前言：中文期刊網精心挑選了海洋化學論文范文供你參考和學習，希望我們的參考范文能激發你的文章創作靈感，歡迎閱讀。
海洋化學論文范文1
關鍵詞: 海洋技術 實習基地建設 特點 目標
海洋技術專業是綜合了原海洋物理、海洋化學、海洋生物、海洋地質等專業中側重于應用的部分而產生的新專業。鹽城工學院海洋技術專業成立于1999年,是為適應江蘇“海上”的開發戰略而設,在目前《江蘇沿海地區發展規劃》上升為國家戰略時仍然是人才培養與輸送基地之一。作為一所地方性普通工科院校,鹽城工學院海洋技術專業主要是培養適應社會主義現代化建設和地方經濟發展需要,德、智、體、美全面發展,具有海洋技術專業(海洋生物資源與環境監測、水產動物營養與飼料科學)和相近專業的理論知識,有較強的實踐能力、創新精神和社會責任感,能在水產養殖、飼料、海洋生物資源開發、海洋保護與管理相關行業從事生產、營銷、質檢、科研和企業管理等工作的本科應用型創新技術人才。
應用型創新技術人才就是具有創新精神和創新能力、表現出靈活、開放、好奇的個性,具有精力充沛、堅持不懈、注意力集中、想象力豐富及冒險精神,能夠把成熟的技術和理論應用到實際的生產中去,具備深厚的科學基礎理論的人才。對大學生進行對創業教育,培養具有創新、創造、創業能力的高素質人才是當前高校的重要任務,創新精神和實踐能力的培養是新時期人才培養目標的核心[1]。實習基地應成為學生自主訓練,激發創新思維的基地。
一、實習基地的現狀與不足
鹽城工學院海洋技術學科經過10年的建設與發展,已經初具規模,學科發展方向明確、教學規模適中、科研水平有一定提升、教師學緣組成相對合理,尤其在培養應用型人才的思路與實踐上有了較大的收獲,但由于學校的整體發展要求、所處的地區性差異及其他一些客觀條件,我校海洋技術學科仍然有諸多改進與提高之處,尤其表現在培養應用型創新技術人才的實習基地建設上。
1.基地沒有完全體現海洋技術人才培養特色
海洋技術專業主要是培養具備海洋高科技和海洋工程方面的基本理論、基本知識及海洋高新技術開發研究的能力,具有從事海洋調查和海洋科學研究方面的基本能力,能從事海洋高科技、海洋資源開發及海洋工程工作的高級專門人才。各個學?？梢愿鶕嶋H狀況進行適當調整,我校的海洋技術專業目前偏重向水產動物營養與飼料科學,在目前的實習基地中大多數是與淡水養殖相關的一些企業,如養殖飼料生產廠、魚種繁育場等,而對于以海洋生物資源、海洋化學資源等研究對象及一些海洋高科技研究的實習場所很少。
2.實習基地提供的實習內容單調
培養計劃中實習包括認識實習、綜合實習、畢業實習及畢業設計四個方面,不同的實習時間、內容是與理論講授的內容相適應的,目前除畢業設計需要投入系統的研究過程外,其他的實習形式基本上都是觀摩學習,浮于表面,對實習基地的整體沒有深入的了解。
3.部分實習內容檔次低
畢業論文(設計)是對學生理論與實際相結合程度與水平的一種檢驗方法,也是對培養創新應用型人才體系優劣的考核,目前海洋技術專業學生的畢業論文大多數是由本專業理論課老師指導,絕大多數內容是在學校實驗室中完成,研究內容基本上是理論課多個實驗內容的重復,更重要的是學生自主思路少,完全是按照老師的完整方案執行。
4.適應應用型創新人才培養目標的實習基地較少
海洋技術專業主要是以海洋科學、海洋資源與環境等方面為主要研究對象的,鹽城工學院海洋技術專業方向是海洋生物資源與環境監測、水產動物營養與飼料科學,是以生物體為具體研究對象的,生物的生長周期較長,如鹽地堿蓬的一個生長周期需要6―7個月,魚從幼體長成成體也需要數月,而目前較多的實習單位是飼料生產企業、水產品養殖企業,以直接程序化操作為主,加上實習單位的管理章程、效益要求,學生到實習單位后僅僅是看看、望望、逛逛,無法真正上手操作。
二、應用型創新人才實習基地的建設目標
鹽城工學院是面向地方建設的一所省市共建普通院校,服務地方,培養應用型人才是其發展定位,在目前沿海大開發的利好形勢下,海洋技術學科的發展前景廣闊。
培養應用型創新人才,加強學科實習基地建設是重頭戲之一,在海洋技術學科應用型創新人才實習基地建設過程中,地方政府、業務單位和高校三個方面要共同參與基地建設;調整與提升現有基地層次,發展與完善基地特色;在發展過程中只有相互尊重、目標明確、效益兼顧,才能完成海洋技術學科創新應用型人才實習基地的建設目標。
