渤海浮游植物生物量季节变化的模拟研究

在近海生态系统中,浮游植物生物量的季节变化仍然缺乏全面的机制解释。为研究渤海生态系统中浮游植物生物量季节变化的影响机制,建立了1个包括营养盐(无机氮)、浮游植物、浮游动物、底碎屑4种生物变量的箱式模型,模拟了渤海1983年浮游植物生物量的季节变化,再现了浮游植物生物量一年内的双峰分布。通过对模型参数敏感性的定量和定性分析,讨论了模型对不同生物参数的敏感性,发现模型对浮游植物最大生长率、浮游植物最大死亡率、浮游植物吸收营养盐的半饱和系数最敏感。通过一系列数值试验,进一步讨论了理化因子对渤海浮游植物生物量季节变化的影响,发现理化因子的改变不仅影响浮游植物生物量的大小,也决定了其季节变化的特征。     

Seasonal changes in phytoplankton biomass and dominant species in the Changjiang River Estuary and adjacent seas: General trends based on field survey data 1959–2009

The characteristics of seasonal variation in phytoplankton biomass and dominant species in the Changjiang River Estuary and adjacent seas were discussed based on field investigation data from 1959 to 2009. The field data from 1981 to 2004 showed that the Chlorophyll-a concentration in surface seawater was between 0.4 and 8.5 μg dm-3. The seasonal changes generally presented a bimodal trend, with the biomass peaks occurring in May and August, and Chlorophyll-a concentration was the lowest in winter. Seasonal biomass changes were mainly controlled by temperature and nutrient levels. From the end of autumn to the next early spring, phytoplankton biomass was mainly influenced by temperature, and in other seasons, nutrient level(including the nutrient supply from the terrestrial runoffs) was the major influence factor. Field investigation data from 1959 to 2009 demonstrated that diatoms were the main phytoplankton in this area, and Skeletonema costatum, Pseudo-nitzschia pungens, Coscinodiscus oculus-iridis, Thalassinoema nitzschioides, Paralia sulcata, Chaetoceros lorenzianus, Chaetoceros curvisetus, and Prorocentrum donghaiense Lu were common dominant species. The seasonal variations in major dominant phytoplankton species presented the following trends: 1) Skeletonema(mainly S. costatum) was dominant throughout the year; and 2) seasonal succession trends were Coscinodiscus(spring) →Chaetoceros(summer and autumn) → Coscinodiscus(winter). The annual dominance of S. costatum was attributed to its environmental eurytopicity and long standing time in surface waters. The seasonal succession of Coscinodiscus and Chaetoceros was associated with the seasonal variation in water stability and nutrient level in this area. On the other hand, long-term field data also indicated obvious interannual variation of phytoplankton biomass and community structure in the Changjiang River Estuary and adjacent seas: average annual phytoplankton biomass and dinoflagellate proportion both presented increased trends during the 1950 s-2000 s.     

A model study on dynamical processes of phytoplankton in Laizhou Bay

A three-dimensional ecosystem model, using a PIC (Particle-In-Cell) method, is developed to reproduce the annual cycle and seasonal variation of nutrients and phytoplankton biomass in Laizhou Bay. Eight state variables, i.e., DIN (dissolved inorganic nitrogen), phosphate, DON (dissolved organic nitrogen), DOP (dissolved organic phosphorus), COD (chemical oxygen demand), chlorophyll-a (Chl-a), detritus and the zooplankton biomass, are included in the model. The model successfully reproduces the observed temporal and spatial variations of nutrients and Chl-a biomass distributions in the bay. The nutrient concentrations are at high level in winter and at low level in summer. Double-peak structure of the phytoplankton (PPT) biomass exists in Laizhou Bay, corresponding to a spring and an autumn bloom respectively. Several numerical experiments are carried out to examine the nutrient limitation, and the importance of the discharges of the Yellow River and Xiaoqinghe River. Both DIN limitation and phosphate limitation exist in some areas of the bay, with the former being more significant than the latter. The Yellow River and Xiaoqinghe River are the main pollution sources of nutrients in Laizhou Bay. During the flood season, the algal growth is inhibited in the bay with the Yellow River discharges being excluded in the experiment, while in spring, the algal growth is enhanced with the Xiaoqinghe River excluded.     

