2011年夏季胶州湾三种大型水母的种群动态研究

2011年8月1日-9月30日,对胶州湾三种大型水母沙海蛰(Nemopilema nomurai)、白色霞水母(Cyanea nozakii)、海月水母(Aurelia aurita)的种群数量变动及空间分布情况开展了目测调查,同步获得了气象、水温、盐度、叶绿素a、浮游动物丰度、种类组成等数据,调查频率为每周2次。调查期间,海月水母表现出逐渐降低的趋势,沙海蛰与白色霞水母种群均于8月11日达到数量高峰,8月底及9月中旬之后依次衰落,至9月底,三种水母基本消失。三种水母的种群平均丰度变化范围分别为:沙海蛰0-230.8ind/km2;霞水母0-150.2ind/km2;海月水母0-123.4ind/km2。从分布区域来看,海月水母主要位于近岸区,沙海蜇主要分布于湾口和中部深水区,而白色霞水母则在高峰期和次高峰期分别集中于深水区和近岸区。结合往年资料,作者认为,海月水母种群能够在胶州湾内进行自我补充并完成其生活史,而胶州湾沙海蛰与霞水母的种群补充则可能主要依赖于湾外种群。另外,目测方法的准确性可能受到气象条件的影响。

黄、东海水母暴发机理及其生态环境效应研究进展

在全球变化和人类活动影响下海洋生态系统的结构与功能发生了很大的变化,海洋赤潮、绿潮、白潮(水母暴发)等生态灾害在多重压力下不断出现。对于以水母为代表的胶质类生物的数量增多,国际上有很多的解释和争论:水母的暴发是一种趋势性的还是周期性的现象,关键问题是对导致水母暴发原因的认识。针对这些问题,国家重点基础研究发展计划项目"中国近海水母暴发的关键过程、机理及生态环境效应"开展了综合性的研究,对前期的研究进展和结果进行系统整理发表在本专辑中,涉及水母生活史策略、环境因子对水母不同生活史阶段的生长和发育的影响、水母的暴发对环境的影响、以及对中国近海水母暴发的新认知等。

印太交汇区浮游植物和浮游动物生态学研究进展

海洋浮游植物和浮游动物是海洋生态系统中的重要组成部分,支撑了整个海洋生态系统的正常运转。因此,海洋浮游植、动物的生态学研究有利于我们全面认识和了解一个海洋生态系统的状况。印太交汇区作为全球最大的海洋生物多样性中心,是国际上生物多样性研究的热点区域,但该区域对浮游生物生态学方面的研究较少,不利于我们深入认识该区域生物多样性中心形成的生态机制。本文针对当前国内、外关于印太交汇区浮游植、动物生态学研究的进展进行综述,介绍了印太交汇区的浮游植物群落结构、生物量、粒级组成和初级生产力水平,以及浮游动物群落结构特征、生物量分布及影响因素等,对未来印太交汇区浮游生态学研究的方向进行了展望,希望可以为该区域相关生态学研究提供借鉴和参考。

水母灾害的形成机理、监测预测及防控技术研究进展

受人类活动和全球变化双重压力的影响,近年来我国近海水母呈现增多的趋势,局部海域水母灾害连年发生,对近海核电站等重大设施安全运行、海洋经济可持续发展和海洋生态环境安全造成严重威胁。我们不仅亟需在科学上阐明我国近海水母灾害发生的重要过程和机制,而且在技术上亟需研发水母灾害监测预警系统和防灾减灾技术体系,以提升我国海洋水母灾害应对能力和海洋环境安全保障能力。本文在查阅文献资料、国际交流与合作、课题组的研究成果的基础上,综述国内外水母灾害的形成机理、水母灾害监测及防控技术的研究进展,分析各种水母监测技术,防控技术的局限性以及在特定海域成功应用的原因,展望今后我国水母灾害的监测技术及防控策略。

