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大型水母暴发已是全球性的海洋生态灾害,作为东亚海域水母高发区,黄海的水母暴发已经对生态系统造成了显著影响,然而水母暴发对浮游生态系统影响或生态效应尚不清楚。本论文通过现场大面调查和培养实验等研究手段,利用高效液相色谱、流式细胞仪等多种分析方法,在水母暴发年份对我国黄海大型水母沙海蜇(Nemopilema nomurai)暴发区的浮游植物及微食物环各主要组分相互关系展开研究。根据2011年~2014年航次调查研究和实验生态研究数据,取得以下主要结果: 1.水母暴发区浮游植物类群组成的变动及水母暴发对其类群组成的影响 根据2011年~2013年沙海蜇暴发区的不同阶段浮游植物类群现场调查结果,揭示了水母暴发不同阶段浮游植物的分布与变动格局。结果表明:整体上浮游植物生物量由近海到外海呈现逐渐降低的趋势。6月(水母暴发初期),硅藻占总叶绿素a生物量的34.3±10.3%(n=36),隐藻、蓝藻和甲藻分别约占10%。8月(水母暴发中期),浮游植物主要优势类群仍为硅藻(39.9±22.2%,n=48);但蓝藻的相对丰度显著上升,占21.0±15.3%(n=48,p<0.01);青绿藻占11.1±5.7%(n=48)。长江口外侧海域浮游植物生物量相对较高且多以硅藻为主,而蓝藻和青绿藻的高值区主要分布于黄海中部。9~10月(水母暴发后期),浮游植物生物量整体下降,浮游植物类群组成表现为硅藻占33.5±17.7%(n=45),蓝藻占24.4±18.9%(n=45),隐藻占12.0±6.4%(n=45),其它类群均小于10%。蓝藻的主要贡献区域仍然在黄海中部海区且保持近岸高外海低的分布趋势,而其在长江口外侧海域却呈现相反的分布规律。 与2011年8月(非水母暴发年)浮游植物类群相比,水母暴发期间甲藻、隐藻和蓝藻呈增加趋势,其中北部断面以蓝藻增加最为明显,增加量约为15%。硅藻除长江口外侧北部几个站位外,相对生物量均下降,平均下降约18%。金藻和青绿藻在30°N以北海域的相对生物量下降,而在30°N以南海域的相对生物量上升。 上述结果表明6月~10月间和年际间浮游植物类群组成受环境因子的影响。但是通过分别对比2012年和2014年两次6月重复断面航次调查结果,我们发现水母暴发前和水母暴发期的浮游植物和微型浮游动物类群均出现显著差异。结果表明在水母暴发期水母释放的低N/P的排泄物,可能改变水母暴发前高氮磷比的营养盐结构,尤其在水母暴发站位的10m层,磷酸盐的浓度显著高于水母暴发前的浓度p<0.05)。在此背景下,叶绿素a生物量和浮游植物生长率上升,而且浮游植物主要优势类群从硅藻-隐藻-青绿藻演变为硅藻-甲藻-隐藻。沙海蜇暴发时,甲藻的绝对生物量(p<0.01)和相对生物量(p<0.01)均显著升高,而隐藻(p<0.01)和青绿藻(P<0.05)的相对生物量显著下降。此外,在水母暴发期,微型浮游动物生物量下降,其主要优势类群纤毛虫(相对丰度>55%)的粒径大小显著降低(p<0.001)。因此,水母暴发可能促进甲藻藻华的发生,并促使微型浮游动物纤毛虫小型化;而且,这样的生态系统更有利水母的生长,因为水母相比于鱼类具有更广的食性。 2.水母暴发对异养细菌和群落代谢的影响 水母暴发不仅释放无机营养盐,同时还有溶解有机物。2013年6月、8月和9月的研究结果发现:沙海蜇暴发期间,长江口外侧海域异养细菌的丰度呈8月>9月>6月。E断面异养细菌丰度则是从6月的(1.24±0.25)×106 mL-1(n=7)显著增加到9月份的(2.11±0.56)×106 mL-1(n=7,p<0.05)。6月份,浮游植物生物量与异养细菌的丰度具有显著的正相关关系(r=0.67,p<0.001,n=34);8月份可能受水母暴发释放溶解有机物和对浮游动物摄食的影响,浮游植物和异养细菌并没有显著的正相关关系(r=0.11,p>0.05,n=25);在9月水母消亡时,水母体的降解可能使得浮游植物生物量与异养细菌的正相关关性得以重建(r=0.71,p<0.001,n=31)。在水母暴发期间,浮游植物粒级组成发生了显著变化,小粒径浮游植物的相对丰度显著上升(p<0.01)。在8月和9月,微微型浮游植物的相对生物量达到50%以上。 于2013年6月(航段P1、P2)和2014年6月(航段P3、P4)上下旬4个航段,分别采用黑白瓶法和3H-亮氨酸示踪法研究南黄海沙海蜇暴发区的浮游生物群落代谢和细菌生产力变动特征。结果表明,在水母暴发的航段中,细菌生产力升高,净群落生产力呈明显的异养状态。2013年6月,发现在水母生物量急剧增加的P2航段,细菌生产力显著升高,但细菌丰度变化不大,即单位细菌生产力显著上升,由1.75±0.87 pgC· cell-1·d-1增加到3.31±1.22 pgC·cell-1· d-1(p<0.05)。2014年6月,水母暴发的P4航段中,细菌生产力没有显著上升,但群落总初级生产力与群落呼吸的比值(0.46±0.25)显著低于之前水母生物量低的航段(0.89±0.46,p<0.05);净群落生产力在P3和P4航段的平均值分别为-0.84 mmol O2 m-3·d-1和-3.97 mmol O2 m3 d-1。上述结果说明水母暴发进一步加剧了该区域的异养状态。由此可见,水母暴发可能促进单位细菌生产力增加,同时加强群落的呼吸作用,对海洋浮游生物群落代谢产生重要影响。