中國(guó)東海和南海北部初級(jí)生產(chǎn)力的時(shí)空分布及其與浮游植物群落結(jié)構(gòu)的關(guān)系.pdf

1、初級(jí)生產(chǎn)過(guò)程是海洋生態(tài)系統(tǒng)最重要的過(guò)程之一，是分析生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的基礎(chǔ)。對(duì)中國(guó)海初級(jí)生產(chǎn)過(guò)程研究，過(guò)去主要集中在初級(jí)生產(chǎn)力的量級(jí)和時(shí)空分布方面，缺少對(duì)初級(jí)生產(chǎn)過(guò)程的微觀研究以及對(duì)初級(jí)生產(chǎn)力的調(diào)控機(jī)制的定量研究。本研究以中國(guó)東海和南海北部?jī)蓚€(gè)邊緣海生態(tài)系統(tǒng)為主要研究對(duì)象，針對(duì)中國(guó)亞熱帶邊緣海（東海和南海北部）初級(jí)生產(chǎn)力時(shí)空變化規(guī)律與調(diào)控機(jī)制，特別是與海洋水體光學(xué)特征和浮游植物群落結(jié)構(gòu)的關(guān)系等科學(xué)問(wèn)題。采用P-E曲線(xiàn)法和特征光合

2、色素法分別進(jìn)行初級(jí)生產(chǎn)力和浮游植物群落結(jié)構(gòu)的測(cè)量，并結(jié)合海水表觀光學(xué)量、浮游植物光吸收系數(shù)、溫度和營(yíng)養(yǎng)鹽等進(jìn)行數(shù)據(jù)的綜合分析，同時(shí)開(kāi)展了碳酸酐酶活性如何影響光合作用的研究。并以西英吉利海峽這一溫帶生態(tài)系統(tǒng)為對(duì)照海區(qū)，研究了該系統(tǒng)浮游植物群落結(jié)構(gòu)和光合作用參數(shù)的中長(zhǎng)期變化。取得如下主要結(jié)果:
　　(1)比較發(fā)現(xiàn)，非光譜法潛在地低估了水柱初級(jí)生產(chǎn)力（可達(dá)20％以上），低估主要發(fā)生在真光層的中下部，雖然由于暫無(wú)適合于東海和南海北部的光學(xué)

3、模型，光譜法目前沒(méi)有實(shí)際應(yīng)用的價(jià)值，但是這個(gè)結(jié)果表明光質(zhì)的變化對(duì)初級(jí)生產(chǎn)力的影響是不可忽視的;
　　(2)基于東海4個(gè)航次和南海北部6個(gè)航次的實(shí)測(cè)初級(jí)生產(chǎn)力數(shù)據(jù)，表明東海和南海北部的水柱初級(jí)生產(chǎn)力的范圍分別為71.8-5326.7 mg C m-2 d-1和35.0-3366.8 mg C m-2 d-1，東海的最大值出現(xiàn)在春季東海原甲藻(Prorocendrumdentatum)藻華期間，而南海北部的最大值出現(xiàn)在夏季的珠江口附近

4、;統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在南海北部，夏季近岸（1343.9±1012.4 mg C m-2 d-1，n=8）和陸架區(qū)(652.7±644.5mg C m-2 d-1，n=12)的水柱初級(jí)生產(chǎn)力顯著高于海盆區(qū)值(243.6±133.3 mg C m-2d-1，n=10)，冬季陸坡區(qū)(1215.7±459.6 mg C m-2 d-1，n=4)表現(xiàn)出顯著高于陸架區(qū)(587.3±297.5 mg C m-2 d-1，n=6)和海盆區(qū)(722.2±23

5、9.3 mg C m-2 d-1，n=7)的水柱初級(jí)生產(chǎn)力;在季節(jié)變化方面，南海北部海盆夏季的水柱初級(jí)生產(chǎn)力(243.6±133.3mg C m-2 d-1，n=10)顯著低于其它3個(gè)季節(jié)（春季776.1±560.1 mg C m-2 d-1，n=9;秋季1053.2±747.0 mg C m-2 d-1，n=2;冬季722.2±239.3 mg C m-2 d-1，n=7）;雖然統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)并未發(fā)現(xiàn)東海的水柱初級(jí)生產(chǎn)力在季節(jié)或區(qū)域間存在顯