1.基地組成的層次性
實習內容的多樣性決定了基地組成的層次性,包括認識實習、綜合實習、畢業實習以及畢業設計四個方面,針對不同的實習內容,可以組建不同內涵層次的單位。不同層次包括有單位的整體經濟實力、研究實力、與海洋技術專業的相關程度等。認識實習、綜合實習主要是給學生以加強專業知識的了解、明確專業在社會的應用狀況,學時較少,基于此目的的實習單位需要與海洋技術學科相近的即可,如水產養殖場、水產品加工、微生物研究所、灘涂濕地保護區等。畢業實習和畢業設計是給學生專業課程的全面檢查與實際應用能力的考核,所耗的時間較長,基于此目的的實習單位就需要與專業科學較為密切的單位,如海洋化工生產企業、灘涂資源研究機構、海水養殖場、海洋生物技術研究機構等。
2.發展方向的多元性
人才培養方向與發展的多元性決定了實習基地發展的多元性,海洋技術專業創新性人才包括創新應用型人才、創新研究性人才。由于自身的發展,實習單位在基地組成層次中可以易位,原來主要作為認識實習的單位可以發展成畢業實習單位,原來科研型單位可以發展成科研生產一體化的單位,實習單位多元化與創新人才的多元化培養是相輔相成的。
校內實習基地建設與發展是必不可少的,校內基地是校外實習基地多元化發展的必要補充,校內基地的建設應當采用最先進的儀器設備和軟件系統,實習指導教師也應具有較強的科研和實踐能力,保證學生學到本行業最先進的技術和管理方法,完善校內基地培養創新型人才的功能[2]。
3.實習內容的完整性
整合基地單位優質資源,同類實習基地要各具特色,采取學生在不同單位輪換實習的方式彌補實踐內容單一的缺陷,保障實習效果,并對不能達到要求或效果不理想的實習基地及時予以淘汰。在畢業實習和畢業論文設計過程中,實習內容的完整性顯得更為重要。海洋技術主要是以生物為研究對象的,研究對象生長周期長,任務完成需要時間也長,要求學生的動手能力強及與社會有較強的溝通能力,如果研究失敗,則付出的時間和經濟上的代價就較大。因此,畢業實習與畢業論文的時間要相互調劑,與實習單位的生產周期或者研究周期相適應。
4.實習過程的理論性
實習指導教師是專業實習中的組織者和領導者,發揮著主導作用,實習指導老師的素質、水平是學生實習質量的保證,在一定程度上甚至比理論老師更為重要。高水平的實習基地離不開高水平的實習指導教師。實習指導教師既要有較全面的專業理論水平,更重要的是要有較強的實踐能力,同時還應了解和熟悉企業的運營情況[3]。
在校外實習基地指導的老師大多數都有較強的實際工作能力,解決實際工作的能力較強,但及時給學生以專業理論歸納解釋則缺火候,如果讓校內教師充當實習指導老師,則理論強而實踐弱,因此需要注重校外基地指導老師的培訓工作,讓校內指導老師可以作為帶隊老師直接深入到校外基地進行實踐,通過理論、實踐、提高、再應用,講懂、講通深奧晦澀的理論,提高實踐經驗和解決實際問題的能力。
學校要把加強實習指導教師隊伍建設作為教育教學工作的重中之重,建立和健全實習指導教師隊伍建設的長效機制,加快建設一支理論與實踐共優的“雙師型”教師隊伍,提升海洋技術學科創新應用型人才的培育體系。
5.基地建設的動態性
實習基地建設目標與人才培養目標相適應,人才培養與社會發展是一致的。實習基地建設是一項綜合性的系統工程。從內容上看,包括思想建設、組織建設、物質建設、師資隊伍建設等;從布局上看,有不同地域、不同背景、不同條件的實習基地的建設。同時,教育實習基地需要高等院校、教育行政部門、實習學校、當地政府等多方面通力合作與共建,因此,是一項長期而艱巨的任務[4]。
在當今市場經濟起主導作用的社會,效益是企業的生命線。要想實習基地能夠最大限度地發揮作用,校企雙方就要本著“優勢互補、互利互惠”的原則進行合作,最終實現學校、企業、社會都受益的“共贏”目標[5]。創新性實習基地的組成是相對穩定的動態平衡體系,優勝劣汰,去劣存優,校企共贏是保證其良性發展的基礎。
參考文獻:
[1]王春潮,王平祥.校內教學實習基地建設與管理探索[J].實驗技術與管理,2009,26,(5):137-139.
