海洋酸化对浮游植物生理生态影响的研究进展

当前全球气候变化下的上层海洋变暖与酸化对以浮游植物为主的海洋生态系产生了重大影响,理解此背景下的海洋浮游植物生理生态响应,对我们理解和抑制全球气候变化具有重要意义。在全球大气二氧化碳分压（pCO₂）升高情景下,浮游植物通过光合作用、微生物循环等过程,通过不同功能群对海洋生源要素循环模式的改变,进而影响区域及全球海洋的生物地球化学循环。研究全球浮游植物对海洋酸化生理生态的响应使得我们对生物地球化学系统的认识更加全面、系统。     

国际海洋浮游动物研究进展

综述了国际上有关海洋浮游动物种群、群落结构、多样性及浮游动物对全球气候变化响应等方面研究进展。海洋浮游动物种类繁多, 数量丰富, 分布广泛, 是海洋生态系统中最重要的生物类群。在海洋食物网中, 浮游动物通过摄食浮游植物控制初级生产力, 同时, 又被更高营养阶层的动物(鱼、虾、鲸、海鸟等)捕食, 充当次级生产者的角色, 其群落结构、种群动态和物种多样性影响鱼类和其他海洋动物资源量, 浮游动物是海洋食物网中关键环节。海洋生态系统动力学过程的关键环节是浮游生物的生物学和生态学过程, 多项国际研究计划以生物多样性和年际变化趋势为研究重点并联系全球变化及响应, 因此, 浮游动物的研究已成为海洋生态研究的核心内容之一。国际上对浮游动物的研究主要集中在以下6个方向:(1)浮游动物生境、种群的分布和扩散动力学研究;(2)浮游动物的群落结构和多样性;(3)浮游动物的实验生态和现场受控生态研究;(4)浮游动物对全球气候变化的响应;(5)深海、南北极、低氧区等极端生境的浮游动物生态学研究;(6)浮游动物研究新技术和方法。     

胶州湾浮游动物的时空分布

根据2003年1—12月在胶州湾所获得的浮游动物样品,鉴定出浮游动物71种,幼虫、幼体34类。分析了该海域浮游动物的分布﹑时空变化及其与生态环境因子的关系,同相关历史资料进行了比较,结果表明,浮游动物的种类多样性符合中纬度海湾水域浮游动物分布的一般规律,生态属性以暖温带、近岸低盐种类为主。浮游动物生物量和丰度的分布具明显的季节性变化,生物量平均为84.28mg/m3,饵料生物丰度平均为531.76个/m3,非饵料生物为72.08个/m3。浮游动物生物量和饵料生物丰度的分布季节变化与海水平均温度的季节变化节律基本一致,相关回归分析亦证实与温度的关系更为密切。浮游动物生物量的时空分布﹑种类多样性的变化趋势,近20a来基本相同,高峰出现时间的差异,主要是受温度年季和季节变化差异因素的影响。     

高温白化事件可提高涠洲岛澄黄滨珊瑚（Porites lutea）的耐热性

近年来,全球气候变暖引起的海水表层温度上升导致大规模珊瑚白化事件频繁发生,严重损害了珊瑚礁的生态健康。为了揭示白化事件对澄黄滨珊瑚（Porites lutea）耐热性的影响,进一步探索滨珊瑚对高温的生理响应,本研究对广西涠洲岛2020年夏季极端高温白化事件前、后的澄黄滨珊瑚进行了高温胁迫对比实验,并进行了生理生化指标分析。结果显示:（1）两组澄黄滨珊瑚对高温胁迫的响应模式一致,均表现为珊瑚触手收缩,虫黄藻密度、最大光量子产量（Fv/Fm）和叶绿素a含量明显降低,抗氧化物（总超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、还原型谷胱甘肽）和铵同化酶（谷氨酰胺合成酶）活性（含量）先升后降;（2）经历高温白化事件后的澄黄滨珊瑚生理指标表现更佳,其抗氧化物和铵同化酶都始终保持高的活性及灵敏的响应。这意味着涠洲岛的澄黄滨珊瑚经历高温白化事件后,可以通过提高抗氧化物和铵同化酶活性来提升耐热性,是其应对全球变暖的策略之一。本研究还揭示了涠洲岛澄黄滨珊瑚应对极端高温的生理响应模式,为珊瑚礁保护和生态修复提供了理论支持。     

