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海化重点实验室在溶解氮格局转变驱动渤海硅-甲藻演变的数值重构方面取得新进展
发布时间:2022-05-30 浏览次数:15

在国家自然科学基金重点项目等的资助下,海化重点实验室李克强教授课题组通过开展现场培养实验,构建N2PD-甲藻竞争生态动力学模型,利用渤海近40年营养盐和浮游植物调查观测数据,实现了渤海硅、甲藻优势种演变进程的数值重构,为进一步认识渤海浮游生态系统演化的驱动机制提供了量化依据。

受全球气候变化和人类活动双重压力影响,海湾存在硅藻向非硅藻演替的稳态转换现象,又多伴随有毒有害藻华频发、水母旺发和渔业资源衰退等海洋生态系统不稳定的健康问题。近年来渤海浮游植物群落呈现由硅藻占绝对优势转变为硅、甲藻共同占优势的趋势,生物多样性下降,而大型水母类等低营养级、低经济价值生物大量繁殖,造成这种浮游生态系统演变的驱动机制十分复杂,营养盐格局的转变是可能的控制因素之一,然而相关的关键过程和调控机制仍有待进一步量化解析。陈衎等通过综合应用现场调查数据分析、船基围隔生态系/实验瓶培养实验、N2PD生态动力学模型数值重构和动力学参数统计学分析等方法,定量分析了渤海硅、甲藻的演替进程,发现渤海优势硅、甲藻演替可能与溶解氮的格局转变有关。基于浮游植物生长死亡与氮的迁移转化过程之间的定量关系,文章指出自20世纪90年代中期以来,渤海优势硅、甲藻演替与氧化态氮(NO3-N)向还原态氮(NH4-N和溶解态有机氮)的格局转变显著相关。现场培养实验结果:作为渤海近年来优势甲藻的膝沟藻能有效吸收利用NH4-N以及硅藻衍生的有机氮;作为渤海早期优势硅藻的角毛藻能有效吸收利用NO3-N以及陆源有机氮,为渤海硅、甲藻演变提供了实验证据。利用N2PD生态动力学模型,重构了1980s2010s间在溶解氮格局转变下的渤海优势甲藻/硅藻比值变化。综上所述(图1),在溶解氮格局转变驱动下,还原态氮(NH4-N陆源有机氮)输入的增加是渤海优势硅、甲藻演替的外因,硅藻和甲藻不同的生存策略是导致硅、甲藻演替的内因。本研究初步揭示了与硅、甲藻演替相关的溶解氮控制机制,为生态系统安全保障和系统服务功能管理提供了重要支撑。

该研究成果近期发表于国际SCI期刊Journal of Geophysical Research: Biogeosciences2021年影响因子3.822)。

1. 不同形态溶解氮驱动下渤海硅甲藻优势种演变机制示意图

文章链接: https://doi.org/10.1029/2021JG006737

参考文献:Chen, K., Li, K., Gao, P., Wang, P., Han, X., Chen, Y., & Wang, X. (2022). Was dissolved nitrogen regime driving diatom to dinoflagellate shift in the Bohai Sea? Evidences from microcosm experiment and modeling reproduction. Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, 127, e2021JG006737. doi:10.1029/2021JG006737