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摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 32 卷 第 14 期摇 摇 2012 年 7 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
海滨沙地砂引草对沙埋的生长和生理适应对策 王摇 进,周瑞莲,赵哈林,等 (4291)……………………………
外源 K+和水杨酸在缓解融雪剂对油松幼苗生长抑制中的效应与机理 张摇 营,李法云,严摇 霞,等 (4300)…
钱塘江中游流域不同空间尺度环境因子对底栖动物群落的影响 张摇 勇,刘朔孺,于海燕,等 (4309)…………
贡嘎山东坡非飞行小型兽类物种多样性的垂直分布格局 吴永杰,杨奇森,夏摇 霖,等 (4318)…………………
基于斑块的红树林空间演变机理分析方法 李春干,刘素青,范航清,等 (4329)…………………………………
亚热带六种天然林树种细根养分异质性 熊德成,黄锦学,杨智杰,等 (4343)……………………………………
浙江省植被 NDVI动态及其对气候的响应 何摇 月,樊高峰,张小伟,等 (4352)…………………………………
亚热带 6 种天然林树种细根呼吸异质性 郑金兴,熊德成,黄锦学,等 (4363)……………………………………
亚高山 /高山森林土壤有机层氨氧化细菌和氨氧化古菌丰度特征 王摇 奥,吴福忠,何振华,等 (4371)………
耕作方式对紫色水稻土轻组有机碳的影响 张军科,江长胜,郝庆菊,等 (4379)…………………………………
火烧对长期封育草地土壤碳固持效应的影响 何念鹏,韩兴国,于贵瑞,等 (4388)………………………………
闽江河口潮汐湿地二氧化碳和甲烷排放化学计量比 王维奇,曾从盛,仝摇 川,等 (4396)………………………
2010 年夏季珠江口海域颗粒有机碳的分布特征及其来源 刘庆霞,黄小平,张摇 霞,等 (4403)………………
新疆冷泉沉积物葡萄糖利用细菌群落多样性的稳定同位素标记分析 楚摇 敏,王摇 芸,曾摇 军,等 (4413)……
土壤微生物群落多样性解析法:从培养到非培养 刘国华,叶正芳,吴为中 (4421)………………………………
伊洛河河岸带生态系统草本植物功能群划分 郭屹立,卢训令,丁圣彦 (4434)…………………………………
濒危植物蒙古扁桃不同地理种群遗传多样性的 ISSR分析 张摇 杰,王摇 佳,李浩宇,等 (4443)………………
强潮区较高纬度移植红树植物秋茄的生理生态特性 郑春芳,仇建标,刘伟成,等 (4453)………………………
冬季高温对白三叶越冬和适应春季“倒春寒冶的影响 周瑞莲,赵摇 梅,王摇 进,等 (4462)……………………
中亚热带细柄阿丁枫和米槠群落细根的生产和死亡动态 黄锦学,凌摇 华,杨智杰,等 (4472)…………………
欧美杨水分利用效率相关基因 PdEPF1 的克隆及表达 郭摇 鹏,金摇 华,尹伟伦,等 (4481)……………………
再力花地下部水浸提液对几种水生植物幼苗的化感作用 缪丽华,王摇 媛,高摇 岩,等 (4488)…………………
无致病力青枯雷尔氏菌对烟草根系土壤微生物脂肪酸生态学特性的影响
郑雪芳,刘摇 波,蓝江林,等 (4496)
………………………………………
……………………………………………………………………………
基于更新和同化策略相结合的遥感信息与水稻生长模型耦合技术的研究
王摇 航,朱摇 艳,马孟莉,等 (4505)
………………………………………
……………………………………………………………………………
温度和体重对克氏双锯鱼仔鱼代谢率的影响 叶摇 乐,杨圣云,刘摇 敏,等 (4516)………………………………
夏季西南印度洋叶绿素 a分布特征 洪丽莎,王春生,周亚东,等 (4525)…………………………………………
大沽排污河生态修复河道水质综合评价及生物毒性影响 王摇 敏,唐景春,朱文英,等 (4535)…………………
李肖叶甲成虫数量及三维空间格局动态 汪文俊,林雪飞,邹运鼎,等 (4544)……………………………………
专论与综述
基于景观格局的城市热岛研究进展 陈爱莲,孙然好 ,陈利顶 (4553)……………………………………………
沉积物质量评价“三元法冶及其在近海中的应用 吴摇 斌,宋金明 ,李学刚,等 (4566)…………………………
问题讨论
中国餐厨垃圾处理的现状、问题和对策 胡新军,张摇 敏,余俊锋,等 (4575)……………………………………
研究简报
稻秸蓝藻混合厌氧发酵沼液及其化学物质对尖孢镰刀菌西瓜专化型生长的影响
刘爱民,徐双锁,蔡摇 欣,等 (4585)
………………………………
……………………………………………………………………………
佛山市农田生态系统的生态损益 叶延琼,章家恩,秦摇 钟,等 (4593)……………………………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*314*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*33*
室室室室室室室室室室室室室室
2012鄄07
封面图说: 噶龙山南坡的高山湖泊———喜马拉雅山南坡的嘎龙山光照强烈、雨量充沛,尽管是海拔 4500 多米的高寒地区,山上
的草甸依然泛着诱人的翠绿色,冰川和雪山的融水汇集在山梁的低洼处形成了一个又一个的高山湖泊,由于基底的
差别和水深的不一样,使得纯净清澈的冰雪融水在湖里呈现出不同的颜色,湖面或兰或绿、颜色或深或浅,犹如一块
块通体透明的翡翠镶嵌在绿色的绒布之中。 兰天下面,白云落在山间,通往墨脱的公路像丝带一样随随便便地缠绕
着,一幅美丽的自然生态画卷就这样呈现在你的面前。
彩图提供: 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 32 卷第 14 期
2012 年 7 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 32,No. 14
Jul. ,2012
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:中国大洋矿产资源研究开发协会专项基金(DY125鄄13鄄E鄄01)
收稿日期:2011鄄06鄄27; 摇 摇 修订日期:2012鄄02鄄14
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: wangsio@ sio. org. cn
DOI: 10. 5846 / stxb201106270961
洪丽莎, 王春生, 周亚东, 林钟扬, 王小谷, 宋迅殊.夏季西南印度洋叶绿素 a分布特征.生态学报,2012,32(14):4525鄄4534.
