温度波动对春季微囊藻优势确立过程的影响及机制

The elevated average temperature, induced by global warming, is considered to be one of the primary factors leading to the advancement of the timing of cyanobacterial dominance establishment. However, temperature fluctuations are typical of most freshwater environments. Phytoplankton is more sensitive to temperature fluctuations than average temperature due to its small size and short life cycle. Therefore, it is possible that not only average temperature increase but also changes in short-term temperature will determine cyanobacterial dominance establishment in a warmer world. In the project, we will elucidate effect and mechanism of temperature fluctuation on the timing of cyanobacterial dominance establishment in different time scale. First, we will reconstruct the timing of cyanobacterial dominance establishment according to historical data and satellite images, and analyze the contribution of temperature fluctuations to the timing with GAM model. Second, we will monitor the effect of temperature fluctuations on cyanobacterial dominance establishment, and make clear the relationship between temperature fluctuations and cyanobacterial dominance. Last, we will simulate the process of cyanobacterial dominance establishment with different temperature fluctuation intensities and frequencies, and determine their physiological and photochemical mechanisms. The project will benefit the understanding of phytoplankton response to global warming, and application in predicting the initial time of cyanobacterail bloom in spring.

气候变暖有利于春季水华蓝藻微囊藻优势确立及水华形成，但其确立时间的年际间差异与平均温度升高并不完全吻合，这增加了蓝藻水华长尺度预测的不确定性。自然水体温度始终处于波动状态，平均温度掩盖了短期温度变化，而且藻类生长对温度波动响应存在种间差异，因此温度波动可能是影响微囊藻优势确立对温度升高响应的重要因素。本项目将在不同时间尺度上揭示温度升高过程中，温度波动对春季微囊藻优势确立过程的影响及作用机制：通过历史数据分析和遥感反演，揭示太湖微囊藻优势确立时间的变化规律，明确温度波动对这种变化的贡献；利用高频野外原位监测手段，确定温度波动强度和频率对浮游藻类光合作用及生长的影响，定量分析其对微囊藻优势确立的作用过程；采用模拟试验，揭示温度波动对微囊藻峰值出现时间的影响及其生理和光化学机制。研究结果对于认识气候变化影响湖泊浮游植物群落演替的机制，预测春季蓝藻水华首次暴发时间具有重要的理论意义和应用前景。

气候变暖有利于春季水华蓝藻微囊藻优势确立及水华形成，但其确立时间的年际间差异与平均温度升高并不完全吻合，这增加了蓝藻水华长尺度预测的不确定性。自然水体温度始终处于波动状态，平均温度掩盖了短期温度变化，而且藻类生长对温度波动响应存在种间差异，因此温度波动可能是影响微囊藻优势确立对温度升高响应的重要因素。本项目在不同时间尺度上揭示了温度升高过程中，温度波动对春季微囊藻优势确立过程的影响及作用机制：通过历史数据分析和遥感反演，揭示了太湖微囊藻优势确立时间的变化规律，明确了温度波动对这种变化的贡献，结果表明温度波动虽然不是驱动太湖微囊藻优势确立的主要因子，但是增加考虑温度波动，可以显著提高太湖微囊藻春季优势确立时间的模型精度；利用高频野外原位监测手段，确定了温度波动强度和频率对浮游藻类光合作用及生长的影响，定量分析了其对微囊藻优势确立的作用过程，结果表明相对低温条件下的波动、较大强度的波动、较长的波动周期等有利于微囊藻优势的确立；同时项目采用模拟试验，揭示了温度波动对微囊藻峰值出现时间的影响及其生理和光化学机制。研究结果对于认识气候变化影响湖泊浮游植物群落演替的机制，预测春季蓝藻水华首次暴发时间具有重要的理论意义和应用前景。