大亚湾浮游生物主要类群C:N:P化学计量特征及其对环境变化的响应

Ecological stoichiometry is a tool of studying the mass balance of multiple chemical elements in living systems and ecological interactions. C:N:P atomic ratios in different planktonic groups may provide important informations for investigating the function of ecosystem. It potentially can help to understand and interpret the effects of changes in nutrient inputs on food web dynamics and the effects of changes in food web structure on internal nutrient cycling. This program is planning to investigate the patterns of C:N:P ratio under different environment, and study the relationships between the C:N:P ratio of pelagic food web compartments and environmental factors. In addition, incubation experiments would be conducted to study different N:P ratio on the community structure and elemental composition of phytoplankton, and the subsequent influence on the growth and reproduction of some dominant zooplankton species. This project intent to reveal the mechanisms of pelagic food web structure and function coupling with elemental balance in the environment. The results should contribute to correctly evaluate the influence of anthropogenic eutrophication and elemental imbalance on marine pelagic ecosystem.

生态化学计量学是研究生态系统C、N、P等元素平衡的科学，为研究生态系统结构和功能的变动机制提供了新的视角。海洋浮游生物体C:N:P比值的变化可以为研究海洋浮游生态系统结构和功能的变动机制提供重要信息。本项目拟以大亚湾为主要研究海域，阐明不同环境梯度下浮游生物主要类群的C:N:P比分布特征，探讨浮游生物体C:N:P比值特征及其与环境因子的关系；并通过室内培养实验研究营养盐结构和浓度对初级生产者的元素比（饵料质量）、进而对次级消费者生长和繁殖的影响，评估环境元素比变化的食物链传递效应，探索水体营养盐结构变化对浮游生物不同功能群C、N、P元素组成的影响规律和作用机制。研究结果为正确评估人类活动干扰导致的近海营养元素比例变动对海洋浮游生态系统影响提供科学依据。

浮游生物优势类群的碳氮稳定同位素以及C/N/P化学计量比特征有助于深入理解和解释营养盐输入对生态系统结构和功能的影响。本项目研究了大亚湾不同富营养化水平的浮游生态系统的δ13C、δ15N 以及C/N/P化学计量特征的时空分布特征。结果显示，淡澳河是大亚湾陆源营养盐的最主要来源，营养盐浓度基本沿西北部内湾向外面逐渐降低。夏季和冬季表层悬浮颗粒物的δ13C值平均分别为-17.41‰和-22.13‰，δ15N值平均分别为 6.87‰和 5.06‰，C/N比平均分别为9.39和8.93。表层悬浮颗粒有机物的C/N比从湾内到湾外逐渐增加，在夏季尤为明显。春季大亚湾表层悬浮颗粒物的C/N、N/P和C/P比平均值分别为8.39，16.64和138.88，表层沉积物的C/N、N/P和C/P比平均值分别为7.65，6.47和49.66。表层沉积物中总磷的平均含量为395.3μg g-1，碎屑磷（De-P）是表层沉积物磷的主要形式，占比47.5%，其次是有机磷（O-P），占25.5%，可交换磷（Ex-P）与铁磷（Fe-P）的占比很低。悬浮颗粒物的δ15N值均与水体的NH4+-N浓度呈显著负相关，河流输入的15N贫化的溶解无机氮被河口附近的浮游植物吸收利用是导致河口周边呈现低δ15N值的主要原因。研究结果表明，SPM的δ15N值可有效指示生活污水排放对大亚湾的影响强度。不同类群浮游动物的体P含量差异很大，基本表现为肥胖箭虫（0.83%）>大型哲水蚤（0.56%）>小型浮游动物（0.21%）>悬浮颗粒物（0.10%）。在大亚湾西北部富营养化程度较高的区域，浮游动物体磷含量较低。富营养化水体浮游生物的小型化可能与小型浮游动物有较低的体磷含量有关。研究结果比较了不同浮游动物类群的C/N/P比，发现糠虾和莹虾类具有较高的体P含量，其C/N/P比分别为42:8:1和47:9:1。另外，项目调查了大亚湾溶解和颗粒态碱性磷酸酶活性的时空变化，发现在春季磷酸盐很低的情况下水体的总碱性磷酸酶（APA）的活性呈现出最高值，平均为583.26 nM h-1，分析发现0.2 μM的磷酸盐浓度是水体APA活性从高到低转变的拐点，APA介导的有机磷矿化可以帮助浮游植物适应严重磷缺乏的环境。本项目研究结果可为了解浮游生态系统对营养盐输入的响应机制提供帮助。