Hong L S, Wang C S, Zhou Y D, Lin Z Y, Wang X G, Song X S. The distribution of chlorophyll a in the Southwestern Indian Ocean in summer. Acta
Ecologica Sinica,2012,32(14):4525鄄4534.
夏季西南印度洋叶绿素 a分布特征
洪丽莎1,2, 王春生1,2,*, 周亚东1,2, 林钟扬1,2, 王小谷1,2, 宋迅殊1,3
(1. 国家海洋局第二海洋研究所,杭州摇 310012; 2. 国家海洋局海洋生态系统与生物地球化学重点实验室,杭州摇 310012;
3. 卫星海洋环境动力学国家重点实验室, 杭州摇 310012)
摘要:分析了 2011 年 1 月西南印度洋叶绿素 a的分布特征及其粒级结构,并结合水动力学环境和营养盐数据探讨了其主要影
响因素。 结果表明,西南印度洋副热带涡流(IOSG)区表层叶绿素 a浓度较低,不超过 0. 07 mg / m3,次表层叶绿素 a浓度最大值
所在水层较深,超过 100 m;副热带聚集区(SCZ)表层叶绿素 a浓度较高(0. 164—0. 247 mg / m3),次表层叶绿素 a浓度最大值出
现在 50—70 m层。 硝酸盐是该海区浮游植物生长的主要限制因素。 微微型(pico)粒级的浮游植物占绝对优势,所有站位其对
总叶绿素 a的平均贡献率为 71. 1% ,微型(nano)粒级次之(24. 2% ),小型(net)粒级所占比例最小(4. 7% ),其中 IOSG 区 pico
粒级对总叶绿素 a的平均贡献率为 77. 9% ,SCZ的 pico粒级对总叶绿素 a的平均贡献率为 66. 7% 。 IOSG区和 SCZ海区之间水
动力学环境的不同,可能导致了这两个海区叶绿素 a的分布特征及粒级结构的较大差异。
关键词: 西南印度洋; 叶绿素 a; 粒级结构
The distribution of chlorophyll a in the Southwestern Indian Ocean in summer
HONG Lisha1,2, WANG Chunsheng1,2,*, ZHOU Yadong1,2, LIN Zhongyang1,2,WANG Xiaogu1,2, SONG Xushu1,3
1 The Second Institute of Oceanography, SOA, Hangzhou 310012, China
2 Laboratory of Marine Ecosystem and Biogeochemistry, SOA, Hangzhou 310012, China
3 State Key Laboratory of Satellite Ocean Environment Dynamics, Hangzhou 310012, China
Abstract: An investigation of the distribution and size composition of chlorophyll a concentration was carried out in the
Southwestern Indian Ocean (47—70毅E, 25—40毅S) in January 2011, and factors that might affect the distribution and size
composition were discussed. Fluorometric method was used to obtain total and size鄄fractioned chlorophyll a concentrations.
The survey was carried out during the austral summer, and there were 6 stations altogether, two of which located in the
region of the south Indian Ocean Subtropical Gyre (IOSG) and the other four located in the subtropical convergence zone
(SCZ). Water samples were collected from 13 layers in 0—200m column of each station and the vertical profiles of
chlorophyll a, nutrients (NO-3、PO
3-
4 and SiO
2-
3 ), temperature and salinity were obtained. The objective of this study was to
investigate the spatial distribution and size fraction of chlorophyll a concentration and to relate them to environmental
factors. The results showed that the surface chlorophyll a concentration was low and did not exceed 0. 07mg / m3, and the
depth of the subsurface chlorophyll a maximum was deep, at approximately 100m and sometimes reaching as deep as 150m
in the region of IOSG; However, in the SCZ, the surface chlorophyll a concentration was higher (0. 164—0郾 247 mg / m3),
and the subsurface chlorophyll a maximum layer occurred between 50—70m. In the region of IOSG, phytoplankton growth
is limited by nutrients supply, while the frontal system formed by the Agulhas Return Current (ARC) and the Subtropical
Convergence ( STC) is a region of intense mesoscale activity presenting enhanced levels of biological production and
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chlorophyll a concentration. Based on the discussion of the factors affecting the distribution of phytoplankton, it appeared
that NO-3 was the main factor that limited the growth of phytoplankton in the southwestern Indian Ocean, and PO
3-
4 could be
the main limiting factor in some areas. Size-fractioned chlorophyll a concentration clearly showed that the study area was a
typical oligotrophic open ocean. The picophytoplankton (0. 2—2滋m) chlorophyll a always dominated, representing 71. 1%
of the total chlorophyll a concentration on average, while the average contribution of nanophytoplankton (2—20滋m) and
microphytoplankton (>20滋m) chlorophyll a to total chlorophyll a concentration were 24. 2% and 4. 7% respectively. The
dominance of picophytoplankton was resulted from the low nutrient concentration environment because picophytoplankton
were more competent over the microphytoplankton and nanophytoplankton under oligotrophic condition. There were some
differences on the contribution of picophytoplankton to total chlorophyll a concentration between the regions of IOSG and
SCZ, which were 77. 9% and 66. 7% respectively. The differences of the hydrographical characteristics, which in turn
influenced the nutrient dynamics in the region of IOSG and SCZ, might lead to the significant difference of the spatial
distribution and size composition of chlorophyll a concentration between these two regions.
