全球变化背景下浮游植物群落结构演替机制的培养研究

Global changes have altered environmental conditions in the oceans and ultimately show significant and complex effects on marine ecosystems. The changes in marine ecosystems are often typified by phytoplankton community changes, especially the increasing harmful algal blooms, which have influenced marine food chain functions and biogeochemical cycles. Thus, it is critical to assess the influences of multiple environmental factors on phytoplankton community succession, while the controlling mechanisms of phytoplankton community succession are still unclear. This project aims to carry out the following research. The effects of temperature and nutrients on diatom/dinoflagellate community structure will be determined in laboratory experiments and the controlling mechanisms will be quantified using mathematical models. In addition, the effects of temperature and nutrients on biomarker productions in diatoms and dinoflagellates will also be quantified to validate the applicability of biomarkers as proxies of phytoplankton community structure. This project is expected to provide a better understanding of marine ecosystem changes in large temporal scales and a scientific basis for fully assessing the changes of biogeochemical cycles under global changes in future oceans.

全球变化已经引起复杂的生态演变，尤其是浮游植物群落结构的演替、有害藻华的频发会影响海洋食物链功能和生源要素的生物地球化学循环。究其原因是多种环境和生物因素的复杂的耦合作用，使浮游植物群落结构演替的驱动机制难以分辨与解释。因此，全球变化对浮游植物群落结构影响研究的一个主要挑战是在多种环境因素的耦合作用下如何区分浮游植物群落结构演替的驱动机制，目前这一方面亟需系统深入的研究。本项目选择代表性硅藻和甲藻为研究对象，聚焦温度和营养盐两种环境因子的影响，重点关注其耦合作用，运用实验室培养的手段研究驱动硅藻-甲藻群落结构演替的关键因子，并通过经验模型量化驱动机制；同时，通过测定温度和营养盐对生物标志物产生量的影响，明确生物标志物对硅藻-甲藻群落结构演替的定量指示作用。本项目将为古-今结合阐明全球变化背景下的生态演变规律、预测海洋生物地球化学循环的变化趋势提供科学依据。

全球变化对浮游植物群落结构影响研究的一个主要挑战是在多种环境因素的耦合作用下如何区分浮游植物群落结构演替的驱动机制。本项目利用实验室培养手段并结合现场观测，系统研究了多种环境因素耦合作用对硅藻和甲藻的竞争和生物标志物产生量的影响，利用生物标志物定量揭示了硅藻-甲藻群落结构的演替规律。重要结果及其科学意义如下：.1. 混合培养研究表明，硅藻在高营养浓度下具有竞争优势，温度会改变营养盐浓度对硅藻-甲藻竞争影响的幅度，导致高温和高营养盐浓度下由硅藻优势转变为甲藻优势。量化了硅藻-甲藻丰度与其化学组成的关系，发现生物标志物比值与硅藻/甲藻细胞丰度比值呈显著正相关。.2. 单培养研究表明，温度升高对硅藻生物标志物产生量无显著影响，但会导致甲藻生物标志物增加；营养盐浓度升高导致硅藻生物标志物总体减少，而导致甲藻生物标志物总体增加；N:P失衡会导致硅藻生物标志物总体增加，而导致甲藻生物标志物总体减少。.3. 在西北太平洋开阔大洋区，夏季具有不同营养盐浓度的水团控制不同海域浮游植物的分布：高营养盐的亲潮区生物量高且硅藻占主导；寡营养盐的黑潮区生物量低，甲藻占比增加；对马海峡区，由于黑潮与高N:P的陆架水团混合，甲藻占比增加。.4. 在东海浙江沿岸，夏季浮游植物分布的季节变化与水团（长江冲淡水的输入和黑潮次表层水的入侵）的空间分布显著相关，在长江冲淡水主导区甲藻比例最高，而在长江冲淡水-黑潮次表层水混合区和黑潮次表层水主导区硅藻和总浮游植物生物量更高。.项目完成任务、实现目标，为探究未来海洋浮游植物群落结构变化及其演替机制提供重要基础，为制定相关政策提供重要依据。共发表/接收SCI论文7篇，多篇论文发表在Frontiers in Microbiology、Frontiers in Marine Science国际顶尖期刊。培养毕业博士生1人、硕士生1人。