南海北部浮游植物群落初级生产关键参数间的定量关系及其影响因素

Chlorophyll a, carbon biomass and primary productivity are the most important parameters of phytoplankton in marine primary production. Compared to chlorophyll a, the carbon-based community structure have more close relationship with the carbon cycle, and the contributions of major phytoplankton groups is directly decided the functions of ecosystems. However, the quantitative relationship between them and its influencing factors have not been clarified. Based on the previous work, we consider “Differences on the contributions to chlorophyll a, carbon biomass and primary productivity of different phytoplankton groups, what is the regulation mechanism" is a key scientific problem. The project intends to focus on the northern South China Sea basin area, compare continental shelf and basin ecosystems, combined with the incubation experiments, to quantitatively analyze the relationship between chlorophyll a, carbon biomass and primary productivity; to evaluate the contributions of dominated groups of both biomass and production, and discuss the effects of community structure on these quantitative relationships. The project will assess the key groups of primary production processes from the two aspects of structure and function, provide a more in-depth analysis of the temporal and spatial distributions, improve the understanding of regulation mechanism on phytoplankton structure and function in marginal seas, provide data support for the integration of ecosystem study, boost the research on Chinese coastal ecosystems and global change.

叶绿素a、碳生物量和初级生产力是海洋初级生产过程中最关键的几个浮游植物参数。相比叶绿素a，基于碳生物量的群落结构与碳循环关系更密切，而优势类群对初级生产力的贡献则直接与生态系统的功能相关。但至今国内外对三者之间的定量关系及其影响因素研究仍不够深入。在青年基金工作基础上，我们提出“浮游植物优势类群对叶绿素a、碳生物量和初级生产力的贡献，其相互间差异的调控机制”的关键科学问题。项目拟以南海北部海盆为重点海区，陆架-海盆为对比系统，通过现场研究结合培养实验，分析叶绿素a、碳生物量和初级生产力等关键参数间的定量关系，讨论群落结构变化对这些定量关系的影响，从结构和功能两个方面评估初级生产过程的关键类群，最终阐明南海北部初级生产过程关键参数的定量关系及其调控因子。项目提升对边缘海浮游植物结构和功能变化的认识，为海洋生态系统和生物地球化学研究整合研究提供关键数据支持，助推我国海洋生态系统与全球变化研究。

围绕“浮游植物优势类群对总叶绿素a、碳生物量和初级生产力的贡献，其相互间差异的调控机制”这一科学问题，项目团队在前期基础上，首先完善了中国边缘海浮游植物生态学数据集，并通过优化统计分析模型探究各变量（时空信息、环境因子、生物要素等）与研究对象（浮游植物群落的生物量、生产力和群落结构）间的数学关系，从大量现场实测数据统计分析的角度打开思路。同时，针对统计分析的结果，项目有针对性地开展现场航次，重点从关键生物类群响应物理过程入手，研究了“浮游植物生物量-群落结构-初级生产力”的时空变化机理，揭示了在不同时空尺度下浮游植物主要类群的分布格局和初级生产过程的调控机制。项目取得四点成果：1）集成现场实测数据，获得了南海主要区域准气候态分布模式和环境调控机制；2）聚焦初级生产过程，从生理-生态响应角度揭示了“叶绿素a-碳生物量-初级生产力”等关键参数之间的内在关系；3）紧扣物理驱动-化学响应-生物变化的耦合过程，在生态系统水平揭示了物理主控上行控制和生物作用下行控制相耦合的双重调控过程机制；4）优化了卫星遥感算法，获得了适用于中国海的浮游植物分类群遥感产品。四年内，项目共计搭载20个航次，累计海上作业920人*天；已在Water Research, Limnology and Oceanography Letters, Progress in Oceanography, Journal of Geophysical Research, ICES Journal of Marine Science等国内外主流期刊上发表项目论文21篇（SCI收录19篇，1区/2区论文17篇）。与此同时，项目在青年人才培养、团队建设、学术交流和科普传播等方面也取得了一些成绩，提升了项目团队科研水平和影响力。总体来看，项目已按计划完成全部研究内容，达到预期目标，部分内容取得较突出研究进展。研究成果面向国家基础科学研究需要，为海洋浮游植物生态学研究提供了关键数据支持，推动了学科交叉，为进一步深化海洋生态系统研究和海洋可持续发展提供科学依据。