6、著差異，但總體上＞500 mg C m-2 d-1乃至＞1000 mg C m-2 d-1的水柱初級(jí)生產(chǎn)力值主要出現(xiàn)在春季，夏季次之;
　　(3)單位體積潛在日最大固碳速率A*（為Chl口濃度、飽和光合作用速率PBm和日照時(shí)長(zhǎng)DL的乘積）可以單獨(dú)解釋水柱初級(jí)生產(chǎn)力53.2％的變異性，A*和表觀光學(xué)量Kd的組合可以提高解釋比例到76.6％;這個(gè)結(jié)果說(shuō)明了水體的光學(xué)特征是決定水柱初級(jí)生產(chǎn)力的關(guān)鍵因素之一，因?yàn)檎婀鈱由疃扰cKd相關(guān)，Kd

7、在近岸和離岸區(qū)（二類(lèi)和一類(lèi)水體）存在著不同的決定因素，進(jìn)而使東海和南海北部某些季節(jié)近岸區(qū)的水柱初級(jí)生產(chǎn)力低于離岸區(qū)，可能由東北季風(fēng)強(qiáng)的混合作用造成的低水體透光度限制了秋冬季南海北部近岸區(qū)的水柱初級(jí)生產(chǎn)力;
　　(4)南海北部春、夏季浮游植物光合作用參數(shù)PBm在垂直方向上隨著光學(xué)深度的增加逐漸變小，但在秋季，則表現(xiàn)為垂向上較為一致的PBm值，體現(xiàn)了浮游植物光適應(yīng)機(jī)制對(duì)層化和混合不同環(huán)境下的不同響應(yīng)，而這種機(jī)制的表達(dá)與光保護(hù)色素的合成

8、與浮游植物群落結(jié)構(gòu)的改變密切相關(guān)，在春、夏季，表層浮游植物以微微型浮游植物為主，且含有高比例的光保護(hù)色素（平均光保護(hù)色素指數(shù)＞0.3），但在秋季，群落結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)橐晕⑿秃臀⑽⑿透∮沃参餅橹鳎疫@時(shí)光保護(hù)色素的比例較低(平均光保護(hù)色素指數(shù)為0.086);
　　(5)現(xiàn)有基于溫度的模型無(wú)法解釋東海和南海北部浮游植物PBopt的變化，但在南海北部，P-E曲線(xiàn)初始斜率αB和最大光利用效率ΦCm與浮游植物光吸收系數(shù)的峰值比aph(435)/a

9、ph(676)顯著相關(guān)(p＜0.001)，而aph(435)/aph(676)值的增加反映了浮游植物群落結(jié)構(gòu)從小型浮游植物為主向微微型浮游植物為主的趨勢(shì)(p＜0.001);表層浮游植物飽和光合作用速率PBm與群落中硅藻和原綠球藻的比例相關(guān)，硅藻為主的群落表現(xiàn)出中等的PBm值，PBm隨著原綠球藻的比例的增加而變小，這個(gè)結(jié)果與不同種類(lèi)浮游植物光吸收能力和能量分配策略的差異有關(guān);光適應(yīng)參數(shù)Ek隨著溫度的降低而變小(p＜0.05），反映了浮游植

10、物對(duì)太陽(yáng)光強(qiáng)度變化的適應(yīng);
　　(6)對(duì)照實(shí)驗(yàn)表明，兩種碳酸酐酶抑制劑乙酰唑胺(Acetazolamide，AZ)和乙氧苯丙噻唑磺胺(Ethoxyzolamide，EZ)對(duì)小粒級(jí)浮游植物光合作用參數(shù)αB和PBm的抑制率無(wú)顯著差異，AZ和EZ對(duì)大粒級(jí)浮游植物αB的抑制率無(wú)顯著差異，EZ對(duì)大粒級(jí)浮游植物PBm的抑制率顯著高于AZ的抑制率(p＜0.01，Paired t-test)，EZ對(duì)大粒級(jí)浮游植物PBm的抑制率也顯著高于對(duì)小粒級(jí)浮

11、游植物的抑制率(p＜0.01，Paired t-test)，這些結(jié)果顯示碳酸酐酶（尤其是胞內(nèi)碳酸酐酶）對(duì)大粒級(jí)浮游植物維持其暗反應(yīng)能力(PBm)起著非常重要的作用;
　　(7)在西英吉利海峽，甲藻、球石藻、硅藻和微型真核藻類(lèi)在溫度適應(yīng)性上表現(xiàn)出明顯的差異，甲藻和球石藻碳生物量隨著溫度的增加而顯著增加，相反硅藻的碳生物量與溫度負(fù)相關(guān)，各浮游植物優(yōu)勢(shì)種表現(xiàn)出不同的發(fā)生藻華(＞10 mgC m-3)的溫度區(qū)間，總體上甲藻優(yōu)勢(shì)種在＞14℃