南海东北部浮游植物对氮、磷加富的响应及与不同水团的关系

2014年5月搭载"实验3"号科考船对南海东北部海区进行氮、磷营养盐现场加富培养实验。水团分析的结果表明,南海东北部海区的环境参数随着空间的变化大体可以分成3个区域:近岸海区、陆架海区和陆坡、海盆海区。加富培养过程中近岸海区和陆坡、海盆海区浮游植物未发生显著变化。陆架海区浮游植物出现显著增长,该海区浮游植物加富氮、磷以后在48h出现反应,同时添加氮、磷显著促进了浮游植物的生长。各培养站位均检测到大量束毛藻,加富培养后迅速减少。营养盐的添加改变了海区浮游植物原有的硅甲藻比例与各粒级叶绿素比例,陆架海区培养后的改变最为明显,同时添加氮磷培养72h后,由甲藻为主的优势种如卡氏前沟藻(Amphidinium carterae)、光亮鳍藻(Dinophysis argus)、原甲藻(Prorocentrumsp.)转变成了以硅藻为主如绕孢角毛藻(Chaetoceros cinctus)、旋链角毛藻(Chaetoceros curvisetus)、放射角毛藻(Chaetoceros radicans)和丹麦细柱藻(Leptocylindrus danicus)。同时,加富实验表明磷酸盐的添加促进了陆架海区微微型浮游植物聚球藻的生长。     

利用特征色素研究长江口海域浮游植物对营养盐加富的响应

于2009年5月和11月,在长江口邻近海域通过现场营养盐加富实验,研究了浮游植物对营养盐添加的响应。应用高效液相色谱技术分析培养样品中的特征色素组成,通过CHEMTAX软件估算了硅藻、甲藻、隐藻、定鞭藻、金藻、绿藻、青绿藻和蓝藻8个浮游植物类群对叶绿素a生物量的贡献(μg/L)。加富实验结果显示:不同海区或同一海区不同季节的浮游植物生长对营养盐响应不尽相同,这与培养实验水样采集时浮游植物所处的N、P限制状态有着密切的关系。营养盐的加富不仅能够促进浮游植物生物量的增加,也可能引起浮游植物的群落结构的变化。不同浮游植物类群对营养盐添加的敏感性不同,培养实验开始后营养盐的输入使得硅藻在竞争中取得了优势,硅藻所占比重明显上升;但随着培养的进行,营养盐逐渐消耗,一些在低营养条件下竞争能力强的浮游植物类群比如甲藻、蓝藻、隐藻等对生物量的贡献逐渐上升;同时,培养海水中初始浮游植物群落组成对营养盐加富后群落结构的变化有着重要的影响。     

渤海湾西南部典型站位营养盐限制特性的加富培养实验研究

2010年10月,对渤海湾西南部海域典型站位表层水体进行了模拟现场的营养盐加富培养实验。初始状态下,培养水样中溶解无机氮浓度为20.68μmol/L,磷酸盐浓度0.24μmol/L,硅酸盐浓度4.58μmol/L,叶绿素a浓度为1.05μg/L,浮游植物细胞密度为1 080 cells/L。通过改进实验设计,研究了该水样的营养盐限制类型、水样中浮游植物对不同氮磷比以及不同硝酸盐添加方式的生态响应。实验结果表明,在单一添加营养盐的各组中,添加磷酸盐的1-3组叶绿素a浓度和浮游植物细胞密度的增长状况最显著,1-3组叶绿素a浓度峰值为空白对照组1-1组的2.48倍,达到营养盐全加组1-5组同期浓度的48%,其细胞密度峰值为1-1组的1.66倍,达到1-5组同期密度的72%,该水样为磷限制。在实验条件下,浮游植物的增长在总体上随着氮磷比的降低而增大,最适宜的氮磷比为5-15左右,略低于Redfield比值16。硝酸盐的连续性添加比一次性添加更有利于浮游植物的生长,暗示了低浓度长期持续性氮污染可能会比高浓度冲击性氮污染更有效地刺激浮游植物的增长,从而造成更严重的生态问题,而此时用以往的一次性添加培养实验可能会低估浮游植物的增长潜力。     

