文摘
基于长期的数据测量的营养和叶绿素一个浓度以及初级生产的估计,浮游植物营养浓缩的反应是评估在高度城市化的胶州湾。结果表明,浮游植物生物量、叶绿素所显示的那样一个浓度,并没有显示直接线性响应增加养分的含量。相反,叶绿素一个浓度维持在一个恒定的水平在过去的二十年中胶州湾,初级生产力。然而,浮游动物生物量的减少是观察到的同一时期。分析表明,尽管浮游植物水华的规模可能是有限的可用性硅酸盐由于Si / N比和低浓度低,自上而下的控制浮游植物生物量的双壳类动物放牧可能胶州湾生态系统的一个重要因素。
1。介绍
在浅海海洋水域,总初级生产力和生物量的浮游植物通常被假定为hyperbolically营养相关载荷从土地1]。许多沿海海洋水域营养丰富,它们的营养比例改变,由于河流输入的变化与土地利用变化和人为排放营养在上个世纪(2,3]。沿海生态系统经常在养分预算应对这种变化通过改变浮游植物结构和丰富,从而影响其他食物网(4]。长期观测等记录是重要的变化和理解人为扰动的影响在沿海生态系统fwithin自然变化的背景下5]。
胶州湾是半封闭式的沿海生态系统的面积367公里2和平均深度为7 m和连接到黄海穿过一条狭窄的嘴。先前的研究表明,溶解无机氮(DIN)和磷酸的浓度(DIP)增加了从1960年代到1990年代,虽然浓度溶解硅酸盐(DSi)减少了从1980年代到1990年代6]。然而,浮游植物生物量、叶绿素所显示的那样一个浓度,一直保持大约从1980年代中期到1990年代,而大量的净浮游植物减少了自1960年代以来(6,7]。因此,它由硅酸盐推测,浮游植物的增长是有限的,和浮游植物成分可能会从大型物种转向小型物种(6,7]。
在本文中,我们目前的数据在初级生产力的长期趋势和浮游植物生物量(测量表面叶绿素一个浓度)在胶州湾。我们的分析的目的是确定因素控制浮游植物生物量在这个生态系统。
2。数据收集
胶州湾地区在中国得到广泛的海洋研究。虽然有很多在胶州湾的调查,不同的研究都涉及不同的采样时间,车站位置和频率的采样。为了保证数据的可比性,只有那些与高空间覆盖(即数据集。,一个t least two-thirds of the area of Jiaozhou Bay) and high sampling frequency (at least seasonally) were included in this study. The sources of collected data for nutrients, chlorophyll一个、初级生产力和浮游动物生物量在表列出1。
营养的水样(氨、硝酸盐、亚硝酸盐、磷酸盐和硅酸盐)测量使用比较分析方法(比色法),在1983年之前,他们用分光光度计测定手动,泰克尼康自动分析器II或1983年后SKALAR流分析仪6,14,15]。初级生产决心在孵化离散水样通过测量氧气的生产在1991年之前(19)和不吸收14有限公司31991年之后(18,20.- - - - - -24]。水样的叶绿素一个分析测定spectrophotometrically 2003年之前(17和2003年后fluorometrically15,18]。浮游动物样品使用相同的方法,和浮游动物生物量测定湿重(18,23,25]。
表面叶绿素一个浓度被用作代表浮游植物生物量和初级生产力代表浮游植物的增长速度。所有抽样事件允许季节性浮游植物动力学的分辨率。如果有两个或两个以上的报告在同一时期,他们分别进行了分析。养分含量及其比值作为年度意味着基于数据,至少一年季节采样事件。胶州湾的深度测量法和抽样位置如图1。
3所示。长期营养浓度的变化和生物变量
长期平均浓度的无机养分的变化(DIN、倾斜和DSi)和他们的比率在整个水柱在胶州湾如图2(一个)。喧嚣浓度增加五倍从1980年代初到2000年代中期,和浸渍浓度增加在1990年代末(图2(一个))。硅酸盐浓度保持在3.0±0.5μ在20世纪的最后20年,但增加5μ米多在21世纪初(图2(一个))。
(一)
(b)
在喧嚣的浓度迅速增加之后,N / P比值增加从1980年代开始,8是低于Redfield比率(N / P = 16), 38更多在21世纪初(图2 (b)),Redfield比率的两倍,而Si / N比率保持在0.27±0.07在过去二十年里,远低于Redfield比率(Si / N = 1)(图2 (b)),这意味着潜在的硅酸盐胶州湾浮游植物生长的限制。
长期总浮游植物生物量的变化,表明叶绿素一个浓度,养分浓度要小得多。意思是叶绿素一个浓度保持在3.5±0.9μg / L在研究期间,没有明显的趋势(图3(一个))。
(一)
(b)
(c)
意思是初级生产力显示在整个研究期间没有明显的上升或下降的趋势(图3 (b))。与其他温带封闭的沿海生态系统相比,初级生产力在胶州湾(370±66 mgC·m−2·d−1)处于中等水平。
浮游动物生物量急剧下降,从200毫克·m−3到1983年的100 mg·m−3在1985年之后仍然接近85 mg·m−3研究期间的余生(图3 (c))。
4所示。因素控制浮游植物生物量
河口系统没有显示响应浮游植物的生物量增加营养载荷将积累养分浓度升高。这种情况最近讨论(1,26),被认为是类似于海洋类食物,low-chlorophyll条件(27]。类食物浓度在河口富营养化指标,但这个问题应该问在这种情况下为什么初级生产和营养浓度增加浮游植物生物量没有反应吗?