胶州湾海月水母(Aurelia sp．1)丰度周年变化及对浮游动物群落的影响

2009年2—12月间在胶州湾大沽河口邻近海域的逐月现场调查中,利用垂直拖网研究了海月水母碟状体和水母体的时空分布情况以及对其它浮游动物类群的影响,并探讨了海月水母的生态适应性。结果表明:海月水母的碟状体4月份开始在胶州湾出现,并且丰度逐渐增加,到6月份达到最高峰。海月水母的水母体集中在7月份大量出现。碟状体和水母体高峰期的月平均丰度分别为2.9和1.3ind/m3。碟状体开始出现时的水温平均为11.5℃,数量高峰期的水温为20.6℃,而水母体高峰期的水温为25.2℃。该海域的浮游动物总丰度(不含夜光虫)在5—7月份有个高峰期,其中5月份最高值为486.9ind/m3。7月份海月水母高峰期,浮游动物的丰度没有明显下降,两者丰度的地理变化之间也没有显著的相关性。但是通过对2006—2010年间的浮游动物各类群丰度对比,2009年海月水母暴发时夜光虫和桡足类春季丰度高值显著低于其它年份。

胶州湾浮游植物粒级结构及其时空变化

基于2003—2010年间对胶州湾分粒级叶绿素a浓度的连续观测,系统研究了胶州湾浮游植物粒级结构的季节变化、年际变化及长期变化特征。结果表明,胶州湾表层浮游植物粒级组成以小型和微型浮游植物为主,其浓度由东北部和北部向湾中间及湾外逐渐递减。不同区域分粒级叶绿素a浓度的季节与年际变化规律相似。小型和微型浮游植物表现出明显的双峰型季节变化,小型浮游植物的高峰值通常出现在冬季,而微型浮游植物则出现在夏季。长期变化结果表明,冬季小型浮游植物所占比例自90年代起表现为增加的趋势,而夏季的变化规律与冬季相反,自1998年开始,小型浮游植物所占比例下降,微型浮游植物比例有所上升。春季和秋季小型和微型浮游植物的贡献率没有表现出明显的升高或降低趋势,但微微型浮游植物的贡献率在2000年之后显著低于2000年之前。统计分析结果表明,温度、营养盐浓度与结构是影响胶州湾浮游植物粒级结构变动的重要因素。

海月水母(Aurelia sp．1)对中肋骨条藻(Skeletonema costatum)和东海原甲藻(Prorocentrum donghaiense)摄食的研究

采用饵料浓度差减法,在实验条件下研究了不同细胞密度的中肋骨条藻和东海原甲藻对海月水母水螅体、碟状体和水母体摄食活动的影响。结果表明,不同种类和密度的微藻细胞密度对水螅体、碟状体和水母体的摄食有显著影响。在实验的藻细胞密度范围内,随藻细胞密度的增加,水螅体和碟状体对中肋骨条藻和东海原甲藻的摄食率一直升高。水螅体对中肋骨条藻和东海原甲藻的最大摄食率均发生在藻细胞密度最高处,分别为4623cells/(ind.h)和4118cells/(ind.h)。碟状体对中肋骨条藻和东海原甲藻的最大摄食率也是发生在藻细胞密度最高处,分别为174671cells/(ind.h)和47218cells/(ind.h)。清滤率随着藻细胞密度增加而降低。在相似细胞密度下,碟状体对中肋骨条藻的摄食率高于东海原甲藻。水螅体和碟状体对同种藻的摄食情况不同,在相似藻细胞密度下,碟状体的摄食率比水螅体高。经过藻类饵料适应处理的水螅体对藻类的摄食率会有显著增加,约为未经饵料适应处理的10倍。水母体对中肋骨条藻和东海原甲藻未发生摄食。

