光照对东海赤潮高发区赤潮藻类生长的影响
随着经济的快速发展，人为因素对环境的危害与日俱增，由此带来了我国沿岸水质的日益恶化，赤潮频发。尤其是最近30年，我国有害赤潮以每十年增加三倍的速度不断上升。其中长江口、杭州湾、舟山渔场附近是我国赤潮危害最为严重的海域之一，被称为我国东海有害赤潮高发区。 因此，在总结已有实验结果的基础上，本论文通过大面调查与现场培养相结合的方式研究了东海赤潮高发区太阳光照对水体中赤潮藻类生长、种群演替的影响，以此为东海赤潮发生机理研究提供必要的科学基础。所做主要工作及结论如下：
1.利用2002年春季至2003年春季五个航次的现场调查结果讨论东海赤潮高发区温度、营养盐和光照对该海区浮游植物总量的影响，并探讨了影响浮游植物分布和季节变化的影响因素。
1.1五航次中夏季航次温度最高，达27.6℃，冬季航次最低，只有10.6℃，春秋季节居中，在18℃左右。除冬季航次温度太低会限制浮游植物的生长外，其余几个航次的温度基本满足浮游植物生长所需条件。
1.2调查期间本海区一直处于较高营养水平，各营养盐浓度秋冬航次较高，而春夏航次较低，平面分布特征为近岸高远海低，尤其是浮游植物大量繁殖的20-50m等深线范围内，均处于富营养化状态。
1.3首次测定了该海区不同季节的太阳辐射，并计算了水体中光照。受天气的影响，调查期间该海区太阳辐射的季节变化规律为：2002年夏季航次和2003年春季航次最高，平均光通量超过20MJ·m-2·d-1；2002年春季航次最低，不足10MJ·m-2·d-1；2002年秋季航次和2003年冬季航次居中，接近15MJ·m-2·d-1。水体中总悬浮颗粒物则为丰水期时的2002年春夏航次较低，枯水期的2002年秋季航次、2003年冬季航次较高，而2003年春季航次由于调查区域有所改变同时爆发赤潮，水体中TSP也很高。水体中的光照随深度的增加呈指数规律衰减。综合考虑水面太阳辐射和水体中悬浮颗粒物，水体中光通量的变化规律为：从2002年春季航次开始上升至夏季航次最强，之后开始下降，到2003年冬季航次时最低，再到2003年春季航次时略有回升。
1.4海区叶绿素a从2002年春季航次开始增加至2002年夏季航次达到较高浓度；之后迅速下降，秋冬航次均较低；到2003年春季航次时浓度再次增大达到最高值。同时各航次表层叶绿素a在20-50m等深线范围内具有最高浓度。
1.5分析温度、营养盐和光照对水体中叶绿素a季节变化的影响，除冬季航次水温较低，温度限制浮游植物的繁殖外，其余各航次温度适合浮游植物生长。而调查期间水中表层Chla季节变化规律与光照的季节变化规律最接近，与水体中营养盐的变化相反。该海区水体中浮游藻类的季节分布及平面分布受光照、营养盐及温盐等诸多因素的共同控制；其中受光照、磷酸盐及温度的影响较大。各经度断面分析结果表明122°E断面光照限制作用较明显，合适温度条件下光照是影响浮游藻类季节变化的主要因素之一；122°30'E和123°E断面在一定的温盐条件下浮游藻类季节变化受光照和磷酸盐共同控制，当外界环境适合时，该区域极易爆发赤潮；123°30'E断面处于营养盐限制状态，当外界温盐条件合适时SiO3-Si和PO4-P取代光照成为浮游藻类季节分布的重要影响因素。总之，在温度合适时，该海域尤其是中部122°30'E&123°E断面赤潮易发区域浮游藻类的季节变化受光照和磷酸盐影响较大。
2.首次在东海赤潮高发区进行了现场光限制培养实验。在添加大量氮、磷营养盐排除掉营养盐干扰的基础上，设计不同光照梯度，于2002年秋季、2003年冬季、2003年春季和2004年春季三个季节四个航次在东海赤潮高发区采取现场海水进行培养，讨论各季节光照对该海域水体中优势藻种生长的影响。
2.12002年秋季航次主要培养优势种属于硅藻，培养期间没有发生藻种演替现象。对以叶绿素a为代表的生物量的拟合得到的终止生物量Bf、最大生长速率μm~分析表明光照是控制秋季培养中浮游藻类生长的主要因子，同时对氮磷吸收速率-vpP、-vPN的分析表明浮游藻类对营养盐的吸收也受光照控制。其中，中肋骨条藻的生长不受现场光照(12.8MJ·m-2·d-1)的抑制；佛氏海毛藻和圆筛藻共同生长时，秋季现场自然光照抑制其生长，最适生长光通量为7.7MJ·m-2.d-1左右；圆筛藻为单一优势种时，生长基本不受光抑制。