南极夏季宇航员海浮游动物群落结构及其与环境因子的关系

基于中国第36次南极科学考察期间(2019年12月至2020年1月)于南极宇航员海使用北太平洋网(0.5m~2,330μm)采集的浮游动物样品,对浮游动物的丰度、群落结构、优势种种群结构及其与环境因子之间的关系进行了研究。结果表明:2019/2020年南极夏季宇航员海浮游动物总丰度在8.93—102.00 ind./m3之间,最高丰度记录在宇航员海中部靠北区域,浮游动物主要由桡足类、磷虾、毛颚类、浮游被囊类等类群组成。调查海域桡足类丰度对浮游动物总丰度的贡献可达90%以上,其中、大中型桡足类Calanoides acutus, Metridia gerlachei, Calanus propinquus和Rhincalanus gigas分布广泛,而小型桡足类Oithona similis、Oithona frigida、Ctenocalanus citer、Oncaea conifera等在丰度上占比较高。通过聚类分析可将宇航员海浮游动物在区域上划分为5个群落,普里兹湾涡流、威德尔涡流、南极绕极流南界等物理海洋学过程是宇航员海浮游动物群落分布模式的主要控制因素。另外,生物环境匹配(Bio-env)分析显示,饵料(叶绿素a)也对该海区浮游动物的种群和群落结构具有重要影响。     

2018年春、夏季浙北海域大中型浮游动物生态特征及其与环境因子的关系

为研究浙北海域大中型浮游动物群落的生态特征及其主要影响因子,于2018年春(5月)、夏季(8月)对浙江北部近海海域大中型浮游动物进行了调查(采用浅水Ⅰ型浮游生物网),并监测了相关环境因子。结果显示,8月份浮游动物丰度均值略高于5月份,和生物量均值的季节变化趋势一致,8月份调查海域浮游动物多样性指数(H′)明显高于西侧杭州湾海域。综合来看,环境因子对浮游动物群落的生态特征产生了一定的影响。在上升流强盛的8月份,浮游动物丰度与DO呈现正相关;Spearman相关性分析表明,低DO降低了浮游动物丰度,然而DO对生物量和多样性指数(H′)均无显著影响。pH在5月份与浮游动物丰度及生物量呈负相关,而8月份趋势相反。     

2014—2015年硇洲岛大型海藻场浮游动物的群落结构和季节变化

2014年4月、7月、10月和2015年1月分别对硇洲岛大型海藻场附近海域的浮游动物进行了季节调查,分析了浮游动物的种类组成、优势种、群落结构、丰度和生物量的季节变化及影响因素。结果共检出浮游动物91种和浮游幼虫36种,隶属于17大类群。其4个季节的平均丰度和生物量分别为186.5 ind/m3和431.0 mg/m3,高峰期均位于夏季,低谷位于冬季。优势种共有19种（类）。生物多样性分析表明,研究海域浮游动物具有较高的均匀度（0.74）,生物多样性指数较高（3.14）。根据聚类分析结果,可将调查海区的浮游动物在38％相似性水平上划分为4组,浮游动物的群落组成呈较明显的季节变化。组群的组内相似性和组间非相似性均大于50%,对组内相似性及组间非相似性起主要贡献的种类有37种。通过生物-环境匹配（BIOENV）分析,水温、盐度、浮游植物丰度和叶绿素a浓度是影响浮游动物群落结构的环境因子。     

