研究成果:
1、大气转化、沉降的关键过程与海洋环境效应
全面解析大气污染物转化-沉降-环境效应的链式过程,发现我国氮减排背景下近海大气氮沉降仍 呈增加趋势,在多个海域已超过河流输入量,阐释大气酸化过程显著增加溶解性磷、铁入海通量的关键机制,指出全球大气砷污染引起的健康风险不可忽视,提出并证实大气污染物沉降以氮为主导、磷与痕量金属协同促进海洋固碳的新观点。
2、近海生态灾害发生机理、危害过程与快速检测技术
针对我国有害藻华、水母爆发等典型近海生态灾害问题,首次从细胞程序性凋亡角度分析了水华爆发与消亡的原因,揭示了水母耐受低氧的分子机制,发现了贝类从海水中直接积累脂溶性毒素的染毒途径及其与脂肪酸的酯化代谢过程,研发了致灾生物现场快速识别与定量分子检测技术,有力提升了我国近海生态灾害的监测与防控能力。
3、微纳米颗粒的环境效应和生物响应
外源性微纳米颗粒(NPs)的环境归趋和生态效应亟需明确。本成果系统研究了 NPs 在水环境中的关键地球化学过程和环境归趋,探明了 NPs 对水生生物的致毒机制及环境介质的调控作用,揭示了 NPs 在海洋食物链中的传递规律、食品安全和人体健康风险。以上成果明确了 NPs 的环境风险,提供了纳米技术安全性的基础数据。
4、滨海地下水污染与海水入侵防控关键技术
针对滨海地下水污染和海水入侵防治的难题,提出和证实了地下水硝酸盐污染的有机来源假说,首次系统研究截渗工程作用下地下水硝酸盐污染与海水入侵的耦合效应,揭示了非饱和带不同氮素和微米铁迁移-转化-富集的动力学机制,开发了新型的水平生物强化反应层和纳米铁钝化控制技术,建立了地下水污染和海水入侵防控的新方法。
5、海水养殖污染控制新技术
针对海水养殖系统生境老化的问题以及海水养殖废水碳氮比低和盐度高难于脱氮的难题,首次系统地研究了海水养殖系统原位修复和海水养殖废水脱氮新技术,提出养殖残渣水解酸化产物作为反硝化碳源的新思路,构建了原位控制海水养殖系统中硫化物、氮化合物和抗生素的新方法,开发了经济高效的低碳氮比、高盐废水生物脱氮新工艺。
典型案例:
案例一、显著提升海洋污染生态效应评估精度,助力渤海攻坚战破局见效
面对久攻不破的渤海生态环境问题,本学科近海环境污染与生态效应团队组织编制渤海综合治理建议书,通过民盟中央提报,获中央领导批示,助推“渤海综合治理攻坚战行动计划”酝酿出台,牵头实施攻坚战首个国家重点研发项目,正在积极破解陆海监测体系不衔接、污染负荷评估不精准、海洋基准标准不健全等难题。
根据“产污-排污-削污-纳污”全链条环境管理需求,构建时间同步、空间对接的陆海一体化监测技术体系,优化陆源、海源和气源污染物通量评估技术方法,同步监测、模型模拟和智能校验相结合,将莱州湾入海污染物通量不确定度首次控制在 25%以内。创新提出基于“赤潮敏感藻生态响应”的海洋营养物基准制定技术,确定我国海洋基准受试生物推荐物种“6 类 18 种”,建立糠虾等基准受试生物室内驯养和毒性测试技术规范,推导渤海氮磷营养物、重金属、内分泌干扰物等污染物水质基准,作为主要起草单位编制行业标准 2 项,参与制定团体标准 4 项,受科技部委托牵头编制海洋环境保护领域 2035 年科技规划战略报告。
研究成果为渤海攻坚战中陆海协同治污和水质目标管理提供了量化依据,为我国“十四五”及中长期海洋环境保护工作提出了战略性建议。
案例二、构建海上危化品泄漏应急决策系统,提升我国海洋生态损害防控能力
危化品海上泄漏对海洋生态安全构成严重威胁。受命驰援天津港“8.12”危化品仓库特大火灾爆炸导致的海上泄漏事故的应急处置,发现目前我国海上泄漏危化品基础信息和应急处置技术严重匮乏,难以满足应急响应需求。
学科研究团队面向海洋生态损害防控的国家需求,构建了国内首个海洋危化品基础数据库和全球50 起典型危化品泄漏入海事故的案例库,可迅速提供 700 多种化学品的海洋环境行为、生物毒性、监测评价、运输储存及其泄漏入海应急处置措施等信息;提出了海上泄漏化学品应急处置的八项原则,开发了包括 3 个层次、6 个模块和 19 类对策的应急处置决策系统,并对苯酚、二甲苯等 10 多种高泄漏风险危化品提出了具体应急处置对策。
