黃海典型海區(qū)浮游植物類群組成動態(tài)研究.pdf

1、浮游植物是海洋生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)者，對海洋生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生重要影響，因此浮游植物研究一直都是海洋生態(tài)學(xué)研究的核心問題。黃海是西太平洋半封閉邊緣海，黃海暖流、黃海冷水團、近岸流和長江沖淡水等水團在不同時空尺度下相互作用，對黃海生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生重要影響。針對當(dāng)前黃海浮游植物研究的不足，本論文重點研究各種生物地球化學(xué)過程影響顯著的黃海中部海區(qū)，從不同的時空尺度入手研究浮游植物類群組成的動態(tài)規(guī)律和變動機制，希望揭示這些生物地球化學(xué)過程影響下

2、的浮游植物類群組成特征及其耦合關(guān)系。因此，本論文設(shè)計通過現(xiàn)場調(diào)查、時間連續(xù)觀測和衛(wèi)星遙感資料分析等研究手段，利用多種浮游植物分析方法，在我國黃海典型海域開展了浮游植物葉綠素α生物量和類群組成的時空動態(tài)研究，取得主要結(jié)果如下:
　　 浮游植物光合色素HPLC-CHEMTAX方法的分析和討論:
　　 基于高效液相色譜(HPLC)技術(shù)分析了8種定鞭金藻、2種硅藻在對數(shù)生長期的光合色素組成，比較了中肋骨條藻(Skeletonem

3、acostatum)、路氏巴夫藻(Pavlovalutheri)和湛江叉鞭金藻(Dicrateriazhanjiangensis)在不同生長階段主要光合色素組成和比值的變化。通過比較硅藻與定鞭金藻在不同生長階段光合色素比值，發(fā)現(xiàn)路氏巴夫藻和湛江叉鞭金藻這兩種定鞭金藻的主要光合色素比值在生長周期內(nèi)無顯著差異(p＞0.05)，而中肋骨條藻的光合色素比值在適應(yīng)期與對數(shù)期和穩(wěn)定期均存在顯著差異(p＜0.05)。中肋骨條藻三種主要光合色素(包括葉

4、綠素c1+c2、巖藻黃素、硅甲藻黃素)與總?cè)~綠素α的比值在對數(shù)生長期和穩(wěn)定期均顯著高于路氏巴夫藻和湛江叉鞭金藻中的比值(p＜0.05)。如果能進一步證實這些光合色素比值差異在現(xiàn)場海區(qū)的硅藻和定鞭金藻中普遍存在，那么通過設(shè)定不同水平的三種光合色素比值就可以提高利用CHEMTAX軟件計算硅藻和定鞭金藻相對豐度的準(zhǔn)確性。
　　 Latasa和Wright兩種CHEMTAX優(yōu)化算法雖然計算思路完全不同，但本質(zhì)上兩種優(yōu)化算法的目標(biāo)一樣，都

5、是為了減少初始光合色素比值帶來的誤差。實驗室內(nèi)培養(yǎng)的四種浮游植物代表性種類通過兩種優(yōu)化運算方法得到的結(jié)果沒有顯著差異(n=30，p＞0.05)。對于東?，F(xiàn)場樣品，本研究的計算結(jié)果都趨向獲得較高的巖藻黃素和較低的別藻黃素與葉綠素α比值，這說明兩種優(yōu)化算法的調(diào)整方向都是一致的，差異只存在于調(diào)整的幅度。正是因為調(diào)整幅度的差別讓兩種方法對計算結(jié)果產(chǎn)生了差異。如果兩種優(yōu)化算法產(chǎn)生相似的輸出光合色素比值和RMS誤差那么它們的結(jié)果并無顯著性差異。隨機

6、算法的能力與隨機種子數(shù)和隨機范圍相關(guān)。64組隨機產(chǎn)生的光合色素比值相對于±35％的隨機范圍已經(jīng)足夠，而較大的隨機變化范圍能夠獲得更低的RMS誤差，產(chǎn)生更好的計算結(jié)果。但是較大的隨機變化范圍也會讓計算結(jié)果擁有較大的不確定性。
　　 浮游植物顯微鏡觀察，流式細胞儀技術(shù)分析，熒光原位雜交，活體熒光光譜和基于光合色素的HPLC-CHEMTAX分析等多種方法從不同的角度入手，利用浮游植物各類群的物理、化學(xué)、生物參數(shù)差異研究浮游植物類群組成

