全 文 ：第 26卷第 5期
2006年 5月
生 态 学 报
ACTA ECOIJ0GICA SINICA
Vo1．26．No．5
May，2006
白令海光合浮游生物现存量和初级生产力
刘子琳 ，陈建芳 ，陈忠元 ，张 涛 ，张海生
(1．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 310012；
2．国家海洋局 海洋动力过程与卫星海洋学重点实验室，杭州 310012)
摘要：2003年 7—9月中国第 2次北极科学考察在北太平洋和白令海的 BR断面和白令海峡南口门的 Bs断面的初夏和夏末两航
段进行叶绿素．a浓度和初级生产力的现场观测。结果表明，BR断面表层叶绿素．a浓度为0．199—1．170pg／dm3，平均值为(0．723
±0．283)tg／dm3；水深 10～30m次表层的叶绿素．a浓度明显高于真光层下的深层水。水柱平均叶绿素．a浓度呈现明显的区域性
特征，白令陆架区 >白令陆坡区 >阿留申海盆区 >北太平洋西部海域。Bs断面叶绿素．a浓度高于 BR断面，夏末的平均浓度
((5．311±5．656)t．tg／dm3)是初夏浓度((1．605±1．194)gg／dm3)的3．3倍，是 BR断面平均浓度的 7．5倍。观测站真光层内初级生
产力在 0．471 19．046msC，( ．h)，陆架海域的初级生产力明显高于陆坡和海盆区，Bs断面的平均初级生产力比 BR断面高约
12倍。观测站光合作用同化数在 0．45—2．80mgC／(mgCh~．h)。
关键词：叶绿素．a浓度；初级生产力；白令海
文章编号：1000-0933(2006)05．1345．07 中圈分类号：Q143。Q178，Q938．8 文献标识码：A
Primary productivity and the standing stock of photo-plankton in the Bering Sea
during the summer of 2003
LIU Zi．Lin ，CHEN Jian．Fang‘，CHEN Zhong．Yuan ，ZHANG Tao ，ZHANG Hai．Sheng‘ (1
． Key ．o，胁 M 晟_珊
and Biogeochemistry，SOA，Hangzhou，310012，China；2．研 lab．ofOcean DynamicProceses and Satelite Oceanography，SOA，Hangzhou，310012，China )．
ActaEcologica Sitica，2OO6，26(5)：1345—1351．
Abstract：Investigations of standing stock of phytoplankton(chlorophyll a)and primary productivity were carried out in the Bering
Sea along a longitudinal(the BR line，51。38 一60。40 N，168。06 E一178。15 W)and a latitudinal(the BS line，64。20 N，
171。30 W 一167。00 W)transects during the 2 Chinese National Arctic Research Expedition in the summer of 2003．The stations
of the BR line were surveyed on 24—27 July(early summer)and the survey of the BS line took place on 28—29 July(early
summer) and on 12—13 September(1atter summer)，respectively．The results showed that the surface chlorophyl a
concentrations were 0．199～1．170 tg／dm ，and the average value was(0．723±0．283)ttg／dm on the BR line．For the BS
line，surface chlorophyl a concentrations were 0．519—4．644 tg／dm3(average(1．605±1．194)ttg／dm )and 0．568—14．968
ptg／dm (average(5．3 1 1±5．656)ttg／dm )during the early and latter summer，respectively．The average value in the latter
