热带珊瑚礁海区DOM光降解及其与细菌和浮游植物的生态耦合

Increasing Ultraviolet Radiation (UV) intensity in the atmosphere caused by ozone depletion results in significant impacts on the marine ecosystem, especially in the oligotrophic sea waters such as a coral reef region. The project plans to study two contrasting tropical coral reef ecosystems in the northern South China Sea, i.e. near-shore Sanya Bay and offshore Yongxin Islands in Xisha area. Based on the former projects, we will study the photodegradation of dissolved organic matter (DOM), as it links the microbial loop with the traditional food chains, and is the mechanism that low-nutrients sustain high productivity in coral reef area. We will conduct field researches and in situ incubations to comprehensively analyze the following aspects: 1) UV penetration in water column, spatial-temporal distribution and the sources of different components of DOM (e.g. DOC and DON) in near-shore and offshore coral reef ecosystems cases; 2) DOM photodegradation and its effect on the nutrient availability (e.g. C and N) to bacteria and algae at different systems (the near-shore with terrigenous input and offshore with self-cycling); 3) Coupled with seasonal monsoon, the effects of DOM photodegradation on bacterial growth efficiency (BGE). It is significant to investigate the structure and function of microbial loop and the process of efficient nutrition-ecological pump in coral reef ecosystem. This study may not only to clarify the mechanism of coral reef waters maintaining high productivity and the dynamics of nutrients cycling, but also to provide a theoretical basis on which the model of coral reef ecosystem dynamics and bio-optical theory could be established and further studied.

太阳紫外（UV）辐射增强严重影响着海洋珊瑚礁生态系统。本项目拟选择南海北部受陆源输入影响较大的三亚湾（近岸）和较小的西沙永兴岛（远海）热带珊瑚礁海区为研究对象，以连接微食物环和传统食物链的溶解有机物(DOM)光降解为切入点，以珊瑚礁海区低营养盐却维持高生产力的现象为突破口，通过现场调研、原位培养和受控模拟实验，综合分析UV和DOM（DOC、DON）在近岸和远海珊瑚礁海区的时空分布特征及差异，揭示UV辐射下不同系统DOM（近岸陆源输入和远海自身循环产生）光降解对细菌和藻类营养盐（C、N）吸收的贡献，探索DOM光降解对细菌生长效率（BGE）的影响及其与季风的耦合关系，这对深入分析珊瑚礁海区微食物环的结构功能及"高效营养生态泵"过程有重要的生态意义。本研究不仅为阐明珊瑚礁维持高生产力机制和营养动力学过程打下基础，还可为深化珊瑚礁生态系生物─光学驱动理论提供依据。

项目以UV辐射增强为切入点，以受陆源输入影响较大的三亚湾珊瑚礁生态系统为研究对象，以UV对珊瑚礁生态系DOM的光降解及其生态学效应为研究重点，通过现场调查、岸基培养并结合室内受控实验。主要的研究内容和结果为：1）河口输入为三亚湾珊瑚礁海区DOC主要来源。海区DOC分布特征表现为夏季最高，其次为春季和秋季（约150 µM），冬季最低（约110 µM）。2）探讨了UV对海区硅藻威氏海链藻和甲藻锥状斯氏藻的生长和培养体系碳流的影响，发现自然光强下UV-A显著促进了其生长，而UV-B则表现为抑制作用，锥状斯氏藻对UV-B的耐受性更强。培养期间，锥状斯氏藻比威氏海链藻净释放出更多的DOC和CDOM。3）研究了三亚湾珊瑚礁海区的CDOM、细菌生产力BP和Chl a的分布特征和相互调控机理，探讨了上升流对CDOM的影响。结果表明浮游植物生物量不是影响CDOM的决定性因素。由于细菌分解导致的CDOM的周转约4-10 d，相对于P的可利用性来说N与CDOM的分布关系更为密切。上升流可能导致细菌磷缺乏，而磷的富集增加了细菌生物量和生产力BP。细菌分解释放是CDOM的重要来源。4）光降解是三亚湾河口区DOC去除和转移的重要途径之一。夏季，三亚湾河口区DOM光降解产生DIC的速率约等于54.1%的三亚湾初级生产力碳需求，说明其在海洋碳流中有着重要作用。相对于细菌分解，CDOM的含量受UVR的影响更为显著。不同剂量的UV-B对浮游植物的生长有相反的效应，但均致使群落个体的大型化。5）鹿角杯形珊瑚对DOC加富表现为促进生长，而青灰滨珊瑚则表现为抑制，且浓度越高，抑制作用越明显。酸化并不影响大多数珊瑚的生理状况，高浓度DOC加富对多种珊瑚生长有不同程度的抑制，二者共同作用时，对珊瑚的抑制（或促进）作用有所减缓。项目的开展对深入分析珊瑚礁海区微食物环的结构功能及“高效营养生态泵”过程有重要的意义。本研究不仅为阐明珊瑚礁维持高生产力机制和营养动力学过程打下基础，还可为深化珊瑚礁生态系生物─光学驱动理论提供依据。