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海洋化学论文范文1
关键词: 海洋技术 实习基地建设 特点 目标
海洋技术专业是综合了原海洋物理、海洋化学、海洋生物、海洋地质等专业中侧重于应用的部分而产生的新专业。盐城工学院海洋技术专业成立于1999年,是为适应江苏“海上”的开发战略而设,在目前《江苏沿海地区发展规划》上升为国家战略时仍然是人才培养与输送基地之一。作为一所地方性普通工科院校,盐城工学院海洋技术专业主要是培养适应社会主义现代化建设和地方经济发展需要,德、智、体、美全面发展,具有海洋技术专业(海洋生物资源与环境监测、水产动物营养与饲料科学)和相近专业的理论知识,有较强的实践能力、创新精神和社会责任感,能在水产养殖、饲料、海洋生物资源开发、海洋保护与管理相关行业从事生产、营销、质检、科研和企业管理等工作的本科应用型创新技术人才。
应用型创新技术人才就是具有创新精神和创新能力、表现出灵活、开放、好奇的个性,具有精力充沛、坚持不懈、注意力集中、想象力丰富及冒险精神,能够把成熟的技术和理论应用到实际的生产中去,具备深厚的科学基础理论的人才。对大学生进行对创业教育,培养具有创新、创造、创业能力的高素质人才是当前高校的重要任务,创新精神和实践能力的培养是新时期人才培养目标的核心[1]。实习基地应成为学生自主训练,激发创新思维的基地。
一、实习基地的现状与不足
盐城工学院海洋技术学科经过10年的建设与发展,已经初具规模,学科发展方向明确、教学规模适中、科研水平有一定提升、教师学缘组成相对合理,尤其在培养应用型人才的思路与实践上有了较大的收获,但由于学校的整体发展要求、所处的地区性差异及其他一些客观条件,我校海洋技术学科仍然有诸多改进与提高之处,尤其表现在培养应用型创新技术人才的实习基地建设上。
1.基地没有完全体现海洋技术人才培养特色
海洋技术专业主要是培养具备海洋高科技和海洋工程方面的基本理论、基本知识及海洋高新技术开发研究的能力,具有从事海洋调查和海洋科学研究方面的基本能力,能从事海洋高科技、海洋资源开发及海洋工程工作的高级专门人才。各个学校可以根据实际状况进行适当调整,我校的海洋技术专业目前偏重向水产动物营养与饲料科学,在目前的实习基地中大多数是与淡水养殖相关的一些企业,如养殖饲料生产厂、鱼种繁育场等,而对于以海洋生物资源、海洋化学资源等研究对象及一些海洋高科技研究的实习场所很少。
2.实习基地提供的实习内容单调
培养计划中实习包括认识实习、综合实习、毕业实习及毕业设计四个方面,不同的实习时间、内容是与理论讲授的内容相适应的,目前除毕业设计需要投入系统的研究过程外,其他的实习形式基本上都是观摩学习,浮于表面,对实习基地的整体没有深入的了解。
3.部分实习内容档次低
毕业论文(设计)是对学生理论与实际相结合程度与水平的一种检验方法,也是对培养创新应用型人才体系优劣的考核,目前海洋技术专业学生的毕业论文大多数是由本专业理论课老师指导,绝大多数内容是在学校实验室中完成,研究内容基本上是理论课多个实验内容的重复,更重要的是学生自主思路少,完全是按照老师的完整方案执行。
4.适应应用型创新人才培养目标的实习基地较少
海洋技术专业主要是以海洋科学、海洋资源与环境等方面为主要研究对象的,盐城工学院海洋技术专业方向是海洋生物资源与环境监测、水产动物营养与饲料科学,是以生物体为具体研究对象的,生物的生长周期较长,如盐地碱蓬的一个生长周期需要6―7个月,鱼从幼体长成成体也需要数月,而目前较多的实习单位是饲料生产企业、水产品养殖企业,以直接程序化操作为主,加上实习单位的管理章程、效益要求,学生到实习单位后仅仅是看看、望望、逛逛,无法真正上手操作。
二、应用型创新人才实习基地的建设目标
盐城工学院是面向地方建设的一所省市共建普通院校,服务地方,培养应用型人才是其发展定位,在目前沿海大开发的利好形势下,海洋技术学科的发展前景广阔。
培养应用型创新人才,加强学科实习基地建设是重头戏之一,在海洋技术学科应用型创新人才实习基地建设过程中,地方政府、业务单位和高校三个方面要共同参与基地建设;调整与提升现有基地层次,发展与完善基地特色;在发展过程中只有相互尊重、目标明确、效益兼顾,才能完成海洋技术学科创新应用型人才实习基地的建设目标。
