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热带海洋学报 >

2019 , Vol. 38 >Issue 2: 48 - 57

DOI: https://doi.org/10.11978/2018075

海洋生物学

模拟升温和营养盐加富对大亚湾浮游生物群落代谢的影响*

  • 谢福武 , 1, 2 ,
  • 宋星宇 , 3 ,
  • 谭烨辉 3 ,
  • 谭美婷 3 ,
  • 黄亚东 3 ,
  • 刘华雪 , 1
展开
  • 1. 中国水产科学研究院南海水产研究所, 广东省渔业生态环境重点实验室, 广东 广州 510300
  • 2. 海南省海洋与渔业科学院(海南省海洋开发规划设计研究院), 海南 海口 571126
  • 3. 中国科学院南海海洋研究所, 中国科学院热带海洋生物资源与生态重点实验室, 广东 广州 510301;
通信作者：宋星宇, 研究员。E-mail: ; 刘华雪, 副研究员。E-mail:

作者简介：谢福武(1992—), 男, 海南省万宁市人, 从事海洋生态学研究。E-mail:

收稿日期: 2018-07-25

  要求修回日期: 2018-09-10

  网络出版日期: 2019-04-15

基金资助

国家重点研发计划(2017YFC0506302)

国家重点基础研究发展计划(2015CB452904)

国家自然科学基金(41276161)

收起

Impact of simulated warming and nutrients input on plankton community metabolism in Daya Bay*

  • XIE Fuwu , 1, 2 ,
  • SONG Xingyu , 3 ,
  • TAN Yehui 3 ,
  • TAN Meiting 3 ,
  • HUANG Yadong 3 ,
  • LIU Huaxue , 1
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  • 1. Guangdong Provincial Key Laboratory of Fishery Ecological Environment, South China Sea Fisheries Research Institute, Chinese Academy of Fishery Sciences, Guangzhou 510300, China
  • 2. Hainan Academy of Ocean and Fisheries Sciences (Hainan Provincial Marine Development Plan and Design Research Institute), Haikou, 571126, China
  • 3. Key Laboratory of Tropical Marine Bio-resources and Ecology, South China Sea Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510301, China;
Corresponding author: SONG Xingyu. ; LIU Huaxue.

Received date: 2018-07-25

  Request revised date: 2018-09-10

  Online published: 2019-04-15

Supported by

National Key Research and Development Program of China (2017YFC0506302)

National Basic Research Program (2015CB452904)

National Natural Science Foundation of China (41276161)

Copyright

热带海洋学报编辑部
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摘要

文章结合模拟升温和营养盐加富, 于2016年8月和2017年1月研究了夏季和冬季大亚湾海域浮游生物群落代谢特征, 以期深入了解浮游生物对升温和富营养化作用的响应机制。结果表明: 升温和营养盐输入均会影响浮游生物总初级生产力(GPP)和群落呼吸率(CR), 且GPP对环境的响应更敏感。夏季GPP除在培养前期(24h)极高温条件下受到显著抑制外, 营养盐输入的影响比温度的影响作用更显著; 而冬季GPP和CR受升温效应的影响显著(p<0.05)。总体看来, 升温效应和营养盐输入均能影响浮游生物群落碳代谢平衡, 导致海洋生态系统的稳定性降低, 进而影响海洋生物多样性以及渔业资源产出的数量和质量。

关键词： 浮游生物; 群落代谢; 营养盐输入; 大亚湾

本文引用格式

谢福武 , 宋星宇 , 谭烨辉 , 谭美婷 , 黄亚东 , 刘华雪 . 模拟升温和营养盐加富对大亚湾浮游生物群落代谢的影响*[J]. 热带海洋学报, 2019 , 38(2) : 48 -57 . DOI: 10.11978/2018075

Abstract

Characters of plankton community metabolism of Daya Bay were studied using data collected in August 2016 and January 2017. The possible effects of nutrients input were discussed to understand the response mechanism of plankton to warming and eutrophication based on simulation experiments. The results indicated that both GPP (gross primary production) and CR (community respiration) were influenced by warming and nutrients input, and response of GPP to environment was seriously sensitive. The impact of GPP on nutrients input was more remarkably than that of temperature, except for being significantly inhibited in early cultured stage (24 h) with extremely high temperature conditions. In winter, both GPP and CR were significantly affected by the warming effect (p<0.05). Overall, both warming effect and nutrients input could affect carbon metabolism of plankton community which would lead to the declining of marine ecosystem stability, thereby affecting marine ecosystem stability and biodiversity and quality of marine ecological environment and fishery resource output.