加拿大海盆北部营养盐限制作用研究

利用2008年夏季中国第三次北极科学考察获得的营养盐、叶绿素a、温度和盐度等数据资料,结合现场营养盐添加实验的结果讨论西北冰洋加拿大海盆北部营养盐对浮游植物生长的限制作用。结果表明:由于融冰水稀释作用,加拿大海盆B80站约20m深度存在较强的盐跃层,阻碍了水体上下混合。较低浓度的溶解无机氮(DIN)和硅酸盐(分别为0.31μmol/L和0.94μmol/L)以及严重偏离Redfield比值的N/P、N/Si比值(分别为0.42和0.32)表明加拿大海盆表层水体存在N和Si限制。根据现场营养盐加富实验各培养组叶绿素a浓度变化、营养盐吸收总量差异和浮游植物种群结构,进一步表明氮是北冰洋海盆首要限制营养盐,而Si则抑制了硅质生物的生长。同时,较小的硝酸盐半饱和常数(Ks)证明即使在营养盐充足的情况下北冰洋海盆浮游植物生长速率也处于较低水平。计算得到各培养组营养盐吸收比例(N/P比值)均大于Redfield比值,可能是培养实验过程中以微型、微微型浮游植物为主,硅藻等小型浮游植物为辅造成的。     

氮、磷对大亚湾大鹏澳海区浮游植物群落的影响Ⅰ .叶绿素a与初级生产力

根据2005年4-5月(春季)、8月(夏季)和11月(秋季)对大亚湾大鹏澳海区表层的现场调查结合营养盐加富实验,探讨了不同季节硝态氮(NO-3)、脲氮(urea)和无机磷(PO3-4)等营养元素对该海区浮游植物叶绿素a含量与初级生产力及它们的粒级结构的潜在影响.调查海区表层海水叶绿素a含量在近岸养殖区较高,季节变化不明显,但其粒级结构有较大的季节差异;初级生产力的平面分布与叶绿素a含量在春、秋季均较一致,其粒级结构与叶绿素a的粒级结构在春季基本一致,但在秋季有较大差异.实验结果表明, NO-3、urea和PO3-4对该海区浮游植物叶绿素a、初级生产力及它们的粒级结构有不同的潜在影响,并存在季节差异.尽管磷被认为是该海区浮游植物生长的主要限制因子,结果显示氮(NO-3或urea)对浮游植物生长仍有潜在限制作用,其中NO-3和urea作为不同氮源的潜在影响有明显区别.     

氮、磷对大亚湾大鹏澳海区浮游植物群落的影响Ⅱ种类组成

根据2005年4－5月（春季）、8月（夏季）和11月（秋季）对大亚湾大鹏澳海区表层的现场调查结合营养盐加富实验,探讨了不同季节氮（NO3－或脲氮 (urea)）和无机磷（PO43－）营养元素对浮游植物种类组成的潜在影响。大鹏澳海区浮游植物优势种有明显季节变化,秋季种类组成的平面变化最明显。春季浮游植物平均细胞密度最高但多样性指数最低。实验结果显示,春季至夏季浮游植物优势种翼根管藻模式变型Rhizosolenia alata f. genuina、丹麦细柱藻Leptocylindrus danicus和绕孢角毛藻Chaetoceros cinctus之间的演替可能受氮、磷条件变化的控制。夏季优势种菱形海线藻Thalassionema nitzschioides和威氏海链藻Thalassiosira weissflogii之间的演替可能受营养条件外的因素控制。尽管磷被认为是该海区浮游植物生长的主要限制因子,但夏季无机氮磷比值较高的实验组中未出现磷限制现象,无机氮磷比值的变化对浮游植物种类组成也没有显著影响,而秋季氮对浮游植物种类组成有较明显的潜在影响。     

北冰洋浮游生物空间分布及其季节变化的模拟

低营养级浮游生物生态动力过程对环境变化的响应非常敏感。随着全球气候变化加剧,北冰洋正在经历快速的环境变化。厘清北冰洋低营养级浮游生物季节分布与变化特征是探究北冰洋生态系统对环境快速变化响应的前提,也是评估北极海区固碳能力的重要依据。基于此,本文构建了海洋–海冰–生物地球化学循环模型,并对北冰洋叶绿素浓度以及浮游生物结构的时空变化特征进行了模拟,结果表明:(1)北冰洋表层叶绿素浓度的峰值主要出现在5月,且太平洋一侧叶绿素浓度高于大西洋一侧;随着海水层化,表层受营养盐限制的海区呈现次表层叶绿素浓度最大值现象,且由陆架向海盆,次表层叶绿素浓度最大值层逐渐加深;9月,叶绿素浓度高值重回水体上层,太平洋一侧海区表层叶绿素浓度呈现较为明显的次峰值。(2)由于太平洋和大西洋入流营养盐浓度及结构的不同,北冰洋表层浮游生物群落结构存在明显空间差异。太平洋一侧,硅藻和中型浮游动物占优,硅藻在5月和9月出现生物量峰值,微型浮游植物在3月、5月和6月维持相对较高生物量;而大西洋一侧,在早春－春末夏初－夏秋经历了微型浮游植物－硅藻－微型浮游植物的演替,总体而言,微型浮游植物和微型浮游动物占优。此外,两侧海区浮游动物浓度峰值相较浮游植物滞后约半月。     