1.基地组成的层次性
实习内容的多样性决定了基地组成的层次性,包括认识实习、综合实习、毕业实习以及毕业设计四个方面,针对不同的实习内容,可以组建不同内涵层次的单位。不同层次包括有单位的整体经济实力、研究实力、与海洋技术专业的相关程度等。认识实习、综合实习主要是给学生以加强专业知识的了解、明确专业在社会的应用状况,学时较少,基于此目的的实习单位需要与海洋技术学科相近的即可,如水产养殖场、水产品加工、微生物研究所、滩涂湿地保护区等。毕业实习和毕业设计是给学生专业课程的全面检查与实际应用能力的考核,所耗的时间较长,基于此目的的实习单位就需要与专业科学较为密切的单位,如海洋化工生产企业、滩涂资源研究机构、海水养殖场、海洋生物技术研究机构等。
2.发展方向的多元性
人才培养方向与发展的多元性决定了实习基地发展的多元性,海洋技术专业创新性人才包括创新应用型人才、创新研究性人才。由于自身的发展,实习单位在基地组成层次中可以易位,原来主要作为认识实习的单位可以发展成毕业实习单位,原来科研型单位可以发展成科研生产一体化的单位,实习单位多元化与创新人才的多元化培养是相辅相成的。
校内实习基地建设与发展是必不可少的,校内基地是校外实习基地多元化发展的必要补充,校内基地的建设应当采用最先进的仪器设备和软件系统,实习指导教师也应具有较强的科研和实践能力,保证学生学到本行业最先进的技术和管理方法,完善校内基地培养创新型人才的功能[2]。
3.实习内容的完整性
整合基地单位优质资源,同类实习基地要各具特色,采取学生在不同单位轮换实习的方式弥补实践内容单一的缺陷,保障实习效果,并对不能达到要求或效果不理想的实习基地及时予以淘汰。在毕业实习和毕业论文设计过程中,实习内容的完整性显得更为重要。海洋技术主要是以生物为研究对象的,研究对象生长周期长,任务完成需要时间也长,要求学生的动手能力强及与社会有较强的沟通能力,如果研究失败,则付出的时间和经济上的代价就较大。因此,毕业实习与毕业论文的时间要相互调剂,与实习单位的生产周期或者研究周期相适应。
4.实习过程的理论性
实习指导教师是专业实习中的组织者和领导者,发挥着主导作用,实习指导老师的素质、水平是学生实习质量的保证,在一定程度上甚至比理论老师更为重要。高水平的实习基地离不开高水平的实习指导教师。实习指导教师既要有较全面的专业理论水平,更重要的是要有较强的实践能力,同时还应了解和熟悉企业的运营情况[3]。
在校外实习基地指导的老师大多数都有较强的实际工作能力,解决实际工作的能力较强,但及时给学生以专业理论归纳解释则缺火候,如果让校内教师充当实习指导老师,则理论强而实践弱,因此需要注重校外基地指导老师的培训工作,让校内指导老师可以作为带队老师直接深入到校外基地进行实践,通过理论、实践、提高、再应用,讲懂、讲通深奥晦涩的理论,提高实践经验和解决实际问题的能力。
学校要把加强实习指导教师队伍建设作为教育教学工作的重中之重,建立和健全实习指导教师队伍建设的长效机制,加快建设一支理论与实践共优的“双师型”教师队伍,提升海洋技术学科创新应用型人才的培育体系。
5.基地建设的动态性
实习基地建设目标与人才培养目标相适应,人才培养与社会发展是一致的。实习基地建设是一项综合性的系统工程。从内容上看,包括思想建设、组织建设、物质建设、师资队伍建设等;从布局上看,有不同地域、不同背景、不同条件的实习基地的建设。同时,教育实习基地需要高等院校、教育行政部门、实习学校、当地政府等多方面通力合作与共建,因此,是一项长期而艰巨的任务[4]。
在当今市场经济起主导作用的社会,效益是企业的生命线。要想实习基地能够最大限度地发挥作用,校企双方就要本着“优势互补、互利互惠”的原则进行合作,最终实现学校、企业、社会都受益的“共赢”目标[5]。创新性实习基地的组成是相对稳定的动态平衡体系,优胜劣汰,去劣存优,校企共赢是保证其良性发展的基础。
参考文献:
[1]王春潮,王平祥.校内教学实习基地建设与管理探索[J].实验技术与管理,2009,26,(5):137-139.