summer was much higher than that in the early summer．The high values(more than 4．0 tsg／dm )occurred at stations of the BS
line in the southern Bering Channe1．Chlorophyl a concentrations in the sub-surface layer were higher than in the surface layer．
The potential primary productivities varied between 0．471 and 1．147 mgC／(mj．h)on the BR line，with average rates of(0．728
基金项目：国家 自然科学基金资助项 目(40476004，40476003)；中国第 2次北极科学考察资助项目
收稿日期：2005．04．30；修订日期：2005．12．03
作者简介：刘子琳(1949一)，男，福建平潭人，研究员，主要从事海洋生态学研究．E．mail：zilin1789@sina．com
致谢：本研究工作得到国家海洋局极地办公室和雪龙船船员的鼎力支持，中国海洋大学高郭平副教授、国家海洋局第一海洋研究所矫玉田工程
师提供温、盐数据，第二海洋研究所金明明副研究员提供营养盐数据；香港科技大学刘红斌博士对本文写作给予帮助，在此一并致谢
Foundation item：The project was supported by National Natural Science Foundation of China(No．40476004，40476003)；The 2 Chinese National Arctic
Research Expedition
Received date：2005·04 ·30：Accepted date：2005·12·03
Biography：LIU Zi·“n，Professor，mainly engaged in in~ ne ecology．E·mail：zilin1789@sina ．com．cn
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l346 生 态 学 报 26卷
±0．315)mgC／(m3·h)．The potential primary productivities on the BS line were much higher than that of the BR line，ranging
from 1．227 mgC／(m3。h)at early summer to 19．046 msC／(m3·h)at later summer．The assimilation number of photosynthesis
W88 0．45～2．80 mgC／(mgChla·h)．
Key words：chlorophyl a；primary productivity；the Bering Sea
海洋光合浮游生物的固碳作用在大时空尺度上调节大气 CO：和地球气候，在全球碳循环和海洋生物地
球化学过程中起重要的作用 ，是海洋生物泵机制研究和碳通量研究 的重要内容之一。叶绿素．a浓度和初级生
产力是海洋生态系食物 网结构与功能研究 的基础参数 ，是生物地球化学和生物海洋学研究的重要基础环节 。
白令海属于北太平洋与北冰洋之间的边缘海，在北太平洋水向北冰洋输送的大洋环流中起着重要作用。白令
海与周边的北太平洋亚北极地区是世界大洋的高生产力海 区之一 。高生产力海 区既是重要的渔场 ，也是控制
co2等温室效应气体海．气交换通量的关键水体⋯。国际上对白令海及其周边的北太平洋海域开展了许多合
作研究，发表了叶绿素一a浓度、初级生产力、硅藻细胞丰度、硅藻种类组成等方面的研究论文，阐述了因受地理
及气候环境所限，海水中叶绿素．a浓度和初级生产力呈现西部高于东部的区域性分布特征，极少涉及白令海
峡 口f-j区的研究报道 。
中国首次北极科学考察发表了一批具有重要学术意义的研究论文n ]，但未见叶绿素．a浓度和初级生
产力的研究报道。中国第二次北极考察始于北太平洋西北海域，跨越阿留申岛链进入白令海，直至白令陆架
区呈西南．东北走 向设一纵断面，以及在 白令海峡南 口门设横断面进行初夏与夏末两次现场观测。获取海洋
水文 、海水化学 、叶绿素．a和初级生产力的基础数据 ，为海洋光合浮游生物在北极变化中的响应研究 以及初级
生产在海洋碳通量 中的作用研究提供基础资料 ，也为北极海 区碳的生物地球化学 和碳源．汇变化研究提供科