Key Words: southwestern Indian Ocean; chlorophyll a; size fraction
浮游植物是海洋生态系统初级生产力的主要贡献者,叶绿素是其进行光合作用的主要色素,其生产的有
机物是供养和维持海洋巨大生物资源的物质基础。 叶绿素 a的浓度可以表征海洋中浮游植物现存量,同时也
是估算初级生产力的基础[1]。 浮游植物的粒级结构及时空分布对于认识海洋生态系统动力过程及其微食物
环的作用具有重要的意义[2]。 越来越多的研究表明,微微型浮游植物(pico)在大洋寡营养海区中占主导地
位,对总叶绿素 a浓度的贡献率高达 70%— 90% [3鄄4]。
印度洋是世界第三大洋,10毅S以北海区受热带季风影响形成特殊的季节环流[5],7—18毅S 海区终年存在
自东向西的南赤道流[6],来自太平洋西部的水体通过印度洋尼西亚贯穿流(ITF)的形成进入印度洋东南部海
区,影响南印度洋 10—25毅S区域海表面温度(SST) [7],同时南印度洋副热带涡流( IOSG)是印度洋 20—40毅S
海区最重要的环流系统,其中涡流的一部分以厄加勒斯洋流(AC)的形式沿着非洲大陆东海岸南向运输[8],
成为西南印度洋最主要的环流系统[9]。 在 Machu 等人的研究中将西南印度洋划分为副热带环流区
(SWSIG)、副热带聚集区(SCZ)和次南极海区(SAW)这三大块生物化学区域,因这三大区域之间水动力学环
境不同,造成其叶绿素 a的分布有较大的差异,而 SCZ因其复杂的厄加勒斯回流锋(ARC)、副热带锋(STF)、
次南极锋(SAF)等大洋锋结构成为世界大洋中能量最集中、动力学特征最重要的区域之一,从而为营养盐和
水动力环境对浮游植物分布影响的研究提供了一个重要的原位实验海区[10]。 研究表明,在 35毅S 以北的
SWSIG区域,营养盐浓度和浮游植物现存量在整一年中都很低,而在大洋锋附近海域,浮游植物的现存量明
显比周围其他海区要高[10鄄12]。 有关西南印度洋浮游植物现存量的数据大多来自海洋水色遥感,现场实测数
据相对匮乏[10]。 2011 年 1 月中国大洋第 22 航次对西南印度洋进行了综合环境调查,通过分析该海区叶绿素
a分布特征及其粒级结构,以及探讨其与环境因子的关系,旨在进一步了解洋流系统和锋结构对浮游植物分
布的影响,从而为西南印度洋生态环境动力学的研究和生物资源评价及海洋水色遥感比对判读叶绿素 a 浓度
提供基础资料。
1摇 方法和材料
1. 1摇 调查海区
2011 年 1 月,中国“大洋一号冶科考船对西南印度洋进行了环境综合调查。 此次调查沿着西南印度洋脊
设置了 6 个站位(CTD01—CTD06),其中 CTD01 和 CTD02 空间距离较远,CTD03—CTD06 这 4 个站位空间位
置上接近(图 1)。 本次在西南印度洋调查的经度范围是 47—70毅E,纬度范围是 25—40毅S,站位沿着西南印度
洋脊呈西南向分布。
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图 1摇 西南印度洋调查站位图
Fig. 1摇 Investigation stations in the Southwestern Indian Ocean
CTD: 表示站位
1. 2摇 采样与研究方法
每个站位的温度、盐度数据由 Seabird911plus CTD
直接测得,水样由 CTD携带的采水器采得,采样层次为
2、10、25、50、60、70、80、90、100、125、150、175 m 和 200
m,共 13 层,用于分析水体叶绿素 a 浓度和营养盐浓
度。 其中叶绿素 a采用萃取荧光法测定,营养盐数据按
照《海洋调查规范》规定的方法[13],水样经 0. 45 滋m 的
混合纤维素酯微孔滤膜过滤,用分光光度计现场测定。
未分级叶绿素 a用 APFF04700玻璃纤维膜过滤,分析
测定总的叶绿素 a 浓度;分粒级叶绿素 a 分别用孔径为
20滋m(Millipore NY2004700)、2滋m(Millipore TTP04700)、
0. 2 滋m(Millipore GTTP04700)的滤膜分级过滤,分析测
定各粒级浮游植物对总叶绿素 a 的贡献。 滤膜冷冻保
存(-20 益),测定时经 90%的丙酮混匀,低温避光萃取
24 h后,用 Turner10鄄AU型荧光计测定萃取液酸化前后
的荧光值,根据《海洋调查规范》中的公式计算得出叶
绿素 a浓度[13]。
2摇 结果
2. 1摇 环境特征
图 2摇 西南印度洋水温和盐度的垂直分布
Fig. 2摇 Vertical distribution of temperature and salinity in the Southwestern Indian Ocean
2. 1. 1摇 温度和盐度分布特征
图 2 显示,该调查海区 SST 相差较大,温度梯度明
显,从 CTD01 站的 25 益左右,经 CTD02 站的 23 益,一
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直往南到 CTD03—CTD06 站,SST 降到 18 益左右,SST 的这种变化趋势和温度的纬向变化有关。 CTD01 和
CTD02 站的温跃层明显,都起始 30—40 m左右。 在 150—200 m的深度范围内,CTD02 站的温度明显比周围
海区要低。 CTD03—CTD06 站温度层化结构不明显,没有明显的温跃层存在,温度始终保持在 16—18 益左右
的范围。
该调查区表层盐度较高,达 35. 60 左右,但 CTD02 站较特殊,其表层盐度只有 35. 38。 CTD01 和 CTD02
站盐度层化结构较明显,跃层都起始于 30—40 m左右。 这两个站位的盐度值在表层和 150—200 m深度范围
内都表现出 CTD01 高、CTD02 低的趋势。 与温度的垂直变化趋势类似,CTD03—CTD06 站的层化结构也不明
显,无跃层存在,这可能说明了在这一海区的混合层较深,超过 200 m。
2. 1. 2摇 营养盐分布特征
从营养盐的断面分布来看,NO-3 浓度在 60 m以上水层中都显示较低,特别是 CTD01 站,表层 NO
-
3 浓度只
有 0. 15 滋mol / L,且在整个 200m以浅水柱,没有出现明显的 NO-3 跃层,最大浓度不超过 0. 6 滋mol / L; CTD02
站层化结构较明显,跃层起始于 70 m左右,近 200 m 层 NO-3 浓度超过 7 滋mol / L;CTD03—CTD06 站 NO
-
3 跃层
起始于 50 m层左右,跃层之下 NO-3 浓度值也不大,一般不超过 5 滋mol / L。 与 NO
-
3 类似,CTD01 站的 PO3
-
4 也
没有出现明显的跃层结构,且整个 200m以浅水柱浓度值都较低,不超过 0. 25 滋mol / L;CTD02 站表层的 PO3-4