[2]阎玉科.论创新型人才特征及培养关键[J].江苏高教,2004,(2):87-89.
[3]申忠宇,赵瑾.加强专业实习基地建设培养高素质创新人才[J].实验室研究与探索,2005,24(sup.):106-107.
[4]李志敏.新建本科院校教育实习基地建设研究[J].黑龙江高教研究,2009,(1):59-61.
海洋化学论文范文2
海洋微藻研究的苦与乐
时间追溯到2004年，严小军在浙江乐清翁育苗场检验微藻饵料生物是否具有设想营养价值。刚开始，育苗场的老板并不同意，严小军就用科学精神去感动他，告诉他们这样做的目的是为了让今后的育苗更加可靠。就这样，严小军和他的研究生每天一清晨就到育苗场干活，空余时间则在一起做不同饵料微藻的营养效果实验，衣服不知被汗水浸湿多少回。终于功夫不负有心人，实验得出结果，今后育苗只要选取1-2种饵料生物就可以达到更好的效果。令人意想不到的是，实验选出的饵料在当年的育苗中就取得了更好的经济效益，“这时候大家是何等的开心！”后来，他们把育苗场收集的样品带回实验室继续分析，最后看到了特定的脂类物质出现了选择性的富集，“我们知道当初提出的假设成功了！”
实验的成功无疑让每个参与其中的人都为之振奋，但殊不知，经验丰富的育苗高手――严小军的研究助手徐继林老师一开始并不看好他们的假设。这个饵料微藻是否会真的像严小军设想的一样是具有不同的饵料效果？饵料的效果是否真的来自脂类营养学的影响？徐继林将信将疑，而且他也担心在育苗场做实验是否能取得足够的支持和精细的样品。
实践是验证真理的唯一标准，实验之后徐继林相信了。“徐老师在此之后成为了这一研究的主力，即使在我们获得国家奖之后，我和他还是一直深入地探讨是否有可能进一步改进我们的技术”，通过不断努力，严小军建立了国际上最先进的微藻脂类学研究方法，从而可以筛选到了更好的饵料微藻。在福建漳州诏安，他们建立了东南沿海最大的滩涂贝类育苗基地。
那么，什么是微藻脂类学研究？国际上对于脂组学的研究出现于90年代末，主要基于液质联用的分析方法对海洋微藻全脂组成进行精准分析，该项技术曾获2002年诺贝尔化学奖，已经成为近年来广泛兴起的蛋白质组学、代谢组学的重要研究工具。而微藻脂类物质主要包括：甘油磷脂（磷脂酰胆碱、磷脂酰丝氨酸、磷脂酰肌醇、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰甘油）、甘油糖脂（MGDG、DGDG、SQDG）、甘油三酯、甘油甜菜碱酯（DGTS、DGTC、DGTA）、鞘脂（Sphingosine、Cer、GSL），这些物质结构多样复杂并担负不同的生理功能，脂类物质随生理条件会出现相互转化。
海洋微藻的大学问
对海洋微藻脂类的研究有三大意义：作为微藻本身及其食物链以及生物地球化学循环的重要生物指示物，作为微藻生理学代谢与营养学的重要指标，作为微藻生物能源的重要物质基础。
所以，对微藻脂类研究势在必行。严小军所在的实验室是国内最早开展微藻脂组学研究的研究团队，他门采用飞行时间质谱高精度分析的技术手段，解决了一些早期研究中无法识别的精细结构的判别特征和判别规律，也发现了一些新型的脂类结构。经过近十年的持续研究，已经形成一套完整的脂类结构的分析技术和脂组学技术体系。近年来，随着质谱技术的快速发展，鉴定极为复杂的脂类物质的结构组成为可能，同时结合不同条件下结构组变化的规律，形成脂组学新学科，是代谢组学技术中发展最快的专门领域。
目前，他们已经成为国际上较为知名的微藻脂类学研究的研究队伍，收获众多前沿发现。比如，在微藻鞘脂方面发现了一些全新的糖鞘脂结构，这些糖鞘脂结构作为新的微藻化学分类学生物指标具有重要意义，且可能与微藻抗病毒的能力有关；发展了微藻甘油三酯的精确结构鉴定方法，解决了微藻甘油三酯共流出组分的精确判断方法；在微藻脂组学研究微藻生理代谢中，发现硅藻氮缺乏是微藻生长从指数期向对数期转变的最为关键的生源要素限制因素，而并非传统认为的硅缺乏，这一发现与近期对于硅藻基因组中出现罕见的鸟氨酸循环具有科学解释的一致性，同时还观察到硅藻类是所有饵料微藻中能够在进入生长平台期后最快速积累甘油三酯，是最优良的饵料生物；在微藻分类学方面，解决了骨条藻、微绿球藻中几株形态相似种的脂类学判别难题。
