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

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【摘要】：浮游植物、小型浮游動(dòng)物和細(xì)菌之間的關(guān)系受海水溫度、鹽度、營(yíng)養(yǎng)鹽以及光照強(qiáng)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(jìn)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(duì)認(rèn)識(shí)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(duì)比研究仍然不足。為了研究富營(yíng)養(yǎng)和寡營(yíng)養(yǎng)海域的物質(zhì)和能量的流通,河口富營(yíng)養(yǎng)對(duì)浮游植物和小型浮游動(dòng)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(zhǎng),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(shí)驗(yàn)、以及珠江口和特拉華灣水體的室內(nèi)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn),開展四方面的研究工作:(1)海洋浮游植物群落粒級(jí)結(jié)構(gòu)受營(yíng)養(yǎng)鹽調(diào)控,進(jìn)一步影響浮游動(dòng)物的攝食活動(dòng),從而對(duì)整個(gè)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(gè)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(qiáng)、無機(jī)營(yíng)養(yǎng)鹽濃度較低,葉綠素濃度、初級(jí)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(dòng)物攝食及其攝食粒級(jí)偏好較高。與黃海相比,南海較高的小型浮游動(dòng)物攝食速率和較低f值意味著:循環(huán)營(yíng)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(yíng)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(yíng)養(yǎng)和寡營(yíng)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(yíng)養(yǎng)的黃海由經(jīng)典食物鏈主導(dǎo),而在寡營(yíng)養(yǎng)的南海由微食物環(huán)主導(dǎo)。從黃海到南海,隨著無機(jī)營(yíng)養(yǎng)鹽降低、水溫和小型浮游動(dòng)物攝食活動(dòng)增加,水柱積分細(xì)菌生產(chǎn)力與積分初級(jí)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(shí)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(dòng)物的攝食活動(dòng)以及浮游植物對(duì)光照和營(yíng)養(yǎng)的響應(yīng)實(shí)驗(yàn)表明:葉綠素最大層小型浮游動(dòng)物在白天的攝食活動(dòng)強(qiáng)于晚上,但總體小于表層水體。另外,表層水體的小型浮游動(dòng)物傾向于攝食大粒級(jí)的浮游植物(5μm),而葉綠素最大層的小型浮游動(dòng)物的攝食沒有粒級(jí)選擇性。真光層內(nèi)粒級(jí)70μm浮游動(dòng)物的豐度在白天明顯小于晚上,說明較大粒級(jí)的浮游動(dòng)物的晝夜變化是影響小粒級(jí)浮游動(dòng)物攝食活動(dòng)的重要的原因。光照能明顯促進(jìn)葉綠素最大層浮游植物的生長(zhǎng),增加大粒級(jí)浮游植物的占比;葉綠素最大層浮游植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)加富能快速響應(yīng),而表層浮游植物的生長(zhǎng)和粒級(jí)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(yíng)養(yǎng)鹽需求潛能。這對(duì)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(duì)藻華期間浮游植物群落粒級(jí)結(jié)構(gòu)的影響,本研究利用珠江口水域水樣進(jìn)行連續(xù)5天稀釋培養(yǎng)實(shí)驗(yàn),來探究浮游植物的生長(zhǎng)速率(μ),小型浮游動(dòng)物的攝食速率(m),以及它們?cè)谠迦A爆發(fā)生長(zhǎng)過程中的耦合關(guān)系。相比控制組,營(yíng)養(yǎng)鹽加富不僅能增加水體中葉綠素最大值,而且能延長(zhǎng)藻華的持續(xù)時(shí)間。總體而言,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(shí),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(zhǎng)。在培養(yǎng)開始時(shí),水體由超微型和微型浮游植物主導(dǎo),而培養(yǎng)結(jié)束時(shí)優(yōu)勢(shì)種變?yōu)樾⌒透∮沃参�。浮游植物被小型浮游�?dòng)物攝食的比例(m/μ)隨著浮游植物的比生長(zhǎng)速率降低而增加,這意味著在藻華爆發(fā)生長(zhǎng)過程中,下行控制隨著浮游植物的生長(zhǎng)速率降低而增強(qiáng)。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(duì)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(zhǎng)過程中,富營(yíng)養(yǎng)水體中浮游植物群體粒級(jí)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(zhǎng)會(huì)造成水體pH升高,而河口富營(yíng)養(yǎng)水體藻華過程中浮游植物如何擺脫無機(jī)碳限制以維持光合作用是本部分研究的重點(diǎn)。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(shí)驗(yàn)表明:在整個(gè)培養(yǎng)過程中,pH值持續(xù)增大,溶解無機(jī)碳(DIC)的減少量大于顆粒有機(jī)碳和溶解有機(jī)碳的增加量,這意味著部分DIC消失了。同時(shí)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(shí),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?yàn)楦∮沃参镏荒苤苯永肅O2進(jìn)行光合作用,因此在pH很高時(shí),存在某種生成CO2的機(jī)制,以維持浮游植物的生長(zhǎng)。我們假設(shè):當(dāng)浮游植物快速生長(zhǎng)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(jìn)pH的進(jìn)一步升高�；贒IC、pH和TA的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立的模型的模擬結(jié)果證實(shí)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(zhǎng),驅(qū)動(dòng)了水體pH的進(jìn)一步升高。由于較高鹽度水體擁有較強(qiáng)的水體緩沖能力,該機(jī)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(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：Q178

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本文編號(hào)：1306783