7、。2007年3月和8月份航次的對比觀測結(jié)果說明，只要對HPLC-CHEMTAX方法有充分了解，對其分析結(jié)果進行仔細檢查，通過這種方法獲得的結(jié)果與顯微鏡觀察，流式細胞儀，熒光原位雜交和活體熒光光譜獲得的結(jié)果都有很好一致性。黃海中部浮游植物葉綠素α生物量和類群組成的季節(jié)變化:
　　 2006年4月和10月，2007年3月和8月的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn):浮游植物春季藻華，黃海暖流和黃海冷水團是黃海中部海域最明顯和最重要的海洋學(xué)現(xiàn)象。與此相對應(yīng)的

8、，黃海中部海域表現(xiàn)了顯著不同的浮游植物生物量和類群組成的季節(jié)變化。首先，在3月，起源于黑潮分支的高溫高鹽的黃海暖流具有高營養(yǎng)鹽，低葉綠素α(＜0.6μgL-1)和高青綠藻相對豐度(29％，真光層平均值，下同)的特征。和其他因素耦合在一起，黃海暖流對黃海春季藻華的產(chǎn)生機制有重要影響。4月，黃海中北部海域觀測到非常高的葉綠素α(7.69μgL-1)和巖藻黃素(1.98μgL-1)濃度，指示著發(fā)生了以硅藻為優(yōu)勢類群(98％)的春季藻華。在黃海

9、冷水團存在的暖季節(jié)，在黃海中部海域觀測到了很強的物理、化學(xué)和生物參數(shù)的空間異質(zhì)性。8月黃海冷水團盛行時，黃海中部區(qū)域的葉綠素α生物量(0.2μgL-1)和硅藻相對豐度(30％)比其他季節(jié)顯著的低，而藍藻的相對豐度(36％)卻顯著的高。10月當(dāng)黃海冷水團衰減時，觀察到顯著高的金藻相對豐度(38％)。基于浮游植物類群組成獲得的聚類分析結(jié)果和溫度/鹽度、橈足類、甚至魚類的分布都表現(xiàn)出非常一致的空間特征，這表明黃海冷水團的理化參數(shù)與浮游植物類群

10、以及高營養(yǎng)水平(如浮游動物和魚類)的分布之間都有很密切的關(guān)系。這些結(jié)果闡明了夏季黃海中部區(qū)域是一個由物理過程主導(dǎo)控制的典型的Bottom-up控制系統(tǒng)。所有這些結(jié)果說明了黃海中部海區(qū)獨特的生態(tài)系統(tǒng)特征，也是物理-化學(xué)-生物等多參數(shù)之間的耦合響應(yīng)。
　　 黃海中部浮游植物葉綠素α生物量和類群組成的周日變化:
　　 夏季的黃海中部海域，強的垂直層化產(chǎn)生了顯著不同的浮游植物生物量和類群組成的垂直分布。藍藻是表層的優(yōu)勢類群，但是

11、硅藻和金藻是次表層葉綠素α最大值(SCM，subsurfacechlorophyllαmaximum)層的優(yōu)勢類群。藍藻、金藻和硅藻在0、30和70m的相對豐度分別為68±7％、36±3％和62±4％。另外，在夏季層化的黃海中部海域觀測到可能是由內(nèi)潮產(chǎn)生的密度躍層波動。與此同時，營養(yǎng)鹽和葉綠素α的波動都跟隨著這種密度躍層的波動。營養(yǎng)鹽躍層和SCM的深度在不同的時間被抬升和被降低?；铙w熒光光譜分析儀(Fluoroprobe)和光合色素分析

12、獲得的結(jié)果顯示硅藻和金藻是次表層葉綠素α濃度變化的優(yōu)勢類群。本研究的研究結(jié)果顯示了由可能是內(nèi)潮的引起的垂直混合過程對浮游植物的周日變化的影響，特別是對SCM層的浮游植物生物量和類群組成的影響。
　　 黃海中部春季藻華過程中浮游植物動態(tài)變化過程:
　　 通過2007年和2009年黃海春季現(xiàn)場調(diào)查的結(jié)果，結(jié)合遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)，本論文分析和討論了黃海中部海域春季藻華的浮游植物結(jié)構(gòu)動態(tài)變化。首先，在藻華發(fā)生前的黃海中部海域受到黃海暖

13、流影響，超微型浮游植物的生物量和相對豐度都顯著高于近岸水團。通過不同時間各種環(huán)境因子的對比，前人的研究和本論文都說明黃海藻華的發(fā)生主要與水體的穩(wěn)定度相關(guān)。但是2009年兩個時間連續(xù)站觀測到的次表層藻華是由不同機制驅(qū)動的，也表現(xiàn)出不同的物理-化學(xué)-生物響應(yīng)。另外，藻華過程中不僅優(yōu)勢類群的生物量和相對豐度存在動態(tài)變化過程，非優(yōu)勢類群的浮游植物也有一些不同的生物響應(yīng)?？傊S海中部區(qū)域的春季藻華是一個機制復(fù)雜的，但是有代表性的溫帶半封閉邊緣海的