浓度值最低,只有 0郾 04 滋mol / L,但在 100 m深度,开始出现跃层,在 125 m左右的深度出现一个 PO3-4 浓度高
值区;CTD03—CTD06 站表层 PO3-4 的浓度范围在 0. 13—0. 17 滋mol / L之间,垂直层化结构不明显。 该调查区
SiO2-3 浓度较高,整个调查区 SiO2
-
3 盐浓度的垂直层化结构都不明显,但根据 SiO2
-
3 浓度变化趋势可以将调查
海区划分为明显的 3 个区块,SiO2-3 浓度自北向南逐步降低(图 3)。 通过对三项营养盐浓度(NO
-
3、PO3
-
4 和
SiO2-3 )相关性分析表明,只有 NO
-
3 和 PO3
-
4 的浓度之间表现出显著的正相关(图 4),这说明了浮游植物对 NO
-
3
和 PO3-4 是按比例吸收的。
2. 2摇 叶绿素 a分布特征
该调查海区表层叶绿素 a浓度自北向南呈现逐步升高的趋势,CTD01 站表层叶绿素 a 浓度最低(图 5),
与该区域 NO-3 浓度低值区相对应,这说明了其是受到 NO
-
3 的限制;CTD02 站次之,但浓度值也较低(0. 068
mg / m3),图 3 显示了该站位表层水体 PO3-4 浓度较低,其浮游植物的生长可能是受到了 PO3
-
4 的限制;
CTD03—CTD06 站之间海区因 NO-3 和 PO3
-
4 浓度相对都较高,表层叶绿素 a 浓度相对较高(0. 164—0. 247 mg /
m3)。
叶绿素 a浓度垂直变化趋势较明显,显示表层浓度较低,在一定深度范围内保持相对稳定,然后出现跃层
并在一定深度范围内达到叶绿素 a 浓度最大值,接着随着深度增加叶绿素 a 浓度持续下降,一般在近 200 m
水层,叶绿素 a浓度稳定在一个较低的水平(除 CTD01 站)。次表层叶绿素 a浓度最大值所处深度也呈现出北
深南浅的趋势,相关性分析表明,次表层叶绿素 a 浓度最大值所处深度与纬度呈高度显著相关(图 6)。
CTD01 站叶绿素 a浓度最大值所在的深度在 150 m 层左右,CTD02 站是在 100 m 层左右,CTD03—CTD06 站
是在 50 m水层左右,其与 NO-3 跃层所在位置接近(图 3),这表明了叶绿素 a 浓度最大值所处深度与 NO
-
3 存
在一定的关联。 CTD02 站叶绿素 a浓度的最大值最高,为 0. 589 mg / m3,CTD01 站和 CTD03—CTD06 站相对
较低,浓度范围为 0. 337—0. 461 mg / m3。
2. 3摇 浮游植物的粒级结构
对西南印度洋各粒级叶绿素 a浓度的数据分析表明,pico 粒级占绝对优势,对总叶绿素 a 浓度的平均贡
献达 71. 1% ,nano粒级对总叶绿素 a浓度的贡献次之,占 24. 2% ,net 粒级对总叶绿素 a 浓度的贡献最小,只
占 4. 7% 。 图 7 显示,随着总叶绿素 a 浓度的增加,pico 粒级呈直线上升,增幅最大,nano 粒级以较小幅度上
升,但 net粒级变化不明显,浓度值始终处于较低的水平,这说明了总叶绿素 a浓度的增大主要是由于 pico 粒
级叶绿素 a的增加,pico粒级始终占优势地位。
8254 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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图 3摇 西南印度洋营养盐的垂直分布
Fig. 3摇 Vertical distribution of nutrients(NO-3 、PO3-4 and SiO2-3 ) in the Southwestern Indian Ocean
图 4摇 NO-3 和 PO3-4 浓度相关性(n=77, r=0. 764, P<0. 001)
Fig. 4摇 The relationship between concentration of NO-3 and PO3-4
各粒级对总叶绿素 a 浓度贡献百分比因站位和层
次不同存在一定的差异,特别是 pico 粒级对总叶绿素 a
浓度贡献率的水平变化和垂直变化则表现得更为明显
(图 8)。 Pico粒级对总叶绿素 a 浓度的贡献大小随深
度的变化与叶绿素 a浓度的垂直变化趋势较一致,表现
为表层 pico粒级所占的比重相对较小,一般低于 70%
(除 CTD02 和 CTD03 站),之后随着深度增加百分比逐
渐上升,大约在叶绿素 a 浓度最大值深度所在位置,
pico粒级对总叶绿素 a浓度的贡献也呈现最高,达 80%
左右,尔后 pico 粒级的贡献率随着深度增加而逐渐变
小(除 CTD01 和 CTD02 站),特别是在 150—200 m 的
深度范围内,pico粒级对总叶绿素 a 的贡献随着深度增
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图 5摇 西南印度洋叶绿素 a的垂直分布
Fig. 5摇 Vertical distribution of chlorophyll a concentration in the Southwestern Indian Ocean
加而明显下降,在 200 m左右的深度,pico 粒级对总叶绿素 a 浓度的贡献率一般低于 50% 。 从较大的空间尺
度上来说,各站位之间 pico 粒级对总叶绿素 a 的贡献大小存在明显的水平和垂直差异,这可能和特定海区的
水动力学特征有关,不同海区如果水动力学特征存在差异,就会造成各区域之间叶绿素 a 浓度分布及 pico 粒
级对总叶绿素 a的贡献大小存在差异。 但 CTD03—CTD06 这 4 个站位由于地理位置上接近,水动力学环境相
似,pico粒级对总叶绿素 a的贡献率没有表现出明显差异。
摇 图 6摇 次表层叶绿素 a最大值深度与纬度的相关性
Fig. 6摇 The relationship of the depth of subsurface
chlorophyll a maximum to the latitude
n=6, r=0. 986,P<0. 001
图 7摇 各粒级叶绿素 a浓度随总叶绿素 a浓度的变化趋势图
摇 Fig. 7 摇 The relationship between chlorophyll a concentration of
different size and the total chlorophyll a concentration
3摇 讨论
3. 1摇 叶绿素 a的分布特征及其与环境因子的关系
3. 1. 1摇 副热带涡流区叶绿素 a的分布特征
南印度洋 20—40毅S之间的海区最重要的洋流体系是印度洋副热带涡流( IOSG) [8],CTD01 和 CTD02 站