筑坝工程对瓯江口及其邻近水域浮游动物群落的影响研究

瓯江口因人工筑坝等原因而形成了以"灵昆岛-灵霓海堤-霓屿岛-状元岙岛-洞头岛"一线为界的南北水域环境差异。为研究瓯江口及其邻近水域的浮游动物生态特征并分析人类活动对其造成的影响,于2009年11月和2010年1月对瓯江口及邻近水域浮游动物进行了调查研究(以浅水I型浮游生物网采集样品),比较了南北水域浮游动物的优势种组成、丰度和次级生产力的差异及其主要影响因素。结果表明:11月,南北水域浮游动物优势种具有明显差异,南部水域暖水种的种类数和丰度高于北部;1月,南北水域优势种无显著差异,主要为广温广盐种。2次调查中,北部水域浮游动物总丰度均高于南部。研究水域浮游动物的次级生产力总体上呈现北高南低的趋势。分析认为,由于人工堤坝、桥梁等近岸海洋工程建筑对海洋地理环境的影响,已导致南北水域浮游动物的优势种组成、丰度和次级生产力分布呈现显著差异。     

海洋浮游微食物网结构及其影响因素

微食物环是海洋生态系统中重要的物质和能量过程,是传统食物链的有效补充。微食物环研究是当前海洋生态学研究的热点之一,但对其结构的系统研究较少,海洋微食物网结构在2000年才被Garrison提出。尽管微食物网各个类群的丰度在不同海洋环境中有相对变化,但是这些变化都处于一定的范围之内,其丰度结构约为纤毛虫10 cell ml-1、鞭毛虫103 cell ml-1、微微型真核浮游生物104 cell ml-1、蓝细菌104-5 cell ml-1、异养细菌106 cell ml-1、病毒107 particle ml-1。海洋浮游食物链中捕食者和饵料生物粒径的最佳比值为10:1,实际研究中该比值会略低,例如纤毛虫与其饵料的粒径比值为8:1,鞭毛虫为3:1。Pico和Nano浮游植物的丰度比（Pico:Nano）是研究微食物网结构的指数之一,该指数具有不受研究尺度影响的优点,可用于研究区域性和全球性微食物网结构。近年来,学者们从多角度对海洋微食物网的结构开展了研究,不同海区微食物网各类群丰度、生物量的时间和空间变化研究有很多报道,微食物网的结构可受空间、季节、摄食、营养盐等多种因素影响。在对不同空间微食物网的研究中,学者往往研究不同物理性质的水团中各类群生物丰度的不同,以此来表征微食物网结构的不同;同一海区微食物网结构的季节变化也是使用各个类群丰度和生物量的变化来表示,该变化主要受水文环境因素影响。摄食者对微食物网各类生物的影响通过三种途径：1. 中型浮游动物摄食;2. 中型浮游动物摄食微型浮游动物,通过营养级级联效应影响低营养级生物;3. 中型浮游动物通过释放溶解有机物、营养盐影响细菌和低营养级生物。浮游植物通过产生化感物质和溶解有机物影响微食物网结构,而营养盐的浓度及变化则可以对微食物网产生直接或间接影响。     

广东省南澳岛东部海域浮游动物群落结构及其影响因素

广东省南澳海域是粤东重要的海产养殖基地, 分析该海域浮游动物群落结构特征对评估其生态环境质量具有重要意义。文章根据2014年9月(秋季)、12月(冬季)、2015年4月(春季)和2016年7月(夏季)在南澳岛东部海域的浮游动物调查, 分析该海域浮游动物的群落结构特征, 探讨环境因素对其时空分布的影响。共鉴定浮游动物206种(包括浮游幼虫), 桡足类种数最多, 达94种; 远岸海域浮游动物的种数高于近岸海域。浮游动物丰度和生物量的季节变化明显, 夏、秋季高于冬、春季; 浮游动物丰度和生物量的分布趋势较一致, 夏季高值区主要出现在近岸, 秋季由近岸向远岸海域递增。浮游动物不同类群和优势种的丰度也存在季节变化, 桡足类是调查期间丰度较高的类群, 秋季水母类和海樽类丰度明显增加; 优势种后圆真浮萤(Euconchoecia maimai)和针刺真浮萤(Euconchoecia aculeata)在夏季丰度高, 小齿海樽(Doliolum denticulatum)在秋季占绝对优势。温度、盐度和浮游植物生物量是影响南澳岛东部海域浮游动物时空变化的主要环境因子, 说明该海域浮游动物群落特征受海流、水团和养殖活动的综合影响。     