2016年春季西太平洋M2海山浮游植物粒级结构与初级生产力研究

2016年3月对西太平洋马里亚纳区域M2海山浮游植物粒级结构和分粒级初级生产力进行了观测,同时结合温度、盐度和营养盐浓度,研究了M2海山的总叶绿素a浓度的分布规律,不同粒级浮游植物对总叶绿素a的贡献率及其与环境因子的关系,初级生产力结构和分布特征。结果表明:M2海山各水层叶绿素a浓度变化范围分别为0.004—0.304mg/m^3,平均叶绿素a浓度为0.094mg/m3。微微型浮游植物在整个调查区域内为最优势类群,对总叶绿素a浓度的贡献率达到了85%,微型浮游植物和小型浮游植物的贡献率均较低,分别为10%和5%。M2海山的叶绿素a浓度最大层均在100m深度附近的次表层,其中西南部和东南部为叶绿素a浓度高值区。M2海山的平均初级生产力为71.31mg C/(m^2×d),初级生产力的主要贡献者为微型和微微型浮游植物,其中微型浮游植物贡献率达到了72%,微微型浮游植物贡献率为28%。M2海山的海山效应不明显,浅海山(<200m)可能对浮游植物的生长存在促进作用。

热带西太平洋Y3和M2海山微食物网主要类群生态分布与比较

2014年12月和2016年3月分别对热带西太平洋Y3海山(中层海山)和M2海山(浅海山)微食物网主要类群(包括聚球藻、原绿球藻、微微型真核浮游生物、异养细菌和浮游纤毛虫)丰度和生物量垂直分布进行了研究。结果表明,Y3和M2海山水文环境比较相似但略有区别,叶绿素最大值层(DCM)分别在75—100m和110m水层,微食物网各主要类群在垂直尺度上的分布与叶绿素a浓度紧密相关。其中浮游纤毛虫呈现"双峰型"模式,即丰度高值出现在表层和DCM层;原绿球藻和微微型真核浮游生物呈现"单峰型"模式,丰度高值出现在DCM层;聚球藻和异养细菌峰型相对不显著,DCM层以浅丰度较高,DCM层以深丰度明显降低。分析其原因,可能是受到温度、光照和营养盐的共同影响。Y3和M2海山微食物网结构的垂直变化不完全一致。其中,Y3海山30m以浅和150m以深异养细菌生物量占绝对优势,75—100m水层自养型生物(原绿球藻和微微型真核浮游生物)占绝对优势;M2海山75m以浅和200m以深异养细菌占绝对优势,110—150m自养型生物占绝对优势。M2海山自养型生物占优势的水层要明显深于Y3海山,可能与它们的海山类型和采样季节不同有关。

中国北方习见水母类的DNA条形码分析

本研究获得了中国北方近海习见水母类24个种共62条线粒体细胞色素C氧化酶亚基I(mtCOI)序列,结合GenBank中具DNA条形码关键词的mtCOI序列,共比较了水母类mtCOI片段207条,水母mtCOI种内遗传差异在0%-7.4%之间,均值为0.9%(SD=0.014),其中约93%的个体种内差异小于4%;近源种间遗传差异在5.4%(Sarsia)到44.9%(Lensia)之间,均值为25.1%(SD=0.118),97%以上的个体种间遗传差异大于10%。绝大多数(98.8%)水母种类种内遗传差异小于种间遗传差异,条形码间隙明显。本研究涉及的中国北方习见水母种内遗传差异均显著小于种间遗传差异,结果表明以mtCOI作为DNA条形码可以实现对中国北方习见水母种类鉴定。利用DNA条形码序列分析,梳理了中国近海一些常见水母的分类地位。此外,对4种保存液保存方法的比较研究表明,90%乙醇、DMSO、RNA Safer和DNA Conserver4种保存液无法同时保存形态学特征和DNA序列,但DNA Conserver的效果相对较好。

海洋渔业与生态文明

中国是海洋大国,也是海洋水产品消费大国,海洋渔业在中国经济社会和人们日常生活中占有重要地位。随着人们对海洋水产品的需求日益增强,海洋生态系统压力不断增大。如何解决全球渔业资源减少与对水产品需求增长之间的矛盾、海洋食物持续产出与海洋环境恶化之间的矛盾、建立海洋渔业发展新模式,是一个全球性的挑战。海洋牧场作为一个新生事物,已经引起政府、社会、特别是科技界的广泛关注与讨论。从海洋渔业的可持续发展角度,探讨了为什么要建海洋牧场、在哪里建和如何建等方面的问题,涉及对海洋牧场内涵的理解、海洋生态系统食物网关系、海洋鱼类的生活习性与海洋牧场构建之间的关系等科学问题。

