温排水对大亚湾海域生态系统碳代谢平衡的影响研究

Both primary production and community respiration are key ecological processes affecting the carbon budget in marine ecosystems, and they are more active in the coastal waters contrasted with the offshore waters. More and more attention has been paid to the impact of thermal pollution from coastal industries on the near-shore ecosystems However, little is known about the regulation mechnism of thermal discharges on the net ecosystem metabolism. In this study, we plan to focus on the waters around the nuclear power station in the Daya Bay, where the intensity of thermal influence varies with the distance to the nuclear power station. With the combined application of micro-sensor technique and isotope tracer technique, we aim to study the ecosystem metabolism status and construction, as well as their spatial and seansonal variations in the research area; to analyze the response mechanisms of primary production and community respiration in different temperature-increasing conditions by means of in situ study, gradient observation and indoor simulation experiments; to discuss the relationship between the ecosystem carbon budget and the variation of plankton community structure; and to evaluate the complicate ecological effects of both nutrient / dissolved organic matter input and water temperature increasment on community metabolism by chemometric analysis based on in situ observation data and simulation experiment results. This study will provide valuable theoretical basis for the further understanding on construction and function of coastal ecosystems their regulating mechanisms, as well as for improving the algorithm of marine carbon budget related with the global climate change and the increasing anthropogenic impacts.

初级生产及呼吸代谢是影响海洋生态系统碳收支平衡的关键生态过程，在近海海域尤为活跃。沿海工业区温排水带来的"热污染"及其对近海生态系统的影响日益受到重视，但它对生态系统碳代谢平衡的具体影响机制仍不得而知。本项目拟以大亚湾核电站周边受温排水影响程度不同的水域为主要关注对象，综合运用微电极快速测量技术及同位素示踪技术，研究相关水体群落碳收支平衡状况、代谢结构特征及其区域与季节差异；将大亚湾大面对比观测、温排水影响区梯度观测与室内模拟实验相结合，分析不同升温环境下群落初级生产、呼吸代谢的响应特性，并探讨主要浮游生物群落结构的变化特征及其与碳代谢收支的关系；以现场监测数据与多因子综合模拟实验结果为基础，运用化学计量学统计方法，评估营养物质输入与水温上升对群落碳代谢的综合生态效应，为维护海洋生态安全，深入了解人类活动及全球气候变化背景下近海生态系统结构与功能演变机制、完善海洋碳通量评估模型提供理论支持

初级生产及呼吸代谢是影响海洋生态系统碳收支平衡的关键生态过程，在近海海域尤为活跃。沿海工业区温排水带来的“热污染”及其对近海生态系统的影响日益受到重视，但它对生态系统碳代谢平衡的具体影响机制仍不得而知。本项目综合运用微电极/荧光贴片快速测量技术及同位素示踪技术，研究大亚湾核电站温排水及邻近水域相关水体群落碳收支平衡状况、代谢结构特征及其区域与季节差异，将大面观测、温度梯度观测与模拟实验相结合，分析不同升温环境下群落初级生产、呼吸代谢的响应特性，并探讨主要浮游生物功能群结构特征及其与碳代谢收支的关系；以现场监测数据与模拟实验结果基础上综合评估了营养物质输入与水温上升对群落碳代谢的综合生态效应。. 研究结果表明，大亚湾在大部分季节表现为明显的正代谢平衡状态，总生产/总呼吸代谢比（TPP/TR）显著大于1, 揭示该水域生态系统的潜在脆弱性；但水华等过程可能导致高代谢速率并使水域整体呈较弱的负代谢平衡状态。近岸水域常出现较高的代谢速率与代谢平衡值，且微生物对群落代谢的贡献率显著高于湾中部及湾口附近水域，其平均贡献率可超过50%。在核电站热排水口附近水域，常因高温环境、初级生产力受到抑制而造成整体代谢平衡呈负值，而向外海低温水域逐渐转变为正代谢平衡状态；而在远离温排水影响水域，则受营养盐等其它环境因子影响，代谢平衡状态存在区域差异。从浮游植物生物量、粒级结构特征等研究结果同样表明，核电站温排水对其邻近水域浮游植物生长存在胁迫作用，并影响其群落结构组成。模拟实验结果表明，高温环境下浮游植物生长在短时间内明显受到抑制，随着水温下降生长率迅速上升，群落生产与代谢也随着温度升高存在明显的温度梯度变化，总代谢速率的变化相对比较稳定，24h净代谢平衡速率由低温度条件下的正值迅速下降转变为负值。温度、营养盐双因子实验结果表明，营养盐对较低温度组的群落生产及代谢影响较大，可显著促进其总生产力及净代谢平衡速率的增加，而在高温度组不同营养盐环境下的响应相异不明显。数值分析结果表明，净代谢速率与代谢平衡状态主要是由初级生产力的响应差异性所决定的。. 相关研究成果有助于深入了解与评估核电站运转等人类活动对周边海洋生态系统的影响状况、弄清温度这一重要环境因子对海洋生态系统结构与代谢功能的调控机制，为维护近海生物资源可持续利用与合理开发、完善碳收支平衡评估提供理论支持。