学依据。
1 材料与方法
1．1 采样
2003年 7月23～27日在 白令海 的纵断面(BR断面：5l。38 ～6O。40 N，168。06 E～178。15 w)设 17个观测站
进行现场观测，断面跨越北太平洋西部海域、阿留申海盆、白令陆坡和白令陆架区；7月 28～29日和9月 12～
13日在 白令海峡南端 ，位于圣劳伦斯岛北部的海峡 口横断面(BS断面 ：64。20 N，171。30 W ～167。O0 w)设 1O个
观测站，分初夏和夏末两航段进行现场观测(图 1)。在观测站位，采用 Niskin采水器采集深度 1，10，20，30，
5O，75，100，150 m和200 m水层样品，供叶绿素．a浓度分析和水化学参数分析。光合作用和潜在初级生产力
测定用水样 ，按海面入射光强衰减至 100％，50％，25％，10％和 1％的深度水层采集 。
1．2 方法
叶绿素．a浓度的测定采用海洋调查规范中的荧光法 。取 250cm 水样经 Whatman GF／F滤膜过滤，截留
在滤膜上的光合浮游生物细胞用 90％丙酮萃取，萃取液在唐纳荧光计 10型(Turner Designs Fluommeter，Model
10)上测定 。按经典公式计算出叶绿素．a浓度 · 。
光合作用速率和潜在初级生产力的测定，自5个不同光透射层次深度采集的水样，经280 m孑L宽的筛绢
预过滤以除去大多数的浮游动物后分别注入 1个黑瓶和 2个白培养瓶，并分别加入2．22×10 Bq NaH CO 溶
液后，置甲板现场模拟培养器中培养 5～6h。培养瓶分别用不同透光率的材质封套，以使培养样品接受的光
强与原水层接受的光强基本一致。培养完毕，水样经 Whatman GF／F滤膜过滤。截留有悬浮颗粒物的滤膜经
浓盐酸雾熏处理后，低温、避光、干燥保存，带回实验室在 LKB CA2000型液体闪烁分析仪上进行 I3计数。按海
洋调查规范的方法和 Parsons推荐的公式 计算初级生产力。同时测定各层次水样的叶绿素．a浓度，用以计
算光合作用同化数。
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5期 刘子琳 等 ：白令海光合浮游生物现存量和初级生产力
图 1 白令海观测站位
Fig．1 The sampling stations
2 结果与讨论
2．1 环境理化因素
白令海为近似三角形 的边缘海 ，面积约 2．30×10 kIl2，平均水深 1598m，白令海陆架宽广 ，营养物质丰富 ；
北部通过宽约 80km，深度约 50m的狭窄海峡与楚科奇海相连 ，南部有广阔水域与北太平洋相通，使北太平洋
暖水通过白令海和白令海峡不断向北冰洋输送。2003年初夏观测海域 BR断面横跨北太平洋西部、白令海
盆、白令陆坡和边缘陆架区，水深在 138—3850m之间。表层水温在 8．821～10．779℃，平均值为(10．089±
0．680)℃，约比 1999年相同海域 B1断面表层值((7．510±0．467)℃)高2．6~C；而且，此次的表层温度分布趋势
自西南向东北递增 ，与 1999年的从西南 向东北和东递减的研究结论 相左。BR断面盐度在 32．11—33．05，
与 1999年的观测结果(32．O1—33．02)相接近。深度大于 50m的深层水温较低 ，温 、盐度变化幅度较小 ，水温均
低于 5．0~C，盐度均在 33．o0以上。Bs断面几乎横挡白令海峡南 口，水深 34 49m。表层水温、盐度明显低于
BR断面。由于光合浮游生物活动的影响 ，BS断面的溶解氧浓度 、铵盐浓度均高于 BR断面(表 1)。从表 1可
见，水体硝酸盐和磷酸盐等营养物质浓度 BS断面比BR断面低得多，说明 BS断面的光合浮游生物处在旺发
期，消耗了大量水体营养物质、通过光合作用向水体释放大量氧气。
表 1 2003年初夏 白令海 表层海水理化参数
Table 1 The physical parameters and chemical parameters of the surface water in the Bering Sea during early sunnner of 2003
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生 态 学 报 26卷
2．2 叶绿素一a浓度分布
观测海区叶绿素一a浓度区域性和时空分布变化幅度明显，表层叶绿素一a浓度在 0．199～14．968p．g／dm3。
最高浓度出现在夏末海峡口的 Bs断面，最低浓度出现在白令海 BR断面。
BR断面表层叶绿素一a浓度为 0．199～1．170p．g／dm3，平均值为(0．723±0．283)p．g／dm3；高值出现在陆架区