2011年春、夏季黄、东海叶绿素a和初级生产力的时空变化特征

依据2011年春、夏两季黄、东海调查资料,分析了叶绿素a和初级生产力的空间分布和季节变化特征,并分析了主要影响因素。南黄海、东海北部春季叶绿素a平均含量为74.83mg/m2,夏季为23.84mg/m2,春季明显高于夏季。春季大部分海域叶绿素a含量垂直分布均匀,夏季则出现较为明显的分层现象,在次表层出现最大值。初级生产力水平春季为993.9mgC/(m2.d),夏季为1274mgC/(m2.d),与1984—1985年相比有所升高。春季高值区出现在黄海中部及长江口附近海域;夏季高值区主要分布在山东半岛南岸近海海域、长江口外的黄、东海交界海域以及浙江省沿岸海域。春季整个调查海区叶绿素a浓度与磷酸盐浓度呈显著负相关,与氮磷比呈显著的正相关性,表明黄、东海春季磷酸盐可能成为浮游植物生长的一个限制因子。

温度、投饵频次对海月水母(Aurelia sp.1)水螅体生长和繁殖的影响

水母暴发是一个全球广泛关注的生态问题,水螅体阶段的环境影响是研究水母暴发的重要切入点。本实验从温度(10,15,20,25℃)和投饵频次(无投喂,每周投喂,每天投喂)两个角度进行研究。结果表明,温度对横裂过程、碟状体产生过程影响显著,饵料对水螅体数量影响显著。水螅体从20℃降温至10℃和15℃可发生横裂产生碟状体,适宜横裂的温度范围内,相对高温和充足饵料有利于释放更多碟状体;适宜横裂的温度范围外,相对高温和充足饵料有利于水螅体数量的增加。适宜横裂的温度范围持续时间达到水螅体的响应时间阈值,才能够完成从底栖阶段的水螅体到浮游阶段水母体的转化。

2014年冬季热带西太平洋雅浦Y3海山浮游植物叶绿素a浓度及粒级结构

2014年冬季对西太平洋雅浦区Y3海山及其邻近大洋海域不同粒径浮游植物叶绿素a浓度进行了现场观测,同时结合温度、盐度、营养盐数据,分析了Y3海山区总叶绿素a浓度分布情况,不同粒级浮游植物对总叶绿素a浓度的贡献率及其与环境因子的关系,并与热带西太平洋大洋区(DY断面)进行了比较。结果表明:Y3海山A、B断面与DY断面水体平均叶绿素a浓度相差不大,分别为0.057、0.054和0.051mg/m3,A、B和DY三个断面各水层(0、30、75、100、150和200m)叶绿素a浓度变化范围分别为0.009—0.205、0.005—0.236和0.007—0.229mg/m3。不同粒级浮游植物的叶绿素a占总叶绿素a的比例从大到小依次为微微型浮游植物、微型浮游植物和小型浮游植物,三者在各断面的比例分别为A断面:59.97%,25.39%,14.64%;B断面:50.87%,30.70%,18.43%;DY断面:55.87%,29.87%,14.26%。微微型浮游植物在整个调查区域为优势类群,在A、B和DY三个断面的平均浓度分别为0.025、0.026和0.029mg/m3。各站位均有次表层叶绿素a浓度最高值现象,其中Y3海山区西南部和东南部为叶绿素a浓度高值区。洋流、温度和营养盐均对叶绿素a浓度分布有一定的影响。本研究发现海山经典假说不适用于2014年冬季的Y3海山区。

