長江口及鄰近海域浮游植物生長溫度效應研究——長江口及鄰近海域浮游植物生物量年際變化的溫度控制效應.pdf

1、綜合海上調(diào)查研究表明，自1980s初以來，長江口及鄰近海域赤潮發(fā)生范圍、規(guī)模、頻率及赤潮肇事藻種類等均較以往大幅增加，且赤潮類型由單一的硅藻赤潮演變?yōu)楣柙?甲藻赤潮交替發(fā)生。文獻研究結果表明，赤潮發(fā)生不僅是陸源營養(yǎng)鹽輸入增加等人類活動的結果，而且也可能是氣候演變等自然環(huán)境因素綜合作用的結果，其中溫度變化對赤潮發(fā)生有著不可忽視的影響。然而，目前人們對長江口及鄰近海域赤潮肇事浮游植物生長溫度效應缺乏（半）定量化系統(tǒng)描述，特別是目前尚不清楚浮

2、游植物總生物量的年際變化與典型赤潮肇事浮游植物生長溫度效應控制機制之間的定量關系，而且以往對于長江口及鄰近海域典型赤潮肇事浮游植物溫度效應的研究及描述均基于實驗條件與現(xiàn)場實際情況差別較大的實驗室培養(yǎng)實驗，其結果能否準確反映現(xiàn)場的實際情況尚缺乏深入探討。
　　對此，本文采用海上綜合調(diào)查數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、船基圍隔生態(tài)系/培養(yǎng)瓶模擬現(xiàn)場一次培養(yǎng)實驗、數(shù)值模擬計算等方法，比較系統(tǒng)地研究了長江口及鄰近海域浮游植物總生物量的年際變化溫度效應、典型

3、赤潮肇事浮游植物生長的溫度效應及控制機制以及兩者之間的對應關系，并對比評價了現(xiàn)場培養(yǎng)實驗與傳統(tǒng)實驗室培養(yǎng)實驗的差異。其中，研究海域主要位于29～32°N，122～123.5°E附近海域；船基圍隔生態(tài)系/培養(yǎng)瓶模擬現(xiàn)場一次培養(yǎng)實驗的優(yōu)勢藻種包括東海原甲藻（Prorocentrum donghaiense Lu）、骨條藻（Skeletonema）、角毛藻（Chaetoceros）和擬菱形藻（Pseudo-nitzschia）；海上綜合調(diào)查數(shù)

4、據(jù)主要包括1981～2010年約95個航次的文獻報道數(shù)據(jù)及―我國近海有害赤潮發(fā)生的生態(tài)學、海洋學機制及預測防治‖和―我國近海藻華災害演變機制與生態(tài)安全‖兩個973項目分別于2002～2007年和2010～2011年在長江口及鄰近海域20個航次的現(xiàn)場調(diào)查數(shù)據(jù)，主要研究結果有3個方面：
　　1.長江口及鄰近海域浮游植物總生物量年際變化溫度效應分析。
　?。?）1981-2011年長江口及鄰近海域浮游植物總生物量的年際變化總體呈增

5、加趨勢，累計增加了約165％；同期海水溫度總體上也呈逐漸升高趨勢，總計升高約1.80℃，年均升高約0.06℃。線性相關分析表明，溫度對浮游植物總生物量年際變化有影響，但不甚顯著。
　?。?）根據(jù)兩個973項目分別在2002～2007年和2010～2011年共計20個航次的海上調(diào)查數(shù)據(jù)，選擇溶解無機氮（DIN）、磷酸鹽（PO4-P）、硅酸鹽（SiO3-Si）、溶解有機氮（DON）、溶解有機磷（DOP）、海水溫度（ST）及光合有效光輻

6、射通量（PAR，根據(jù)水體濁度換算）7個主要海洋學和生態(tài)學調(diào)查項目數(shù)據(jù)進行主成分分析，得出溫度對浮游植物生長的影響小于營養(yǎng)鹽及光照的影響。
　?。?）在非線性轉化為線性的基礎上，建立了上述溫度、光照和營養(yǎng)鹽因子與浮游植物生物量的多元線性回歸模型，進一步分析得出溫度對長江口及鄰近海域浮游植物生物量年際變化的影響貢獻率約為6.8%，相當于總生物量年際變化的溫度效應約為5.0%/℃，年均溫度效應約為0.3%。
　　2.長江口及鄰近海

