黄、东海浮游植物功能群研究

【摘要】： 浮游植物是海洋中最主要的初级生产者,启动了海洋生态系统的能量流和物质流,开启了海洋食物链。973项目“我国近海生态系统食物产出的关键过程及其可持续机理”提出开展从食物网的原核生物-浮游植物到顶级生物从个体到粒径谱、功能群和营养层的全程(from end to end)食物网研究,并将生物功能群的食物网营养动力学作为拟解决的关键科学问题,因此需要对浮游植物功能群的组成和生态特征进行研究。 本论文基于2006年4月至2008年6月在黄、东海进行的9次多学科综合外业调查,利用浮游植物群落资料,研究了该海域浮游植物功能群的组成及生物量的时空分布特征,分析了浮游植物功能群与环境因子的关系、以及关键物理过程对浮游植物功能群的影响。 根据营养功能将浮游植物划分为12个功能群:微微型浮游植物(PicoPl)、微型硅藻(NanDiat)、微型自养鞭毛藻(NanAutFl)、小型自养甲藻(MAutFl)、小型混合营养甲藻(MMixFl)、小型异养甲藻(MHetFl)、小型单体硅藻(MUniDiat)、小型无刺群体硅藻(MHairDiat)、小型有刺群体硅藻(MBranDiat)、产毒浮游植物(ToxPl)、不可食浮游植物(InedPl)、其它浮游植物(Others)。 浮游植物水柱生物量在南黄海春季高于秋季;春季高值区位于山东半岛近岸水域,秋季高值区位于济州岛附近水域。在长江口和东海水域夏季最高,春季次之,秋季较低,冬季最低;高值区多分布在长江口-浙江近岸水域,外海高盐区生物量较低。在垂直方向上,浮游植物生物量主要分布在浅层水体。 黄、东海浮游植物功能群组成时空变化较大:南黄海春、秋季MHairDiat都是最优势的功能群;长江口邻近黄东海,春末以MHetFl为主的甲藻功能群在群落占优,ToxPl有较高的比例;夏中,硅藻取代甲藻,MHairDiat成为最优势功能群,MBranDiat也有较高的比例;夏末,硅藻功能群占群落比例超过95%;东海陆架区秋冬季均以硅藻功能群为主,MHairDiat MUniDiat MBranDiat;长江口及东海近岸区甲藻功能群占优,5月份MMixFl MAutFl MHetFl,6月份MHetFl取代MMixFl成为最优势功能群。 MHairDiat春季在山东半岛东端的海槽区出现全年最高值;春末到夏末,长江口及东海近岸区水柱生物量逐渐升高;生物量从秋季到冬季持续下降,秋季黄海冷水团水域生物量极低。MUniDiat在春季的分布与MHairDiat类似;从夏中至夏末,长江口及东海近岸区生物量持续升高;秋季,生物量在东海陆架区高于南黄海;冬季,东海陆架区生物量略有下降,在长江口附近形成高值区。MBranDiat春季在长江口邻近黄海生物量较高,在东海少有分布,春末开始东海生物量升高,高值区分布在杭州湾外;秋季生物量下降,在黄海分布在近岸,东海分布在外海;冬季生物量低、分布范围小。MHetFl春季在山东半岛近岸、长江口-杭州湾外有很高的生物量;夏季开始,生物量显著降低,冬季仅在东海陆架外缘有分布。MMixFl春季在东海高于南黄海,春末生物量在长江口及东海近岸区上升,夏季开始降低;秋季在南黄海的分布与春季类似,高于东海;冬季,东海陆架区生物量很低。MAutFl春末在长江口邻近黄海出现全年最高值,高生物量从夏季开始衰退,秋、冬季生物量均很低。ToxPl在春夏季生物量较高,春季主要分布在南黄海中部、长江口和东海近岸区;夏中长江口邻近黄海出现全年最大值,到夏末消失。InedPl夏末在长江口邻近黄海出现全年最高值,其生物量在外海高盐水域较高。 