[2]閻玉科.論創新型人才特征及培養關鍵[J].江蘇高教,2004,(2):87-89.
[3]申忠宇,趙瑾.加強專業實習基地建設培養高素質創新人才[J].實驗室研究與探索,2005,24(sup.):106-107.
[4]李志敏.新建本科院校教育實習基地建設研究[J].黑龍江高教研究,2009,(1):59-61.
海洋化學論文范文2
海洋微藻研究的苦與樂
時間追溯到2004年，嚴小軍在浙江樂清翁育苗場檢驗微藻餌料生物是否具有設想營養價值。剛開始，育苗場的老板并不同意，嚴小軍就用科學精神去感動他，告訴他們這樣做的目的是為了讓今后的育苗更加可靠。就這樣，嚴小軍和他的研究生每天一清晨就到育苗場干活，空余時間則在一起做不同餌料微藻的營養效果實驗，衣服不知被汗水浸濕多少回。終于功夫不負有心人，實驗得出結果，今后育苗只要選取1-2種餌料生物就可以達到更好的效果。令人意想不到的是，實驗選出的餌料在當年的育苗中就取得了更好的經濟效益，“這時候大家是何等的開心！”后來，他們把育苗場收集的樣品帶回實驗室繼續分析，最后看到了特定的脂類物質出現了選擇性的富集，“我們知道當初提出的假設成功了！”
實驗的成功無疑讓每個參與其中的人都為之振奮，但殊不知，經驗豐富的育苗高手――嚴小軍的研究助手徐繼林老師一開始并不看好他們的假設。這個餌料微藻是否會真的像嚴小軍設想的一樣是具有不同的餌料效果？餌料的效果是否真的來自脂類營養學的影響？徐繼林將信將疑，而且他也擔心在育苗場做實驗是否能取得足夠的支持和精細的樣品。
實踐是驗證真理的唯一標準，實驗之后徐繼林相信了?！靶炖蠋熢诖酥蟪蔀榱诉@一研究的主力，即使在我們獲得國家獎之后，我和他還是一直深入地探討是否有可能進一步改進我們的技術”，通過不斷努力，嚴小軍建立了國際上最先進的微藻脂類學研究方法，從而可以篩選到了更好的餌料微藻。在福建漳州詔安，他們建立了東南沿海最大的灘涂貝類育苗基地。
那么，什么是微藻脂類學研究？國際上對于脂組學的研究出現于90年代末，主要基于液質聯用的分析方法對海洋微藻全脂組成進行精準分析，該項技術曾獲2002年諾貝爾化學獎，已經成為近年來廣泛興起的蛋白質組學、代謝組學的重要研究工具。而微藻脂類物質主要包括：甘油磷脂（磷脂酰膽堿、磷脂酰絲氨酸、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、甘油甜菜堿酯（DGTS、DGTC、DGTA）、鞘脂（Sphingosine、Cer、GSL），這些物質結構多樣復雜并擔負不同的生理功能，脂類物質隨生理條件會出現相互轉化。
海洋微藻的大學問
對海洋微藻脂類的研究有三大意義：作為微藻本身及其食物鏈以及生物地球化學循環的重要生物指示物，作為微藻生理學代謝與營養學的重要指標，作為微藻生物能源的重要物質基礎。
所以，對微藻脂類研究勢在必行。嚴小軍所在的實驗室是國內最早開展微藻脂組學研究的研究團隊，他門采用飛行時間質譜高精度分析的技術手段，解決了一些早期研究中無法識別的精細結構的判別特征和判別規律，也發現了一些新型的脂類結構。經過近十年的持續研究，已經形成一套完整的脂類結構的分析技術和脂組學技術體系。近年來，隨著質譜技術的快速發展，鑒定極為復雜的脂類物質的結構組成為可能，同時結合不同條件下結構組變化的規律，形成脂組學新學科，是代謝組學技術中發展最快的專門領域。
目前，他們已經成為國際上較為知名的微藻脂類學研究的研究隊伍，收獲眾多前沿發現。比如，在微藻鞘脂方面發現了一些全新的糖鞘脂結構，這些糖鞘脂結構作為新的微藻化學分類學生物指標具有重要意義，且可能與微藻抗病毒的能力有關；發展了微藻甘油三酯的精確結構鑒定方法，解決了微藻甘油三酯共流出組分的精確判斷方法；在微藻脂組學研究微藻生理代謝中，發現硅藻氮缺乏是微藻生長從指數期向對數期轉變的最為關鍵的生源要素限制因素，而并非傳統認為的硅缺乏，這一發現與近期對于硅藻基因組中出現罕見的鳥氨酸循環具有科學解釋的一致性，同時還觀察到硅藻類是所有餌料微藻中能夠在進入生長平臺期后最快速積累甘油三酯，是最優良的餌料生物；在微藻分類學方面，解決了骨條藻、微綠球藻中幾株形態相似種的脂類學判別難題。