Key words： plankton; community metabolism; nutrients input; Daya Bay

海洋浮游生物由浮游植物、浮游动物和浮游微生物构成, 通常悬浮在水层中随水流移动(王娜, 2014)。浮游生物群落代谢过程主要包括初级生产和群落呼吸两大基本生态过程, 而群落净生产力(net community production, NCP)大小决定生态系统呈现自养或异养状态(Ducklow et al, 2005)。浮游生物群落呼吸和初级生产能反映海洋生态系统中的碳代谢平衡, 其平衡过程对于海洋生态系统碳通量的分布格局与演变趋势是至关重要的, 是衡量海洋生态系统碳循环和营养物质动力学的重要指标。
水温上升引起浮游生物初级生产与群落呼吸贡献的潜在变化是一个较为复杂的过程, 可通过对观测数据的回归分析或者模拟全球气候变化的升温幅度来研究升温效应对浮游群落代谢特征的影响。一般认为, 温度升高在一定程度上能提高浮游生物总初级生产力和群落呼吸率水平(Regaudie‐de‐Gioux et al, 2012; Vaquer-Sunyer et al, 2013)。随着核电站数量的不断增加以及规模的不断扩展, 核电站温排水所引起的“热污染”对近海生态环境的影响日益受到重视, 这种由于温排水所导致的升温效应可使核电站邻近水域温度升高超过8℃, 而这种较高的升温幅度对周边水体浮游群落代谢特征的影响鲜有报道(Kim et al, 2007; Teixeira et al, 2012)。另外, 沿海核电站往往建设在人类活动影响较大的近海区域, 这些水域常伴随着营养物质输入及潜在的富营养化效应, 无论升温效应还是富营养化效应, 对水体代谢过程均有潜在的促进作用, 但这两个因子对近海初级生产与呼吸代谢的影响的综合效应如何, 两者的影响程度是否存在差异, 仍缺乏研究(Vaquer-Sunyer et al, 2015, 2016)。
大亚湾是广东省东南部近海的重要亚热带半封闭性海湾, 海水主要通过湾口与外海水进行交换, 湾内存在多个核电站, 此外水产养殖的发展与陆源输入增加也使得局部海域出现富营养化趋势, 而目前该海湾浮游群落代谢特征及其受升温与营养盐输入的综合影响状况尚不清楚(Song et al, 2009; Liu et al, 2011; Jiang et al, 2015)。本文通过模拟升温和营养盐加富实验相结合, 分析这两个因素对大亚湾浮游生物群落代谢的影响以及碳代谢平衡的响应规律, 以期深入了解环境变化背景下近海生态系统物质循环及能量流动的途径与传输效率, 完善生态系统整体功能和海洋生态系统碳通量的区域分布格局与演变趋势的评估。

1 材料与方法

1.1 实验设计

分别于2016年8月1日—10日和2017年1月4日—13日在大亚湾海域进行培养实验(图1), 其中M1位于近岸养殖区, 营养盐丰富, 赤潮频发; M2位于湾口, 营养盐含量不高, 水质良好。根据现场环境特征, 将模拟升温实验设计在M1, 交叉实验设计在M2 (表1)。
Fig. 1 Maps of sampling stations in Daya Bay

图1 现场温度调查和模拟实验采样站位分布图
左图中*为大亚湾核电站; 右图中M1和M2为实验站位

Tab. 1 Simulation experimental design in Daya Bay during summer and winter

表1 大亚湾模拟实验设计

单因素模拟实验条件(M1) 交互模拟实验(M2)
夏季 6个温度梯度(38℃、36℃、34℃、32℃、30℃、28℃) 3个营养盐加富梯度*和3个温度梯度(36℃、32℃、28℃)
冬季 6个温度梯度(28℃、26℃、24℃、22℃、20℃、18℃) 3个营养盐加富梯度*和3个温度梯度(28℃、24℃、20℃)

注: *营养盐加富梯度[低浓度组(LN): 不添加营养盐; 中浓度组(MN): 添加终浓度为10μmol·L-1的硝酸盐及0.6μmol·L-1的磷酸盐; 高浓度组(HN): 添加终浓度为100μmol·L-1的硝酸盐及6μmol·L-1的磷酸盐]

在M1和M2采集原始水样, 采用多组高精度低温恒温水浴模拟不同梯度的温度(控温精度0.05℃), 氙气灯模拟日光光源(光暗比设置与实验地点、季节的日照时长一致)进行培养, 温度梯度设置依据谢福武等(2018)夏冬季现场温排水的相关研究。
1) 模拟升温实验(SE): 根据夏季和冬季现场调查站位(M1)的实际温度结果, 分别设置6个温度(表1), 对采集的水样进行不同温度梯度的培养。
2) 模拟升温和营养盐加富交叉模拟实验(TSE): 夏冬季交叉实验设置3个温度梯度和3个营养盐加富梯度的交叉组合, 共9个梯度组。营养盐加富梯度为低浓度组LN (不添加营养盐)、中浓度组MN (终浓度为10μmol•L-1的硝酸盐和0.6μmol•L-1的磷酸盐)和高浓度组HN (终浓度为100μmol•L-1的硝酸盐和6μmol•L-1的磷酸盐)。

1.2 样品采集与测定

采样站点分布如图1所示, 通过采水器或虹吸法采集表层水, 水样不经处理直接分装至340mL溶氧瓶中(装样前用水样润洗瓶子, 用管插入瓶底加水样至溢出瓶口, 以排除气泡, 轻轻盖紧瓶盖), 每一梯度组的黑瓶和白瓶水样分别设置3个平行样。
培养实验: 将水样均置于低温恒温水浴装置中进行培养, 室内模拟实验水样进行72h连续培养, 并从0h开始中, 每隔24h进行样品测定工作。
零时间