長江口及鄰近海域浮游植物生長溫度效應(yīng)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(yīng).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(xiàn)研究結(jié)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(jié)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(jié)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(yīng)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(yīng)控制機(jī)制之間的定量關(guān)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(yīng)的研究及描述均基于實(shí)驗(yàn)條件與現(xiàn)場實(shí)際情況差別較大的實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，其結(jié)果能否準(zhǔn)確反映現(xiàn)場的實(shí)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(jì)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(shí)驗(yàn)、數(shù)值模擬計(jì)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(yīng)、典型

3、赤潮肇事浮游植物生長的溫度效應(yīng)及控制機(jī)制以及兩者之間的對應(yīng)關(guān)系，并對比評價(jià)了現(xiàn)場培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(gè)航次的文獻(xiàn)報(bào)道數(shù)據(jù)及―我國近海有害赤潮發(fā)生的生態(tài)學(xué)、海洋學(xué)機(jī)制及預(yù)測防治‖和―我國近海藻華災(zāi)害演變機(jī)制與生態(tài)安全‖兩個(gè)973項(xiàng)目分別于2002～2007年和2010～2011年在長江口及鄰近海域20個(gè)航次的現(xiàn)場調(diào)查數(shù)據(jù)，主要研究結(jié)果有3個(gè)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(yīng)分析。
　　（1）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(jì)增加了約165％；同期海水溫度總體上也呈逐漸升高趨勢，總計(jì)升高約1.80℃，年均升高約0.06℃。線性相關(guān)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(gè)973項(xiàng)目分別在2002～2007年和2010～2011年共計(jì)20個(gè)航次的海上調(diào)查數(shù)據(jù)，選擇溶解無機(jī)氮（DIN）、磷酸鹽（PO4-P）、硅酸鹽（SiO3-Si）、溶解有機(jī)氮（DON）、溶解有機(jī)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(gè)主要海洋學(xué)和生態(tài)學(xué)調(diào)查項(xiàng)目數(shù)據(jù)進(jìn)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(zhuǎn)化為線性的基礎(chǔ)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(jìn)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(xiàn)率約為6.8%，相當(dāng)于總生物量年際變化的溫度效應(yīng)約為5.0%/℃，年均溫度效應(yīng)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(yīng)研究。
　　2011年4、5月及2012年5、6月在長江口及鄰近海域進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)查時(shí)，同步進(jìn)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(shí)驗(yàn)，作為對比并進(jìn)行了相關(guān)優(yōu)勢藻種的實(shí)驗(yàn)室一次培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)。
　　（1）按照同站位同溫度平行樣實(shí)驗(yàn)結(jié)果，現(xiàn)場培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)精度平均是90.5%±13.4%，與實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)方法的實(shí)驗(yàn)精度91.2%±12.6%相當(dāng)；然而不同站位同藻種現(xiàn)場培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)重現(xiàn)性64.9%±34.3%；但是最終的浮游植物溫度效應(yīng)分析結(jié)果表明現(xiàn)場培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)更接近于自然界實(shí)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(jì)算結(jié)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(yīng)分別是9.6%/℃、5.1%/℃、8.2%/℃和4.5%/℃。結(jié)果，4種典型赤潮肇事種的相對豐度加權(quán)

9、平均溫度效應(yīng)是5.2%/℃，與海上調(diào)查數(shù)據(jù)綜合統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果的5.0%/℃相當(dāng)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(yīng)主要決定于這4種典型赤潮肇事藻種。進(jìn)一步分析說明，東海原甲藻的溫度效應(yīng)9.6%/℃基本可以代表長江口及鄰近海域甲藻的溫度效應(yīng)，3種硅藻的相對豐度加權(quán)平均溫度效應(yīng)5.8%/℃基本可以代表硅藻溫度效應(yīng)。
　　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(yīng)控制機(jī)制研究。
　　（1）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(yīng)。當(dāng)環(huán)境溫度低于最適生長溫度時(shí)，4種典型赤潮肇事藻的μmax溫度效應(yīng)符合Van’t Hoff方程，若同時(shí)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(yīng)符合Blanchard方程，與文獻(xiàn)報(bào)道結(jié)果一致，但研究表明當(dāng)浮游植物的生長溫度遠(yuǎn)小于其最高耐受溫度時(shí)，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(yīng)的描述要求；同樣4種浮游植物的Bf溫度效應(yīng)也總體符合Van’t Hoff方程。
　?。?）結(jié)合已有文獻(xiàn)中長江口及鄰近海域典型赤潮肇事浮游植物溫度效應(yīng)研究的再分析結(jié)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(xué)模型研究中，無論對于硅藻還是甲藻，均應(yīng)同時(shí)考慮μmax和Bf溫度效應(yīng)，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(yīng)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(jìn)行驗(yàn)證。
　　總之，本文針對典型赤潮浮游植物生長溫度效應(yīng)，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(yīng)控制機(jī)制的關(guān)系，并對比評價(jià)了現(xiàn)場培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)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(xué)控制機(jī)制的認(rèn)識。本文的研究特色主要體現(xiàn)在綜合應(yīng)用海上調(diào)查數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、現(xiàn)場培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬計(jì)算，證實(shí)了相比于傳統(tǒng)的浮游植物實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)場培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)更接近自然界實(shí)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(xiàn)率