浮游植物及群落结构对海洋酸化响应的研究

来源 :上海海洋大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:flywhc
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大气二氧化碳浓度升高引起的海水酸化受到国内外广泛关注。本论文针对海水酸化现象进行室内酸化模拟实验,从化学计量和食物链角度来研究海水酸化对不同种类浮游植物生长及营养质量的影响;通过海区围隔实验了解海水酸化对不同季节、不同粒径浮游植物的生长及群落结构的影响,进而探讨对滤食性贝类摄食、生长发育等的潜在影响。主要研究结果如下:1.海水酸化对不同种类浮游植物:亚心形扁藻(Platymonas subcordiformis)、小球藻(Chlorella vulgaris)、三角褐指藻(Phaeodactylum tricornutum)、叉鞭金藻(Dicrateria sp.)、赫氏颗石藻(Emiliania huxleyi)的影响。(1)CO2浓度升高显著促进了叉鞭金藻、三角褐指藻、亚心形扁藻、小球藻和赫氏颗石藻细胞密度的增加;实验期间赫氏颗石藻平均比生长率比对照组高出31.8%,反应最为迅速,其次是亚心形扁藻(13.5%)和小球藻(5.9%)。(2)显著提高了小球藻单位细胞叶绿素a含量(P<0.05);亚心形扁藻、赫氏颗石藻和叉鞭金藻单位细胞叶绿素a含量显著降低(P<0.05);而对三角褐指藻无显著影响(P>0.05)。(3)高CO2浓度条件下,三角褐指藻Fv/Fm显著升高,叉鞭金藻和赫氏颗石藻NPQ显著降低,赫氏颗石藻qP显著升高;亚心形扁藻和三角褐指藻指数生长期rETRmax、叉鞭金藻的α显著升高;而CO2浓度升高对小球藻叶绿素荧光参数无显著影响。(4)高CO2浓度使浮游植物细胞内的碳含量增加、氮或磷含量降低,C/N、C/P比提高。种间差异较大,其中显著提高了亚心形扁藻的C/N、C/P值、小球藻和赫氏颗石藻的C/P值和三角褐指藻的C/N值,叉鞭金藻不显著。可见,亚心形扁藻、小球藻、赫氏颗石藻和三角褐指藻在高CO2浓度下的生长速率加快,但是营养质量降低。2.海水酸化对褐潮藻—抑食金球藻(Aureococcus anophagefferens)的影响及海湾扇贝对不同浓度抑食金球藻的摄食。(1)CO2浓度升高可显著提高抑食金球藻生长及比生长速率(P<0.05),平均比生长率比对照组高出1.7%;抑食金球藻的Fv/Fm、Y(II)、qP、rETRmax和Ik显著提高(P<0.05),通过提高光合作用能力促进生长;C、N、P含量及元素摩尔比(C/N、C/P)变化不显著(P>0.05)。(2)中规格海湾扇贝对褐潮藻的摄食率随藻细胞浓度的增大呈先升高后下降的趋势,当藻细胞浓度为1.5ug/L时海湾扇贝摄食率最高为0.7461μg/ind·h,对高浓度褐潮藻的摄食率低于小球藻;吸收效率(AE)均很低,变化范围在-1%-1%之间,基本不吸收。海水酸化促进抑食金球藻的生长,极大地增加褐潮爆发的可能性,同时抑制海湾扇贝对其的摄食吸收,将会对滤食性贝类的存活、生长发育等产生严重危害。3.采用海区现场围隔的方法研究海水酸化对桑沟湾春季不同粒径浮游植物的影响,结果发现:(1)营养盐含量(PO43--P、DIN、SiO32--Si)充足时,海水酸化对不同粒径大小的浮游植物生长均无显著影响(P>0.05);水体存在P限制的情况下,酸化处理组(pH7.9和7.6,NBS标度)2-20μm范围内叶绿素a含量显著升高(P<0.05),促进了Nano-浮游植物的生长;在N、P限制的情况下,pH7.9组Pico-浮游植物数量显著增加,浮游植物粒径结构发生改变。说明可利用营养盐含量的高低影响了海水酸化对不同粒级浮游植物生长及粒径结构的影响程度。(2)加贝组营养盐充足,海水酸化和贝类摄食双重作用显著促进了Pico-浮游植物的生长(P<0.05),Pico-浮游植物占比显著升高,浮游植物粒径结构发生改变。虾夷扇贝对Nano-浮游植物的摄食量较高而对Pico-浮游植物摄食量很低。4.不同季节浮游植物优势种不同,环境条件也存在很大差异。采用海区现场围隔的方法研究海水酸化对桑沟湾秋季浮游植物生长及群落结构的影响,结果发现:(1)水体中营养盐含量基本充足(除实验后期出现DIN限制),海水酸化(pH7.6)对不同粒径浮游植物的生长均无显著影响(P>0.05)。(2)海水酸化使藻类组浮游植物硅藻种类数降低,对总丰度值没有显著影响(P>0.05)。实验中期,浮游植物的优势种数目减少,海链藻优势度最高,海水酸化促进了海链藻和角毛藻属的生长;实验结束时DIN限制,优势种数目继续减少,菱形藻优势度最高,海水酸化促进了菱形藻和海链藻的生长,浮游植物群落多样性从初始的低多样性(1.5<H′<2.49,0.68<J<0.73)变为多样性很低(H′<1.5)。(3)长牡蛎对小型和微型浮游植物的摄食量高于微微型浮游植物。海水酸化条件下,贝类和浮游动物的摄食活动显著促进了Micro-、Nano-浮游植物的生长(P<0.05),总生物量升高。Micro-和Nano-浮游植物生长速率高于浮游动物和贝类对其的摄食速率,短期内小型和微型浮游植物生物量增加。(4)海水酸化使加贝组围隔内浮游植物的种类数降低,但是硅藻总丰度增高,显著促进了海链藻和角毛藻的生长。优势种数目不变,海链藻替代劳氏角毛藻成为水体中新的优势种;浮游植物群落多样性不变,均属于低多样性。
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