对于目前已经取得的傲人成绩，严小军并没有浮躁，而是冷静地认识到，“相对于国际上一些重要的研究团队来说，我们对于微藻脂类学的研究技术已经处于尖端水平，但将微藻脂类学的研究方法放入一个更加宏观的生理学与生态学研究的问题中尚显能力不足”，美国伍兹霍尔海洋研究所的科学家采用微藻脂类学研究技术提出了蓝细菌对于磷限制耐受的新观点；以色列魏斯曼研究所的科学家利用微藻脂类学研究技术提出了颗石藻受病毒入侵的鞘脂生物合成基因横向传递的新理论……
差距虽有，但令人欣慰的是，严小军近期在对深海热液口盲虾的脂类学分析中发现了不同于光合作用层普通虾的鞘脂差异，为深海热液口盲虾的生理学适应提出了一个新的视角。
除了海藻脂类学研究，严小军的另一大创新性成果是――微藻脂肪酸甾醇同时分析，这是紧密围绕微藻营养对于贝类生长发育的一项技术创新。由于贝类在摄食微藻后可能同时对脂肪酸和甾醇都有营养需求，哪个物质对贝类的生长更为重要？这时就需要同时分析两类物质的变化规律以精确判别其重要性。如果采用传统的脂肪酸和甾醇分开测定，不仅需要两份样品做平行的独立分析，而且可能由于不同的分析批次而导致结果的系统性误差。因此，严小军在充分研究传统分析方法的基础上，发现了“如果将脂肪酸充分甲酯化之后，再直接对甾醇进行硅醚化衍生，进行一次性的GCMS分析就可以同时获得分析结果”，幸运的是，他在实际分析中发现脂肪酸甲酯和甾醇硅醚在出峰时间上分别处在两个差异显著的时段，这大大简化了物质结构判别中可能出现脂肪酸甲酯和甾醇硅醚混杂在一起而所带来的潜在麻烦。有了新的分析方法，后续的实验就顺利许多，最终研究结果发现，贝类摄食微藻后，对于特定的脂肪酸具有显著的富集作用，而对于甾醇，尤其是胆固醇，具有更加高效的富集倍率。这不仅使严小军了解到了贝类对于微藻脂类营养的一些内在规律，还为选用微藻高效营养种类指明了路径。
实现产学研的成功转化
在严小军看来，要进一步使我国的藻类资源开发利用走在国际前沿水平，我们仍然需要不断地努力，要实现这一目标，主要解决两个关键问题，一个是新型设备的产业链改造，我们所知，目前企业在自动化控制方面已经达到一个较高的水平，但是在新型加工工艺装备方面，仍然依靠进口设备，缺乏自主知识产权，“短时间内无法改变这种局面，但需要下决心改进工艺设备的高端化”。
另一个问题是研发成果的产业化。“相比于老一辈科学家而言，我们更加注重学术成果，但对于产业发展的紧密结合做得不如前辈好。”近五年来，有趋势表明，科研成果的产业化在得到有效地推进，“大家有理由相信，新产品新工艺的产业化将进入一个快速发展的新时期。”
如今，严小军正在进行3项产学研合作的探索。针对螺旋藻红球藻高质量培养与加工技术，2011年与云南程海丽江程海保尔生物开发有限公司合作，共同申报发明专利16项，包括“大规模培养雨生红球藻和转化虾青素的装置及其方法”“一种螺旋藻培养基循环利用的方法”“一种养殖螺旋藻越冬复壮保种的培养基”……研究掌握了螺旋藻重金属积累溯源的主要途径，突破了螺旋藻重金属的减除技术，极大地改进了螺旋藻的产品质量和废水处理技术。
针对海藻生物活性物质与海藻工业技术，2012年与山东日照洁晶集团股份有限公司合作，重点针对海藻化工行业产品种类趋同、利润低下、工艺耗水量大等问题，提出了将传统海藻工业老三样“海藻酸钠、甘露醇、碘”提升为新三样“岩藻黄素、褐藻多酚、岩藻多糖硫酸酯”的产业合作创新构想。