2010年冬季胶州湾浮游植物群落结构特征

研究了2010年冬季胶州湾23个大面站浮游植物的群落结构特征。共检出浮游植物5门44属69种,平均细胞丰度为222.8cell/m L,其中硅藻在物种数量和细胞丰度上占绝对优势。主要优势种为柔弱几内亚藻Guinardia delicatula、扭链角毛藻Chaetoceros tortissimus、诺氏海链藻Thalassiosira nordenskildii和尖刺伪菱形藻Pseudo-nitzschia pungens。调查期内浮游植物表层细胞丰度的平面分布趋势为北部高于南部低,而垂直分布则为上各水层之间细胞丰度相差别不大。表层浮游植物的Shannon-Wiener指数和均匀度指数变化较大,分布显示胶州湾深水区东南至湾口海域浮游植物群落更加均匀稳定,而近岸区可能受海冰影响情况较复杂。与环境因子的相关分析表明浮游植物细胞丰度与铵盐、硝酸盐、亚硝酸盐、硅酸盐呈显著的正相关。     

2010年冬季胶州湾浮游植物群落结构特征*

研究了2010年冬季胶州湾23个大面站浮游植物的群落结构特征。共检出浮游植物5门44属69种,平均细胞丰度为222.8 cells/mL,其中硅藻在物种数量和细胞丰度上占绝对优势。主要优势种为柔弱几内亚藻Guinardia delicatula、扭链角毛藻Chaetoceros tortissimus、诺氏海链藻Thalassiosira nordenski?ldii和尖刺伪菱形藻Pseudo-nitzschia pungens。调查期内浮游植物表层细胞丰度的平面分布趋势为北部高于南部,垂直分布则为各水层之间细胞丰度相差不大。表层浮游植物的Shannon-Wiener指数和均匀度指数的分布显示胶州湾东南至湾口海域浮游植物群落更加均匀稳定。与环境因子的相关分析表明浮游植物细胞丰度与铵盐、硝酸盐、亚硝酸盐、硅酸盐呈显著的正相关。     

春季季风间期巽他陆架和马六甲海峡表层海水浮游植物群落结构研究

于2013年3-5月通过走航取样分别对巽他陆架和马六甲海峡表层海水浮游植物叶绿素a生物量和群落结构进行了观测和研究。结果表明:巽他陆架生物量较低,叶绿素a浓度平均值为(0.083±0.043)μg/L,爪哇海的SS4站位生物量最低,仅为0.014μg/L,浮游植物粒级组成上主要以Pico-级为优势,占80%以上;马六甲海峡自西北至东南存在明显的盐度梯度,在盐度最低的SM5站,叶绿素a生物量最高,达到1.080μg/L;马六甲海峡站位叶绿素a浓度平均值为(0.433±0.315)μg/L,同时浮游植物群落结构变动较大。在海峡西北的SM1-SM4站与巽他海峡类似,主要以聚球藻为优势类群,Pico-级浮游植物占60%~80%;在生物量最高的SM5站,同样以聚球藻为优势类群,而在海峡东南段的SM6和SM7站,虽然叶绿素a浓度相对于SM5略有降低,但仍明显高于其他马六甲海峡站位和巽他陆架站位,此两个站位硅藻比例明显升高,均可达20%以上。从优势类群生物量与环境因子和营养浓度的相关性可以看出,研究海区叶绿素a生物量与水体盐度呈现显著负相关(p0.050),说明陆源输入对研究海区生物量具有明显的影响。另外,硅藻生物量也与磷酸盐浓度(p0.050)和硅酸盐(p0.010)浓度均呈现显著正相关;聚球藻在浮游植物群落中的优势度会受到陆源营养盐输入的影响而降低,但仍然是整个研究区域最优势的浮游植物类群。     

调水调沙后黄河口邻近海域浮游植物群落响应特征

为研究黄河调水调沙对邻近海域浮游植物群落的影响,2013年7月在黄河第16次调水调沙事件后,开展了水文、化学与生物综合调查。研究结果表明,黄河口邻近海域温度、营养盐浓度整体呈现由河口向离岸区域逐渐递减的分布趋势,盐度呈现由河口向离岸区域逐渐递增的分布趋势,显示了黄河水输入的影响程度。叶绿素a与营养盐浓度在空间分布上呈现出较好的对应关系,在黄河口偏渤海湾侧明显高于偏莱州湾侧,且近河口区明显高于离岸区。营养盐结构分析表明,黄河口邻近海域普遍存在磷酸盐(DIP)的绝对和相对限制;但黄河水沙输入在局部站位缓解了硅(DSi)限制。浮游植物群落结构的空间变化显著受到盐度的影响,在受黄河水输入影响显著的C、D、E断面,蓝藻与绿藻的生物量比例明显增高;影响相对较弱的断面则以硅藻、甲藻为主。浮游植物群落结构与环境因子的主成分分析结果表明,DSi、DIP和盐度是影响该海域浮游植物空间变化的关键环境因子。甲藻、蓝藻与绿藻群落受盐度变化的影响程度明显大于硅藻群落;但甲藻群落对营养盐结构的敏感性低于硅藻、蓝藻和绿藻群落。     