對于目前已經取得的傲人成績，嚴小軍并沒有浮躁，而是冷靜地認識到，“相對于國際上一些重要的研究團隊來說，我們對于微藻脂類學的研究技術已經處于尖端水平，但將微藻脂類學的研究方法放入一個更加宏觀的生理學與生態學研究的問題中尚顯能力不足”，美國伍茲霍爾海洋研究所的科學家采用微藻脂類學研究技術提出了藍細菌對于磷限制耐受的新觀點；以色列魏斯曼研究所的科學家利用微藻脂類學研究技術提出了顆石藻受病毒入侵的鞘脂生物合成基因橫向傳遞的新理論……
差距雖有，但令人欣慰的是，嚴小軍近期在對深海熱液口盲蝦的脂類學分析中發現了不同于光合作用層普通蝦的鞘脂差異，為深海熱液口盲蝦的生理學適應提出了一個新的視角。
除了海藻脂類學研究，嚴小軍的另一大創新性成果是――微藻脂肪酸甾醇同時分析，這是緊密圍繞微藻營養對于貝類生長發育的一項技術創新。由于貝類在攝食微藻后可能同時對脂肪酸和甾醇都有營養需求，哪個物質對貝類的生長更為重要？這時就需要同時分析兩類物質的變化規律以精確判別其重要性。如果采用傳統的脂肪酸和甾醇分開測定，不僅需要兩份樣品做平行的獨立分析，而且可能由于不同的分析批次而導致結果的系統性誤差。因此，嚴小軍在充分研究傳統分析方法的基礎上，發現了“如果將脂肪酸充分甲酯化之后，再直接對甾醇進行硅醚化衍生，進行一次性的GCMS分析就可以同時獲得分析結果”，幸運的是，他在實際分析中發現脂肪酸甲酯和甾醇硅醚在出峰時間上分別處在兩個差異顯著的時段，這大大簡化了物質結構判別中可能出現脂肪酸甲酯和甾醇硅醚混雜在一起而所帶來的潛在麻煩。有了新的分析方法，后續的實驗就順利許多，最終研究結果發現，貝類攝食微藻后，對于特定的脂肪酸具有顯著的富集作用，而對于甾醇，尤其是膽固醇，具有更加高效的富集倍率。這不僅使嚴小軍了解到了貝類對于微藻脂類營養的一些內在規律，還為選用微藻高效營養種類指明了路徑。
實現產學研的成功轉化
在嚴小軍看來，要進一步使我國的藻類資源開發利用走在國際前沿水平，我們仍然需要不斷地努力，要實現這一目標，主要解決兩個關鍵問題，一個是新型設備的產業鏈改造，我們所知，目前企業在自動化控制方面已經達到一個較高的水平，但是在新型加工工藝裝備方面，仍然依靠進口設備，缺乏自主知識產權，“短時間內無法改變這種局面，但需要下決心改進工藝設備的高端化”。
另一個問題是研發成果的產業化。“相比于老一輩科學家而言，我們更加注重學術成果，但對于產業發展的緊密結合做得不如前輩好。”近五年來，有趨勢表明，科研成果的產業化在得到有效地推進，“大家有理由相信，新產品新工藝的產業化將進入一個快速發展的新時期?！?/p>
如今，嚴小軍正在進行3項產學研合作的探索。針對螺旋藻紅球藻高質量培養與加工技術，2011年與云南程海麗江程海保爾生物開發有限公司合作，共同申報發明專利16項，包括“大規模培養雨生紅球藻和轉化蝦青素的裝置及其方法”“一種螺旋藻培養基循環利用的方法”“一種養殖螺旋藻越冬復壯保種的培養基”……研究掌握了螺旋藻重金屬積累溯源的主要途徑，突破了螺旋藻重金屬的減除技術，極大地改進了螺旋藻的產品質量和廢水處理技術。
針對海藻生物活性物質與海藻工業技術，2012年與山東日照潔晶集團股份有限公司合作，重點針對海藻化工行業產品種類趨同、利潤低下、工藝耗水量大等問題，提出了將傳統海藻工業老三樣“海藻酸鈉、甘露醇、碘”提升為新三樣“巖藻黃素、褐藻多酚、巖藻多糖硫酸酯”的產業合作創新構想。
針對微藻餌料營養供應技術，2012年與福建寶智水產科技有限公司合作，共進行了10余種灘涂貝類苗種培育，其中3個品種為首次進行規模化生產，無論是苗種的質量還是經濟效益均居全國同行業首位，2014年各項產品年銷售額突破5000萬元。建成了東南沿海規模最大的灘涂貝類育苗基地、全國灘涂貝類行業中唯一一家溫控車間――“循環溫控新品種培育車間”。
打開海洋生物科學研究的一扇窗
2013年，在北京生物芯片國家工程研究中心程京院士的指導下，嚴小軍領導建立了生物芯片北京國家工程中心寧波分中心――我國唯一的海洋領域的生物芯片分中心。該中心的目標是將生物芯片技術應用于生態環境、生物育種、海水養殖病害快速檢測等領域，是海洋生物技術科學研究和產業化的一個重大機遇。