针对微藻饵料营养供应技术，2012年与福建宝智水产科技有限公司合作，共进行了10余种滩涂贝类苗种培育，其中3个品种为首次进行规模化生产，无论是苗种的质量还是经济效益均居全国同行业首位，2014年各项产品年销售额突破5000万元。建成了东南沿海规模最大的滩涂贝类育苗基地、全国滩涂贝类行业中唯一一家温控车间――“循环温控新品种培育车间”。
打开海洋生物科学研究的一扇窗
2013年，在北京生物芯片国家工程研究中心程京院士的指导下，严小军领导建立了生物芯片北京国家工程中心宁波分中心――我国唯一的海洋领域的生物芯片分中心。该中心的目标是将生物芯片技术应用于生态环境、生物育种、海水养殖病害快速检测等领域，是海洋生物技术科学研究和产业化的一个重大机遇。
生物芯片为何物？简单来说，生物芯片就是一种将多数的生物分子探针取得快速检测的方法和技术，最主要的是DNA探针微阵列技术，芯片的制造和检测技术包括了材料学、化学、分子生物学等多学科的技术手段。其应用主要包括“物种的快速检测”和“生物生理学变化的多参数变化规律测定”两个方向，用途十分广泛。
中心成立以来，严小军团队已成功建立基于LAMP-LFD技术的蓝藻有毒水华的监控新技术。目前，有多位教授承担了国家级生物芯片的重大科技计划，取得了很大进展。其中，张德民教授采用生物芯片技术，提出了基于微生物群落结构变化的海水养殖健康诊断新方法，对于东海近海海域提出了基于微生物分子区系结构的区域划分方法。程京院士将生物芯片技术应用于海洋，可能在生态环境诊断、生物病害筛查、生物探矿、海洋微型生物快速鉴定等领域具有广阔的用途，“生物芯片技术有望在‘十三五’期间实现在海洋领域的产业化突破。”
今年以来，严小军担任了宁波大学副校长，主要分管国际教育和宁波海洋研究院的筹建，工作异常繁忙，“但对于科学研究和学生培养，仍然是我心中关注的中心”，作为一个科研人员，严小军很赞同这样一个观点，“做学问要有好奇心、学术荣誉感、社会责任感”。好奇心是要对自己研究的事情有浓厚的兴趣，学术荣誉感是要对自己发表的研究结果有一种自信和珍惜，社会责任感就是要时刻关注自己的研究是否可以应用于社会经济，“这三条也是我培养学生的育人理念”。
海洋化学论文范文3
[关键词]深海 捕获 采样 深海生物
1引言
和传统海域不同,深海是一个非常特殊的生态环境,可以说是地球上最恶劣的环境之一。这里永久低温(火山口除外)、高压、黑暗。海水每加深10米,就会增加一个大气压。在1万多米的深海,压力高达1000多个大气压,也就是在每平方厘米的面积上的压力可达到1000公斤 [1]。
近年来,随着各国海洋技术的发展,科学家纷纷把目光聚焦到深海这片广阔而又神秘的未知领域。其中对深海生物的探索主要包括了两方面:一是对生命起源的探索,如对发现深海热液喷口生物群落等[2];二是对深海生物样本进行采样及研究。本文将详细叙述近年来对深海生物捕获技术方面的现状、进展以及收获。
2深海生物捕获技术
深海生物捕获,即对深海生物进行采样,把生物样品从深海捕获出水进行科学研究。从生物特性上来看,浮游生物行动力差,分布较多,所以相对容易捕获。目前国内外对浮游生物的捕获技术已经比较成熟,传统的捕获方法就是利用深海拖网、取样器或者抓斗获取生物样本,然后拖上岸来进行过滤分离[3]。而对于深海一些较大型生物(诸如深海底栖生物、游泳生物)的捕获相对较难,当今的捕获技术主要分为拖网技术以及深潜器技术,结合一些比较简单的诱捕技术。
2.1 深海拖网捕获技术
拖网捕获技术,是一种利用船舶航行的拖拽式采样方式。主要分为底拖网和水中拖网两种方式。
底拖网技术用于对深海底栖生物等小型生物进行采样捕获。它由拖曳缆绳和采样铁框架和网篮等构成,采样时用绞车把采样器沉放到海底,并靠船舶的航行沿着海底拖曳采样,收集样品。
水中拖网适用于捕获较大的深海生物,它是由拖拽览绳和设置了一定网格大小的渔网所组成,利用船只在海面上拖动,来回拖拽进行捕获。