相关成果已成为自然资源部海洋减灾中心应急管理体系的组成部分,并为2018 年福建省泉港区碳九芳烃泄漏事故应急响应提供了决策依据。集成上述成果编著的《化学品海洋环境污染损害风险防范和评估修复》一书,已被自然资源部海洋减灾中心选作“东盟化学品环境污染损害风险评估与应急处置”培训教材,为危化品海上泄漏应急处置决策贡献了中国方案。
案例三、建立陆海一体化污染阻控技术体系,有效削减陆源污染物入海通量
针对陆源污染物输入量增加和滨海湿地生态功能退化而导致近海污染日趋严重的现状,突破了入海河流污染物原位削减与滨海湿地降解耦合技术,构建了近海污染物陆海一体化阻控技术体系,显著降低了陆源污染物入海通量,助力近岸水域生态环境保护。
建立了我国北方入海河流水下纳米活性草坪技术和河流沉水植物快速定植技术,应用于徒骇河、小清河等13 条大中型入海河流,在河道内构建了高效去除有机物和氮磷的微生物膜集群,恢复了河流沉水植物区系,显著提升了入海河流自净能力。研发了湿地水循环调控技术、滨海盐碱地土壤破壳技术,集成了我国北方大型滨海湿地生态修复技术体系,遏制湿地群落退化趋势,湿地植物生物量显著提高;建立了高效烃类降解菌和脱氮菌固定化技术,研发了环境友好型多孔介质与植物复合材料,在滨海湿地修复的同时显著提升了污染物净化能力。集成技术应用于亚洲最大芦苇湿地修复工程,湿地修复面积达 5000 公顷,实现了入海河流与滨海湿地污染净化功能的显著提升和陆源入海污染物的有效削减。
成果为流域-河流-滨海湿地-近海污染控制和生态修复提供了技术保障,为陆海一体化污染阻控和蓝色海湾计划的实施提供了典型案例。
案例四、开展沿海城市气候适应研究,力推青岛气候善治走在国际前列
在我国应对气候变化技术体系中,适应技术相对薄弱,而在区域尺度上尤为突出。海洋环境动力过程团队将国家技术需求与地方发展相结合,开展沿海城市气候变化适应研究,已成为地方政府在此领域的主要技术支撑。
团队依托中国-瑞士政府合作项目,以气候变化背景下风暴潮增水为风险源,综合考虑风暴潮增水、陆地淹没损失及适应策略,开发了“基于风暴潮的青岛沿海系统风险模型”,并围绕沿海堤防提出了一系列适应策略,为青岛市编制了国内首个市级适应气候变化规划,使青岛进入国际上少数发布此类规划的先进城市之列。以上述研究成果为核心,青岛成功入选世界城市气候领导联盟(C40)2019 年度“百城”案例集和“政府气候善治”案例集,且为后者中唯一的中国城市。研究成果支撑了山东绿色发展基金的设立,使其成为国内首个利用国际金融组织贷款成立的百亿规模省级绿色基金。
团队将量化模型引入气候变化适应策略制定过程,在市域尺度上实现了从“理论研究”到“适应技术”的转化,研究成果推动了青岛气候善治走在国际前列,向世界提供了适应气候变化的中国范例。
案例五、突破深海地质环境原位监测技术瓶颈,成功保障天然气水合物试采工程安全
深海天然气水合物是一种新型能源,但开发过程易诱发钻井失稳、甲烷泄漏、地面沉降、海底滑坡甚至海啸等次生灾害,实现开发过程中海底地质环境变化实时监测,建立准确的安全预警体系及灾害防控措施是开采工作中亟待解决的世界性技术难题。
在国家基金委重大仪器专项、国家重点研发计划和127 工程项目联合资助下,海洋地质灾害防控团队研发了 1500 米和 3000 米水下深海地质灾害原位综合监测预警系统。该系统可实现深海沉积物力学参数实时监测,监控工程地质环境动态变化过程与影响要素,获国际和国家发明专利 20余项。该系统应用于国家第二次水合物试采工程,有效监控了试采过程中地质环境变化,为保障试采工程安全做出了贡献。基于环境地质原位监测数据,通过环境学科与海洋工程学科交叉,解决了开采平台“吸力锚-套管”复合系统承载力确定、深海软土中吸力锚优化选型等关键难题,设计的吸力锚方案被第二次水合物试采工程采用,有效防控了井口地质灾害。
团队所研发的深海地质环境监测设备和水合物开采平台基础设计方法打破相应装备和技术的国外垄断,填补了多项国内技术空白,产生了显著的社会效益与经济效益,中央电视台和人民日报进行了报道。