过程可能调节初级生产和浮游植物生物量在海洋生态系统养分有效性,光强度和放牧失去1,4,5]。在胶州湾,自底向上的控制可能是相关的可用性硅酸盐自Si / N比率(0.30±0.07)远远低于Redfield比率(Si / N = 1)6]。然而,硅酸盐浓度很低(< 1μ米)在2月和9月在浮游植物生物量高,但相对较高(> 1.5μ米)在其他十个月浮游植物生物量较低(图2(一个))。因为硅藻优势种浮游植物的生物量(> 90%)和组合(> 80%)在胶州湾15),认为硅酸盐浓度可能有限尺度的夏季或冬季的浮游生物,但这并不限制浮游植物的增长在一年的其他时间在胶州湾。
光强度,除了放牧,是浮游植物丰度的同意是另一个控制因素通过影响生产力率,尤其是在河口(28和沿海水域29日,30.]。长期水下光强数据不可用在胶州湾,相反,水的数据透明度是用来讨论光强度在浮游植物丰度的影响。水的透明度是2.0米在1980年代开始(23),1.7在1990年代(23),和2006年的1.6(未发表的数据),表明略有下降趋势。这种水下光强下降可能会影响,在某种程度上,胶州湾的生产力率。然而,由于水深小于5米超过总面积的四分之三在胶州湾,生产力利率不太可能受限于光强度在这个生态系统。
浮游动物啃食浮游植物可以控制浮游植物生物量在一些生态系统(31日]。然而,在胶州湾浮游动物生物量下降了四分之一从1980年代到现在(图3 (c)),建议减少放牧压力,浮游动物对浮游植物的生物量。通常,最高的浮游动物生物量发生在8月之后浮游植物水华,并最低浮游动物生物量中被发现在秋季浮游植物生物量中也低,表明浮游动物发展浮游植物作为食物供应的依赖。由于浮游动物生物量下降在过去的几十年,建议自上而下的控制由浮游动物对浮游植物生物量胶州湾放牧并不是一个主要因素。
双壳类通常是最丰富的悬挂喂食器在河口系统中,和双壳类动物放牧可能实施自上而下的控制浮游植物生物量和组成的32,33]。的第一个推理控制浮游植物生物量的整个河口是为旧金山湾(34,35]。从那时起,已经有大量的研究表明双壳类动物放牧可能控制浮游植物生物量一系列河口系统(32,36- - - - - -38]。
胶州湾历来为海水养殖面积。贝类文化自1980年代以来一直在增加在海湾(图4)。最重要的养殖物种是马尼拉蛤(菲律宾蛤仔),蓝贻贝(贝壳类),中国扇贝(斗篷farreri)和海湾扇贝(Argopecten irradians)。的平均数量菲律宾蛤仔目前在胶州湾个人(39]。筏扇贝始于1980年代,文化和培养区域的总数达到了1300公顷个人在1990年代(40]。的平均清除率菲律宾蛤仔300毫升·人力资源−1(39),估计所有海湾的海水间隙时间蛤是12天。一个类似的计算可以在海湾扇贝。以扇贝的平均清除率为500毫升·人力资源−1估计,间隙时间在海湾的海水将135天。结合蛤,扇贝等的过滤率,净间隙时间是11天,这是比平均住院时间短的海水在胶州湾,80天(41]。
双壳类的摄入率,可以为类似的计算蛤,扇贝等在海湾。平均摄入率蛤,扇贝1 mgC·h−1浮游植物吸收的总量,蛤,扇贝等gC·年−1。相比之下,估计总初级生产在海湾ca。 gC·年−1,如果初级生产力360 mgC·m−2·d−1。最终的结果是,潜在的浮游植物每年损失双壳类放牧是高于初级生产预估收益。
我们的计算可以被看作一种低估损失由于过滤率较小的蛤壳大小小于2厘米不包括在我们的估计。产生重大影响的双壳类动物放牧可以预计当双壳的间隙时间约等于周转时间比水的浮游植物和较短的停留时间(38]。因为海水养殖的面积不断增加,从1981年至今的十倍海湾(图4),它导致了放牧压力增加浮游植物。因此,暂停喂双壳类的活动,特别是蛤,可能会强烈影响甚至控制浮游植物生物量,有助于解释胶州湾浮游植物生物量观测相对较低。
潜在的自上而下的控制浮游植物生物量的双壳类放牧的重要性意味着自底向上的控制浮游植物的开发(营养或光限制)可能不那么重要了。赫尔曼和Scholten指出,这意味着这样的一个生态系统可以更有弹性的变化外部营养负荷(42]。
确认
的匿名审稿人JMB大大地赞赏他的批评,它改善了原来的纸。这项研究是由国家重点基础研究发展计划(973)(批准号2010 cb429004)和特殊的海洋公益性科学研究项目(批准号201105014 - 3)。