北太平洋亚热带环流区微微型浮游植物群落结构及其环境调控机制研究

Photosynthetic picophytoplankton are unicellular organisms in the 0.2-2 μm size range that are found throughout the world's oceans. They comprise cyanobacteria of the genera Synechococcus and Prochlorococcus together with a diverse ensemble of picoeukaryotes. Picophytoplankton cells have a ubiquitous distribution and contribute significant portions of bulk phytoplankton biomass and production. The accepted view poses them as the dominant primary producers in vast areas of oligotrophic oceans. The structure and functioning of planktonic communities is strongly dependent on the relative importance of picophytoplankton, directly impacting the ecosystem balance of organic carbon produced in the upper ocean. Recent studies have found that a gradual shift toward smaller primary producers (such as picophytoplankton) in a warmer ocean, thereby change the pelagic ecosystem function, and further affect the ocean carbon sequestration capacity. We aim at this research focus, and choose the North Pacific subtropical Gyre (NPSG) as the research area to study the community structure of picophytoplankton, distribution characteristics of each group and their variations with the environmental gradient using flow cytometry. Both the underway and station sampling methods will be applied. Additionally, the contribution of picophytoplankton to phytoplankton biomass, and their response to environmental change are involved in the project. This study could be conducive to a deeper understanding of the response of picophytoplankton to internal environmental change in the ocean resulting from the global warming.

在贫营养性大洋中，以微微型浮游生物为起点的微型生物食物网在生态系统物质循环和能量流动中发挥着重要作用。近年来的研究发现在全球变暖的趋势下，小粒径浮游植物（如微微型浮游植物）所占比例将增加，从而改变浮游生态系统功能，并进一步影响海洋内部的固碳能力和微型生物生态过程。本项目瞄准这一国际热点领域，以北太平洋亚热带环流区这一全世界最大的贫营养海域为研究海区，通过走航和作业区定点观测的调查方法，应用流式细胞术研究目标海区微微型浮游植物群落结构、主要类群的分布特征及其随环境梯度的变化，并研究微微型浮游植物对浮游植物总生物量的贡献，以及它们对环境变化的响应。此研究有助于深入了解微微型浮游植物对全球变暖影响下海洋内部环境变化作出的响应。

在贫营养性大洋中，以微微型浮游生物为起点的微型生物食物网在生态系统物质循环和能量流动中发挥着重要作用。近年来的研究发现在全球变暖的趋势下，小粒径浮游植物（如微微型浮游植物）所占比例将增加，从而改变浮游生态系统功能，并进一步影响海洋内部的固碳能力和微型生物生态过程。本项目基于流式细胞术，对北太平洋亚热带环流区这一全世界最大的贫营养海域的微微型浮游生物进行研究。通过作业区定点观测结果显示，由于各类群之间不同的生态生理适应性，微微型浮游生物各类群在不同区域之间存在明显的分布差异。纬度差异导致理化环境的变化是造成微微型浮游生物群落结构和生物量变化的主要原因，混合层深度和温跃层的强度则是控制浮游生物垂直分布的关键物理因素。而在纬度变化不大、环境条件较为稳定的区域内，尽管各类群微微型浮游生物的丰度差距并不是非常大，但一定程度上反映出数量上占绝对优势的微微型浮游生物在小尺度空间内仍具有较强的生态环境敏感性。在大空间尺度上，微微型浮游生物随着环境梯度的变化具有明显的空间分布规律。160ºE经向上洋流影响造成的水体混合和营养状况的改变是微微型浮游生物群落发生变化的原因，从东海陆架到东太平洋的走航观测结果也佐证了这一结论。使用选择性代谢抑制剂法得到的生长率和被摄食消亡率研究结果表明，在贫营养大洋中，原绿球藻无论在碳生物量还是碳生产力上均占据绝对优势地位，而聚球藻由于其极低的细胞丰度使其在微微型浮游生物群落生产中作用很小。通过本项目的研究，揭示了北太平洋上层水体中微微型浮游生物的空间分布格局、群落结构变化及其环境调控机制，为进一步研究全球变暖影响下微微型浮游植物对海洋初级生产力和固碳能力的贡献提供了科学依据。