长江是世界上最大的河流之一，毗邻的东海是最宽的大陆架之一。全面了解长江口外的浮游植物群落历史对于评估人类活动和自然影响对中国东海生态系统以及碳循环的影响至关重要。随着中国经济的快速发展，过去几十年长江流域营养盐迅速增加，造成了长江口及其邻近海域的赤潮爆发频率大幅增加。与此同时，发生赤潮的主要藻种也发生改变，由硅藻（中肋骨条藻）赤潮为主逐渐转变为甲藻（东海原甲藻）赤潮为主。但由于早期赤潮监测数据的缺少，关键赤潮藻种的演替已经明确，但更多的细节需要核实。

　　近日，河口海岸学国家重点实验室研究团队侧重从浮游植物光合色素的视角开展研究，通过水体中的浮游植物色素，柱状沉积物中的色素以及数值模型来共同探究长江口的关键赤潮藻种演替历史（图1）。研究发现，水柱中的PER（甲藻特征色素）相对于FUCO（硅藻特征色素）以及其他色素有着更强的表层-底层浓度耦合特征。沉积物中的PER含量可能受到甲藻赤潮的影响比较大，而FUCO以及其他特征色素受到赤潮的影响更小。通过降解模型消除色素早期成岩作用影响后，研究发现沉积物中的PER/FUCO的比值拐点出现在20世纪90年代初（图2）。同时，数值模拟的5月的硅藻相对于甲藻的占比，也从20世纪90年代初开始下降（图3）。结合水体，沉积物以及数值模拟的结果来看，长江口硅甲藻演替的时期发生在20世纪90年代初，且演替的机制是春季甲藻赤潮增加，而不是全年尺度上的硅藻（甲藻）生物量减少（增加）。研究通过数值模拟还进一步发现，长江口春季SST和N/P都是长江口的硅甲藻演替的重要影响因素（图3）。即在长江口高N/P的情况下，SST的增加促进了甲藻赤潮的爆发。基于数值模拟的结果，我们发现SST的逐渐升温，对硅甲藻的演替有很好的直接相关对应关系，而河流营养盐N/P比值变化带来的相关性则相对较为隐性和不明显。但如果将河流N/P营养盐比值进行人为调整，则增大的N/P比值意味着硅藻比例的下降，反之意味着硅藻比例的上升，这说明营养盐比值变化对硅甲藻的演替也具有隐性的影响。

　　该成果目前以“Reconstruction of the main phytoplankton population off the Changjiang Estuary in the East China Sea and its assemblage shift in recent decades: From observations to simulation”为题发表在Marine Pollution Bulletin期刊上。

图片 1.png

图1 研究区域

 

图片 2.png

图2 柱状沉积物A5-4中PER/FUCO比值历史变化

 

图片 3.png

图3 A5-4站点的数值模拟结果

a：表层水体中硅藻/(硅藻+甲藻)的比值；b：4月和5月的SST平均值；c：4月和5月的表层水体中N/P比值

团队相关工作

• Fang, F.-T., Zhu, Z.-Y.*, Ge, J.-Z., Deng, B., Du, J.-Z., Zhang, J., 2022. Reconstruction of the main phytoplankton population off the Changjiang Estuary in the East China Sea and its assemblage shift in recent decades: From observations to simulation. Marine Pollution Bulletin 178, 113638.
• Zhu, Z.-Y.*, Wu, Y., Zhang, J., Du, J.-Z., Zhang, G.-S., 2014. Reconstruction of anthropogenic eutrophication in the region off the Changjiang Estuary and central Yellow Sea: From decades to centuries. Continental Shelf Research 72, 152-162.
• Zhu, Z.Y.*, Ng, W.M., Liu, S.M., Zhang, J., Chen, J.C., and Wu, Y. (2009). Estuarine phytoplankton dynamics and shift of limiting factors: A study in the Changjiang (Yangtze River) Estuary and adjacent area. Estuarine, Coastal and Shelf Science 84, 393-401.