华南沿海微表层浮游植物群落结构及其演替趋势研究

The sea-surface microlayer (SML) represents the boundary interface between the atmosphere and ocean, and phytoplankton in the SML (phytoneuston) plays a significant role in biogeochemical processes on a global scale, including air-sea gas and heat exchange, particle cycling, and microbial loops. However, there are limited reports related to the phytoneston community structure, and none of them concerns the succession of phytoneuston community. In this project, we will: 1) analyze the phytoneuston structures in the sea areas of typical southern Chinese coasts by light-and electron microscopy (TEM and SEM), pigment analysis, denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) and subsequent DGGE band sequencing, 2) study the adaptation and mechanism of different groups of phytoneuston (such as species in cyanobacteria, diatoms, dinoflagellates, and haptophytes) to the violent and variable environments of the SML under laboratory conditions, 3) study the responses of phytoneuston community to the environmental changes such as eutrophication, high temperature, high UV-B and organic pollutions under three levels of experiments: laboratory conditions, enclosed experiments and field surveys. The purpose of the project is: 1) to understand the phytoneuston community structure in the subtrophic southern Chinese costal waters, 2) to know the competition advantages of phytoneuston under the SML conditions, and 3) to highlight the succession of phytoneuston community under the background of further deterioration of coastal environments.

海洋微表层是海洋与大气之间的界面，微表层浮游植物在全球物质交换和生物地化循环中占据重要地位，但目前有关微表层浮游植物群落结构方面的相关报道还较少，而微表层浮游植物演替趋势研究尚属空白。本项目拟以典型亚热带华南近岸海域为研究重点，通过显微鉴定(光学和电子显微镜)、特征色素分析、DNA指纹分析、DNA序列分析等多种手段对微表层、次表层浮游植物群落结构进行分析比较，揭示华南海域微表层浮游植物群落结构特征。分离培养微表层浮游植物优势种，建立培养株系；研究蓝藻、硅藻、甲藻、定鞭藻等不同类别优势种对微表层环境的适应机制，揭示微表层浮游植物的竞争优势。在实验室受控实验、围隔实验以及野外调查三种水平下，研究微表层浮游植物群落对富营养化、高温、高紫外辐射、有机污染等环境变化的响应，明晰微表层浮游植物在环境日趋恶化背景下的演替规律与趋势。

本项目从自然生态学和实验生态学角度，对华南沿海微表层浮游植物群落结构及其与环境因子的关系进行了系统研究，揭示了华南沿海微表层环境及浮游植物演替趋势。对大亚湾海域微表层、次表层水环境因子、浮游植物以及特征色素的周年变动，并对大亚湾、广海湾、南澳岛以及桂山岛等典型海域微表层水环境和浮游植物进行了分析，结果显示微表层的水温和光照强度远高于次表层，微表层对营养盐没有明显的富集作用，对硅藻和浮游植物总数具有明显富集作用。特征色素分析显示，大亚湾海域微表层浮游植物以蓝细菌和硅藻占优势，微表层浮游植物群落有从硅藻向蓝细菌转变的趋势，而且微表层对微型级别的Chla以及岩藻黄素具有明显富集作用。不论是微表层还是次表层，大亚湾海域浮游植物的生长受到明显的P限制。通过对浮游植物DNA指纹研究得出，浮游植物DNA指纹丰富，但DNA指纹仅能反映细胞密度>0.5%的优势物种。典型海域微表层和次表层碱性磷酸酶的调查显示，大亚湾海域、桂山岛海域以及广海湾浮游植物群落均受到不同程度上的磷限制，浮游植物是碱性磷酸酶主要的提供者。大亚湾海域浮游植物日变化显示，夏季由于水温较高，正午微表层浮游植物生长受到抑制。研究了N、P浓度以及有机无机N、P对微表层典型浮游植物生长影响，结果得出有毒有害鞭毛藻类如亚历山大藻、海洋卡盾藻、赤潮异弯藻等对有机营养盐的利用及其对N、P限制环境的适应是它们占据浮游植物种群竞争优势的重要原因，此外碱性磷酸酶对有机P响应明显。浮游植物种间竞争实验表明，即使是在初始密度不占优势的情况下，中肋骨条藻也能在与海洋卡盾藻、锥状斯氏藻、海洋原甲藻、条纹环沟藻等的种间竞争中获胜，因此，小型硅藻生长速度快、竞争能力强是其在微表层及次表层中占据优势的重要原因。添加无机营养盐后，微表层浮游植物群落结构发生变化，代表硅藻的岩藻黄素含量迅速增加，取代蓝细菌成为浮游植物群落的绝对优势种；在实验后期，随着营养盐的消耗，蓝细菌的百分比含量增加。有机N、P添加实验结果表明，大亚湾微表层浮游植物能够利用各种有机N和有机P，在营养盐添加后硅藻成为优势藻种，其次是甲藻和定鞭藻，而在实验后期蓝细菌和甲藻的数量明显增多。高温和高光强能更有效促进微表层浮游植物的生长，说明微表层浮游植物更适应于微表层的高温高辐射环境。