虽然在空间距离上相差较远,但都受到 IOSG 的影响。 副热带涡流区域特别是靠近涡流中心区域,在整年中
营养盐浓度和生产力都很低[14],本文研究结果与之相吻合。 CTD01 和 CTD02 站表层叶绿素 a 浓度分别为
0郾 041 mg / m3 和 0. 068 mg / m3,图 3 显示,上述两个站位表层 NO-3 和 PO3
-
4 的浓度值较低,说明了初级生产力
在很大程度上可能是受到营养盐的限制。 Redfield比值常常用来揭示浮游植物生长对营养盐的潜在需求,通
过对 CTD01 和 CTD02 站表层叶绿素的 N / P 比的分析,其 N / P 比值都小于 16,可见该海区初级生产力主要是
受到 NO-3 的限制,这与秋、夏两季得到的 NO
-
3 是印度洋南赤道流区浮游植物生长的主要限制因素这一结果相
0354 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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图 8摇 西南印度洋 pico粒级叶绿素 a对总叶绿素 a浓度贡献垂直分布
Fig. 8摇 Vertical distribution of the contribution rate of picophytoplankton to the total chlorophyll a concentration in the Southwestern
Indian Ocean
吻合[15鄄16]。 CTD02 站表层磷酸盐浓度异常低(0. 040 滋mol / L),根据秋季印度洋南赤道流区浮游植物对营养
盐吸收的半饱和常数(NO-3 的 KN 为 0. 01—0. 12 滋mol / L, PO3
-
4 的 KP = 0. 04—0. 18 滋mol / L,SiO2
-
3 的 KSi 值为
0郾 5—5 滋mol / L) [15],可知该区域 PO3-4 的浓度值很大程度上低于半饱和常数,这说明了该区域表层浮游植物
的生长在更大程度上是受到了 PO3-4 的限制。 有研究表明,IOSG海区表层水体营养盐主要来源于印度洋的南
部边界区域,且营养盐的丰富程度是受到 STF位置迁移的影响[14]。 根据海洋水色遥感数据可知 IOSG区叶绿
素 a浓度存在季节性变化,因南半球冬季 STF北向迁移,则导致 IOSG区冬季表层叶绿素 a浓度值最高[14],同
时可能还受到其他机制的影响,如深层次的层化作用及较高的碎屑矿化作用,都在一定程度上为支持冬季浮
游植物的最高生产力提供营养盐的来源[10]。 虽然印度洋南部边界海区为副热带涡流区提供了营养盐来源,
但由于在 34毅S区域存在的锋形成阻碍营养盐进一步北向运输的动力学障碍[10],则可能导致了 CTD01 和
CTD02 站海区表层 NO-3 和 PO3
-
4 仍处于较低的浓度水平。
海洋水色遥感数据显示,在副热带涡流中心区域,一般比较明显的特征是表层叶绿素 a浓度最低,硝酸盐
跃层最深[14],这两个特征都在本研究中得以反映。 CTD01 站的三项营养盐跃层都不明显,特别是 NO-3,在 200
m至表层的深度范围内,始终处于较低的浓度水平,可见 NO-3 跃层的深度可能大于 200 m。 CTD02 站营养盐
跃层较明显,则是因为其距离副热带涡流中心区域较远。 根据 McClain 等研究得到的水色遥感数据[14],也显
示了 CTD01 站相比于 CTD02 站其距离副热带涡流中心更近。 CTD01 站 NO-3 跃层较深,与此相对应的现象便
是叶绿素 a浓度最大值水层也较深,达 150 m左右,这说明了叶绿素 a 浓度最大值水层和 NO-3 跃层所在位置
存在较大的关系。 随着深度的进一步加深,浮游植物的生产可能主要是受到光照的限制。 Leblanc 等人对西
南印度洋克罗泽海盆的研究表明,在 128m深度仍能获得 0. 1%的有效光强[17],因 pico粒级在低营养水平、低
光照条件下仍有较高的生产力[18],从而使得 CTD01 站叶绿素 a 浓度最大值水层能够出现在 150 m 的深度。
CTD02 站叶绿素 a浓度的最大值出现在 100 m左右(图 5),与 NO-3 和 PO3
-
4 跃层的上部边界相对应(图 3),这
与 Letelier忆等人研究得到的叶绿素 a最大值深度和营养盐跃层上部有很强烈的耦合性这一结果相吻合[19]。
3. 1. 2摇 副热带聚集区(SCZ)叶绿素 a的分布特征
南极绕极流(ACC)和厄加勒斯回流(ARC)在西南印度洋海区相距比较近,因两者之间的相互作用从而
形成一系列锋系统,这些锋系统自北向南主要包括厄加勒斯回流锋(ARF)、副热带锋( STF)和亚南极锋
(SAF) [20]。 这些锋系统将高温、高盐的副热带水体和低温、低盐的亚南极水体分开,锋之间存在明显的温度
和盐度差异,从而形成了浮游植物、浮游动物和海鸟等生物分布的地理学上的障碍[21]。 从图 2 中可知,IOSG
区域和 SCZ温度差异较明显,而盐度的变化相对复杂。 由于不同锋的位置有时候难以界定,特别是这些锋系
统流经克罗泽海盆北部时会相互紧密合并[22],更是难以将它们进行区分,因此 Machu等人对西南印度洋进行
1354摇 14 期 摇 摇 摇 洪丽莎摇 等:夏季西南印度洋叶绿素 a分布特征 摇
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研究时,就将复杂的锋系统所在海区(35—40毅 S)称为副热带聚集区( SCZ) [10]。 本研究设置的 CTD03—
CTD06 这 4 个站位大致位于经度 47毅E,纬度 37—40毅 S 区域,根据 Machu 等人对该研究海区的划区[10],
CTD03—CTD06 站基本属于 SCZ区域。 有较多的研究表明,在大洋锋所在的海区,浮游植物的生物量往往较
高[10鄄12,23],本研究也得到同样的结论。 相比于 CTD01 和 CTD02 站(0. 041—0. 068 mg / m3),CTD03—CTD06 站
表层叶绿素 a浓度明显较高(0. 164—0. 247 mg / m3),造成此差异的原因是锋所在区域水体稳定性增加,亚南
极水体丰富的营养盐来源,以及近岸沉积物中可溶性铁盐的再悬浮作用[11,21],其中本研究中表现较为明显的
是硝酸盐浓度和磷酸盐浓度较高(图 3)。 根据 CTD03—CTD06 站表层水体的 N / P 比值(2. 4—5. 5),硝酸盐
可能是影响浮游植物进一步生长的限制性因素,这与 Machu 等人的研究结果相吻合。 根据 Machu 等人的研
究认为,夏季西南印度洋 42毅S以南海区光照才是初级生产力的限制因素,42毅S 以北海区初级生产力主要受
到营养盐的限制[10]。
锋的存在很容易形成涡[24],SCZ 就存在较多具有不同冷热特征的涡,其中一个涡位于 ARF 北部 46毅E,
