演變 ；分析淺層地下水補給方式、過程和強度的變化 ； 通過對人類活動影響下淺層含水層補給關(guān)鍵環(huán) 節(jié)與影響因素的研究，確定淺層含水層結(jié)構(gòu)變化規(guī)律，建立適于淺層含水層結(jié)構(gòu)變化的地下水補給非線性模型。 3． 地下水 — 環(huán)境 — 社會經(jīng)濟(jì)耦合機制與評價體系 在充分認(rèn)識環(huán)境變化下的地下水循環(huán)及水資源變化機理的基礎(chǔ)上，研究地下水開發(fā)與環(huán)境變化、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的互動關(guān)系與耦合機制，建立研究區(qū)地下水資源承載力的評價體系和評價模式，建立地下水 系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)社會系統(tǒng)、生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)在其運動發(fā)展過程中的相互依存與相互制約的定量關(guān)系 ，為地下水危機識別和合理調(diào)控的研究奠定基礎(chǔ)。 29 二、預(yù)期目標(biāo) （一）總體目標(biāo) 揭示 “ 地下水 復(fù)合漏斗 ” 形成演變機理，闡明 人類活動對 地下水 資源數(shù)量與質(zhì)量的 影響機制，揭示地下水資源開發(fā) — 環(huán)境變化 — 經(jīng)濟(jì)發(fā)展協(xié)調(diào)機制，形成人類活動影響下地下水系統(tǒng)演變及相關(guān)環(huán)境變化的基礎(chǔ)理論；建立地下水系統(tǒng)危機臨界識別指標(biāo)體系和地下水 — 環(huán)境 — 社會 經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)評價體系，構(gòu)建地下水資源調(diào)控平臺與可持續(xù)開發(fā)利用模式； 提出“地下水復(fù)合漏斗”控制與修復(fù)方法，建立區(qū)域地下水演變與調(diào)控技術(shù)方法與理論體系，發(fā)展和完善地下水可持續(xù)及水資源安全理論體系，提高我國地下水資源與安全保障能力，為國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展和水資源永續(xù)利用提供科學(xué)依據(jù)和理論基礎(chǔ)。 （二） 五年預(yù)期目標(biāo) 1． 建立區(qū)域尺度地下水演化科學(xué)理論，揭示自然變化和人類活動雙重影響下 華北 平原地下水演變過程機理， 評估 極端氣候條件下地下水系統(tǒng)支撐能力。 查明大規(guī)模開采和人類活動引起區(qū)域地下水位下降、開采層位變化、 含水層系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變化 等水文地質(zhì)條件變化，揭示在自然變化和人類活動雙重影響下，不同時空尺度地下水演化過程中經(jīng)歷和正在發(fā)生的突變或災(zāi)變機制， 揭示“ 地下水 復(fù)合漏斗” 和咸水體的 形成演變機理，闡明地下水 資源數(shù)量與質(zhì)量的變化 機制 ，分析地下水開采的環(huán)境效應(yīng)。 為研究區(qū)地下水的合理開發(fā)利用和區(qū)域發(fā)展規(guī)劃提供依據(jù)。 建立與南水北調(diào)相聯(lián)系的山前平原地下調(diào)蓄和地表調(diào)控優(yōu)化模式，確定深層地下水調(diào)控修復(fù)機制，探討洪水資源化、地下水調(diào)蓄補給機制與模式，開展地下水位漏斗區(qū)疏干含水層修復(fù)潛力、條件與過程 的 研究，構(gòu)建區(qū)域地下水安全預(yù)警與綜合評價體系，探討深、淺層地下水安全保障的戰(zhàn)略、模式與對策，建立我國缺水地區(qū)地下水循環(huán)和安全保障調(diào)控與預(yù)測的數(shù)字化模擬體系和管理體系。 30 三、研究方案 （一）學(xué)術(shù)思路 本項研究以全球變化和水循環(huán)理論為指導(dǎo)，以 地下水對區(qū)域水循環(huán)變化響應(yīng)為基礎(chǔ)，以地下水資源數(shù)量和質(zhì)量演變規(guī)律及特征為主線，以環(huán)境、經(jīng)濟(jì)約束下的地下水調(diào)控為目的，針對華北平原地下水開發(fā)利用現(xiàn)狀，圍繞制約社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的兩大關(guān)鍵科學(xué)問題，通過采用多學(xué)科交叉、多技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用，通過對五個方面的研究，發(fā)展和完善地下水循環(huán)演變理論、建立地下水調(diào)控理論體系，服務(wù)于