2.22003年冬季航次主要培养优势种均属于硅藻类的圆筛藻，培养期间没有发生藻种演替现象。光照是培养期间控制藻类生长的主要因子之一，Bf、μmax、-vPP、-vPN结果显示冬季现场自然光照(12.8MJ·m-2·d-1左右)对圆筛藻的生长均有抑制作用，三批培养的最适光照均在7MJ·m-2·d-1左右。同时冬季较低的培养温度也限制了浮游植物的生长，使冬季浮游藻类的生长速率和对氮、磷营养盐的吸收速率均比秋季低。2.32003年春季航次遇到以东海原甲藻为主的大规模赤潮，培养期间主要优势种均为甲藻类的东海原甲藻，同时赤潮藻种优势度较高，培养期间没有发生明显藻种演替现象，但对赤潮边缘站位水样的培养过程中有演替迹象。光照是培养实验中浮游藻类生长的主控因子。Bf、μmax、-vPP、-vPN结果显示该航次现场光照(13-18MJ·m-2·d-1)对东海原甲藻的生长有抑制作用，三批培养的最适光照均在10-11MJ·m-2·d-1左右。
2.42004年春季航次也遇到大规模东海原甲藻赤潮，主要培养优势种均为甲藻类的东海原甲藻，同时赤潮藻种优势度略低，对赤潮边缘水体培养期间发生明显的藻种演替现象。同样光照为培养期间浮游藻类生长的主要影响因子。对以叶绿素a为代表的生物量拟合得到的Bf、μmax以及-vPP、-vPN分析显示，2004年春季培养时对培养藻类整体而言，饱和光通量在4-8MJ·m2·d-1之间，而自然光照对浮游植物的生长有抑制作用。
3.该海区春季以甲藻赤潮为主，夏秋季以硅藻赤潮为主；同时通过培养实验发现春季培养优势种以甲藻为主，秋冬季以硅藻为主。因此，对该海区浮游植物具体分为硅藻类和甲藻类进行分析。
3.1该海区表层浮游硅藻夏秋航次丰度较高，均超过104cells·dm-3；冬春航次较低，只有103cells·dm-3。由2002年春季开始表层浮游硅藻平均丰度呈现先增大后减小的趋势。
3.2表层硅藻变化趋势与水体表层光照变化趋势一致性比和温度、营养盐变化趋势的一致性高，光照对表层硅藻分布的影响可能比温度和营养盐大；散点分析表明硅藻的季节变化主要由水体表层光照和温度控制，并且光照的影响作用似乎比温度明显，而营养盐影响较小。该海区硅藻更易在现场相对较强的光照下生长。
3.3该海区表层甲藻丰度春季最高，均超过104cells·dm-3；夏秋冬季较低，只有102-103cells·dm-3。由2002年春季开始表层甲藻先减少，至冬季达到最低丰度，到春季时再度增高。
3.4温度、营养盐和光照对表层浮游甲藻分布的影响相对较弱。甲藻的季节分布特征是在温度、营养盐和光照共同作用下与硅藻生长竞争的结果。在弱光照的春季航次时，甲藻的生长竞争力高于硅藻。
4.对现场光限制培养实验中主要培养藻类分为硅藻和甲藻进行分析，进一步分析光照在藻种演替过程中的作用。
4.1在春、秋、冬三季四个航次进行的现场光限制培养实验中，秋季和冬季主要培养优势种属于硅藻类，如中肋骨条藻和圆筛藻；春季培养优势种基本为甲藻类，如东海原甲藻和塔玛亚历山大藻。
4.2培养期间，主要优势种均为该海区主要赤潮藻种，尤其是硅藻类的中肋骨条藻和甲藻类的东海原甲藻是该海区近些年经常爆发大规模赤潮的有害赤潮藻种。近些年东海赤潮高发区中主要硅藻赤潮和甲藻赤潮也多以这两种藻为主要优势种。
4.3其中硅藻类的中肋骨条藻更易在自然光照条件下生长，春秋季节的现场光照(13-20MJ·m-2d-1)对其生长均无抑制；硅藻类的佛氏海毛藻和圆筛藻有受到秋冬季节的现场自然光照的抑制的现象，其最适光通量大约在7MJ·m-2·d-1左右。甲藻类的东海原甲藻和塔玛亚历山大藻易在相对弱光下生长，春季现场光照对其生长有抑制作用，其最适光通量大约在8-11MJ·m-2·d-1左右。
4.4秋冬季节的培养期间没有发生明显的藻种演替现象；春季赤潮站位水体的培养由于优势种的优势度较高，也没有明显的藻种演替现象；春季赤潮边缘水体的培养中发生了比较明显的藻种演替现象：受春季自然光照的影响，在东海赤潮高发区现场环境中硅藻无论从生物量还是生长速率方面的贡献均随着光照的增强而加大，而甲藻的贡献随光照的增大逐渐降低，因此对赤潮外围水的培养在强光条件下具有从甲藻类的东海原甲藻向硅藻类的中肋骨条藻演替的趋势。这与该海区春夏季节由甲藻赤潮向硅藻赤潮的演替现象一致，说明在演替过程中逐渐增强的太阳光照发挥了重要作用。
总之，光照是东海赤潮高发区各季浮游藻类生长的重要影响因素之一，而且在每年由春季和初夏的甲藻赤潮向仲夏和秋季的硅藻赤潮发展过程中发挥了一定作用。
光照影响;赤潮;浮游植物;赤潮优势种;中肋骨条藻;硅藻类
中国海洋大学
博士
海洋化学
王修林
2005
中文
S944.349;X55;Q949.27
131
2006-07-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）