生物芯片為何物？簡單來說，生物芯片就是一種將多數的生物分子探針取得快速檢測的方法和技術，最主要的是DNA探針微陣列技術，芯片的制造和檢測技術包括了材料學、化學、分子生物學等多學科的技術手段。其應用主要包括“物種的快速檢測”和“生物生理學變化的多參數變化規律測定”兩個方向，用途十分廣泛。
中心成立以來，嚴小軍團隊已成功建立基于LAMP-LFD技術的藍藻有毒水華的監控新技術。目前，有多位教授承擔了國家級生物芯片的重大科技計劃，取得了很大進展。其中，張德民教授采用生物芯片技術，提出了基于微生物群落結構變化的海水養殖健康診斷新方法，對于東海近海海域提出了基于微生物分子區系結構的區域劃分方法。程京院士將生物芯片技術應用于海洋，可能在生態環境診斷、生物病害篩查、生物探礦、海洋微型生物快速鑒定等領域具有廣闊的用途，“生物芯片技術有望在‘十三五’期間實現在海洋領域的產業化突破。”
今年以來，嚴小軍擔任了寧波大學副校長，主要分管國際教育和寧波海洋研究院的籌建，工作異常繁忙，“但對于科學研究和學生培養，仍然是我心中關注的中心”，作為一個科研人員，嚴小軍很贊同這樣一個觀點，“做學問要有好奇心、學術榮譽感、社會責任感”。好奇心是要對自己研究的事情有濃厚的興趣，學術榮譽感是要對自己發表的研究結果有一種自信和珍惜，社會責任感就是要時刻關注自己的研究是否可以應用于社會經濟，“這三條也是我培養學生的育人理念”。
海洋化學論文范文3
[關鍵詞]深海 捕獲 采樣 深海生物
1引言
和傳統海域不同,深海是一個非常特殊的生態環境,可以說是地球上最惡劣的環境之一。這里永久低溫(火山口除外)、高壓、黑暗。海水每加深10米,就會增加一個大氣壓。在1萬多米的深海,壓力高達1000多個大氣壓,也就是在每平方厘米的面積上的壓力可達到1000公斤 [1]。
近年來,隨著各國海洋技術的發展,科學家紛紛把目光聚焦到深海這片廣闊而又神秘的未知領域。其中對深海生物的探索主要包括了兩方面:一是對生命起源的探索,如對發現深海熱液噴口生物群落等[2];二是對深海生物樣本進行采樣及研究。本文將詳細敘述近年來對深海生物捕獲技術方面的現狀、進展以及收獲。
2深海生物捕獲技術
深海生物捕獲,即對深海生物進行采樣,把生物樣品從深海捕獲出水進行科學研究。從生物特性上來看,浮游生物行動力差,分布較多,所以相對容易捕獲。目前國內外對浮游生物的捕獲技術已經比較成熟,傳統的捕獲方法就是利用深海拖網、取樣器或者抓斗獲取生物樣本,然后拖上岸來進行過濾分離[3]。而對于深海一些較大型生物(諸如深海底棲生物、游泳生物)的捕獲相對較難,當今的捕獲技術主要分為拖網技術以及深潛器技術,結合一些比較簡單的誘捕技術。
2.1 深海拖網捕獲技術
拖網捕獲技術,是一種利用船舶航行的拖拽式采樣方式。主要分為底拖網和水中拖網兩種方式。
底拖網技術用于對深海底棲生物等小型生物進行采樣捕獲。它由拖曳纜繩和采樣鐵框架和網籃等構成,采樣時用絞車把采樣器沉放到海底,并靠船舶的航行沿著海底拖曳采樣,收集樣品。
水中拖網適用于捕獲較大的深海生物,它是由拖拽覽繩和設置了一定網格大小的漁網所組成,利用船只在海面上拖動,來回拖拽進行捕獲。
2.1.1拖網的缺陷
大量研究顯示,底拖網技術對生態系統造成了災難性傷害,珊瑚、海綿、魚類和其它動物都將因此受到捕殺。而且眾多海洋生物的棲息地――海山等水下生態系統也遭到了嚴重的破壞。這對海洋生態系統造成了無法彌補的損失。
從圖1中可見,拖網后海床上留下明顯的底拖網滾輪劃痕,所經之處都被夷為平地。此外,底拖網還會掀起海底沉積物,嚴重破壞海底生物的生存環境。
而從技術層次來看,拖網技術很難對生物進行有針對性的捕獲,往往造成不分青紅皂白的“濫殺無辜”,成功率低且浪費資源。
2.1.2拖網的改進[4]
由于拖網存在著以上這些缺陷,尤其是對深海生態環境的破壞,使得研究者不得不思考如何改進技術,盡量減小拖網的破壞。改進的理論基礎是使用遙控技術控制拖網上綱、下綱以及海底之間的距離(D1、D2),使其保持在一個合適的距離,盡可能的減小拖網與海底之間的剪切力。