长江口区浮游植物营养限制因子的研究 Ⅱ.春季的营养限制情况

1999年5月在长江口及周围海域进行了环境调查,通过对该海域的浮游植物、叶绿素、营养盐、温度、盐度等进行分析,并结合现场实验和室内模拟实验,对本海域浮游植物的营养限制状况进行了研究.调查期间受冲淡水流量、流向和水体垂直分层的影响,冲淡水影响的范围和磷限制的范围相对于1998年11月均有所扩展.现场对26号站的加富实验直接证实了磷的限制作用;室内对26,41号站位的营养加富实验也均证实了磷限制的结论.根据浮游植物的需求和营养盐的补充情况,将该海区划分为:近河口区、冲淡区、台湾暖流影响区和黄海沿岸流影响区.本次调查处在春季水华的结束阶段,因而浮游植物的数量和种类数比1998年11月偏低.     

利用叶绿素荧光方法检测东海浮游植物的营养盐限制

2011年6月10日-6月27日调查了东海赤潮高发区PSⅡ最大光化学量子产量(Fv/Fm)的平面分布,发现在东海赤潮高发区Fv/Fm的平面分布与叶绿素的平面分布较为一致。利用现场营养盐加富培养的方法,通过检测添加不同的营养元素后Fv/Fm的变化,研究了2个调查站位浮游植物受何种营养盐的限制。结果表明,对于浮游植物来说,东海DH2-3站和DH6-2站浮游植物的生长受到N潜在限制。通过Fv/Fm的变化,可以反映出藻细胞实际的生理活性,从而更真实的反映营养盐对浮游植物的作用。     

印度洋海水营养盐添加模拟实验中浮游植物生长的营养盐限制作用

借助"中国首次环球科学考察航次",在印度洋海区进行了N、Fe、N+Fe以及N+Fe+P的营养盐添加模拟实验。通过对实验过程中水体营养盐浓度、叶绿素a(Chl-a)浓度以及温度等参数进行分析,探讨了添加不同营养盐对该实验海区浮游植物生长的影响。结果表明,N的添加会引起浮游植物的快速爆发,而单独添加Fe并不能刺激浮游植物快速生长,N、P联合作用对浮游植物生长的影响远远大于单独N的作用。另外,在实验海区浮游植物优先利用海水中的硝酸盐,在硝酸根耗尽后,海水中可被利用的P会促进浮游植物的生长。实验过程中水体N/P比值的变化同叶绿素a浓度以及浮游植物生长速度(R)没有可对比性,而且N/P比值与后两者之间的相关性都差,所以认为水体中N/P比值并不能单独决定浮游植物生长。此外,实验水体温度同Chl-a浓度和R值之间相关性分析表明,水体温度虽对浮游植物生长有重要作用,但不能控制浮游植物生长。     

大亚湾浮游植物粒级结构和种类组成对淡澳河河口水加富的响应

人类活动引起的营养物质输入导致大亚湾出现海水富营养化、赤潮频发和生物多样性下降等生态问题。为探究陆源输入影响下大亚湾湾顶淡澳河输入对湾内浮游植物粒级结构和种类组成的影响, 2016年10月在大亚湾进行了原位观测和培养试验。原位观测结果显示, 淡澳河口的总溶解态氮、磷浓度分别达到85.3μmol·L^-1和1.5μmol·L^-1。加富培养试验结果表明, 淡澳河河口水加富对总叶绿素a (Chl a)和总浮游植物丰度有显著促进作用, 并导致浮游植物粒级结构由小粒级Chl a (0.7~20μm)占主导; 浮游植物丰度中甲藻比例升高, 主要种类为锥状斯氏藻(Scrippsiella trochoidea)和原甲藻(Prorocentrum spp.)。同样, 尿素加富也促进了浮游植物群落中小粒级Chl a和甲藻的比例增加, 且主要甲藻种类与河口水加富结果一致。无机氮、磷同时加富促进了总Chl a和浮游植物总丰度增加, 而对浮游植物粒级结构和甲藻丰度则没有明显影响。对照河口水和氮、磷营养盐加富试验结果, 说明河口水携带的溶解性有机氮源可能是导致大亚湾浮游植物群落小型化, 促进甲藻生长的关键营养盐形态, 其携带的无机氮、磷同时促进总浮游植物丰度增加。本研究结果表明有机形态营养组分对大亚湾富营养化和有害藻华可能产生重要影响。     