浮游植物关键种的演替明显:南黄海关键种主要为硅藻,春季为太平洋海链藻(Thalassiosira pacifica)、豪猪棘冠藻(Corethrom hystrix)等,秋季为斯氏几内亚藻(Guinardia striata)、圆筛藻(Coscinodiscus sp.)。长江口及东海水域,5、6月份关键种以甲藻为主,夜光藻(Noctiluca scientillans)、具齿原甲藻(Prorocentrum dentatum)、米氏凯伦藻(Karenia mikimotoi)等水华物种、柔弱伪菱形藻(Pseudo-nitzschia delicatissima)等产毒物种都有较高的生物量;夏季,甲藻式微,脆指管藻(Dactyliosolen fragilissimus)、旋链角毛藻(Chaetoceros curvisetus)、厚刺根管藻(Rhizosolenia crassipina)和环纹劳德藻(Lauderia annulata)等硅藻成为关键种;秋季,关键种为圆筛藻、圆海链藻(Thalassiosira rotula)、斯氏几内亚藻(Guinardia striata)等硅藻;冬季,关键种主要是圆筛藻等单体硅藻。夜光藻、具齿原甲藻、米氏凯伦藻春季在长江口附近水域易形成水华(赤潮),而太平洋海链藻等硅藻春季在南黄海也有爆发水华的可能。 浮游植物功能群与环境因子的关系存在时空差异:MHairDiat在黄东海的分布主要受温度和盐度的影响,但春季在黄海、夏季在长江口及邻近黄东海可能受到营养盐的限制;MUniDiat的分布主要受营养盐影响,生物量在高营养盐水体较高,春季在南黄海主要受盐度影响;MBranDiat在春、夏季可能受营养盐限制,在夏末、秋季和冬季的分布主要受温度和盐度影响;MAutFl的分布春季在南黄海受磷酸盐影响,在长江口受铵盐影响,秋季在东海陆架区与营养盐密切相关,其它航次主要受温度和盐度影响;MMixFl的分布主要受温度或/和盐度的影响,春季在南黄海、秋季在长江口及东海陆架区的分布主要受氮盐的影响;MHetFl主要分布在近岸的表层水体,在外海高盐高温水体也能形成较高的生物量;ToxPl的分布与营养盐的关系在秋季不明显,春季在南黄海、夏季在长江口、冬季在东海陆架区主要受氮盐的影响;InedPl的分布主要受温度和盐度的影响,但秋、冬季在东海陆架区在高营养盐水体分布较多。 黄海冷水团水域浮游植物生物量极低,温跃层的存在阻碍了营养盐向上输送,表层受营养盐特别是磷酸盐限制,仅适宜异养甲藻;底层受光限制,仅适宜底栖硅藻。长江冲淡水携带的大量营养盐支持了长江口水域的高生物量,生物量锋面出现在光和营养盐取得最佳权衡的水域。高盐、低营养盐的黑潮和台湾暖流控制区域,浮游植物难以形成高生物量。 综合基于浮游植物功能群组成的聚类分析结果和群落生物量对黄、东海进行了生态区的划分:南黄海春季划分为4个生态区、秋季划分为3个生态区,长江口及邻近黄东海水域春末划分为2个生态区、夏季划分为4个生态区、夏末划分为3个生态区,东海陆架区秋、冬季均划分为2个生态区,长江口及东海近岸区春季划分为2个生态区、春末划分为3个生态区。 春、秋季,基于浮游植物功能群对南黄海生态区的划分与基于浮游动物功能群的结果类似,但生物量分布模式不同;浮游植物功能群与中华哲水蚤的摄食、代谢、生殖行为有密切的关系。夏季,长江口外高生物量的MHairDiat和MBranDiat与底层的氧亏损有关。 本文从生物量出发,报道了黄、东海浮游植物功能群、关键种的组成及时空分布,研究了各功能群与环境因子的关系,并基于浮游植物功能群对黄、东海进行了生态区的划分,这些结果为黄、东海食物产出关键过程的预测模型提供了基础数据。今后的研究需要综合多种分析方法,获取全粒径浮游植物资料,以全面分析浮游植物功能群结构;同时与高营养层次生物功能群进行整合研究,以更好的理解中国近海食物网的营养结构。