黄海沉积物中硅、甲藻百年演变特征与环境变化反演研究

Regional climate change and human activity are acting or have acted on the marine phytoplankton assemblages and impact on the whole ecosystem.The spatial and temperal distributions of diatom frustules and dinoflagellate cysts in the sediment of the Yellow Sea will be studied in the project, with a purpose of tracking the key phytoplankton shift and environmental changes in the upper water column over the last one hundred years.Eutrophication and climate change as key environmental factors, combined with geochemical factors in the sediment, historical data and remote sensing data, will be reconstructed to understand the relationship between phytoplankton regime shifes and environmental changes. The characteristics of diatom frustules and dinoflagellate cysts in the sediment will be explored as indicators to discern the different responses on the climate change and eutrophication. Phytoplankton data from the sediment will be verified by the phytoplankton information from upper water column with a purpose of exploring the impact of key species shift on the change of primary production. Our study will give a significant contribution to understand the changing process of biogeochemical cycle, fishery and second primary production in the Yellow Sea.

区域性气候变化和高强度人类活动导致的海洋环境变化正在或已经引起海洋中重要初级生产者浮游植物的群落结构演变，影响到生态系统的稳定性。本项目拟选取整个黄海为研究区域，通过研究南、北黄海表层沉积物与百年沉积物柱样中硅藻与甲藻孢囊的分布特征，反演黄海海域主要浮游植物类群演变的时空特征。同时，结合水体与沉积物中关键地球化学因子的时空变化特征及黄海气候变化等重要环境信息，研究黄海不同区域之间硅、甲藻演变特征与环境因子的耦合关系，建立定量化判定富营养化与气候变化因子对主要浮游植物类群演变作用的方法体系，并评估主要浮游植物种群变化对初级生产力的影响。本项目研究对于解释黄海上层水体中生物地球化学过程、次级生产力和渔业资源的变动等现象具有重要参考价值。

本项目通过研究黄海表层与柱状沉积物中硅藻和甲藻孢囊,揭示了黄海主要浮游植物类群在百年尺度上的时空演变特征，探索了富营养化和黄海暖流入侵对黄海浮游植物群落演变的不同影响。在研究中开展了方法学的改进，包括 1）建立了超高效液相色谱串联质谱测定浮游植物色素方法，提高了色素的检测灵敏度以及数量；2）建立基于GAM（Generalized Additive Model）方法的区域算法，优化了黄渤海遥感叶绿素的数据质量。表层沉积物研究结果显示硅、甲藻群落的空间格局主要受到锋面控制，并可化分为4大类群：锋面外侧的沿岸群落、锋面内侧的黄海陆架群落、长江口环状锋面内的群落、黑潮输入影响的东海陆架群落；CCA分析显示温度是控制硅甲藻群落结构的最重要因素，其次为盐度和营养盐水平。柱状沉积物研究结果显示硅、甲藻的百年演变特征呈现出近岸区域（富营养化）与离岸区域（非富营养化）不同的演变模态。近岸沉积物中的细胞丰度与物种多样性在1975年后显著上升；离岸沉积物中的细胞丰度与物种多样性呈现阶段性变化，没有显著增长的趋势；且优势物种更替快，多样性高。本项目研究结果对于理解我国陆架海域浮游植物的空间分布格局与演变态势具有重要参考价值。