长江口邻近海域有害藻华演替过程模拟与演变趋势分析

发布时间：2020-05-24 17:28

【摘要】：长江口邻近海域是我国近海有害藻华高发区之一,有害藻华(有害赤潮)的发生频率、规模及持续时间均呈现不断升高的态势。自21世纪初期开始,东海原甲藻(Prorocentrum donghaiense)和米氏凯伦藻(Karenia mikimotoi)在该海域形成大规模藻华,引起广泛关注。以往调查研究发现,长江口邻近海域有害藻华优势类群具有明显的季节性演替现象:硅藻藻华通常在初春暴发,在硅藻藻华后期,甲藻逐渐取代硅藻成为新的藻华优势类群,这一硅藻藻华向甲藻藻华的演替现象通常在春末夏初出现。我们认为,有害藻华的季节性演替过程反映了两类微藻之间的竞争策略及其对海域环境适应性的差别,而环境因素的长期变化,改变了硅藻藻华和甲藻藻华的相对竞争优势,导致了近期甲藻藻华的大规模暴发。因此,解析两类有害藻华优势类群的演替过程及机制,对于阐明该海域大规模甲藻藻华的成因、提出针对性的防控对策具有重要意义。藻华的形成与海域温度、光照、盐度以及营养盐等环境因素密切相关。长江口邻近海域受长江冲淡水和台湾暖流(特别是台湾东北部黑潮次表层水的入侵)影响,环境条件复杂多变。为查清长江口邻近海域不同类型藻华形成和演替的关键控制因素,分析有害藻华的长期演变趋势,本论文计划利用历史调查资料,通过统计分析方法揭示两类藻华与环境因子的关系,在此基础上构建反映藻华演替过程的数值模型,分析各种环境因素对藻华演替过程的影响,预测有害藻华的长期演变趋势。基于2005年长江口邻近海域春季现场调查资料,本论文通过主成分分析、多元回归分析和通径分析等多元统计方法,对目标海域藻华发生过程中各项环境因子的作用进行了比较。结果表明,硅藻藻华主要受长江冲淡水影响,磷酸盐和硅酸盐是影响硅藻藻华的主要环境因素,而甲藻藻华主要受台湾暖流影响,硝酸盐、磷酸盐、温度和浊度是影响甲藻藻华的主要环境因素。同时,通过非线性拟合方法,构建了春季硅藻藻华和甲藻藻华期间浮游植物生物量与无机营养盐、温度和盐度之间的定量关系方程,获得了硅、甲藻藻华形成的最适环境条件,为开展长江口邻近海域藻华形成和演替过程的数值模拟和参数化提供了参考依据。此外,本论文基于观测资料对比分析了硅藻藻华和甲藻藻华期间水体层化情况,探讨了硅、甲藻藻华的分布状况及其与温、盐跃层之间的关系。发现藻华主要分布在温、盐跃层上方,硅藻藻华的分布主要与长江冲淡水导致的层化有关,而甲藻藻华多呈斑块状分布,可能与底层外海水入侵及上升流有关。在上述研究基础上,本论文针对长江口邻近海域的硅、甲藻藻华演替过程构建了零维数值模式,并基于该模式对各项环境因子在藻华演替过程中的作用进行了诊断分析。结果表明,磷酸盐限制是决定硅藻藻华规模及其向甲藻藻华演替的主要因子,而硝酸盐决定了甲藻藻华的规模。考虑到长江冲淡水对目标海域营养盐状况的长期影响,本研究在综合分析历史资料的基础上,对目标海域藻华的演变历程进行了反演。模拟结果表明,长江径流输入营养盐的年代际变化,对研究海域有害藻华的演变具有重要控制作用。通过设定多组情景分析发现,如果保持现有营养盐污染态势,甲藻藻华的规模将会进一步扩大;而通过对长江径流输入硝酸盐、磷酸盐和硅酸盐的调控,甲藻藻华的规模将会得到有效控制。总之,本论文采用多元统计分析方法,对影响长江口邻近海域硅藻藻华和甲藻藻华的主要环境因子进行了分析,明确了各项环境因子在藻华形成和演替过程中的作用;应用数值模拟方法,对研究海域藻华优势类群的长期演变趋势进行了反演和预测。所得到的实验结果和科学认识为进一步分析东海大规模甲藻藻华成因提供了理论依据,也为有害藻华防控提供了可量化的对策建议。
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具有独特环流结构。其特殊的环境导致了水体富营养化、有害域性生态特征，是国内外极为关注的研究海域。在长江口邻近海域华研究工作主要围绕藻华形成及发展过程中涉及的浮游植物生长间的交互作用机制，浮游植物分布与水文结构之间的响应关系，以落结构变化的生理生态学机理等方面来进行。很多学者针对东海长有害藻华优势种进行了室内及现场培养实验，分析了浮游植物生长控作用以及浮游植物之间的竞争关系（侯继灵 等，2006; 黄伟 等 等，2003; 李雁宾 等，2008; 欧林坚 等，2009; 汪芳 等，2012; 008; 王朝晖 等，2010; 王宗灵 等，2006; 张春雷 等，2006; 钟恢。同时，通过大量的现场调查及遥感数据分析，对该海域的藻华发已有较为系统的认识（Dai et al., 2012; Guo et al., 2014; He et al., 201 2014; Li et al., 2010; Tao et al., 2013; Wang et al., 2014）。

图 1-4 硅、甲藻藻华形成与演变机制的示意图Fig. 1-4 Illustration of the mechanisms accounting for the formation and evolution of diatomblooms and dinoflagellate blooms由周名江研究员主持的两届 973 项目，对长江口邻近海域进行了长达十多年的现场调查，，基于数据资料取得了一系列开创性的科学认识。针对长江口邻近海域大规模甲藻藻华的研究发现，甲藻藻华的出现不是一个孤立现象，与春季硅、甲藻藻华演替密切相关。由于藻华优势类群对营养盐等资源竞争策略的差异，硅、甲藻藻华的演替过程伴随着营养盐浓度及其组成结构的改变（如图 1-3，来自 973总结报告）。目标海域环境条件的长期变化，尤其是人类活动影响下的富营养化程度加剧，导致硅、甲藻藻华优势度不断变化，继而在长时间尺度上呈现出了藻华优势类群的演变趋势（如图 1-4，基于上述认识绘制）。长期观测资料以及定性分析所取得科学认识，为量化分析藻华演替过程及其
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院海洋研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X55


本文编号：2678741