2.1.1拖网的缺陷
大量研究显示,底拖网技术对生态系统造成了灾难性伤害,珊瑚、海绵、鱼类和其它动物都将因此受到捕杀。而且众多海洋生物的栖息地――海山等水下生态系统也遭到了严重的破坏。这对海洋生态系统造成了无法弥补的损失。
从图1中可见,拖网后海床上留下明显的底拖网滚轮划痕,所经之处都被夷为平地。此外,底拖网还会掀起海底沉积物,严重破坏海底生物的生存环境。
而从技术层次来看,拖网技术很难对生物进行有针对性的捕获,往往造成不分青红皂白的“滥杀无辜”,成功率低且浪费资源。
2.1.2拖网的改进[4]
由于拖网存在着以上这些缺陷,尤其是对深海生态环境的破坏,使得研究者不得不思考如何改进技术,尽量减小拖网的破坏。改进的理论基础是使用遥控技术控制拖网上纲、下纲以及海底之间的距离(D1、D2),使其保持在一个合适的距离,尽可能的减小拖网与海底之间的剪切力。
目前加拿大的NTI公司就基于这种理论发明了一种拖网监视系统。这套拖网监视系统NETMIND ™由四部分组成:接收器,水听器,软件和传感器,分别安装在拖网上进行工作。这种新型拖网技术主要能够更好地监视和控制拖网过程,不仅提高了效率,更重要的是控制了拖网高度,尽量减少拖网与海床摩擦所产生的破坏。
2.2 深潜器技术
深海深潜器近年来越来越多地运用于人类对深海资源的探索。其中,对深海生物资源的探索也是极为重要的一环。深潜器最直观的优点在于科学家可以远程进行操控并且针对性高,也不会对深海环境造成破坏,但造价不菲。主要分为水下机器人和载人深海深潜器两种。
2.2.1深海深潜机器人
水下机器人又称无人遥控潜水器,其工作方式是由水面母船上的工作人员通过连接潜水器的脐带提供动力,操纵或控制潜水器,采用水下电视、声呐等专用设备进行观察,并由机械手进行水下作业。在深海生物捕获中,水下机器人使用机械手把捕获的生物放入收集仓中带上水面。
2.2.2深海载人深潜器
深海载人深潜器与水下机器人的不同之处在于可以把人携带进深潜器进入深海进行科学工作,类似于潜艇,其科技含量更高。
2.3 其他技术
除了上述两种方法外,还有一些针对某些特定的深海生物所设计的简单诱捕设备。比如把深度表绑在浮动的长绳上垂吊到海底下捕捉大型游泳生物;利用深海抓斗捕获底层底栖生物等等。
3 国内外深海生物捕获现状及收获
3.1拖网技术的现状与收获
在利用拖网技术对较大型深海生物捕获方面,研究者们的收获颇丰。2008年,来自14个国家的科学家在北大西洋的马尾藻海(Sargasso sea)表层以下5000米处运用拖网捕获了一种漂浮的、相貌丑陋的片脚类动物(Amphipod),它是一种小型的、类似对虾的甲壳类。此外,专家们在这里采集了500多种生物,其中可能包括12个新物种。这也是我们目前了解到的生活在最深海域中的生物之一;在爱尔兰西北处约400里的大西洋深海处,考察者们通过深海拖拉船捕获到深海巨型蜘蛛蟹;在深海鱼类捕获方面,科学家们利用底拖网技术捕获深海贡式巨口鱼、深海白袋巨口鱼以及宽咽鱼等等。
除了大型深海生物,研究者还利用两种特制的拖网技术对生活于3000~6000m的深海生物幼体进行捕获。而这两种拖网新技术在国内外运用的还比较少[5]:
第一种叫作多层矩形中层拖网RMT(Multiple Rectangular
Midwater Trawl),用于采集上升热液羽流中的热液生物幼体。该网由甲板上发出不同频率的声波来控制网的开闭装置。不足之处是没有可视装置,无法在近底层水平拖曳,因而很难采集到近底层热液生物幼体。
第二种用拖网和浮游生物泵挂在深潜器的侧面采集近底层热液生物幼体。但考虑到潜器活动范围、下潜时间以及安全性的多方面因素,拖挂的拖网网口比较小,滤水量不大,采集的幼体也不多。系统中浮游生物泵被安装在深潜器上,并下放到预定深度后开启动力泵,使大量海水流过滤网,捕获的悬浮颗粒物和微生物的滤网连同一定体积的水样密封于耐压样品容器中,但由于深海底大型生物的丰度低且泵过滤的水量有限,几乎采集不到底栖生物幼体等较大的生物,偶尔采到一些,也都是死的标本,因此这种方法不常使用。
