海洋酸化和暖化对中国海颗石藻光合与钙化作用及种群结构的影响研究

The authors proposed to investigate the effects of ocean acidification and sea surface warming on the physiology, ecology, and community structure changes of the ecologically important marine phytoplankton group, coccolithophores in the China Seas. The proposed study will mainly focus on laboratory single-species incubation of two dominant species of coccolithophores Emiliania huxleyi and Gephyrocapsa oceanica, associated with shipboard natural coccolithophore community incubation, in order to examine the effects of projected CO2 and temperature changes on the growth, photosynthesis, calcification, functional gene expression, and community succession between the marine coccolithophores and other functional groups in the China Seas. These results will provide us some important information to understand the contribution of marine coccolithophores to the marine carbon cycle in the China Seas in the context of ocean acidification and warming, and therefore be of value in the further evaluation of the global change effects on marine primary production and carbon pump in the China Seas. The proposed study will also provide some relevant scientific basis for policy makers in the field of carbon emission reduction and marine fishery.

本研究拟以大气中二氧化碳浓度升高所导致的海洋酸化及表层变暖下中国海区重要浮游植物功能群颗石藻生理生态学效应及种群演替变化为主要研究目标。研究手段以室内模拟实验为主，辅以现场培养实验，研究内容涉及模拟现今CO2浓度和本世纪末CO2浓度及温度升高条件下对中国海颗石藻主要优势种生长、光合作用及钙化作用等生理生态习性以及功能基因表达等生化指标的影响，自然群落中海洋颗石藻的种群内物种演替以及颗石藻与其它浮游植物功能群的种群演替，以期进一步深入研究全球变化下中国海区颗石藻对碳循环贡献的变化，最终评估海洋酸化及全球变暖对中国海初级生产和生物泵过程的影响，从而为国家碳减排和海洋渔业资源政策制定提供相关的科学依据。

本研究以大气中二氧化碳浓度升高所导致的海洋酸化及表层变暖下中国海区重要浮游植物功能群颗石藻生理生态学效应及种群演替变化为主要研究目标。研究手段以室内模拟实验为主,辅以现场培养实验,研究内容涉及模拟现今CO2浓度和本世纪末CO2浓度及温度升高条件下对中国海颗石藻主要优势种生长、光合作用及钙化作用等生理生态习性的影响,自然群落中海洋颗石藻的种群内物种演替以及颗实藻和其它功能性群落的种群演替,并进一步深入研究全球变化下中国海区颗石藻对碳循环贡献的变化,最终评估海洋酸化及全球变暖对中国海初级生产和生物泵过程的影响。获得了以下主要的研究结果：a. 酸化和暖化的交互作用对颗石藻生理过程的交互影响，并通过对钙化和非钙化株系的比较研究，得出了颗石藻的钙化作用对这两种重要的全球气候变化因子的交互影响的调控作用；b. 酸化和暖化的交互作用对寡营养的南海海域自然浮游植物种群中颗石藻和其他浮游植物功能群种群交替及由此产生的生物地球化学的影响和后续的对气候变化的反馈作用。本项目以实验室单种颗石藻模拟培养实验为切入点，并辅以出海现场培养实验进一步研究在环境因子变化的条件下颗石藻自然种群与其他浮游植物功能群之间的种群演替作用。虽然取得的研究成果目前还比较初步，但是这些结果为深入研究在日益严峻的全球气候变化条件下，海洋酸化和全球变暖这两种重要的环境因子对颗石藻的钙化及光合作用、自然群落的演替过程、和由此产生的对海洋碳循环的影响和对潜在的对气候的反馈作用提供了一定的理论基础，为完善区域性海洋生态系统对气候响应相关的海洋生物地球化学模型研究提供数据支撑，从而为我国在碳减排和海洋渔业资源等重要决策制定提供相应的科学依据。