基于脂肪酸标记的长江口海区浮游动物常见种食性分析

脂肪酸不仅是浮游动物的重要组分,也被作为生物标记来指示动物的食物组成及其之间的营养关系。本文运用脂肪酸标记法对长江口附近海区6个浮游动物常见种的食性进行了分析。研究结果表明,中华哲水蚤(Calanus sinicus)雌体和桡足幼体都表现出明显的植食性。但雌体中16:1ω7的含量要明显高于18:4ω3,表明雌体对硅藻的摄食较多;桡足幼体的18:4ω3要高于雌体,说明桡足幼体对甲藻的摄食较多。磷虾(Euphausia spp.)的多不饱和脂肪酸(PUFA)和ω3系列脂肪酸的含量很高,说明其作为饵料可以给摄食者提供较多的脂类营养物质。中华哲水蚤和磷虾较低的22:6ω3/20:5ω3比值说明他们的营养地位较低。箭虫(Sagitta spp.)的20:1和22:1脂肪酸含量很高,指示了其对植食性桡足类的摄食。蝶水母(Ocyropsis crystallina)、瓜水母(Bero cucumis)和四叶小舌水母(Liriopetetraphylla)的20:1+22:1脂肪酸所占比例较高,指示了其对植食性桡足类的摄食,但是水母类的总脂肪酸含量都很低。几种水母和箭虫的22:6ω3的含量要明显高于20:5ω3的含量,说明它们在浮游食物网中具有较高的营养地位。

2011年春夏季黄、东海浮游植物粒级结构

通过2011年4月和8月利用"科学三号"考察船在黄、东海海域开展的春、夏季综合调查,研究了黄、东海浮游植物粒级结构的分布格局及其时空变动规律,探讨重要环境因子的变动对浮游植物粒级结构的影响。结果表明,春季表层水体中小型、微型和微微型粒级叶绿素a浓度的范围分别为0—4.36、0.02—2.27、0—2.66mg/m3,平均叶绿素a的浓度分别为0.56、0.31和0.14mg/m3,对叶绿素a总量的贡献率分别为55.4%、30.8%和13.8%。夏季表层由大至小3个粒级浮游植物叶绿素a浓度范围分别为:0—6.78、0—2.59、0—0.86mg/m3,平均叶绿素a含量依次为0.50、0.24和0.07mg/m3,对叶绿素a总量的贡献率分别为61.8%、30.1%和8.1%。春季小型浮游植物叶绿素a浓度的垂直分布较为均匀,微型和微微型浮游植物浓度随深度增加呈现逐渐下降趋势。夏季叶绿素a浓度出现明显分层现象,10m层以上小型和微型浮游植物浓度较高,10m层之下浓度迅速降低。微微型浮游植物浓度在不同水层都保持较低水平。受黄、东海不同季节水团影响而引起的温、盐以及营养盐分布格局的变化是影响黄、东海浮游植物粒级结构组成的重要因素。

2011年春季黄、东海墨绿多管水母(Aequorea coerulescens)分布特征

2011年4月在黄、东海的大面调查中观测到一种多管水母大量发生,在现场通过表层目测计数了其分布特征,采集现场样品测量了伞径、湿重和干重,并结合水文数据分析了其分布与水团的关系。经鉴定,该种为水螅水母纲、软水母亚纲、锥螅水母目、多管水母科、多管水母属、墨绿多管水母(Aequorea coerulescens)。在69个站位中,有11个站位出现,出现率16%,主要在东海南部近岸海域。个体伞径在17.40—142.00mm之间,湿、干重分别在3.07—75.47g和0.12—3.06g之间,湿、干重与伞径呈现显著的指数关系。碳含量占干重的3.15%±0.56%,氮含量占干重的14.44%±2.65%,碳氮比为4.58±0.30。伞径和温度、盐度显著相关。作者认为,墨绿多管水母来源于舟山群岛附近海域,受海流的作用,输送到观测海域;离源地越远的站位,由于生长时间长,水母伞径增大。