西太平洋叶绿素a浓度对气候变化响应概念模型初探

西太平洋海区浮游植物的分布受气候变化影响,在不同时空尺度上呈现不同的变化。本研究旨在通过对历史文献及数据资料分析,建立气候变化响应概念模型来探讨Chl-a、海水表面温度(SST)及营养盐如何响应长期气候变化。分析了西太平洋不同区域Chl-a与气候变化相关因子SST及海水营养盐(硝酸盐)的相关性,对模型参数进行选择及验证,来探讨该海区Chl-a是如何响应长期气候变化。结果表明,K2站位Chl-a浓度与SST、硝酸盐浓度呈显著正相关关系,与该海区存在上升流有关;而S1、XT站位均呈现负相关关系,可能与海水水温升高导致层化加剧、营养输入减少有关。本研究为进一步完善和优化西太平洋海区的浮游植物的气候变化响应模型奠定基础。     

南海东北部叶绿素a浓度对台风“风泵”和黑潮共同作用的响应

南海东北部是寡营养海域,夏季浮游植物叶绿素浓度较低,热带气旋"风泵"效应带来的上层海洋扰动可能引起表层浮游植物的显著增长。以往的研究通常关注热带气旋风应力和海洋中尺度涡对上层海洋浮游植物的影响,本文利用航次CTD、实测叶绿素a浓度、Argo温盐剖面和遥感数据,探讨了台风"风泵"和黑潮共同作用下真光层内浮游植物的变化特征及其成因。结果表明,2015年台风"莲花"过境1周后产生向吕宋海峡西北侧南海海域(A区)入侵的黑潮流套,该入侵的黑潮流套使台风前原有的气旋涡消失,抑制了台风产生的上升流对表层(0～40 m)营养盐供给,使次表层(60～90 m)营养盐富集,进而抑制了表层的叶绿素a增长,促进了次表层叶绿素a的增长;吕宋海峡西侧南海海域(B区)表层的浮游植物叶绿素a浓度增加不仅是源于叶绿素最大层浮游植物的向上输运,更是由于浮游植物的繁殖增长;A区台风引起的流套式的黑潮入侵,促进了B区台风后气旋式流场的形成,产生的持续增强的气旋涡为B区表层叶绿素持续增长提供了充足的营养盐供给。     

南海北部浮游植物生物量的研究特点及影响因素

介绍了浮游植物生物量变化的研究方法。综述了南海北部浮游植物生物量在营养盐、光照、季风等理化因子影响下出现的变化特点。该海域生态环境复杂,由富营养的珠江口、沿岸带、北部湾和广阔的陆架及贫营养的开阔海区等不同生态区组成,因此浮游植物群落和生物量有其自身复杂的空间和时间变化特点。     

胶州湾浮游植物对营养盐添加的响应关系

于1998年8月、11月、1999年2月 ,在胶州湾采用现场实验的方法初步研究了浮游植物对营养盐添加的时间响应效果。分级叶绿素a的结果显示 ,网采浮游植物(netphytoplankton ,简称net ,20～200μm)对同时添加氮(N)与磷(P)营养盐有最明显的响应 ;1998年8月微型浮游植物(nanophytoplankton ,简称nano ,2～20μm)对铁(Fe)或N +P的添加有比较明显的响应 ,在1998年11月与1999年2月则几乎无营养盐限制nano 的生长 ;1998年8月与1999年2月超微型浮游植物(picophytoplankton ,简称 pico ,<2μm)对N +P或N的添加有较明显的响应。     

