应用沉积记录重建渤海浮游植物群落结构演变及其对富营养化的响应

Eutrophication is a common environmental problem faced in global shelf seas, and its effect on decadal change of phytoplankton community structure is one of the key topics in studies on mechanism and future trends of marine ecological environment evolution. Previous results have indicated that changes in amount and composition of terrestrial nutrients inputs could influence the long-term change of phytoplankton community structure in coastal waters. However, limited by insufficient long-term survey data and interference of climate-caused environmental evolution, the individual influence of eutrophication on long-term change of phytoplankton community structure is not clear in Chinese shelf seas. In this project, we will carefully study the high resolution sedimental records of environmental change in the Bohai Sea, where eutrophication is serious during the recent years. In the first, long-term evolution of phytoplankton community structure over the past 200a will be rebuilt. Then, with the historical process of climate change and eutrophication in the Bohai Sea, constructed by corresponding paleoenvironmental indicaters in sediment and previous documents, controlling factors of decadal changes of phytoplankton community structure will be discussed. Finally, evolution of phytoplankton community structure before and after eutrophication will be compared and the individual influence of eutrophication will be determined. The project aims to further learning the long-term ecological effects of eutrophication, which provides theoretical support for understanding the impact of human activity on the marine environment.

富营养化是全球陆架海普遍面临的环境污染问题，其对浮游植物年代际演变的影响是陆架海生态环境长期演变机制及未来发展趋势研究的关键问题之一。研究表明陆源输入营养物质组成及数量的变化能够影响陆架海浮游植物群落结构的长期演变。然而限于长期观测资料不足以及生态环境演变气候效应的干扰，目前尚难以界定富营养化对我国陆架海浮游植物群落结构长期演变的单方面影响。本项目拟以近年来富营养化严重的渤海为研究海域，基于沉积物的高分辨率环境演变记录，通过脂类生物标志物和硅藻化石建立近200年来渤海浮游植物群落结构的演变过程，然后结合由沉积物中相关环境替代指标及历史文献资料建立的渤海富营养化和气候变化进程探讨浮游植物群落结构长期演变的影响因素，最后比较富营养化前后浮游植物群落结构的演变规律，探索富营养化对其长期演变的单方面影响。本项目旨在深入认识富营养化的长期生态效应，从而为理解人类活动对海洋环境的影响提供理论支持。

在当前气候变化和人类活动加剧双重胁迫下，海洋生态环境正在发生明显的变化。不过，限于我国长期观测资料不足，我们尚不清楚近海浮游植物种群动态的长期演变趋势及其对富营养化、气候变化等环境变化的响应关系。为此，本项目以渤海及毗邻黄海沉积物保存的高分辨率环境演变记录为主要研究对象，利用硅藻化石、颗石藻化石、光合色素等多种生物标志物，重建了近500年来黄渤海浮游植物群落结构的长期演变趋势，并据此探讨了其对水体富营养化和气候变化的响应关系。水体出现明显富营养化以前，渤海中部最为显著的浮游植物种群波动在于1850s-1910s前后，硅藻的生物量及生物多样性均远高于其他历史时期，黄河由入黄海改道入渤海带来的渤海陆源营养物质输入增多及明清小冰期的低温环境可能是导致此次波动的主要原因；而黄海颗石藻优势藻种的波动则可能主要受控于太平洋涛动和东亚冬季风强度变化对真光层水体营养盐补充的改变；总之，此段时间人类活动对海洋环境的影响尚不明显，气候波动等是浮游植物种群动态的主要影响因素。而随着人类活动的加剧，特别是伴随着我国经济的快速发展，黄渤海近海水体开始出现明显的富营养化。此时，浮游植物的生物量及生物多样性总体呈增长趋势，反映了陆源营养物质输入的增加对浮游植物生长的促进作用；同时，具槽帕拉藻（Paralia sulcata）在总硅藻中的相对丰度明显增高、而圆筛藻的相对丰度则总体呈降低趋势；此外，渤海微微型抑食金球藻褐潮的爆发也在沉积记录中有明显体现。总体而言，虽然基于沉积记录中古环境信息重建的浮游植物群落结构特征与当前上覆水的浮游植物群落结构特征存在一定差异，但其依然能够有效指示浮游植物种群动态的演变特征及其与气候变化和人类活动的响应关系。本研究结果对于认识黄渤海浮游植物的长期演变趋势及水体富营养化的环境效应，均提供了重要依据。