目前加拿大的NTI公司就基于這種理論發明了一種拖網監視系統。這套拖網監視系統NETMIND ™由四部分組成:接收器,水聽器,軟件和傳感器,分別安裝在拖網上進行工作。這種新型拖網技術主要能夠更好地監視和控制拖網過程,不僅提高了效率,更重要的是控制了拖網高度,盡量減少拖網與海床摩擦所產生的破壞。
2.2 深潛器技術
深海深潛器近年來越來越多地運用于人類對深海資源的探索。其中,對深海生物資源的探索也是極為重要的一環。深潛器最直觀的優點在于科學家可以遠程進行操控并且針對性高,也不會對深海環境造成破壞,但造價不菲。主要分為水下機器人和載人深海深潛器兩種。
2.2.1深海深潛機器人
水下機器人又稱無人遙控潛水器,其工作方式是由水面母船上的工作人員通過連接潛水器的臍帶提供動力,操縱或控制潛水器,采用水下電視、聲吶等專用設備進行觀察,并由機械手進行水下作業。在深海生物捕獲中,水下機器人使用機械手把捕獲的生物放入收集倉中帶上水面。
2.2.2深海載人深潛器
深海載人深潛器與水下機器人的不同之處在于可以把人攜帶進深潛器進入深海進行科學工作,類似于潛艇,其科技含量更高。
2.3 其他技術
除了上述兩種方法外,還有一些針對某些特定的深海生物所設計的簡單誘捕設備。比如把深度表綁在浮動的長繩上垂吊到海底下捕捉大型游泳生物;利用深海抓斗捕獲底層底棲生物等等。
3 國內外深海生物捕獲現狀及收獲
3.1拖網技術的現狀與收獲
在利用拖網技術對較大型深海生物捕獲方面,研究者們的收獲頗豐。2008年,來自14個國家的科學家在北大西洋的馬尾藻海(Sargasso sea)表層以下5000米處運用拖網捕獲了一種漂浮的、相貌丑陋的片腳類動物(Amphipod),它是一種小型的、類似對蝦的甲殼類。此外,專家們在這里采集了500多種生物,其中可能包括12個新物種。這也是我們目前了解到的生活在最深海域中的生物之一;在愛爾蘭西北處約400里的大西洋深海處,考察者們通過深海拖拉船捕獲到深海巨型蜘蛛蟹;在深海魚類捕獲方面,科學家們利用底拖網技術捕獲深海貢式巨口魚、深海白袋巨口魚以及寬咽魚等等。
除了大型深海生物,研究者還利用兩種特制的拖網技術對生活于3000~6000m的深海生物幼體進行捕獲。而這兩種拖網新技術在國內外運用的還比較少[5]:
第一種叫作多層矩形中層拖網RMT(Multiple Rectangular
Midwater Trawl),用于采集上升熱液羽流中的熱液生物幼體。該網由甲板上發出不同頻率的聲波來控制網的開閉裝置。不足之處是沒有可視裝置,無法在近底層水平拖曳,因而很難采集到近底層熱液生物幼體。
第二種用拖網和浮游生物泵掛在深潛器的側面采集近底層熱液生物幼體。但考慮到潛器活動范圍、下潛時間以及安全性的多方面因素,拖掛的拖網網口比較小,濾水量不大,采集的幼體也不多。系統中浮游生物泵被安裝在深潛器上,并下放到預定深度后開啟動力泵,使大量海水流過濾網,捕獲的懸浮顆粒物和微生物的濾網連同一定體積的水樣密封于耐壓樣品容器中,但由于深海底大型生物的豐度低且泵過濾的水量有限,幾乎采集不到底棲生物幼體等較大的生物,偶爾采到一些,也都是死的標本,因此這種方法不常使用。
3.2深潛水下機器人的現狀與收獲
當今深潛水下機器人技術比較發達的是美國、日本以及一些歐洲國家,我國近年來在這個方面也取得了突破性的進展。
在利用深海深潛機器人對深海資源進行探測領域上處于領先地位的是美國。美國的伍茲霍爾(Woods Hole)海洋研究所從事研制深海深潛機器人以及深海載人深潛器兩方面的工作,貢獻巨大。他們在2007年研制的訥雷依(Nereus)號水下機器人對大面積洋底進行一般性測量以及收集生物標本,訥雷依(Nereus)號水下機器人能夠在最大深度為6500～11000 m的世界海洋,其中包括北冰洋底[6]。在2009年,來自伍茲霍爾海洋研究所的專家對東南亞的西里伯斯海進行了一次為期4周的“探究深海物種進化”的科學考察,發現了大量以前未見的物種,并且還捕獲了不少深海罕見的生物。所使用的技術就是一臺名為“全球最棒的漂流者”的深潛水下機器人(如圖3),它配備有高清晰度攝像頭,能在深達3000米的水下工作,科學家可遠距離操作,將水中抓獲的生物存放在機器人的收集倉中。
