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海洋浮游植物薄层的研究进展.docx
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2023-04-30
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海洋浮游植物薄层的研究进展.docx
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早在 20 世纪 60 年代, 就有研究表明水体中的浮游植物分布是不均匀的, 多呈斑块状分布
[1]
。无论
是在水面还是水下, 在水平方向上还是垂直方向上, 都有呈斑块分布的浮游植物。水平方向上的浮游植物
斑块大的可长达数千公里, 小的只有几厘米。在我国长江口邻近海域, 表层海水中的东海原甲藻
(Prorocentrum donghaiense)藻华长达上千公里, 宽达几十公里, 形成巨大的浮游植物斑块, 并且藻细胞密
度极高, 每立方米海水中有数十亿个藻细胞, 导致海水呈酱油色。在垂直方向上, 浮游植物斑块通常出现
在海面及海面以下几十米内, 这主要是由于浮游植物的生长需要光照支持。另外, 大型河口输入的营养盐
也是促使表层海水中浮游植物生长形成大的斑块的重要原因
[2]
。长江口邻近海域的大面积甲藻藻华主要是
由长江携带输入的大量营养盐支持形成的。小的浮游植物斑块则主要是由浮游植物和小尺度化学或水文过
程相互作用形成的
[3]
。
在水体垂直方向上, 浮游植物在次表层的斑块状分布有时呈薄层状, 可称之为浮游植物薄层。浮游
植物薄层因高丰度的浮游植物存在于薄的水层中, 成为一种特殊的生态现象, 其成因受到密切关注。自浮
游植物薄层被发现以来的五十年里, 针对性地开展了大量研究工作, 也发现了浮游植物薄层与有害藻华之
间的密切联系。“全球有害藻华生态学与海洋学研究计划(GEOHAB)”的核心项目之一“层化水体中的有害藻
华”中, 浮游植物薄层是关键的研究内容
[4]
。针对我国近海浮游植物薄层现象, 在过去的近二十年间我国研
究者也进行了观测和研究, 初步分析了其与有害藻华形成的联系。
本文综述了海洋浮游植物薄层的发现过程、时空分布特征、形成机制和生态学意义, 并对我国近海
的浮游植物薄层问题进行了简要总结, 以期深入理解浮游植物薄层和有害藻华的关系, 探索有害藻华生态
学与海洋学研究中新的研究方向和研究方法。
1 浮游植物薄层的发现
浮游植物薄层(Thin Phytoplankton Layers, TPLs)是一种比较独特的现象, 是指位于水体次表层、厚
度在几厘米到几米的浮游植物薄层
[4-8]
, 是浮游植物斑块的一种。GEOHAB 针对浮游植物薄层提出的判别
指标包括: ①水平方向上有连贯性; ②以最大强度一半计算的薄层厚度小于 3 米; ③薄层强度须高于背景
值 5 倍以上
[4]
。这些指标为浮游植物薄层研究提供了基础依据, 可以让研究人员在不同时间和地点开展的
薄层观测更具可比性。在研究中, 通常采用叶绿素荧光计对浮游植物薄层进行观测, 因此, 浮游植物薄层
有时也称为叶绿素薄层或叶绿素荧光薄层等。
浮游植物薄层有别于海洋观测中常见的次表层叶绿素最大层现象。次表层叶绿素最大层厚度可达数
十米, 而且垂直变化梯度较小。与之相比, 浮游植物薄层厚度仅有数厘米到几米, 垂直方向梯度变化很强,
薄层中的浮游植物细胞密度远高于背景值。有些浮游植物薄层由次表层叶绿素最大层发展而来
[9-10]
。同时,
浮游植物薄层也不同于其他短时出现的小尺度(厘米级)浮游植物聚集现象。浮游植物薄层与“煎饼”形态相
似, 水平与垂直方向的浮游植物密度横纵比常超过 1 000, 持续时间几个小时到几周。而小尺度的浮游植
物斑块横纵比常接近, 通常仅持续几分钟时间。
浮游植物薄层的发现是海水取样方法和观测仪器不断改进的结果。在海洋观测中, 通常采用浮游植
物网和采样瓶采集浮游植物样品, 采样深度间隔至少在 5 米以上, 缺乏足够的空间分辨率。因此, 发现的
浮游植物斑块通常尺度较大, 难以捕捉到强烈、尖锐的浮游植物薄层信号, 甚至完全漏掉浮游植物薄层
[5]
。光学传感器叶绿素荧光计的使用在浮游植物薄层观测中发挥了重要作用。浮游植物细胞中含有叶绿素,
经特定波长的激发光作用后可以产生荧光, 其强度能够反映浮游植物的生物量。1967 年, Strickland 通过
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