渤海冬夏季营养盐和叶绿素a的分布特征

在2000年8月和2001年1月对渤海进行的两个航次的调查取样的基础上,分析渤海营养盐和叶绿素a的分布特征,各海区营养盐的结构以及营养盐和叶绿素a的关系。结果表明,冬季营养盐的浓度高于夏季,硅酸盐有明显的垂向结构,40多年来渤海中部硝酸盐呈现增加趋势;莱州湾浮游植物生长处于磷限制,其它海区处于氮限制;冬季叶绿素a的浓度也高于夏季,叶绿素a的季节差异可能与夏季浮游动物对浮游植物的大量摄食有关。     

基于遥感数据分析南海叶绿素与颗粒物的季节变化与相互关系

本文基于卫星遥感的叶绿素a浓度与颗粒物后向散射系数月平均数据以及其他海洋与气象参数,详细分析了两个生物光学参量在季节尺度上的相关性及其与物理参数的耦合关系,并运用光驯化模型分析了南海表层水体浮游植物的生理学季节变化特征。结果表明,受南海地形和风场等物理参量的变化,南海叶绿素a浓度与颗粒物后向散射系数存在显著的季节和空间分布特征,具有一定的共变性和差异性。在南海近岸及浅水区,叶绿素a浓度与颗粒物后向散射系数有很好的耦合关系;而在南海深水海盆区,叶绿素a浓度冬高夏低,其季节循环过程与颗粒物后向散射系数相反,这主要是受浮游植物生理学过程的影响。"生物量控制区"与"光驯化控制区"的分界在南海与陆架-海盆分界线一致,体现了水深条件对浮游植物生理状态的影响。此外本文还发现,在吕宋海峡西部海区,叶绿素a与颗粒物后向散射系数的关系表现出"生物量-光驯化共同控制"的特点。     

广东沿岸不同海洋功能区秋季浮游植物群落结构比较研究

2003年10月对广东沿岸浮游植物群落结构及相关环境因子进行了调查。设调查站位39个,根据营养盐数据分析表明,珠江对于陆源营养物质输入南海起着重要作用,其营养盐浓度明显高于广东沿岸其它海区。海域浮游植物隶属于62属118种(含变种和变型),其中硅藻门38属83种、甲藻门16属25种、蓝藻门3属4种、绿藻门2属2种、金藻门2属2种及针胞藻纲1属2种,硅藻在种类和生物量上均占主导地位。叶绿素a含量变化较大,测值范围为0.157～18.761mg/m3,最大值出现在珠江口水域GD089站。浮游植物的粒级结构存在明显的地域特点,珠江口及其毗邻海域以微型浮游植物为主,其他海域基本以小型浮游植物为主。     

基于南海北部海区浮游植物吸收光谱斜率变化的粒级结构反演

浮游植物的粒级结构是一个重要的生物参数。基于南海北部海区不同水体环境下测量的生物光学数据, 作者深入研究了粒级结构对浮游植物吸收光谱的影响。结果表明, 选择443和510nm波段计算得到的浮游植物光谱斜率S对粒级结构的变化具有较高的敏感性, 其随着小型浮游植物比例的增大呈不断增加的趋势。S与水体叶绿素a浓度、浮游植物吸收系数(aph(443))之间表现出明显的正相关特征。以40%为界对不同粒级浮游植物的优势进行定义, 发现在S与叶绿素a浓度、aph(443)的关系分布中小型(Micro)和微微型(Pico)浮游植物占据优势的水体表现出较为明显的分界, 叶绿素a浓度和aph(443)分别在0.70mg•m-3和0.05m-1附近, 相应的S在0.0004(m•nm)-1左右。基于实测数据建立的遥感反射率蓝绿波段比值与S之间的统计关系, 决定系数高达0.91, 为从水色遥感数据反演浮游植物粒级结构提供了重要手段。     

南海北部秋季营养盐、溶解氧、pH值和叶绿素a分布特征及相互关系

通过2004年9月至10月对南海北部水域的现场调查,分析了表层海水中溶解氧、叶绿素a、pH值和营养盐等水质因子的空间分布分布特征,并讨论了它们之间的相互关系。结果表明:在南海北部海区的表层海水中,各水质因子在空间分布上大多呈现块状分布,且东西两侧的海水有较为明显的差异;海水中的溶解氧、pH值均表现出与海水温度相反的分布趋势;海水中的叶绿素a(Chla)和众多的水质因子表现出多元相关性,说明水体中浮游植物的生长繁殖是众多水质因子在南海北部综合作用的结果,而Chla和水体中亚硝酸盐的高相关性,说明南海北部水体中浮游植物的生长和亚硝酸盐有着比其他营养盐因子更为密切的联系。