3.2深潜水下机器人的现状与收获
当今深潜水下机器人技术比较发达的是美国、日本以及一些欧洲国家,我国近年来在这个方面也取得了突破性的进展。
在利用深海深潜机器人对深海资源进行探测领域上处于领先地位的是美国。美国的伍兹霍尔(Woods Hole)海洋研究所从事研制深海深潜机器人以及深海载人深潜器两方面的工作,贡献巨大。他们在2007年研制的讷雷依(Nereus)号水下机器人对大面积洋底进行一般性测量以及收集生物标本,讷雷依(Nereus)号水下机器人能够在最大深度为6500～11000 m的世界海洋,其中包括北冰洋底[6]。在2009年,来自伍兹霍尔海洋研究所的专家对东南亚的西里伯斯海进行了一次为期4周的“探究深海物种进化”的科学考察,发现了大量以前未见的物种,并且还捕获了不少深海罕见的生物。所使用的技术就是一台名为“全球最棒的漂流者”的深潜水下机器人(如图3),它配备有高清晰度摄像头,能在深达3000米的水下工作,科学家可远距离操作,将水中抓获的生物存放在机器人的收集仓中。
通过这次深海采样,科学家捕获了不少深海生物,比如在2000米深的西里伯斯海捕获了一种长约3厘米,和普通药片差不多大小的等足目生物(如图4);在约2500米海域捕获了一种粉红色、透明的好似海参的生物等等。
国内近年来在深潜器技术领域取得了突破,2008年5月在海南,目前我国下潜深度最大、功能最强的无人遥控潜水器(Remotely Operated vehicle,简称ROV)“海龙号”,亦称水下取样型机器人完成了3277米深诲试验,这在目前世界上只有极少数国家能够做到。该机器人将主要用于大洋深海生物基因和极端微生物的研究以及探索人类起源的秘密,同时也将进行各种水下作业。
3.3 深海载人深潜器的现状与收获
深海载人潜水器最初更多地应用在军事方面,近年来随着深潜器技术的突飞猛进,载人深潜器开始被广泛运用在深海科学研究中去。相比较水下机器人,深潜器能够将研究人员送入深海进行实地考察,研究人员可以近距离更直观的对生物进行研究。由于深海载人潜水器的特殊地位和作用,美、法、日、俄等国早已开展了深海载人潜水器的研制工作,而我国起步相对较晚。
国外方面,美国在无人潜航器中最具代表性的就是美国伍兹霍尔(Woods Hole)海洋研究所研制的阿尔文号(Alvin)深潜器。自建造以来,阿尔文号已下潜4100余次,每年的平均下潜次数保持在百次以上,对地壳构造、海洋化学、生命的起源以及深海物质的组成等基础研究起到了重要作用[6]。在深海生物方面的最著名的贡献就是于1977年历史性地发现了洋中脊上的黑烟囱和热液生物群落。如图5所示,科学家(Pilot)可随着阿尔文号的载人舱潜入海底,利用配备的机械手(Starboard/Port Manipulator)、生物取样器以及采样篮(Sample Basket)对深海生物进行采样和收集。据悉,2004年美国已决定斥资2000多万美元在6年内建造一艘功能更加完善的新概念ALVIN号潜水器[7]。
其他国家方面,日本海洋科技中心用钦合金做耐压壳建造了 “深海2000”号和“深海6500”号的潜水器,以及法国研制的“Victor 6000”号、Nautile号和Cyana号载人深潜器,都能在低至6000m的深海完成包括深海生物捕获考察在内的许多深海探索及捕捞工作。
我国的海洋事业起步较晚。近年来,海洋开发和海洋科研逐步和国际接轨,开始走向深远洋。我国在载人深潜器领域最大的突破是研制的7000米载人深潜器(如图6),此载人深潜器需花5小时下潜至7000米深海,整个作业时长可达12小时。潜水器类似美国阿尔文号能容纳3个人,一名操作员,两名科学家。在潜水器的前端,是一个密闭的玻璃,潜水科学家可以通过这里看到外面的世界。潜水器装有两只机械手,可以进行抓取等水下工作。潜水器可用于深海生物基因的采样及研究等多项工作。