海洋浮游动物多样性及其分布对全球变暖的响应

针对日益加剧的全球增温和生物多样性丧失等现象,结合浮游动物在海洋生态系统中的重要性,从世界各大海域的浮游甲壳类、水母类及毛颚类等群落对海洋表层温度升高及海流变化的响应等方面进行了综述,以期为进一步深入开展相关研究提供参考。     

全球变化背景下暖水珊瑚礁生态系统的适应性与修复研究

暖水珊瑚礁生态系统是热带海域最具生物多样性和代表性的生态系统之一。本研究分析了全球变化背景下暖水珊瑚礁生态系统的变化和风险,开展了受损暖水珊瑚礁生态系统退化和消失的致灾因子归因分析,综述了暖水珊瑚礁生态系统的适应性与修复技术研究。分析表明:①过去几十年来,暖水珊瑚礁生态系统快速退化,包括大面积白化和死亡、多样性明显减少和生态功能显著衰退,主要归因于海洋升温与人类活动等致灾因子的影响;②在温室气体高排放浓度情景下(RCP 8.5),相比工业革命前,到本世纪中叶,南海升温将可能远超过2℃,这表明南海暖水珊瑚礁生态系统正在逼近其气候临界点,即全球升温高于2℃时,90%~99%以上的暖水珊瑚将消失;③1980年代以来,海洋升温、海洋热浪和强热带气旋等海洋气候变化致灾因子对南海暖水珊瑚的危害性(影响的强度、范围和时间)明显增加,对暖水珊瑚礁生态系统产生了严重的影响;与此同时,近岸海域的过度或破坏性捕捞、采挖和潜水等人类活动,对暖水珊瑚造成了严重损害,增加了暖水珊瑚的气候脆弱性,而这种人类活动既是局部的,也是全球性的现象,使得暖水珊瑚更难以适应全球变暖的影响。分析还表明,为了增强暖水珊瑚适应气候与环境变化的恢复力(韧性),人们开展了诸多受损珊瑚礁生态系统的适应性与修复研究,但主要是采用无性繁殖或结合人工基质的修复方式,而应用有性繁殖技术恢复受损珊瑚礁的方式仍较少;最近,暖水珊瑚耐热的基因适应性研究取得了重要进展,为暖水珊瑚适应全球变暖提供了一种新的途径。本研究最后探讨了中国受损珊瑚礁生态系统的修复问题与对策。     

全球变暖"停滞"研究综述

全球变暖"停滞"现象自提出以来,备受关注,是近来全球气候变化领域的热点问题。全球变暖停滞主要表现为全球平均表面温度在1998-2012年增温速率明显偏低。除此之外,大气环流和海洋环流也发生了显著改变。在归因分析方面,很多科学家认为太平洋年代际振荡发挥了重要作用,另外的可能因素还有大西洋经向翻转环流和南极底层水的改变等。然而,由于观测资料在时间一致性和空间覆盖区域等方面存在偏差,从而为全球变暖停滞增添了诸多不确定性。但气候系统内部变率发生改变,导致深层海洋吸收热量增多是众多科学家的共识。尝试解答变暖停滞研究中的不确定性问题,观测资料的丰富和完善是必要条件。     

Functional responses for zooplankton feeding on multiple resources: a review of assumptions and biological dynamics

Modelers often need to quantify the rates at which zooplankton consume a variety of species, size classes and trophic types. Implicit in the equations used to describe the multiple resource functional response (i.e. how nutritional intake varies with resource densities) are assumptions that are not often stated, let alone tested. This is problematic because models are sensitive to the details of these formulations. Here, we enable modelers to make more informed decisions by providing them with a new framework for considering zooplankton feeding on multiple resources. We define a new classification of multiple resource responses that is based on preference, selection and switching, and we develop a set of mathematical diagnostics that elucidate model assumptions. We use these tools to evaluate the assumptions and biological dynamics inherent in published multiple resource responses. These models are shown to simulate different resource preferences, implied single resource responses, changes in intake with changing resource densities, nutritional benefits of generalism, and nutritional costs of selection. Certain formulations are further shown to exhibit anomalous dynamics such as negative switching and sub-optimal feeding. Such varied responses can have vastly different ecological consequences for both zooplankton and their resources; inappropriate choices may incorrectly quantify biologically-mediated fluxes and predict spurious dynamics. We discuss how our classes and diagnostics can help constrain parameters, interpret behaviors, and identify limitations to a formulation's applicability for both regional (e.g. High-Nitrate-Low-Chlorophyll regions comprising large areas of the Pacific) and large-scale applications (e.g. global biogeochemical or climate change models). Strategies for assessing uncertainty and for using the mathematics to guide future experimental investigations are also discussed.     