38毅S区域,其较明显的特征是叶绿素 a浓度较高(约 0. 600 mg / m3)、SiO2-3 浓度较低(<0. 2 滋mol / L)、NO
-
3 浓
度较高(0. 4—0. 6 滋mol / L) [9]。 CTD04 站测得的各项参数与上述涡的特征比较相符,唯一差别较大的是叶绿
素 a浓度,CTD04 站叶绿素 a浓度只有 0. 210 mg / m3,这可能与 SCZ区域叶绿素 a浓度年变化有关,水色遥感
数据也发现 STF周围海区叶绿素浓度信号表现出很强的年变化,这可能是由 STF 和 ARF 之间汇聚作用的强
度差异造成的[9],Fiala等人在夏季对西南印度洋的 SAF / STF 区域调查也没有发现水华[20],且比同季节调查
得到的结果要低[9]。 涡的存在会影响整个水体,从而扰动整个水柱的层化结构[14],从本研究中得到的温度和
盐度垂直分布观察得到,CTD03—CTD06 站在 200 m 以浅水深没有出现温跃层和盐跃层(图 2),这也说明了
该海区可能存在涡,从而影响了水体的层化结构,也有可能混合层较深,在大于 200 m 的水层中,有研究表明
SCZ区域混合层深度存在一定的季节变化趋势,夏季(1—3月)出现在 40—80 m深度,冬季(7—9月)出现在
190—280 m的深度[10],而本研究却表明 SCZ夏季混合层深度也可能大于 200 m 的深度。 CTD03—CTD06 站
叶绿素 a 浓度最大值深度主要集中在 50 m 水层,大约位于硝酸盐跃层的上部位置,这也再一次验证了叶
绿素 a最大值深度和营养盐跃层上部有很强烈的耦合性[19]。
3. 3摇 浮游植物的粒级结构及其与环境因子的关系
浮游植物粒级结构时空分布及其环境驱动因素已经成为海洋生态学研究的热点,从粒径的角度研究海洋
初级生产力对于理解生态系统中能量和物质的传递具有更为重要的意义[25]。 pico 粒级因具有较大的比表面
积、较低的半饱和系数以及受光线包裹效应等因素的影响,而在寡营养海域以及弱光条件下占优势地位[18]。
图 7 显示了各粒级所占的比重随着总叶绿素 a浓度提高没有发生明显的变化,这说明了该调查区整体上处于
寡营养状态,使得 pico粒级在营养盐不足的状态下始终占主导地位。 该调查区所有站位 pico 粒级对总叶绿
素 a的平均贡献率为 71. 1% ,其中副热带涡流区的 CTD01 和 CTD02 站中 pico粒级对总叶绿素 a 的平均贡献
率为 77. 9% ,SCZ的 CTD03—CTD06 站中 pico粒级对总叶绿素 a的平均贡献率为 67. 7% ,从 pico粒级对总叶
绿素 a贡献率的垂直剖面图中也可以看出这两个海区的差异(图 8),造成此现象的原因是 SCZ相比于副热带
涡流区有更丰富的营养盐。 因为在低营养状态下,pico粒级具有较强的获取营养盐的能力从而获得更高的生
长率,则更能凸显其优势地位,而在高营养浓度水平,pico 粒级生产力反而受到限制[25鄄27]。 各站位 pico 粒级
对总叶绿素 a贡献最大值所处深度与叶绿素 a浓度最大值所在深度有很好的对应关系(图 5 和图 8),而这两
者与硝酸盐跃层所在的位置可能有紧密的关系(图 3),特别是与硝酸盐跃层的上部位置可能有比较强的耦合
性[19,28],这也反映了营养盐的可利用性是 pico粒级占优势的驱动因素。 由于营养盐的改变往往是水体物理
结构的变化引起的[25],这说明了副热带涡流及 SCZ的大洋锋在一定程度上通过改变水体动力学环境,从而间
接影响了浮游植物粒级结构的分布。
4摇 结论
根据水动力学差异将该调查区分为副热带涡流区和副热带聚集区。 副热带涡流区表层水体由于受到营
2354 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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养盐的限制,叶绿素 a浓度较低,不超过 0. 07 mg / m3;SCZ由于大洋锋的影响,以及来自亚南极水体丰富的营
养盐,使得该海区表层叶绿素 a浓度较高,且该海区混合层的深度超过 200 m。 pico粒级在整个调查区都占绝
对优势,nano粒级次之,net粒级所占比例最小,两个区域水动力学环境的差异使得营养水平有很大的不同,
从而在一定程度上影响了这两个区的浮游植物粒级结构。 整个海区硝酸盐可能是限制浮游植物进一步生长
的主要限制因素,并且叶绿素 a浓度最大值所处深度和 pico粒级对总叶绿素 a贡献率最大值所在深度与硝酸
盐跃层上部位置有一定的耦合性,其中部分海区硝酸盐跃层超过 200 m水深,从而导致叶绿素 a 浓度最大值
所在水层也达到 150 m的深度。
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4354 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 32,No. 14 July,2012(Semimonthly)
CONTENTS
Growth and physiological adaptation of Messerschmidia sibirica to sand burial on coastal sandy
WANG Jin,ZHOU Ruilian, ZHAO Halin,et al (4291)
…………………………………………
……………………………………………………………………………
Alleviation effect and mechanism of exogenous potassium nitrate and salicylic acid on the growth inhibition of Pinus tabulaeformis
seedlings induced by deicing salts ZHANG Ying, LI Fayun, YAN Xia, et al (4300)……………………………………………
Influence of different spatial鄄scale factors on stream macroinvertebrate assemblages in the middle section of Qiantang River Basin
ZHANG Yong,LIU Shuoru,YU Haiyan,et al (4309)
……
………………………………………………………………………………
Species diversity and distribution pattern of non鄄volant small mammals along the elevational gradient on eastern slope of Gongga