通過這次深海采樣,科學家捕獲了不少深海生物,比如在2000米深的西里伯斯海捕獲了一種長約3厘米,和普通藥片差不多大小的等足目生物(如圖4);在約2500米海域捕獲了一種粉紅色、透明的好似海參的生物等等。
國內近年來在深潛器技術領域取得了突破,2008年5月在海南,目前我國下潛深度最大、功能最強的無人遙控潛水器(Remotely Operated vehicle,簡稱ROV)“海龍號”,亦稱水下取樣型機器人完成了3277米深誨試驗,這在目前世界上只有極少數國家能夠做到。該機器人將主要用于大洋深海生物基因和極端微生物的研究以及探索人類起源的秘密,同時也將進行各種水下作業。
3.3 深海載人深潛器的現狀與收獲
深海載人潛水器最初更多地應用在軍事方面,近年來隨著深潛器技術的突飛猛進,載人深潛器開始被廣泛運用在深?？茖W研究中去。相比較水下機器人,深潛器能夠將研究人員送入深海進行實地考察,研究人員可以近距離更直觀的對生物進行研究。由于深海載人潛水器的特殊地位和作用,美、法、日、俄等國早已開展了深海載人潛水器的研制工作,而我國起步相對較晚。
國外方面,美國在無人潛航器中最具代表性的就是美國伍茲霍爾(Woods Hole)海洋研究所研制的阿爾文號(Alvin)深潛器。自建造以來,阿爾文號已下潛4100余次,每年的平均下潛次數保持在百次以上,對地殼構造、海洋化學、生命的起源以及深海物質的組成等基礎研究起到了重要作用[6]。在深海生物方面的最著名的貢獻就是于1977年歷史性地發現了洋中脊上的黑煙囪和熱液生物群落。如圖5所示,科學家(Pilot)可隨著阿爾文號的載人艙潛入海底,利用配備的機械手(Starboard/Port Manipulator)、生物取樣器以及采樣籃(Sample Basket)對深海生物進行采樣和收集。據悉,2004年美國已決定斥資2000多萬美元在6年內建造一艘功能更加完善的新概念ALVIN號潛水器[7]。
其他國家方面,日本海洋科技中心用欽合金做耐壓殼建造了 “深海2000”號和“深海6500”號的潛水器,以及法國研制的“Victor 6000”號、Nautile號和Cyana號載人深潛器,都能在低至6000m的深海完成包括深海生物捕獲考察在內的許多深海探索及捕撈工作。
我國的海洋事業起步較晚。近年來,海洋開發和海洋科研逐步和國際接軌,開始走向深遠洋。我國在載人深潛器領域最大的突破是研制的7000米載人深潛器(如圖6),此載人深潛器需花5小時下潛至7000米深海,整個作業時長可達12小時。潛水器類似美國阿爾文號能容納3個人,一名操作員,兩名科學家。在潛水器的前端,是一個密閉的玻璃,潛水科學家可以通過這里看到外面的世界。潛水器裝有兩只機械手,可以進行抓取等水下工作。潛水器可用于深海生物基因的采樣及研究等多項工作。
3.4 其他誘捕技術的現狀與收獲[8]
此外,科學研究者也會針對所要捕獲的生物的特性設計一些比較簡單的誘捕設備來進行采樣。
比如在針對大型深海游泳生物捕獲方面,2005年,來自日本的兩位科學家在水深900米的海中將攝影機和深度表綁在浮動的長繩上垂吊到海底。他們在攝影機下面掛著小烏賊當誘餌,并且用一袋切碎的蝦來引誘大章魚。當一條長約8米的大烏賊用觸角纏繞住誘餌后,就被隱藏在其中的掛鉤給鉤住了,綁在長繩上的攝影機拍下了前前后后捕獲的過程。
而針對一些小型深海生物,研究人員研制了一種像雙瓣貝殼的“大洋抓斗”,在撞擊到海底時能快速閉合,將樣品全部“抓”到斗內。但它容易擾亂樣品,不利于精細研究。為此又設計了箱式取樣器、重力取樣器和活塞取樣器等,將它們垂直下放到海底,利用特殊裝置迅速將樣品完好地取上來,這樣就能對沉積物逐層加以研究。
4對深海生物捕獲技術的探討
4.1 捕獲技術的展望