The long-term variability of sea surface temperature in the seas east of China in the past 40 a

The global surface temperature change since the mid-19th century has caused general concern and intensive study. However, long-term changes in the marginal seas, including the seas east of China, are not well understood because long-term observations are sparse and, even when they exist, they are over limited areas. Preliminary results on the long-term variability of sea surface temperature (SST) in summer and winter in the seas east of China during the period of 1957-2001 are reported using the Ocean Science Database of Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, the coastal hydrological station in situ and satellite data. The results show well-defined warming trends in the study area. However warming and cooling trends vary from decade to decade, with steady and rapid warming trends after the 1980s and complicated spatial patterns. The distribution of SST variation is intricate and more blurred in the areas far away from the Kuroshio system. Both historical and satellite data sets show significant warming trends after 1985. The warming trends are larger and spread to wider areas in winter than in summer, which means decrease in the seasonal cycle of SST probably linked with recently observed increase of the tropical zooplankton species in the region. Spatial structures of the SST trends are roughly consistent with the circulation pattern especially in winter when the meridional SST gradients are larger, suggesting that a horizontal advection may play an important role in the long-term SST variability in winter.     

Zooplankton research off Peru: A review

A review of zooplankton studies conducted in Peruvian marine waters is given. After a short history of the development of zooplankton research off Peru, we review zooplankton methodology, taxonomy, biodiversity, spatial distribution, seasonal and interannual variability, trophodynamics, secondary production, and modelling. We review studies on several micro-, meso-, macro-, and meroplankton groups, and give a species list from both published and unpublished reports. Three regional zooplankton groups have been identified: (1) a continental shelf group dominated by Acartia tonsa and Centropages brachiatus; (2) a continental slope group characterized by siphonophores, bivalves, foraminifera and radiolaria; (3) and a species-rich oceanic group. The highest zooplankton abundances and biomasses were often found between 4–6°S and 14–16°S, where continental shelves are narrow. Species composition changes with distance from the shore. Species composition and biomass also vary strongly on short time scales due to advection, peaks of larval production, trophic interactions, and community succession. The relation of zooplankton to climatic variability (ENSO and multi-decadal) and fish stocks is discussed in the context of ecological regime shifts. An intermediate upwelling hypothesis is proposed, based on the negative effects of low upwelling intensity in summer or extremely strong and enduring winter upwelling on zooplankton abundance off Peru. According to this hypothesis, intermediate upwelling creates an optimal environmental window for zooplankton communities. Finally, we highlight important knowledge gaps that warrant attention in future.     

Model estimates of the eutrophication of the Baltic Sea in the contemporary and future climate

The St. Petersburg Baltic eutrophication model (SPBEM) is used to assess the ecological condition of the sea under possible changes in climate and nutrient loads in the 21st century. According to model estimates, in the future climate water quality will worsen, compared to modern conditions. This deterioration is stronger in the climate warming scenario with a stronger change in future near-surface air temperature. In the considered scenarios of climate change, climate warming will lead to an increase in the area of anoxic and hypoxic zones. Reduction of nutrient loading, estimated in accordance with the Baltic Sea Action Plan, will only be able to partially compensate for the negative effects of global warming.     

印度洋浮游生态系统的特点及其对全球变暖的响应

与太平洋和大西洋相比,印度洋有独特的季风和洋流系统和由此驱动的浮游生物分布及生产规律.在全球变暖的背景下,印度洋的变暖趋势比太平洋和大西洋更为显著,是研究变暖对海洋浮游生态系统影响的热点海区之一.文章结合国内外文献,评述印度洋浮游生态系统的现状、特点及对全球变暖的响应,包括印度洋的浮游生物地理分布、南北印度洋浮游生态系...