黄海夏季沙海蜇食物需求的估算方法及应用

自20世纪90年代末起,沙海蜇频繁暴发于东亚海域,特别是8、9月份为黄海沙海蜇生物量的高峰期/大量暴发期。研究沙海蜇的大量出现对所在生态系统的影响十分必要,最直接的影响表现在对饵料生物浮游动物的影响。本文研究了黄海2006和2007年8、9月份沙海蜇的呼吸率、摄食率,估算了沙海蜇的食物需求量及其在黄海的分布格局,获得了其每天对中、大型浮游动物现存量及生产力的潜在摄食压力。结果表明沙海蜇的食物需求量的分布格局与其生物量的分布格局一致。在沙海蜇的捕获率为最大时,2006年9月上旬沙海蜇的摄食率为47.84(0.7—215.05)mg C/(m2d)。假设中、大型浮游动物都可以作为沙海蜇的摄食对象,那么每天对中、大型浮游动物现存量及生产力的摄食压力平均分别为6.4%(0.09%—28.79%)和76.61%(1.12%—344.28%)。2006年9月下旬及2007年8月沙海蜇的食物需求比2009年9月上旬有所降低。因此,沙海蜇在暴发期间对中、大型浮游动物潜在的消耗非常大,甚至是毁灭性的。尤其是沙海蜇在高生物量站位对浮游动物的食物需求非常高,沙海蜇对浮游动物的摄食压力远超过了浮游动物本身的生产力(大于100%),这时的浮游动物远远不能满足沙海蜇的食物需求。本文的研究结果为探讨沙海蜇暴发对黄海浮游生态系统的影响程度提供了基础资料。

夏季黄东海中华哲水蚤种群分布、脂类含量和利用策略

度夏过程对黄东海中华哲水蚤其种群延续具有重要的意义。通过2011年08月黄东海现场调查航次研究了中华哲水蚤夏季种群的分布和脂类含量,探讨了中华哲水蚤度夏期间的能量利用策略。结果表明,夏季在黄海中部以及浙江近岸存在中华哲水蚤的密集分布区域。其中,黄海冷水团内的中华哲水蚤以C5期(平均为77.4%)个体为主,而冷水团周边及浙江近岸站位则主要由C5期(分别为32.3%和33.2%)和雌体(分别为41.3%和51.8%)组成。脂类含量结果显示,冷水团内的C5期中华哲水蚤的总脂含量最高(平均43.1μg/个),浙江近岸雌体的总脂含量(平均24.6μg/个)和黄海冷水团周边雌体的总脂含量(平均18.2μg/个)较低。在完全饥饿的假设下,冷水团内的C5期中华哲水蚤具有明显的代谢优势,其储存的脂类可以维持超过18天的代谢需求。而在浙江近岸以及冷水团周边,中华哲水蚤储存的脂类则只可维持3—6d的需求。由此推测,黄海冷水团内的C5期中华哲水蚤依靠储存的油脂和较低的摄食率度夏,而冷水团以外的种群则需要在适宜温度下积极摄食才能顺利度夏。

2014年冬季热带西太平洋雅浦Y3海山光合色素分布及其对浮游植物群落的指示作用

应用高效液相色谱结合二极管阵列检测器分析技术,研究了西太平洋雅浦Y3海山区域2014年冬季浮游植物的光合色素组成。结果表明:100m以浅,玉米黄素(Zeax)是水柱中浓度最高的光合色素,浓度为22.64-84.31ng/L,叶绿素a(chl a)浓度在水柱中均值为(37±34)ng/L,在贫营养海区的数值范围内,水柱积分高值分布区与海山走向一致,二乙烯基叶绿素a(Dvchl a)和19′-丁酰氧岩藻黄素(19′BF)也是调查海区较高浓度的色素,在水柱中均值分别为(27±22)和(31±30)ng/L。其他色素新黄素(Neox)、叶黄素(Lute)、叶绿素b(chl b)、青绿素(Pras)平均水柱含量极低(<1.00ng/L)。通过CHEMTAX程序因子分析估算了浮游植物群落结构,调查区浮游植物群落以原绿球藻为优势藻,贡献率与环境因子不具有相关性,其次主要为蓝细菌和金藻,蓝细菌贡献率高值区分布在海山东南和东北侧0和30m水层,金藻贡献率高值区分布在75和100m水层,两者贡献率均与环境因子显著相关。