长江口及邻近海域浮游植物生长的光照效应研究

论文摘要

海洋赤潮问题已经成为困扰世界沿海国家的重要环境问题之一。本论文针对长江口及邻近海域赤潮发生机制研究,为阐述光照效应在该海域赤潮发生中的作用,应用现场培养实验与模拟计算相结合的方法,着重研究了该海域典型赤潮生物[中肋骨条藻（Skeletonema Costatum Cleve）和东海原甲藻（Prorocentrum donghaiense Lu）]生长的光照效应。应用现场培养实验方法,测定了该海域主要赤潮生物中肋骨条藻、东海原甲藻等7种浮游植物生长的最适光照及相关温度效应,并在浮游植物生长光照模型的基础上,改进了水生生态系统浮游植物生物量分布光照效应的半定量评价方法,并据此对长江口及邻近海域2种重要赤潮藻（东海原甲藻和中肋骨条藻）生物量的垂直分布、平面分布与光照的关系进行了研究;进一步利用长期序列资料,探讨了近50a来光照效应与长江口及邻近海域浮游植物生物量年代变化规律的关系。主要得出如下结论:1)改进的水生生态系统浮游植物生长光照效应分析法是建立在浮游植物光照效应模型的基础上,综合反映了浮游植物生长特性和海水中的光照特性。“浮游植物生长光效水柱累积指数”指标可以用于半定量分析浮游植物平面分布的光照效应;生长的“最适光效深度”指标,辅以浮游植物生长光效指数的断面分布可以用于半定量分析浮游植物垂直分布的光照效应。2)证实了在长江口及邻近海域,在营养盐、温度等环境因子适宜的情况下,海水中的光照强度是限制赤潮进一步向近岸方向扩展的关键因素。用生长光照效应分析法,结合现场培养实验得到的生长参数进行的模拟计算发现,浮游植物生长光效水柱累积指数由近岸向远岸逐渐增加,与调查结果的比较表明,光照是限制长江口及邻近海域浮游植物生物量高值区向近岸方向扩展的关键因素。赤潮在“赤潮高发区”这个特定海域发生是水体光照和营养盐权衡的结果。3)光照的适宜性是中肋骨条藻（Skeletonema Costatum Cleve）和东海原甲藻（Prorocentrum donghaiense Lu）分别在表层和次表层大量繁殖,形成高密度区进而发展成为赤潮的重要原因之一。用生长光照效应分析法,结合现场培养实验得到的生长参数进行的模拟计算发现,中肋骨条藻生长的最适光效深度位于0.4m左右的表层,东海原甲藻的位于水深4m左右（春夏季节）的次表层;这与调查中发现的中肋骨条藻的高密度区经常在表层,东海原甲藻的高密度区经常在次表层一致。这表明在营养盐等其它因子适宜时,光照的适宜性是中肋骨条藻和东海原甲藻分别在表层和次表层大量繁殖,形成高密度区进而发展为赤潮的重要原因之一。4)自20世纪50年代末至21世纪初,长江口及邻近海域海面太阳辐射与浮游植物生物量的年代变化规律有一定的相关性,光照效应对浮游植物生物量的长期波动规律有一定影响。长江口及邻近海域CDNet-PPT、Chl-aSur、Chl-aEu、PP的年代变化规律与海面太阳辐射之间存在相关性,特别是年均Chl-aSur、Chl-aEu、PP三者与海面太阳辐射之间具有显著或极显著的线性相关关系（依次为p<0.01,p<0.05,p<0.05）;而且年均CDNet-PPT、Chl-aSur、Chl-aEu、PP与海面太阳辐射波动规律存在一定的相似性,根据夹角余弦计算的相似性系数分别为0.53、0.66、0.81、0.57。这种高相关性在一定程度上说明,光照效应对浮游植物生物量长期波动规律有一定影响。总之,通过综合分析长江口及邻近海域浮游植物生物量平面分布、垂直分布和年代变化的光照效应,证明光照是影响该海域赤潮发生的重要因素。改进的“浮游植物生长光照效应分析法”可以用于海洋、湖泊浮游植物生态学研究,对水生生态系统中浮游植物生长光照效应研究具有重要意义。论文所得到的研究结果,对深入认识该海域赤潮发生机制有重要学术价值,对该海域赤潮发生控制过程研究有重要意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 0 引言
• 1 文献综述
• 1.1 海水中的光照强度（辐照度）特性研究进展
• 1.1.1 海面光照强度的影响因素及变化特征
• 1.1.2 海水的光学特性研究进展
• 1.2 浮游植物生长的最适光照研究进展
• 1.2.1 浮游植物生长－光照关系曲线
• 1.2.2 浮游植物生长的光照效应模型及最适光照研究进展
