胶州湾浮游植物碳输出通量的季节变化和影响因子研究

As an important component in the marine biological pump, export of phytoplankton carbon can be mainly divided into two pathways: (1) sedimentation of phytoplankton cells; (2) zooplankton ingest phytoplankton cells and pack them into fast sinking fecal pellets. Until now, the study about the two pathways mentioned above is lacking, which would not be beneficial for our comprehensive understanding of phytoplankton carbon export in the coastal sea. This project would study phytoplankton carbon export and its regulating mechanism in the Jiaozhou Bay. The sinking rates of phytoplankton cells and the production rates and sinking rates of zooplankton fecal pellets would be measured, and the effect of environmental factors on these parameters would also be explored. Also, sediment trap would be used in this project, and the export flux of phytoplankton cells and zooplankton fecal pellets would be measured. Finally, The impact of environmental factors on the seasonal variation of phytoplankton carbon export flux in the Jiaozhou Bay would be explored. This study would fill the gap of biological pump related study in the Jiaozhou Bay, and also would provide useful information for the biological pump related study in other marine ecosystems in the China Sea.

海洋浮游植物碳的输出是海洋“生物泵”过程中的关键环节，相关研究有助于深入认识和了解海洋“生物泵”的过程﹑机理和调控机制。国内当前关于海洋浮游植物碳输出方面的研究比较匮乏，尤其是近海海区环境因子的季节变化对浮游植物碳输出的影响机制尚不明确。本项目拟以胶州湾作为实验场，以浮游植物碳输出的两条主要途径—浮游植物细胞直接沉降和浮游动物粪便颗粒打包沉降为研究对象，研究胶州湾环境因子的季节变化对浮游植物细胞沉降速率和浮游动物粪便颗粒生产及沉降速率的影响；同时，通过分析胶州湾浮游植物碳输出通量的季节变化，研究以上碳输出速率参数的季节变化对浮游植物碳输出通量的影响；最后，综合以上研究结果，分析胶州湾环境因子的季节变化对浮游植物碳输出通量的影响和调控机制。本研究拟通过在胶州湾的研究，揭示近海海域环境因子的季节变化对浮游植物碳输出的影响和调控，同时为中国近海其他海区“生物泵”的过程和机理研究提供参考。

胶州湾水体物理、化学等因子存在明显的季节变化，这些变化会显著影响浮游植物的群落结构，从而对浮游植物细胞的沉降速率以及浮游动物粪便颗粒的生产速率产生影响，进而对海区浮游植物碳的总沉降通量形成影响和调控。本研究以胶州湾为实验场，对浮游植物碳沉降通量的季节变化和影响因子进行了研究。首先，对胶州湾浮游植物的群落结构进行了摸底调查，发现硅藻和甲藻是主要的浮游植物功能群，硅藻在全年优势度明显，甲藻则在冬季和春季优势度有所提升。胶州湾水温、营养盐浓度和Si/N比值的季节性变化是造成浮游植物群落结构季节演替的主要原因。采用SETCOL方法对胶州湾浮游植物细胞的沉降速率进行了研究，发现浮游植物细胞的沉降速率在夏季最高（1.44 ± 0.82 m/d），秋季次之（1.28 ± 0.69 m/d），冬季（0.93 ± 0.38 m/d）和春季（0.90 ± 0.45 m/d）最低。浮游植物细胞的沉降速率与叶绿素a和硅藻细胞丰度呈现良好的正相关性，与甲藻细胞丰度相关性不显著。夏、秋季胶州湾硅藻以骨条藻属（Skeletonema）、角毛藻属（Chaetoceros）、圆筛藻属（Coscinodiscus）和根管藻属（Rhizosolenia）等物种为主，这些物种可以分泌大量的黏性透明胞外聚合颗粒物，后者通过黏连其他硅藻细胞形成大颗粒的凝聚体，从而使浮游植物细胞沉降速率升高。通过现场培养实验对浮游动物代表类群桡足类的粪便颗粒生产速率进行了研究，发现500-1000 μm和>1000 μm粒径桡足类的粪便颗粒生产速率均是夏季最高，春季和秋季其次，冬季最低。温度和叶绿素a浓度是决定浮游动物粪便颗粒生产速率的两个关键因素：温度、叶绿素a浓度越高，则粪便颗粒的生产速率越高。胶州湾浮游植物碳沉降通量分别为夏季（284 ± 48 mg C m-2d-1）、秋季（161 ± 35 mg C m-2d-1）、冬季（284 ± 24 mg C m-2d-1）和春季（227 ± 35 mg C m-2d-1）。全年来看，浮游植物细胞和浮游动物粪便颗粒分别占颗粒有机碳总沉降通量的31%和24%。本研究选取胶州湾作为典型海域进行浮游植物碳输出通量的季节变化及影响因子的研究，可以为中国近海浮游植物“生物泵”的过程、机理及调控机制研究提供参考。