基于快速重复荧光法的海洋初级生产力研究 ——以南海黑潮入侵和东海长江冲淡水影响区为例

论文摘要

浮游植物初级生产过程是海洋生态系统最重要的过程之一,它是食物链的开端,并驱动海洋生物泵的运作,其对于海洋生态系统固碳储碳以及全球变化研究具有重要意义。目前主要采用传统的14C示踪法、13C示踪法、溶氧法等对海洋初级生产力进行测定。然而,近20年来,一种新型叶绿素荧光诱导技术——快速重复荧光法,能实现对浮游植物光合系统Ⅱ（PSⅡ）的电子传递速率（ETRPSⅡ）快速的原位测量,并可获得若干重要的光合活性参数。本研究主要是以南海黑潮入侵影响区和东海长江冲淡水影响区为研究区域,采用通过快速重复荧光法构建的一种新的计算ETRPsn的方法,同时,结合14C测量的浮游植物净初级生产力（NPP）、光合色素等数据,分别探讨黑潮入侵和长江冲淡水对南海和东海近岸浮游植物光合活性以及初级生产力的影响,取得如下主要结果:（1）通过快速重复荧光法与14C示踪法进行对比,结果表明ETRPSⅡ与NPP具有较好的相关关系（P<0.0001）,ETRPSⅡ与NPP在真光层剖面的分布趋势十分相似,并且发现ETRPSⅡ、NPP与叶绿素a浓度并不耦合的现象。同时,在不同海区和不同季节,观测到不同的ETRPSⅡ与NPP的比值（即固碳电子需求率,Φe:C）,其中夏季东海、夏季台湾海峡、冬季南海与吕宋海峡、夏季南海与吕宋海峡的Φe:c的平均值分别为2.44、5.26、9.08和10.70。Φe:C呈现的规律是:夏季东海<夏季台湾海峡<冬季南海与吕宋海峡<夏季南海与吕宋海峡。Φe:c主要是由营养盐、浮游植物类群结构调控,当营养盐浓度越低,浮游植物粒级越小时,Φe:C越高,光量子固碳效率越低。（2）在南海海盆区域,ETRPsⅡ与NPP在受黑潮影响的SEATS站比不受黑潮影响的SS1站高3倍左右,同时,在光合活性上,受黑潮影响的SEATS站的浮游植物有效捕光截面积（σPSⅡ）、PSⅡ功能型反应中心浓度（[RCⅡ]）要高于不受黑潮影响的SS1站,但是黑潮入侵对PSⅡ最大光化学效率（Fv/Fm）影响不大;在吕宋海峡区域,适当比例的黑潮水与南海水进行混合能够提高浮游植物的光合活性（Fv/Fm、σPSⅡ、[RCⅡ]等）、ETRPSⅡ与NPP。当黑潮的混合比例达到50-70%时（F4站）,光合活性以及ETRPSⅡ、NPP达到最高。F4站Ave.Fv/Fm-100（100 m以浅每米平均的Fv/Fm）、Ave.σPsn-1oo（100 m以浅每米平均的σPsⅡ）和Ave.RCⅡ100（l00m以浅每米平均的[RCⅡ]）分别为0.437、2.01nm2和0.638 nmol/m3,而黑潮水信号最强的L5 站Ave.Fv/Fm-100、Ave.σPsⅡ-100和Ave.RCⅡ100分别为0.404、1.76 nm2和0.326 nmol/m3,可以看出F4站的光合活性要远高于L5站。另外,F4站的真光层积分的ETRPSⅡ（IETRPSⅡ）要比L5站高2.5倍,而F4站的真光层积分的NPP（INPP）要比L5高大约7.5倍。（3）对比受长江冲淡水影响较小的区域,受冲淡水影响的区域浮游植物类群组成有从Pico级（聚球藻）向Nano级（青绿藻、隐藻）演变的趋势。同时,长江冲淡水显著提高了其影响区域浮游植物的Fv/Fm、RCⅡ浓度（p<0.05）,但不会显著提高浮游植物的σPSⅡ（p>0.05）。另外,长江冲淡水显著提高其影响区域表层浮游植物ETRPsⅡ（p<0.05）,却没有显著提高真光层积分的ETRPsⅡ（p>0.05）,而在介于受冲淡水影响较大与受冲淡水影响较小之间的区域（即表层盐度和光衰减系数处于中等水平）,真光层积分的ETRPsn达到较高的水平,这主要是由于在长江冲淡水影响较大区域浊度较高、水体真光层较浅,同时受冲淡水影响较小的区域叶绿素a浓度以及营养盐浓度较低,两者的浮游植物真光层积分的ETRPSⅡ都相对较低,而当真光层的光量子数目、营养盐、叶绿素a浓度都达到相对充足的状态时,真光层积分的ETRPsn才达到较高的水平。