就目前的技術而言,水下機器人以及載人深潛器無論制造還是使用都需耗費極大的人力財力,遠遠超過了普通研究機構的承擔能力。拖網技術雖然使用較為廣泛,但是除了存在會破壞深海生態環境的弊端以外,捕獲的針對性和成功率都比較低。最為關鍵的是,無論拖網或深潛器都不是專門針對捕獲設計的,其捕獲功能的經濟實用性太低。因此,越來越多的研究人員正在開發一種既經濟又實用、專門針對深海生物捕獲的簡單設備,比如一些深海生物誘捕設備。
所謂的“誘捕”,即是轉“主動捕獲”為“被動誘捕”。研究者根據深潛器的耐壓構造原理[9-10],設計建造一個耐壓的籠體,籠內放有誘餌,籠體上帶有類似蟹籠的誘捕口,籠體外裝有蓄電池、重錨、浮標、無線通信設備以及水下聲學通信設備。把此誘捕籠放入海底,一段時間后,通過水下聲學釋放器等設備控制其上浮并通過無線通信設備定位回收。此設計可通過改變誘餌來更換捕獲的對象,針對性較拖網技術有很大提高,而且不會破壞深海環境,也不需要深潛器那般龐大的經費支持。
4.2 深海生物捕獲待解決的難點
目前對深海生物捕獲存在著一個難題,就是所捕獲生物的存活率。也就是說,當今的采樣技術在捕獲稍微大型的生物的時候,很難克服保壓的問題,往往把深海生物從海底撈上來的過程中生物已經死亡,在采集深海生物幼體方面也具有同樣的難題,沒有保壓裝置所采集的幼體出水面時已幾乎全部死亡(除了極個別的蟹類大眼幼體能在1個大氣壓下經歷變態發育過程外)。
為此,各國的研究者開始對保壓轉置進行了研究。目前對深海微生物的活體采樣已經可以實現,使用的方法是多網分段/分層生物幼體保壓取樣器,可以保持高壓取樣筒體的壓力,即6h的壓力變化不超過10%[3]。接下來,針對中大型深海生物捕獲裝置的保壓問題也急需得到解決。
5結語
21世紀是屬于海洋的世紀,海洋中有著巨大的資源等著人類去探索和發掘。深海作為海洋最神秘之處,是地球表面生物多樣性最為豐富的地區,因此,對深海的生物進行捕獲研究以及發現深海新的物種,進而對深海極端海洋生態系統中的生物資源、生物多樣性進行系統的比較研究,對人類揭示生命的起源以及研究生物對特殊環境的適應能力有著極為重要的科學意義。目前,國際上對深海生物資源的探索愈來愈熱,各國科學家都爭先恐后地探索著這片人類知之甚少的寶地,深海生物資源也已成為世界各國的戰略發展資源,許多發達國家在制定針對本土生物資源保護和可持續發展規劃的同時,更是把目光轉向國際公共深海區域的競爭和開發。因此,我國要在今后日趨激烈的國際深海公共資源的競爭中取得領先地位的話,就必須盡快發展海洋事業,發掘深海生物資源。
參考文獻:
[1] 游隆信.深海生物及其生存環境[J].生物學教學,2004,29(1):54-55.
[2] 王麗玲,等.深海熱液噴口生物群落研究進展[J].地球科學進展,2008,23(6):604-612.
[3] 劉少軍,等.深海保真取樣器研究及其虛擬樣機實現[J].機械工程與自動化, 2005,(2):1.
[4] Charles W.West. Development and Application of Bottom Trawl Instrumentation Systems in Fisheries ResourceAssessment[J].OCEANS,1984, Jan 6th,2003.
[5] 葛朝平.深海近底層多網分段/分層生物幼體保壓取樣器研究[D].杭州:浙江大學碩士學位論文,2008.
[6] Andrew D.Bowen.The Nereus hybrid underwater robotic vehicle for global ocean science operations to 11,000m depth[J].OCEANS, 2008, Sept,1-10.
[7] 顧繼紅,等.(美)伍茲?霍爾海洋研究中心載人深潛器計劃探究暨(美)新概念ALVIN號載人深潛器關鍵技術淺析[J].船舶,2008,(2):8-12.
[8] Jonathan Byron.Designing a Vertical / Horizontal AUV for Deep Ocean Sampling[J].OCEANS,2007,Sept.29 -2007,Oct. 4 2007, 1-10.
