南极夏季普里兹湾浮游动物群落结构的年际变动和优势种摄食生态学研究

论文摘要

根据1998—2006年中国6次南极考察期间用改进的北太平洋网（330μm, 0.5 m2）采集的夏季普里兹湾浮游动物样品,应用多元统计分析对浮游动物群落结构的年际变动进行了研究。大洋群落和近岸群落出现在所有年份的群落划分中,大洋群落多样性高,其指示种有Haloptilus ocellatus, Heterorhabdus austrinus, Thysanoessa macrura, Rhincalanus gigas, Scolecithricella minor和Oikopleura sp;近岸群落多样性低、丰度高,其指示种主要是Euphausia crystallorophias和Stephos longipes。1999及2006年航次夏季普里兹湾陆坡区域海冰密集度高于深海区域和近岸区域,此时过渡群落在陆坡区域出现。大洋群落和近岸群落都存在显著的年际变动,这种变动主要体现在物种丰度水平而非种类组成水平,其中近岸群落的年际变动更为明显。海冰回退的时间和尺度以及冰间湖的出现与否通过对饵料供应的作用对浮游动物群落结构产生重要影响。海冰回退早的年份使得深海区域浮游植物有足够的时间进行生长,此时大洋群落浮游动物群组中大中型桡足类（特别是早期桡足幼体阶段）比例高;近岸群落的大中型桡足类和晶磷虾经常在冰间湖出现的年份呈现高的丰度和更早的发育期。另一方面,在海冰回退晚和近岸区域冰间湖面积小的年份,桡足类丰度低并且种群主要由后期桡足幼体组成。对普里兹湾四种桡足类优势种（尖角似哲水蚤、近缘哲水蚤、戈式长腹水蚤和巨锚哲水蚤）,三种磷虾幼体（大磷虾、长尾缨磷虾和晶磷虾）及纽鳃樽种群结构的年际变动进行了分析。尖角似哲水蚤是四种桡足类中丰度最高的种,其次是近缘哲水蚤、戈式长腹水蚤和巨锚哲水蚤。巨锚哲水蚤主要分布在深海温度较高的水域,而其他三种桡足类分布在整个调查海域并且存在分布上的重叠。在1999, 2003和2006年,海冰回退时间早并且冰间湖在近岸采样一个月前已经出现,此时调查海区尖角似哲水蚤、近缘哲水蚤和戈式长腹水蚤丰度高,CI,CII期早期桡足幼体占种群组成比例高;在2000,2002和2005年,海冰冰缘线位于湾北并且近岸区域没有出现冰间湖,较低的桡足类丰度暗示这些年份较差的种群补充。所有航次巨锚哲水蚤种群主要由CV期桡足幼体和成体组成。尖角似哲水蚤、近缘哲水蚤和戈式长腹水蚤丰度经Log10 （x+1）转化后与温度和叶绿素呈现显著的正相关,而平均发育期指数则与这些环境因子之间呈现显著负相关关系。尖角似哲水蚤、近缘哲水蚤和戈式长腹水蚤的早期桡足幼体在近岸分布更广。普里兹湾磷虾幼体主要由大磷虾、长尾缨磷虾及晶磷虾组成,长尾缨磷虾分布最广,丰度较高,晶磷虾主要在近岸分布,纽鳃樽仅在个别站位有分布,且丰度很低。当海冰回退时间早且回退幅度大时,长尾缨磷虾及大磷虾会有更高的丰度和更晚的发育期,纽鳃樽出现频率及丰度也会增加。我们认为冰间湖对近岸浮游植物爆发有重要的贡献,从而促进桡足类和晶磷虾的种群繁殖和补充。研究显示磷虾幼体、纽鳃樽和桡足类的种群变动与海冰、冰间湖等环境因子之间存在很好的响应。普里兹湾春季末期、夏季初期、及夏季末期深海、陆坡和近岸区域浮游动物优势种摄食活动存在显著的时空变化。