BRIO站，低值出现在阿留申海盆 BR01站。从图2可见，叶绿素一a浓度的高值区从陆架区向陆坡和深海区扩
展，自表层向深层逐渐降低。浓度 1．Op．g／dm3以上的高值仅出现在陆架区的次表层，在 BR12站的30m层出现
2．123p．g／dm3的最大值，浓度 0．50p．g／dm3以上的区域位居陆架和陆坡区50m以下浅水层。水深大于 50m，叶绿
素一a浓度几乎由小于0．30p．g／dm3的低值区域所控制，在 100～200m的深层海水，叶绿素一a浓度均低于0．1Op．g／
dm3。
从海域的垂向分布看，陆架和陆坡区的平均叶绿素一a浓度明显高于阿留申海盆和北太平洋海域，在 0～
30m的表层与次表层更为明显 ，区域性的浓度分布次序为 白令 陆架 区 >陆坡 区 >阿留申海盆 >北太平洋(表
2)。从表 2可见，在浓度较低的北太平洋海域，叶绿素一a浓度最大值((0．530±0．074)p．g／dm3)出现在水深50m
层，与该海域水深，透光率较强，透明度厚(>50m)，光合生物可分布在较深水层相关。
菖
V
专
占
聪
图 2 白令海 BR断面叶绿素．a浓度(／~g／dm3)分布
Fig．2 The distribution of chlorophyll—a concentration(tg／dm )in the BR line of the Bering Sea
12
表 2 2003年夏季 白令海 BR断面不 同区域叶绿素·a浓度(／~g／dm )垂 直分布
Table 2 The vertical distdbufion of chlorophyl1．a concentration{／~g／dm3)in the different areas of BR fine of the Bering Sea during early sBillm~i"of
2Im
*ND 没有数据 No data
Bs断面位于圣劳伦斯岛北部的海峡口，水浅(<50m)，处在北太平洋暖水向北冰洋输送的通道上。多数
观测站的浓度均在 1．0p．g／dm3以上。初夏，高浓度区域出现在断面中部，并从断面中部向两侧以及自表层向
深层逐渐降低。中部 BS05站的表层、10m层的浓度分别为 4．644p．g／dm3和 4．730p．g／dm3，西部的 BSO1站浓度
稍低，底层出现 <0．50p．g／dm3的低值区(图3a)。夏末 ，观测海区光合浮游生物处于生长旺发期，叶绿素一a浓度
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5期 刘子琳 等：白令海光合浮游生物现存量和初级生产力
较高。在BS04a站和BS01a站的表层，叶绿素．a浓度分别高达 14．968／~g／dm 和 13．051tg／dm ；该2站的 10m水
层，浓度也出现5．0tg／dm 以上的高值。断面中部的 BS04a、BS05a和 BS06a站，自表层至底层水柱垂直积分平
均浓度分别为 5．877tg／dm ，5．977tg／dm 和 6．163／lg／dm ；即使断面西部的 BSOla站底层浓度仅 0．241／xg]dm3
(图 3b)，因表层和次表层浓度较高，该站的平均积分浓度仍高达 4．827p．g／dm3。表 3比较了 Bs断面在初夏和
夏末两次现场观测叶绿素．a浓度的变化，表明 Bs断面叶绿素．a浓度分布从表层向底层逐渐降低的趋势是一
致的。而且夏末的浓度明显高于初夏的浓度，水柱平均浓度夏末比初夏高约 1．3倍；表层浓度夏末比初夏高
约2．3倍。
目
吉
。
a初夏 Early sl!mmer b夏末 Later summer
图3 白令海峡口BS断面叶绿素．a浓度( g，dm )分布
Fig．3 The distribution of chlorophyl-a concentration(／~g／dm )in the BS line of the South Bering strait
表 3 2003年夏季白令海峡南部 Bs断面 叶绿素-a浓度( g，dm )比较
Table 3 The comparison of chlorophyl a concentratlon( g，dm )in the BS line of the South Bering strait．2003
2．3 不同观测航次的结果比较
2003年初夏 BR断面叶绿素．a浓度高值出现在
50m以浅水层。海盆 、陆坡和陆架 区极大值均 出现在
30m水层(表 1)。这 与李超伦研究 员提供的 1999年
夏季中国首次北极科学考察观测的数据统计以及 日
本 Fujishima Y等 1997年夏季在 白令海西部观测站位
的观测数据 统计结果的分布趋势基本一致(表 4)。
从表 4可见，1997年与 2003年夏季的叶绿素．a浓度
