乌梁素海真光层深度及浮游植物初级生产力模拟分析研究

【摘要】：浮游植物初级生产力是水体生物生产力的基础,也是食物链的第一个环节,浮游植物初级生产力对定量把握水体碳氮磷物质循环、了解水生生态系统环境特征与质量、合理利用和管理水生生物资源和环境都具有重要的意义。本研究以我国北方寒旱区湖泊乌梁素海为研究对象,在野外调查监测及室内实验分析的基础上,对原有的VGPM模型加以改进,最终构建了乌梁素海冰封期真光层深度和冰封期VGPM计算模型,进而对2014-2018年乌梁素海真光层深度和浮游植物初级生产力进行了模拟分析,探讨了其限制因子及作用机制,主要得到以下结论:水体透明度时空变化及影响因素。2014-2018年乌梁素海水体透明度月均值变化范围为0.6-1.51m,多年平均值为0.95m。乌梁素海水体透明度年内变化呈现明显的双峰格局,且年际间有增加的趋势。乌梁素海透明度的季节变化规律表现为春季最大,秋季次之,除2015年外,均是冬季最小。春季、秋季及冬季乌梁素海水体透明度的空间分布为湖区北部低于湖区南部。夏季的空间分布与其他季节不同,表现为湖区北部略高于湖区南部,除2014年外,其余年份透明度年内空间分布表现为湖区中部湖区南部湖区北部,2014年表现为湖区南部湖区中部湖区北部,并透明度高值区域由湖区南部湖区向北部转移。叶绿素a浓度、悬浮物浓度、水深及冰厚是影响乌梁素海水体透明度的主要因素,叶绿素a浓度、悬浮物浓度与透明度呈负相关,水深与透明度呈正相关,冰层厚度通过影响到达冰下水体的辐射,从而影响冬季湖泊水体透明度。水体叶绿素a浓度的时空分布及影响因素分析。2014-2018年乌梁素海叶绿素a浓度总体呈下降趋势,多年平均值为12.585μg/L。年内非冰封期4月-11月的变化存表现为先增加后减小,季节性变化整体表现为夏季最高,冬季次之,春季最低的规律。空间分布整体上表现为湖区北部高南部低,其中春季、夏季和冬季的叶绿素a浓度由北向南逐渐减小,秋季叶绿素a浓度最小值出现在湖区中部。经RDA分析,筛选出的环境因子对乌梁素海叶绿素a浓度四个季节变化的解释率分别为66.45%、77.11%、34.55%、44.96%,其中水温和营养盐通过影响浮游植物生物量继而影响叶绿素a浓度,pH和溶解氧是影响乌梁素海叶绿素a浓度的次生因子,磷是影响乌梁素海浮游植物生长的限制因子。水体真光层深度解析。乌梁素海冰体结构为柱状冰,且气泡含量较少。在无积雪期,冰水界面处的光合有效辐射约为冰体表面光合有效辐射的10%,在积雪期下降到约2%。除2018年外,乌梁素海真光层深度年内变化均呈现双峰特征,受暴雨影响,2018年真光层深度年内变化呈单峰特征。真光层深度的多年平均值为1.71m,2014年、2015年及2017年,真光层深度季节性变化特征为春季最大,夏季和秋季次之,冬季最低。2016年及2018年为夏季最大,春季和秋季次之,冬季最低。整体来看,受到冰层消光作用的影响,乌梁素海冰封期真光层深度明显小于非冰封期。真光层深度季节及年际空间分布及变化趋势整体上相一致,表现为湖区北部湖区中部湖区南部。浮游植物初级生产力的时空演化。利用冰封期与非冰封期VGPM模型,计算了乌梁素海浮游植物初级生产力,浮游植物初级生产力年内逐月变化大体呈现双峰分布,多年均值为0.856gC/m2/d。除2018年以外,其余年份夏季的浮游植物初级生产力最高,冬季最低,春季秋季次之。浮游植物初级生产力的空间分布在春、夏、冬三个季节为由北向南递减,秋季在湖区南部出现逆向升高区。年际间变化整体呈下降趋势,其中2017年和2018年浮游植物初级生产力为湖区北部大于湖区南部,2014、2015和2016年在湖区南部出现逆向升高区。冰封期浮游植物初级生产力小,但初级生产能力并不弱,营养盐尤其是总磷的浓度及空间分布是影响乌梁素海浮游植物初级生产力水平和空间分布的控制性因素。水温是影响乌梁素海浮游植物初级生产力随时间变化的主要因素,主要表现在浮游植物的光合作用速率上,水温的抑制作用是乌梁素海浮游植物初级生产力出现双峰分布的主要原因。