Mountain WU Yongjie, YANG Qisen, XIA Lin, et al (4318)……………………………………………………………………
A patch鄄based method for mechanism analysis on spatial dynamics of mangrove distribution
LI Chungan,LIU Suqing,FAN Huangqing,et al (4329)
……………………………………………
……………………………………………………………………………
Nutrient heterogeneity in fine roots of six subtropical natural tree species
XIONG Decheng,HUANG Jinxue,YANG Zhijie,et al (4343)
………………………………………………………………
………………………………………………………………………
Variation of vegetation NDVI and its response to climate change in Zhejiang Province
HE Yue, FAN Gaofeng, ZHANG Xiaowei, et al (4352)
…………………………………………………
……………………………………………………………………………
Heterogeneity in fine root respiration of six subtropical tree species
ZHENG Jinxing, XIONG Decheng, HUANG Jinxue, et al (4363)
……………………………………………………………………
…………………………………………………………………
Characteristics of ammonia鄄oxidizing bacteria and ammonia鄄oxidizing archaea abundance in soil organic layer under the subalpine /
alpine forest WANG Ao, WU Fuzhong, HE Zhenhua, et al (4371)………………………………………………………………
Effect of tillage systems on light fraction carbon in a purple paddy soil
ZHANG Junke, JIANG Changsheng,HAO Qingju,et al (4379)
…………………………………………………………………
……………………………………………………………………
Effects of prescribed fire on carbon sequestration of long鄄term grazing鄄excluded grasslands in Inner Mongolia
HE Nianpeng, HAN Xingguo, YU Guirui, et al (4388)
…………………………
……………………………………………………………………………
Stoichiometry of carbon dioxide and methane emissions in Minjiang River estuarine tidal wetland
WANG Weiqi, ZENG Congsheng, TONG Chuan, et al (4396)
……………………………………
……………………………………………………………………
Distribution and sources of particulate organic carbon in the Pearl River Estuary in summer 2010
LIU Qingxia, HUANG Xiaoping,ZHANG Xia, et al (4403)
……………………………………
………………………………………………………………………
The glucose鄄utilizing bacterial diversity in the cold spring sediment of Shawan, Xinjiang, based on stable isotope probing
CHU Min, WANG Yun,ZENG Jun, et al (4413)
……………
…………………………………………………………………………………
Culture鄄dependent and culture鄄independent approaches to studying soil microbial diversity
LIU Guohua, YE Zhengfang, WU Weizhong (4421)
……………………………………………
………………………………………………………………………………
The classification of plant functional types based on the dominant herbaceous species in the riparian zone ecosystems in the Yiluo
River GUO Yili, LU Xunling, DING Shengyan (4434)……………………………………………………………………………
Genetic diversity of different eco鄄geographical populations in endangered plant Prunus mongolica by ISSR Markers
ZHANG Jie, WANG Jia, LI Haoyu, ZHANG Huirong, et al (4443)
…………………
………………………………………………………………
Ecophysiological characteristics of higher鄄latitude transplanted mangrove Kandelia candel in strong tidal range area
ZHENG Chunfang, QIU Jianbiao, LIU Weicheng, et al (4453)
…………………
……………………………………………………………………
The effect of artificial warming during winter on white clover (Trifolium repens Linn): overwintering and adaptation to coldness
