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《中国海洋大学》 2003年
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黄海冷水团水域水层—底栖耦合生态系统建模研究

万小芳  
【摘要】: 黄海冷水团是我国陆架浅海上一个重要的海洋现象,一直倍受我国物理海洋学家所关注。近年来对黄海冷水团水域的物理及生物化学特性研究受到了周边国家的重视并取得了重要进展,但是生态动力学方面的数值研究仍很缺乏。本文的主要研究目标是构建黄海冷水团水域水层-底栖耦合生态系统垂直一维模型,并利用此模型对该海域生态系统各生态变量垂向结构的季节变化特征、物流能流结构特征以及微食物环的贡献和营养盐的收支循环等问题进行动力学研究。 首先根据2000-2001年黄、东海生态综合调查结果和前人的分析结果,分析了黄海冷水团水域水层、底栖生态系统的基本特征。该海域浮游植物和浮游动物的生物量季节变化存在双峰结构,在全年中有两次大量繁殖期。浮游动物的位相略滞后于浮游植物。在温跃层存在季节,黄海冷水团水域的叶绿素和溶解氧含量出现次表层最大值现象。总无机氮和无机磷的浓度除冬季上、下层水体间比较均匀外,在黄海冷水团存在期间,表层浓度最低,底层最高。底栖生物的分布也有明显的季节变化。黄海冷水团水域大型底栖动物生物量秋季比较大,而小型底栖动物生物量存在春、秋两季的高值。 通过对南黄海及东海海域营养盐大气入海通量的研究结果的综合与再分析,说明黄海及东海海域营养盐气溶胶浓度和降水中的离子浓度都有较明显的季节变化,基本上冬季最大,而夏季最小。这与该区盛行风系和降水量的季节变化有关。氮盐以湿沉降为主,而磷酸盐以干沉降为主。东海海域的大气干、湿沉降通量均比黄海海域小,但由于其面积较大,所以年平均大气总沉降量比南黄海海域大。对于黄、东海生态系统而言,大气沉降的营养盐输入作用十分重要,与河流输送相比,NH_4~+和PO_4~(3-)以大气沉降为主,而SiO_3~(2-)和NO_3~-以河流输送为主。 在胶州湾水层-底栖耦合单箱模型的基础上,建立了一个适合于黄海冷水团水域的水层-底栖耦合生态系统垂直一维模型。模型共分为水层和底栖生态系统两部分,并考虑了二者之间相互耦合。模型采用箱式模型,将模型根据温跃层与真光层位置从上至下分为三个箱子。三个箱子都包含了水层生态亚模型,它主要考虑了浮游植物(P)、浮游动物(Z)、颗粒有机物(POC)、溶解有机物(DOC)、总无机氮(TIN)、总无机磷(TIP)和溶解氧(DO)7个生态状态变量;底层箱子考虑了底栖生态系统。底栖部分包括大型底栖生物(MacroB)、小型底栖生物(MeioB)、底栖细菌(Bbac)、沉积物碎屑(Det)、间隙水中的总无机氮(BTIN)和总无机磷(BTIP)。水层和底栖生态系统的耦合是通过浮游植物与颗粒有机物的沉降和沉积物中营养盐的再悬浮来实现的。表层箱子考虑了营养盐的大气干湿 沉降输送。另外,该模型还通过参数化形式考虑了微食物环的作用。整个模式考 虑箱子与箱子之间的垂向输送通量。 通过该模型对黄海冷水团水域生态系统各生态变量的季节变化进行了模拟, 并同黄海冷水团水域的观测资料及相关文献分析对照,证明模拟结果能较好地反 映出黄海冷水团水域生态系统的季节变化特征,各个生态变量间的关系及不同水 层间的生态变化差异是比较合理的。这说明该模式能够比较成功地反映黄海冷水 团水域水层一底栖藕合生态系统的能流、物流结构特征。 利用该模型进行的参数敏感性实验分析表明,黄海冷水团水域浮游植物生长 受光照和营养盐等不同限制因子的共同控制下。对于表层,营养盐的限制作用更 加明显;但对于中、下层光强的影响则更为重要。生物过程参数既能影响浮游植 物生物量峰值出现时间,又能影响峰值的大小。温度则可以显著改变峰值的大小, 而太阳辐射则限制着中、下层浮游植物的光合作用。实验还表明模型的参数是互 相影响、互相制约的,在研究中应该将其放到生态系统中从整体的角度考虑。 利用该模型估计分析了微食物环对黄海冷水团水域生态系统的贡献。对于浮 游动物生物量而言,微食物环的贡献最大,将近60%,其次为浮游植物,POC 的作用最小。并且三者的贡献有明显的季节变化。黄海冷水团水域生态系统中碳 循环的初步定量化结果显示,浮游植物光合作用生产中,约有9.9%进入了主食 物链,22.0%左右向底部转移,呼吸所消耗的碳量约占44.4%。 大气沉降对营养盐的输送作用是黄海冷水团存在期表层氮盐的重要来源之 一。对整个黄海冷水团水域营养盐的循环收支分析结果表明:浮游植物光合作用 的吸收是黄海冷水团水域营养盐的最大损耗项,有机物分解是其重要源项。但对 于不同水层,各个过程的重要性存在明显差异。
【学位授予单位】:中国海洋大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:P734.4

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【引证文献】
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