分布以及垂直分布趋势十分相似，30m以浅浓度较
高，50～200m深层的叶绿素．a随深度增加而浓度逐
渐降低，在 200m水层 的浓度仅有 0．01tg／dm 。而
1999年夏季观测的水深 25m以浅的叶绿素．a浓度就
低的多，或许与 1999年上层水温偏低 (表层水温为
7．0l～8．4l oC)，北太平洋的暖水未 大量进入 白令海 ，
表 4 不 同航次 白令海叶绿素·a浓度 (／~g／dm )比较
Table 4 Th e comparison of chlorophyl a concentration( g，dm )in the
Bering Sea during diferent cruise
*摘自李超伦 Quotationfrom LI Chao-Lunthe date ofthet~llTler1999
come from Dr．Li Caolun
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生 态 学 报 26卷
低温不利于光合浮游生物的生长繁殖有关(1997年表层水温为 8．5～14．4℃，2003年表层水温为 8．821～
10．779℃)。其主要原因尚待进一步研究。 ‘
2．4 初级生产力
观测海区两条断面共进行 6个站位的初级生产力现场观测，潜在初级生产力在 0．471～19．046 mgC／(m3·
h)。最小值出现在陆坡 BR07站，最大值出现在夏末陆架区 BS01a站。观测站位初级生产力的垂直分布示图
4。从图4可见，白令海 BR断面的初级生产力明显低于陆架区 Bs断面；在光强衰减至海表面光强的25％深
度时出现初级生产力的极大值，即光合浮游生物现存生物量和初级生产力极大值均出现在深度在 10～30m水
层(表 2和表 4)。当光强衰减至 1％海表面光强的深度时，潜在初级生产力最低。如初级生产力均值为
19．046 mgC／(m3·h)的 BS01a站，水深 10m的初级生产力出现51．138 rIl；I=／(m ·h)的高值，而在接近海底的35m
深层，生产力仅为 1．690 mgC／(m ·h)。该观测站 10m以浅的上层水正处于光合浮游生物旺发阶段，光合浮游
生物现存量和光合作用同化数均较高(10m层的叶绿素．a浓度为 13．337／lg／dm3，同化数为3．83)。观测站位平
均光合作用同化数在0．45～2．80mgC／(mgChla·h)。
不同海域的观测结果比较表明，陆架区初级生产力((10．14±12．60)mgC／(m3·h))高于阿留申海盆((0．81
±0．32)mgC／(m3·h))和陆坡区，但陆坡区仅观测 BR07站，代表性不强(表 5)，应有更多的观测结果来证实陆
坡区的低初级生产力。
初级生产力(mgC／m3．h)
Primary productivity
0 0．5 1．0 1．5
a BR断面观测站 BR line
O
^
邑 10
鲁
20
聪
初级生产力(mgC／m3·h)
Primary productivity
0 lO 2O 3O 40 50
— -一 bsl0 —●卜 bsOla
b BS断面观测站 BS Line
图4 观测站初级生产力垂直分布
Fig．4 The vertical distribution of primary productivity at surveyed stations
3 结论
(1)白令海域西南．东北走 向的 BR断面表层水温
在 8．821～10．779~C，比 1999年夏季观测期平均值高
约 2．6℃。且分布趋势 自西南向东北递增，与首次北
极考察观测结果相左。
(2)水体硝酸盐和磷酸盐浓度 Bs断面比 BR断
面低 ，与 BS断面的光合浮游生 物大量生长 繁殖时的
消耗有关。
(3)观测海区叶绿素．a浓度区域性和时空分布变
襄 5 2003年夏季 白令海初级生产力和光合作用同化数
Table 5 primary productivity and administration number in the Bering
Sea during summer of 2003
化明显，表层浓度在 0．199～14．971ug／dm3。BR断面的表层和次表层浓度明显高于50～200m的深层，且白令陆架
区>白令陆坡区>阿留申海盆区>北太平洋西部海域。Bs断面的浓度远高于 BR断面，夏末的浓度高于初夏。
(4)潜在初级生产力在 0．471～19．046 mgC／(m3·h)，BR断面低于 Bs断面；生产力极大值出现在光强衰减
至海表面光强的25％的水层。光合作用同化数在 0．45～2．80mgC／(mgChla·h)。
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