论文目录

摘要

Abstract

缩略词（Abbreviations）

第1章绪论

1.1 海洋初级生产力的测量方法及重要意义

1.2 叶绿素荧光诱导技术

1.3 快速重复荧光法

1.4 浮游植物光合系统电子传递链

1.5 海洋初级生产力的调控因子

1.6 本论文研究的科学问题与主要内容

第2章研究方法

2.1 放射性碳同位素示踪技术

2.1.1 方法简介

2.1.2 真光层深度和培养层位的确定

2.1.3 甲板初级生产力培养系统

2.2 FastOcean APD初级生产力原位剖面仪

2.3 环境参数的获取

14C示踪法测量海洋初级生产力的比较'>第3章快速重复荧光法与¹⁴C示踪法测量海洋初级生产力的比较

3.1 研究区域概况

3.2 PSⅡ电子传递速率的计算方法

3.3 结果

14C示踪法测量初级生产力的比较'> 3.3.1 东海夏季FRRf与¹⁴C示踪法测量初级生产力的比较

14C示踪法测量初级生产力的比较'> 3.3.2 台湾海峡夏季FRRf与¹⁴C示踪法测量初级生产力的比较

14C示踪法测量初级生产力的比较'> 3.3.3 南海和吕宋海峡区域夏季FRRf与¹⁴C示踪法测量初级生产力的比较

14C示踪法测量初级生产力的比较'> 3.3.4 南海海盆和吕宋海峡区域冬季FRRf与¹⁴C示踪法测量初级生产力的比较

3.4 讨论

3.5 小结

第4章南海海盆与吕宋海峡浮游植物光合活性及初级生产力对黑潮入侵的响应

4.1 引言

4.2 研究方法

4.2.1 研究区域与调查航次概况

4.2.2 两端元等密度混合模型

4.2.3 物理背景参数的获取

4.3 结果

4.3.1 环境参数分布特征

4.3.2 黑潮水混合比例

4.3.3 浮游植物光合活性参数与PSⅡ电子传递速率时空分布分布

4.3.4 浮游植物净初级生产力垂直剖面分布

4.4 讨论

4.4.1 浮游植物光合活性与黑潮水混合比例的关系

4.4.2 浮游植物PSⅡ电子传递速率和初级生产力与黑潮混合比例的关系

4.5 小结

第5章东海浮游植物光合活性及初级生产力对长江冲淡水的响应

5.1 引言

5.2 研究区域和调查航次概况

5.3 结果

5.3.1 环境参数

5.3.2 浮游植物光合活性的时空分布

5.3.3 浮游植物PSⅡ电子传递速率的分布特征

5.4 讨论

5.4.1 浮游植物光合活性与长江冲淡水的关系

5.4.2 浮游植物PSⅡ电子传递速率与长江冲淡水的关系

5.5 小结

第6章总结与展望

6.1 主要结论

6.2 创新点

6.3 不足之处

6.4 未来研究展望

参考文献

附录Ⅰ

附录Ⅱ

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 杨磊

导师: 黄邦钦,谢聿原

关键词: 快速重复荧光法,光合活性,初级生产力,黑潮入侵,长江冲淡水

来源: 厦门大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 生物学,海洋学,环境科学与资源利用

单位: 厦门大学

分类号: X55;Q948.8

总页数: 141

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