in late spring ZHOU Ruilian, ZHAO Mei, WANG Jin, et al (4462)……………………………………………………………
Estimating fine root production and mortality in subtropical Altingia grlilipes and Castanopsis carlesii forests
HUANG Jinxue, LING Hua, YANG Zhijie, et al (4472)
…………………………
…………………………………………………………………………
The cloning and expression of WUE鄄related gene (PdEPF1) in Populus deltoides伊Populus nigra
GUO Peng, JIN Hua, YIN Weilun,et al (4481)
……………………………………
……………………………………………………………………………………
The allelopathy of aquatic rhizome and root extract of Thalia dealbata to seedling of several aquatic plants
MIAO Lihua, WANG Yuan, GAO Yan,et al (4488)
……………………………
………………………………………………………………………………
Effect of the avirulent strain of Ralstonia solanacearum on the ecological characteristics of microorganism fatty acids in the rhizosphere
of tobacco ZHENG Xuefang, LIU Bo, LAN Jianglin, et al (4496)………………………………………………………………
Coupling remotely sensed information with a rice growth model by combining updating and assimilation strategies
WANG Hang, ZHU Yan, MA Mengli, et al (4505)
……………………
………………………………………………………………………………
Effects of water temperature and body weight on metabolic rates of Yellowtail clownfish Amphiprion clarkii (Pisces: Perciformes)
during larval developmen YE Le, YANG Shengyun, LIU Min, et al (4516)………………………………………………………
The distribution of chlorophyll a in the Southwestern Indian Ocean in summer
HONG Lisha, WANG Chunsheng, ZHOU Yadong, et al (4525)
…………………………………………………………
…………………………………………………………………
Evaluation of the effects of ecological remediation on the water quality and biological toxicity of Dagu Drainage River in Tianjin
WANG Min, TANG Jingchun, ZHU Wenying, et al (4535)
……
………………………………………………………………………
Quantitative dynamics of adult population and 3鄄D spatial pattern of Ceoporus variabilis (Baly)
WANG Wenjun, LIN Xuefei, ZOU Yunding, et al (4544)
………………………………………
…………………………………………………………………………
Review and Monograph
Studies on urban heat island from a landscape pattern view: a review CHEN Ailian,SUN Ranhao,CHEN Liding (4553)……………
Sediment quality triad and its application in coastal ecosystems in recent years WU Bin,SONG Jinming,LI Xuegang,et al (4566)…
Discussion
Food waste management in China: status, problems and solutions HU Xinjun, ZHANG Min, YU Junfeng, et al (4575)……………
Scientific Note
Effects of microchemical substances in anaerobic fermented liquid from rice straw and cyanobacteria on Fusaruim oxysporum f. sp.
niveum growth LIU Aimin, XU Shuangsuo, CAI Xin, et al (4585)………………………………………………………………
Ecological benefit鄄loss analysis of agricultural ecosystem in Foshan City, China
YE Yanqiong, ZHANG Jiaen, QIN Zhong, et al (4593)
………………………………………………………
……………………………………………………………………………
《生态学报》2012 年征订启事
《生态学报》是中国生态学学会主办的自然科学高级学术期刊,创刊于 1981 年。 主要报道生态学研究原
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法、新技术介绍;新书评介和学术、科研动态及开放实验室介绍等。
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Vol郾 32摇 No郾 14 (July, 2012)
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