3.4 其他诱捕技术的现状与收获[8]
此外,科学研究者也会针对所要捕获的生物的特性设计一些比较简单的诱捕设备来进行采样。
比如在针对大型深海游泳生物捕获方面,2005年,来自日本的两位科学家在水深900米的海中将摄影机和深度表绑在浮动的长绳上垂吊到海底。他们在摄影机下面挂着小乌贼当诱饵,并且用一袋切碎的虾来引诱大章鱼。当一条长约8米的大乌贼用触角缠绕住诱饵后,就被隐藏在其中的挂钩给钩住了,绑在长绳上的摄影机拍下了前前后后捕获的过程。
而针对一些小型深海生物,研究人员研制了一种像双瓣贝壳的“大洋抓斗”,在撞击到海底时能快速闭合,将样品全部“抓”到斗内。但它容易扰乱样品,不利于精细研究。为此又设计了箱式取样器、重力取样器和活塞取样器等,将它们垂直下放到海底,利用特殊装置迅速将样品完好地取上来,这样就能对沉积物逐层加以研究。
4对深海生物捕获技术的探讨
4.1 捕获技术的展望
就目前的技术而言,水下机器人以及载人深潜器无论制造还是使用都需耗费极大的人力财力,远远超过了普通研究机构的承担能力。拖网技术虽然使用较为广泛,但是除了存在会破坏深海生态环境的弊端以外,捕获的针对性和成功率都比较低。最为关键的是,无论拖网或深潜器都不是专门针对捕获设计的,其捕获功能的经济实用性太低。因此,越来越多的研究人员正在开发一种既经济又实用、专门针对深海生物捕获的简单设备,比如一些深海生物诱捕设备。
所谓的“诱捕”,即是转“主动捕获”为“被动诱捕”。研究者根据深潜器的耐压构造原理[9-10],设计建造一个耐压的笼体,笼内放有诱饵,笼体上带有类似蟹笼的诱捕口,笼体外装有蓄电池、重锚、浮标、无线通信设备以及水下声学通信设备。把此诱捕笼放入海底,一段时间后,通过水下声学释放器等设备控制其上浮并通过无线通信设备定位回收。此设计可通过改变诱饵来更换捕获的对象,针对性较拖网技术有很大提高,而且不会破坏深海环境,也不需要深潜器那般庞大的经费支持。
4.2 深海生物捕获待解决的难点
目前对深海生物捕获存在着一个难题,就是所捕获生物的存活率。也就是说,当今的采样技术在捕获稍微大型的生物的时候,很难克服保压的问题,往往把深海生物从海底捞上来的过程中生物已经死亡,在采集深海生物幼体方面也具有同样的难题,没有保压装置所采集的幼体出水面时已几乎全部死亡(除了极个别的蟹类大眼幼体能在1个大气压下经历变态发育过程外)。
为此,各国的研究者开始对保压转置进行了研究。目前对深海微生物的活体采样已经可以实现,使用的方法是多网分段/分层生物幼体保压取样器,可以保持高压取样筒体的压力,即6h的压力变化不超过10%[3]。接下来,针对中大型深海生物捕获装置的保压问题也急需得到解决。
5结语
21世纪是属于海洋的世纪,海洋中有着巨大的资源等着人类去探索和发掘。深海作为海洋最神秘之处,是地球表面生物多样性最为丰富的地区,因此,对深海的生物进行捕获研究以及发现深海新的物种,进而对深海极端海洋生态系统中的生物资源、生物多样性进行系统的比较研究,对人类揭示生命的起源以及研究生物对特殊环境的适应能力有着极为重要的科学意义。目前,国际上对深海生物资源的探索愈来愈热,各国科学家都争先恐后地探索着这片人类知之甚少的宝地,深海生物资源也已成为世界各国的战略发展资源,许多发达国家在制定针对本土生物资源保护和可持续发展规划的同时,更是把目光转向国际公共深海区域的竞争和开发。因此,我国要在今后日趋激烈的国际深海公共资源的竞争中取得领先地位的话,就必须尽快发展海洋事业,发掘深海生物资源。
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