镉和铜对海洋浮游植物的毒性效应及其机制研究进展

【目的】综述重金属元素镉Cd和铜Cu对海洋浮游植物的毒性效应研究,总结重金属对海洋浮游植物的毒性作用机制,为开展重金属对海洋浮游植物毒害机理的深入研究提供借鉴。【方法】以毒理实验中常用的重金属镉和铜为代表,总结了重金属对海洋浮游植物毒理研究的常用测试指标,归纳了重金属对海洋浮游植物光合作用、抗氧化系统等方面的毒性作用机制。【结果】重金属对海洋浮游植物毒性作用机制概括为:1)重金属替换与其结构相似的作为酶辅助因子的金属元素,使浮游植物体内某些酶失活;2)重金属直接或间接诱导活性氧的产生,使浮游植物受到氧化胁迫;3)重金属与生物大分子中的某些基团亲和性高而结合,阻断相关的生理生化过程。【结论】重金属的毒性效应因浮游植物种类不同而有所差异,今后相关研究中需更加关注重金属在多种海洋浮游植物共存环境下的毒性效应及机制,将有助于全面系统地理解重金属对海洋浮游植物的致毒机理。     

夏季长江口不同粒级浮游植物碱性磷酸酶活性

碱性磷酸酶活性(alkaline phosphatase activity, APA)是海洋研究中用于反映浮游植物磷限制状态的重要指标。在长江口等“氮过剩”海域,磷是控制海域初级生产力水平的主要因子,然而,磷限制的范围常常难以界定,当前对不同粒级浮游植物的磷限制效应所知甚少。该文根据2020年夏季长江口航次资料,给出了海洋表层各粒级浮游植物(Net:≥20 μm;Nano:2~20 μm;Pico:0.8~2 μm)APA、浮游细菌APA(0.2~0.8 μm)和溶解态APA(<0.2 μm)的空间分布特征,并分析了APA与环境要素间的相关性。结果显示,各粒级浮游植物APA均与无机磷酸盐浓度(dissolved inorganic phosphate, DIP)呈显著负相关,这表明DIP浓度是影响浮游植物APA分布的主要因素。在平面分布上,各粒级浮游植物APA在近口门的光限制区均较低,且呈现自口门向外逐渐升高的趋势,与DIP的分布特征相反。Net和Nano级APA[平均值分别为 (40.28±32.35) nmol/(L·h)和(52.38±34.78) nmol/(L·h)]显著高于Pico级APA[平均值为(28.43±20.23) nmol/(L·h)],这表明大粒级浮游植物可能更易受DIP下降的影响。该研究中,诱导浮游植物APA快速升高的DIP浓度为0.159 μmol/L,与近岸区磷限制经验阈值相接近。该研究揭示了夏季不同粒级浮游植物对长江口磷分布的响应特征,有助于理解长江口初级生产过程的环境调控机制。     

基于OC-CCI数据的南海高叶绿素a浓度水域面积的时空变化研究*

浮游植物是海洋生态系统食物链的基础组成, 并通过光合作用影响着海表二氧化碳通量变化。文章基于高叶绿素a浓度水域面积指标构建南海浮游植物生物量的估算体系。利用遥感数据, 采用经验正交函数分解插值方法, 重构长时间序列的南海叶绿素a浓度场, 并研究了南海高叶绿素a浓度水域面积特征的时空分布。结果发现: 高叶绿素a浓度水域面积变化有着显著季节特征, 在冬季面积达到最大值, 在夏季达到最小值, 但是该水域对应的叶绿素a浓度却在冬季达到最小值, 在夏季达到最大值, 这一特征可能是由于风驱动的海表动力过程使得海表叶绿素重新分布; 空间分布上, 高叶绿素a浓度水域常年存在于海岸附近, 特别是在中国沿海、越南沿岸、泰国湾以及婆罗洲岛附近。在巽他陆架与湄公河口东部中央海盆, 高叶绿素a浓度区域面积呈年际变化。受厄尔尼诺调控的南海季风, 导致不同年份湄公河口东南沿海存在不同程度的北部冷水侵入, 北部冷水入侵可能是引起局地浮游植物生物量增减的原因。