本文關(guān)鍵詞：近海浮游植物粒級及被攝食和河口pH的生物調(diào)控機制

  更多相關(guān)文章： 浮游植物 粒級結(jié)構(gòu) 營養(yǎng)鹽 小型浮游動物攝食 pH

【摘要】：浮游植物、小型浮游動物和細(xì)菌之間的關(guān)系受海水溫度、鹽度、營養(yǎng)鹽以及光照強度等環(huán)境因素的影響。黃海與南海,遠(yuǎn)海與河口水域具有明顯不同的環(huán)境狀態(tài),進而使這些水域中的海洋生物關(guān)系具有明顯的區(qū)域特征。這些生態(tài)特征直接影響著水體中的物質(zhì)和能量的流通方式,對認(rèn)識海洋碳循環(huán)具有重要的作用。目前大尺度海洋生態(tài)系統(tǒng)的對比研究仍然不足。為了研究富營養(yǎng)和寡營養(yǎng)海域的物質(zhì)和能量的流通,河口富營養(yǎng)對浮游植物和小型浮游動物的相互關(guān)系的影響,以及在河口藻華爆發(fā)水體中浮游植物如何克服碳限制以維持生長,本研究通過收集歷史黃海和南海的歷史數(shù)據(jù)、南海航次實驗、以及珠江口和特拉華灣水體的室內(nèi)培養(yǎng)實驗,開展四方面的研究工作:(1)海洋浮游植物群落粒級結(jié)構(gòu)受營養(yǎng)鹽調(diào)控,進一步影響浮游動物的攝食活動,從而對整個生態(tài)系統(tǒng)的食物鏈類型和碳循環(huán)產(chǎn)生影響。黃海3月與5月和南海5月三個航次的歷史數(shù)據(jù)表明:與黃海相比,南海水溫較高、水體層化較強、無機營養(yǎng)鹽濃度較低,葉綠素濃度、初級生產(chǎn)力和細(xì)菌生物量較低;而細(xì)菌生產(chǎn)力、小型浮游動物攝食及其攝食粒級偏好較高。與黃海相比,南海較高的小型浮游動物攝食速率和較低f值意味著:循環(huán)營養(yǎng)鹽在維持南海浮游生物群落方面作用更大,細(xì)菌在寡營養(yǎng)鹽的南海的碳循環(huán)過程中更加重要。以上這些在富營養(yǎng)和寡營養(yǎng)水域所表現(xiàn)出來環(huán)境因子和生物變量的差異,促使了生物群落在富營養(yǎng)的黃海由經(jīng)典食物鏈主導(dǎo),而在寡營養(yǎng)的南海由微食物環(huán)主導(dǎo)。從黃海到南海,隨著無機營養(yǎng)鹽降低、水溫和小型浮游動物攝食活動增加,水柱積分細(xì)菌生產(chǎn)力與積分初級生產(chǎn)力的比值增加,這意味著生物群落從黃海的自養(yǎng)型變成了南海的異養(yǎng)型,同時水體也從大氣的碳匯變成了碳源。(2)南海海域表層和葉綠素最大層中的小型浮游動物的攝食活動以及浮游植物對光照和營養(yǎng)的響應(yīng)實驗表明:葉綠素最大層小型浮游動物在白天的攝食活動強于晚上,但總體小于表層水體。另外,表層水體的小型浮游動物傾向于攝食大粒級的浮游植物(5μm),而葉綠素最大層的小型浮游動物的攝食沒有粒級選擇性。真光層內(nèi)粒級70μm浮游動物的豐度在白天明顯小于晚上,說明較大粒級的浮游動物的晝夜變化是影響小粒級浮游動物攝食活動的重要的原因。光照能明顯促進葉綠素最大層浮游植物的生長,增加大粒級浮游植物的占比;葉綠素最大層浮游植物對營養(yǎng)加富能快速響應(yīng),而表層浮游植物的生長和粒級結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生明顯變化。該研究表明:深層浮游植物面臨較小的攝食壓力,擁有更大的光照和營養(yǎng)鹽需求潛能。這對理解海洋在物理作用下發(fā)生垂向混合后,藻類出現(xiàn)短暫爆發(fā)的生態(tài)現(xiàn)象具有一定的幫助意義。(3)為探究河口水體中上行控制和下行控制對藻華期間浮游植物群落粒級結(jié)構(gòu)的影響,本研究利用珠江口水域水樣進行連續(xù)5天稀釋培養(yǎng)實驗,來探究浮游植物的生長速率(μ),小型浮游動物的攝食速率(m),以及它們在藻華爆發(fā)生長過程中的耦合關(guān)系。相比控制組,營養(yǎng)鹽加富不僅能增加水體中葉綠素最大值,而且能延長藻華的持續(xù)時間�？傮w而言,m在培養(yǎng)的前2,3天逐漸增加,然后下降。在培養(yǎng)結(jié)束時,低鹽度水體中的葉綠素已經(jīng)開始下降,而中、高鹽度水體中葉綠素的濃度依然在增加,并且μ仍然保持增長。在培養(yǎng)開始時,水體由超微型和微型浮游植物主導(dǎo),而培養(yǎng)結(jié)束時優(yōu)勢種變?yōu)樾⌒透∮沃参�。浮游植物被小型浮游動物攝食的比例(m/μ)隨著浮游植物的比生長速率降低而增加,這意味著在藻華爆發(fā)生長過程中,下行控制隨著浮游植物的生長速率降低而增強。m/μ和超微型浮游植物在浮游植物群落中的比例顯著負(fù)相關(guān),說明下行控制對超微型浮游植物嚴(yán)格控制。因此,我們認(rèn)為在浮游植物爆發(fā)生長過程中,富營養(yǎng)水體中浮游植物群體粒級結(jié)構(gòu)的變化是上行控制和下行控制共同作用的結(jié)果。(4)浮游植物的生長會造成水體pH升高,而河口富營養(yǎng)水體藻華過程中浮游植物如何擺脫無機碳限制以維持光合作用是本部分研究的重點。特拉華灣和珠江口水域的3組(低、中和高鹽度水體)連續(xù)5天的培養(yǎng)實驗表明:在整個培養(yǎng)過程中,pH值持續(xù)增大,溶解無機碳(DIC)的減少量大于顆粒有機碳和溶解有機碳的增加量,這意味著部分DIC消失了。同時發(fā)現(xiàn),在低鹽度水體,pH的最高值最大,消失的DIC也最多。在培養(yǎng)結(jié)束時,水體總堿度(TA)在低鹽度水體中出現(xiàn)了大幅度下降。TA的下降和DIC的消失說明隨著pH的升高,水體中形成了碳酸鹽沉淀。因為浮游植物只能直接利用CO2進行光合作用,因此在pH很高時,存在某種生成CO2的機制,以維持浮游植物的生長。我們假設(shè):當(dāng)浮游植物快速生長提高水體的pH后,高pH能促使碳酸鹽沉淀形成并釋放CO2,釋放的CO2被浮游植物利用后,促進pH的進一步升高�；贒IC、pH和TA的實驗數(shù)據(jù)建立的模型的模擬結(jié)果證實了該假設(shè),說明碳酸鹽沉淀釋放的CO2維持了在高pH條件下浮游植物的生長,驅(qū)動了水體pH的進一步升高。由于較高鹽度水體擁有較強的水體緩沖能力,該機制的效率在河口隨水體鹽度升高而降低。
【學(xué)位授予單位】：中山大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：Q178

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本文編號：1306783