• 1.3 光照强度对近海浮游植物生物量时空分布的影响研究进展
• 1.3.1 光照强度对近海浮游植物生物量垂直分布的影响
• 1.3.2 光照强度对近海浮游植物生物量和初级生产平面分布的影响
• 1.4 光照强度对近海浮游植物生物量年际变化的影响研究进展
• 1.5 光照强度在赤潮发生中的作用研究进展
• 1.6 论文的研究目的和思路
• 2 长江口及邻近海域海水光照强度的时空变化特征
• 2.1 长江口及邻近海域海面太阳辐射的时空变化特征
• 2.1.1 海面太阳辐射数据来源及其可信度检验
• 2.1.2 长江口及邻近海域海面太阳辐射的平面分布特征
• 2.1.3 长江口及邻近海域海面太阳辐射的季节变化特征
• 2.1.4 长江口及邻近海域海面太阳辐射的年代变化特征
• 2.2 长江口及邻近海域海水光衰减系数的时空变化特征
• 2.2.1 长江口及邻近海域海水光衰减系数平面分布特征
• 2.2.2 长江口及邻近海域海水光衰减系数季节变化特征
• 2.3 长江口及邻近海域海水光照强度的垂直分布特征
• 2.3.1 长江口及邻近海域海水光照强度的断面分布特征
• 2.3.2 长江口及邻近海域海水光照强度的断面分布的季节变化特征
• 2.4 长江口及邻近海域海水光照强度的平面分布特征
• 2.4.1 长江口及邻近海域海水真光层深度平面分布特征
• 2.4.2 长江口及邻近海域海水真光层光照总量的平面分布特征
• 2.5 长江口及邻近海域海水光照强度的季节变化特征
• 2.5.1 长江口及邻近海域海水真光层深度的季节变化特征
• 2.5.2 长江口及邻近海域海水真光层光照总量的季节变化特征
• 2.6 小结
• 3 长江口及邻近海域典型浮游植物生长光照效应现场实验
• 3.1 现场光照效应培养实验
• 3.1.1 材料与方法
• 3.1.2 实验结果——浮游植物生长与光照强度的关系
• 3.2 长江口及邻近海域几种主要浮游植物生长的最适光照
• 3.2.1 浮游植物生长－光照关系模型及最适光照的计算方法
• 3.2.2 长江口及邻近海域7 种主要浮游植物生长的最适光照分析
• 3.3 浮游植物生长最适光照与温度的关系
• 3.4 小结
• 4 影响长江口及邻近海域典型浮游植物生物量空间分布的光照效应分析
• 4.1 浮游植物生物量分布光照效应的半定量评价方法
• 4.1.1 衡量浮游植物生物量分布光照效应的方法
• 4.1.2 浮游植物生长光效水柱累积指数
• 4.1.3 浮游植物生长的最适光效深度
• 4.1.4 中肋骨条藻和东海原甲藻生长光照效应分析使用的调查数据来源
• 4.2 中肋骨条藻（SKELETONEMA COSTATUM CLEVE）和东海原甲藻（PROROCENTRUM DONGHAIENSE LU）平面分布的光照效应分析
• 4.2.1 中肋骨条藻生物量平面分布的光照效应
• 4.2.2 东海原甲藻生物量平面分布的光照效应
• 4.2.3 中肋骨条藻和东海原甲藻平面分布光照效应与调查结果的比较分析
• 4.3 中肋骨条藻（SKELETONEMA COSTATUM CLEVE）和东海原甲藻（PROROCENTRUM DONGHAIENSE LU）垂直分布的光照效应分析
• 4.3.1 中肋骨条藻生物量垂直分布的光照效应
• 4.3.2 东海原甲藻生物量垂直分布的光照效应
• 4.3.3 中肋骨条藻和东海原甲藻垂直分布光照效应与调查结果的比较分析
• 4.4 小结
• 5 光照效应对长江口及邻近海域浮游植物生物量年变化的影响
• 5.1 长江口及邻近海域浮游植物生物量统计原则
• 5.1.1 长江口及邻近海域浮游植物生物量数据来源
• 5.1.2 浮游植物年均生物量估算原则
• 5.2 长江口及邻近海域浮游植物生物量年代变化规律
• 5.2.1 长江口及邻近海域网采浮游植物细胞密度年代变化规律
• 5.2.2 长江口及邻近海域以Chl-a表征的浮游植物生物量年代变化规律
• 5.2.3 长江口及邻近海域初级生产力的年代变化规律
• 5.3 长江口及邻近海域浮游植物生物量年代变化与光照强度的关系分析
• 5.4 小结
• 6 结论
• 7 创新点
• 参考文献
• 附录 缩写表
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果