春季末期,近岸冰下区域尖角似哲水蚤处于休眠状态,摄食率仅为1.30μgC female-1day-1;夏季初期近岸站位发生以海链藻和脆杆藻为优势类群的水华,实验动物饵料（浮游植物和纤毛虫）生物量达到247.67μgC/L,晶磷虾、尖角似哲水蚤、戈式长腹水蚤和一种小型桡足类Ctenocalanus citer的日摄食量分别为129.69μgC/ind,8.06μgC/ind,11.41μgC/ind和3.54μgC/ind,此时陆坡站位和深海站位饵料生物生物量低于20μgC/L,培养生物选择性摄食纤毛虫;夏季末期,近岸站位和陆坡站位实验动物饵料主要由拟菱形藻和纤毛虫组成,浓度低于10μgC/L,近岸站位尖角似哲水蚤优先摄食纤毛虫,陆坡站位培养水体的饵料主要由拟菱形藻组成,桡足类戈式长腹水蚤、近缘哲水蚤和巨锚哲水蚤的日摄食率低于2.5μgC/ind。根据2009/2010年现场采集的夏季普里兹湾浮游动物脂肪酸样品,基于脂肪酸百分比组成进行的聚类分析显示海区浮游动物优势种之间存在显著的脂肪酸组成差异。尖角似哲水蚤脂肪酸组成主要包括EPA,20:1ω9,DHA及16:1ω7;巨锚哲水蚤脂肪酸组成主要为EPA,16:1ω7,18:1ω9和DHA;晶磷虾脂肪酸主要由18:1ω9,EPA,16:0和DHA组成;大磷虾脂肪酸主要包括16:0,EPA,14:0和DHA;近缘哲水蚤和戈式长腹水蚤在脂肪酸组成聚类分析中呈现重叠,它们脂肪酸组成主要包括DHA,EPA和16:0。大磷虾和尖角似哲水蚤在脂肪酸组成上存在显著的种内差异和时空变化。同时各物种特征脂肪酸组成很好地指示了夏季普里兹湾浮游动物优势种的摄食活动和营养级地位。研究表明普里兹湾浮游动物不同的脂肪酸生化途径使得各物种以不同的方式应对南大洋恶劣的环境。以往研究更多关注于群落结构划分和优势种大磷虾的种群分布,本文从年际变化的角度分析了普里兹湾海域浮游动物群落结构和和优势种种群结构的变动,对影响群落年际变动的环境因子进行了较为深入的研究;同时本文初步探讨了普里兹湾浮游动物优势种的摄食活动和脂肪酸组成情况,对磷虾、桡足类等优势种夏季摄食的时空变化和脂肪酸组成的种间差异进行了初步研究,为极地恶劣环境下浮游动物的生活史策略研究提供依据。在将来的研究中,我们继续从群落长期变动角度探究极地海洋生态系统对全球变化响应,同时从生理生化的角度深入研究浮游动物优势种的生活史策略。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 研究背景及进展
• 1.1 浮游动物在南大洋生态系统中的地位和作用
• 1.2 南大洋生态系统正在发生的变化
• 1.3 南大洋浮游动物群落生态学研究进展
• 1.4 南大洋浮游动物摄食生态学研究进展
• 1.5 拟解决的关键问题
• 第二章 普里兹湾浮游动物群落结构的年际变动
• 2.1 材料与方法
• 2.2 结果
• 2.3 讨论
• 2.4 小结
• 第三章 普里兹湾浮游动物优势种种群变动
• 第一节 普里兹湾桡足类优势种种群变动
• 3.1.1 材料与方法
• 3.1.2 结果
• 3.1.3 讨论
• 3.1.4 小结
• 第二节 普里兹湾磷虾幼体及海樽种群变动
• 3.2.1 材料与方法
• 3.2.2 结果
• 3.2.3 讨论
• 3.2.4 小结
• 第四章 普里兹湾浮游动物优势种摄食活动研究
• 4.1 材料与方法
• 4.2 结果
• 4.3 讨论
• 4.4 小结
• 第五章 普里兹湾浮游动物优势种脂肪酸组成差异
• 5.1 材料与方法
• 5.2 结果
• 5.3 讨论
• 5.4 小结
• 图表目录
• 参考文献
• 博士期间发表文章目录
• 致谢