7、域4種典型赤潮肇事浮游植物生長的溫度效應研究。
　　2011年4、5月及2012年5、6月在長江口及鄰近海域進行現(xiàn)場調(diào)查時，同步進行了15次船基圍隔生態(tài)系/培養(yǎng)瓶模擬現(xiàn)場一次培養(yǎng)實驗，作為對比并進行了相關優(yōu)勢藻種的實驗室一次培養(yǎng)實驗。
　　（1）按照同站位同溫度平行樣實驗結果，現(xiàn)場培養(yǎng)實驗的實驗精度平均是90.5%±13.4%，與實驗室培養(yǎng)方法的實驗精度91.2%±12.6%相當；然而不同站位同藻種現(xiàn)場培養(yǎng)實驗的重現(xiàn)性平均是

8、54.1%±29.8%，顯著低于不同來源的相同藻種實驗室培養(yǎng)實驗重現(xiàn)性64.9%±34.3%；但是最終的浮游植物溫度效應分析結果表明現(xiàn)場培養(yǎng)實驗更接近于自然界實際情況。
　?。?）4種典型赤潮肇事浮游植物的生長曲線均呈―S‖型，按照生長周期內(nèi)生物量積分計算結果，在10～30℃范圍內(nèi)，東海原甲藻、骨條藻、角毛藻和擬菱形藻生物量溫度效應分別是9.6%/℃、5.1%/℃、8.2%/℃和4.5%/℃。結果，4種典型赤潮肇事種的相對豐度加權

9、平均溫度效應是5.2%/℃，與海上調(diào)查數(shù)據(jù)綜合統(tǒng)計分析結果的5.0%/℃相當吻合，說明長江口及鄰近海域浮游植物總生物量的年際變化溫度效應主要決定于這4種典型赤潮肇事藻種。進一步分析說明，東海原甲藻的溫度效應9.6%/℃基本可以代表長江口及鄰近海域甲藻的溫度效應，3種硅藻的相對豐度加權平均溫度效應5.8%/℃基本可以代表硅藻溫度效應。
　　3.長江口及鄰近海域典型赤潮肇事浮游植物生長的溫度效應控制機制研究。
　?。?）4種赤潮

10、肇事浮游植物的生長曲線均符合Logistic生長模型，其中模型參數(shù)：最大生物量（Bf）和最大比生長速率（μmax）均具有溫度效應。當環(huán)境溫度低于最適生長溫度時，4種典型赤潮肇事藻的μmax溫度效應符合Van’t Hoff方程，若同時考慮浮游植物在高于其最適溫度條件下的生長狀況，則μmax溫度效應符合Blanchard方程，與文獻報道結果一致，但研究表明當浮游植物的生長溫度遠小于其最高耐受溫度時，后者可以簡化為前者。鑒于4種典型赤潮肇事浮

11、游植物的最適生長溫度一般大于26℃，所以在長江口及鄰近海域使用Van’t Hoff方程能夠基本滿足它們μmax溫度效應的描述要求；同樣4種浮游植物的Bf溫度效應也總體符合Van’t Hoff方程。
　?。?）結合已有文獻中長江口及鄰近海域典型赤潮肇事浮游植物溫度效應研究的再分析結果，本文建議在長江口及鄰近海域典型赤潮浮游植物生態(tài)動力學模型研究中，無論對于硅藻還是甲藻，均應同時考慮μmax和Bf溫度效應，采用Van’t Hoff方程

12、表征；對于硅藻，其μmax溫度系數(shù)的建議取值為0.145±0.108℃-1，Bf溫度系數(shù)的建議取值為0.011±0.026℃-1；對于甲藻，μmax溫度系數(shù)的建議取值為0.097±0.059℃-1，Bf溫度系數(shù)的建議取值為0.044±0.001℃-1。這與以往對長江口及鄰近海域浮游植物溫度效應的描述差異較大，不過具體哪種描述更為合理，則需通過今后的現(xiàn)場調(diào)查數(shù)據(jù)進行驗證。
　　總之，本文針對典型赤潮浮游植物生長溫度效應，系統(tǒng)研究了長

13、江口及鄰近海域浮游植物總生物量的年際變化與4種典型赤潮肇事浮游植物生長溫度效應控制機制的關系，并對比評價了現(xiàn)場培養(yǎng)實驗與傳統(tǒng)實驗室培養(yǎng)實驗的差異，從而在定量化層面加深了對該海域典型赤潮發(fā)生生態(tài)學控制機制的認識。本文的研究特色主要體現(xiàn)在綜合應用海上調(diào)查數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、現(xiàn)場培養(yǎng)實驗和數(shù)值模擬計算，證實了相比于傳統(tǒng)的浮游植物實驗室培養(yǎng)實驗，現(xiàn)場培養(yǎng)實驗更接近自然界實際情況；并首次得出，在長江口及鄰近海域，溫度對浮游植物生物量長期變化的影響貢獻率