黄海近岸水体中周丛原生动物群落功能结构动力学及对富营养化响应模式的研究

The eutrophication issues in coastal waters have been one of the most important topics in the fields of environmental conservation for marine ecology. Periphytic protozoa have been employed as robust bioindicators for bioassessment of water quality and ecological researches since they play an important role in the functioning of the marine microbial food webs. So far, previous studies have indicated that the understandings on the response model of functional dynamics in protozoan community structures to environmental changes are still comparatively superficial. Therefore, in this project we will investigate the response model of functional dynamics in periphytic protozoan community structures to the eutrophication by nutrients (e.g., nitrogen and phosphorus) in coastal waters of the Yellow Sea, Qingdao, China. Our objectives of this study focus on: a) to document the functional dynamics in the protozoan community structures, the interspecies interactions between functional redundant species, spatial/temporal succession dynamics of dominant functional species, and their relationships to the eutrophication levels by in situ field and laboratory studies; b) to reveal the relationships between the functional patterns of the protozoan communities and the nutrients; c) to measure the ecological parameters of the functional species by the experimental tests of both community and population growth under the experimental conditions, i.e., within gradient concentration of nutrients and with different food levels; and d) to establish mathematical models based on the community/population growth parameters to illustrate the response model by integrating the functional redundant species coexistence theories. This work will be the first study on the response model of the protozoan communities to the eutrophication in coastal waters based on structuring dynamics of communities. The results will hopefully provide theory basis for marine bioassessment and a better understanding on the maintaining model of functional dynamics in protozoan community structures in marine ecosystems.

富营养化问题一直是海洋环境生物学研究的热点之一。周丛原生动物因其在微食物网内的重要功能地位而成为海洋生态学及生物监测等领域重要的研究对象。迄今人们对该类生物群落的功能结构动力学及对水体富营养化水平的响应模式了解仍很粗浅。为此，本课题拟选择青岛黄海近岸多种典型生境，围绕群落功能结构动力学探讨该类生物对氮、磷等主要营养盐变化的响应模式。①借助原位模式及实验生态学手段探讨其群落功能结构的构建模式、功能冗余类群的上下行关系、优势功能种群的动态演替规律及其对水体富营养化的响应模式；②开展群落实验生态学研究，探讨原生动物群落功能动态与营养盐变化的关系；③结合种群落及种群实验生态学试验，揭示其在梯度营养盐浓度和食物水平相互作用下的生态学特征；④构建生态学模型。本工作将首次基于群落功能结构动力学特征，探讨该类生物群落对海洋近岸水体富营养化的响应模式，为原生动物群落功能结构动力学模型研究提供重要的理论基础。

在本项目在研究期间，以载玻片作为人工基质，在青岛黄海近岸以年为周期对采样点进行了周丛生原生动物的采集、分离、培养以及各项研究，开展原生动物群落功能动态与营养盐变化的关系的探究以及周丛生原生动物营养功能和垂直动态研究。.针对不同的青岛黄海近岸周丛生原生动物样品，统计分析了群落功能模式、功能冗余类群层次转换规律及对环境因子的响应模式。周丛生原生动物群落功能模式与环境变化密切相关，特别是化学需氧量（COD）和营养盐的变化。揭示了海洋生态系统中周丛原生动物群落的功能冗余性，为生态研究和监测项目提供了一种多变量的方法。.周丛生原生动物的研究，建立了功能库和功能冗余层次，探究了优势种的培养条件，建立了7个功能特征，包括食性、体型大小、身体形态、运动方式、固着方式、社会形态和食性来源，区分了四个具有营养功能的层次（Rus），即菌食性、藻食性、肉食性和杂食性。通过多元分析对原生动物群集过程进行功能冗余性的分析可知，得到的Rus在群集过程中符合MacArthur-Wilson群集平衡模型，从而可以作为生物评估的营养功能等价物。..利用周丛生原生动物群落进行营养功能的垂直变化研究中，发现群落营养功能结构与水的深度密切相关， PERMANOVE检验结果显示，1m深度的群集模式与另外三个深度的群集模式有显著差异。功能多样性指数在1m和2m的变异性低于3.5m和5m。这些结果表明1m和2m是利用周丛生原生动物进行海洋水质生物评价的最佳采样深度，也证明功能多样性指数是检验一个群落对环境变化的反应是否偏离期望值的有力工具。..在本课题的自主下，对黄海近岸的周丛生原生动物在四个季节的群集动态进行了研究，结果表明周丛生原生动物在四个季节的群集动态均与MacArthur-wilson模型与logistic模型吻合较好，多元回归结果表明，周丛生原生动物的组成和群落结构在春季和秋季达到平衡的时间分别为十天和十四天，而在夏季和冬季需要的平衡时间则更短或更长。这为利用周丛生原生动物进行探究提供了一个良好的时间依据。