全球变暖对海洋微型浮游动物摄食浮游植物的影响

全球变暖导致了海洋浮游植物生物量和初级生产力的下降以及贫营养区的扩张。根据异养生物的个体新陈代谢水平应比自养生物的新陈代谢水平随温度升高增加得快的理论，本项目的核心问题即为探究全球变暖是否导致微型浮游动物在群落水平上对浮游植物的摄食效应（浮游动物的比摄食率/浮游植物的比生长率）增强。我们将结合生态理论分析已有的数据库来确认微型浮游动物个体摄食率随温度的变化关系，以及全球范围内微型浮游动物生物量与温度和叶绿素的定量关系，从而建立一个群落水平上微型浮游动物比摄食率与温度和叶绿素浓度的半机制模型，并与稀释法实验得出的统计关系相比较。我们还计划进行温度调控的海上稀释法实验和围隔实验来确认数据分析得出的结果，最终探明微型浮游动物对浮游植物的摄食是否随海水升温而增强，从而导致浮游植物生物量的下降和全球大洋贫营养区的扩张。

本项目按照项目任务书的要求，采用多种手段（数据集成分析、现场控温稀释法实验、小尺度围隔长期培养实验）针对核心科学问题：“全球变暖是否增强微型浮游动物在群落水平上对浮游植物的摄食效应”进行了多角度研究。通过对全球现场稀释法数据的集成分析，我们发现：在控制了叶绿素的影响后，浮游植物生长率的活化能（即浮游植物生长率随温度升高而升高的速率, 0.36 ± 0.05 eV）确实显著低于个体微型浮游动物摄食率的活化能（0.67 ± 0.05 eV），而微型浮游动物的生物量在相同的浮游植物生物量水平下随温度上升而下降，导致在群落水平上微型浮游动物的摄食率的活化能与浮游植物的相近，从而推翻了原来认为温度会增强微型浮游动物对浮游植物摄食压力的假设。但在富营养海域，由于微型浮游动物的食物来源不限于浮游植物，温度仍然会增强微型浮游动物对浮游植物摄食压力。但在寡营养海域，微型浮游动物对浮游植物的摄食压力随温度无明显变化甚至降低。我们还发现微型浮游动物对浮游植物摄食的半饱和常数不随温度有显著变化。通过对厦门近海的浮游植物群落进行一年的温度调控的稀释法实验，我们发现，与前人研究和全球数据分析结果相反，浮游植物生长率和微型浮游动物摄食率对短期温度变化的响应的活化能均相近（~0.65 eV），暗示温度升高不会影响微型浮游动物对浮游植物的摄食压力。为进一步考察浮游植物生长率的活化能，我们收集整理了大量实验室的浮游植物生长率与温度的数据并利用非线性混合模型进行分析，发现：1）在种内水平上，浮游植物生长率的活化能更接近于0.65 eV而非0.32 eV；2）浮游植物存在对低温的适应（Krogh’s效应），即冷水种在相同温度下生长速率超过暖水种，从而在种间水平上总体呈现出较低的活化能；3）不同浮游植物类群存在显著的生长率和活化能的差异（如绿藻具有较低的种内活化能）。与实验结果相比对，实验室数据的分析结果可以支持在厦门近海所观察到的浮游植物生长率较高的活化能，但同时也暗示厦门近海不同季节之间浮游植物群落可能不存在明显的冷水种－暖水种的演替。我们同时还比较了微微型浮游植物生长率的活化能和其他大粒径浮游植物的活化能，发现微微型浮游植物具有稍高的活化能。本项目已发表4篇相关SCI论文，其中两篇发表在海洋学top期刊Limnology and Oceanography上，尚有部分工作仍在进一步整理中。