长江口及邻近海域浮游植物生长的多环境效应因子影响解析研究

摘要

我国东海长江口及杭州湾附近海域，大约在北纬27-32()N之间，等深线约30-50m之间，盐度26-30范围内，浮游植物的生物量较其邻近海域要高。这一方面造成了某些经济鱼类产卵和索饵场的形成，另一方面也造成了该海域成为我国的赤潮多发区和底层水缺氧区。而海洋浮游植物的生长除了与浮游藻类种群的生态学特点有关外，海水的温度、盐度、营养盐、光照、微量元素等诸多环境因子也会对其生长产生影响。 对东海长江口及邻近海域而言，营养盐、温度以及由于由于泥沙含量造成的水体透光性不同等因素似乎是造成该海区浮游植物生物量较高的关键原因。但是，这些环境因子的综合影响尚没有多航次、多季节的大量调查数据来分析总结，尤其是各因子在浮游植物生长的相对影响程度没有直接的相关报道。 因此，本论文针对长江口及邻近海域浮游植物生长的多环境效应因子影响程度不甚明确的问题，通过大面调查与培养实验相结合的方式，利用2002-2007年共14个航次的调查数据，应用主成分分析方法，结合多元线性回归分析和效应因子模拟计算方法，解析了营养盐、温度、浊度、盐度、石油烃、Cu、Pb、Zn、Cd等对浮游植物生长的影响程度。论文的研究成果对于揭示长江口及邻近海域赤潮发生的生态学机制具有重要意义。主要工作及结论如下： 1、总结并分析了20世纪80年代以来长江口及邻近海域浮叶绿素的平面分布特征。 长江口及邻近海域叶绿素浓度总体上呈现由河口、沿岸向外海先逐渐升高，然后再逐渐降低的趋势。叶绿素高值区既没有出现在营养盐较高的近岸海区，也没有出现在透光性较高的外海海区，其高值区大约在盐度(29.8±1.3)范围出现。在该范围内，叶绿素一般是呈斑块状分布的特点，总体上出现若干个高值中心，但高值中心的个数、数值及位置随季节和年代变化而略有差异。季节变化上，春、夏季较高，秋、冬季较低，且春、夏季的空间分布变异较大，局部海域的叶绿素浓度较高，冬季有向河口回缩的趋势。目前，研究海域的chla浓度整体上处于较高水平，尤其是局部海域的浓度比历史资料要高。 2、利用2002-2003年共5个航次的现场调查数据，应用主成分分析方法，筛选出了影响长江口及邻近海域浮游植物生长的主要环境因子。 在提取的5个主成分中，第一主成分的方差贡献率达30.2％，主要反映了长江径流等陆源输入对海区的影响，影响的环境因子主要包括营养盐浓度和水体透光性。第二主成分的方差贡献率达17.4％，主要反映了温度和石油烃的污染状况。结合特征向量矩阵及各主成分的贡献率，可以看出营养盐效应、水体光照及温度可能是影响长江口及邻近海域浮游植物生长的主要环境因子，而重金属等其他污染要素相对影响较小。 3、利用2002-2007年共14个航次的现场调查数据的主成分分析，进一步证明了营养盐、光照和温度是影响长江口及邻近海域浮游植物生长的主要环境因子， 在提取的两个主成分中，第一主成分主要反映了长江径流等陆源输入对该海区的影响，解释了方差的50.9％，其中，营养盐和浊度是同源的，且均与盐度的符号相反。第二主成分主要反映了温度的影响，解释了方差的19.7％。因此，长江径流等陆源输入的影响(包括营养盐效应和水体透光性)是浮游植物生长的首要影响因素，其次温度效应的影响。 4、在非线性转化为线性的基础上，应用多元线性回归方法，进一步分析了各主要环境因子对浮游植物生长的相对重要性。 根据通径系数(path coefficient，Pi)的大小可以看出，假如不考虑长江径流等陆源输入的影响，各环境因子对研究海域浮游植物生长的影响的相对重要性的顺序依次是：磷酸盐(PO4-P)，硅酸盐(SiO3-Si)，海水浊度(Turbidity)，溶解无机氮(DIN)和温度(ST)。 5、应用生长效应因子原理模拟计算了长江口及邻近海域叶绿素的平面分布情况。并分析了长江口及邻近海域浮游植物生物量时空分布的主要控制因子。 在未考虑营养盐输入的情况下，模拟结果与实测结果的平面分布规律的相似性系数SI为(0.67±0.11)，从数值上分析，两者在0.01水平上呈显著的正相关，Pearson相关系数为(0.56±0.21)。 说明选择的效应因子计算公式及相应的参数基本合理。在影响浮游植物生长的多个环境因子中，营养盐效应、光照效应和温度效应是最重要的影响因子，其中，在不考虑营养盐补充的情况下，营养盐浓度效应和光照效应对浮游植物生长的贡献率相当，分别为45％和46％，温度的贡献率最小，约为9％。 进一步分析表明，长江口及邻近海域浮游植物生物量的季节变化规律，主要受营养盐和温度共同控制，而空间分布的差异则主要由光照因子控制。

目录

文摘

英文文摘

声明

前言

1文献综述

1.1影响近海海域浮游植物生长的主要环境因素

1.1.1营养盐效应对近海海域浮游植物生长的影响

1.1.2光照效应对近海海域浮游植物生长的影响

1.1.3温度对近海海域浮游植物生长的影响

1.1.4盐度对近海海域浮游植物生长的影响

1.1.5其它因素对近海海域浮游植物生长的影响

1.2多元统计方法在浮游植物生长因素分析中的应用

1.3长江口及邻近海域影响浮游植物生长的环境因素基本特征

1.4本文的研究内容及研究思路

2长江口及邻近海域叶绿素的分布特征

引言

2.1数据来源及处理

2.1.1 2002-2007年长江口及邻近海域叶绿素调查数据

2.1.2叶绿素水柱积分值Chla-Z的计算

2.2长江口及邻近海域叶绿素的平面分布特征

2.2.1长江口及邻近海域长江口及邻近海域表层叶绿素的平面分布特征

2.2.2长江口及邻近海域叶绿素水柱积分值Chla-Z的平面分布特征

2.3长江口及邻近海域叶绿素季节变化特征

2.3.1长江口及邻近海域表层叶绿素的季节变化特征

2.3.2长江口及邻近海域叶绿素水柱积分值Chla-Z季节变化特征

2.4长江口及邻近海域不同年代叶绿素平面分布变化比较

2.5小结

3长江口及邻近海域影响浮游植物生长的主要环境因子的主成分分析

引言

3.1 2002-2007年长江口及邻近海域主要环境因子调查结果

3.1.1数据来源

3.1.2长江口及邻近海域主要环境因子的分布特征

3.2长江口及邻近海域影响浮游植物生长的主要环境因子分析

3.3 2002-2003年长江口及邻近海域影响浮游植物生长的主要环境因子的主成分分析

3.3.1数据分析方法

3.3.2结果讨论

3.4 2002-2007年影响长江口及邻近海域浮游植物生长的主要环境因子的主成分分析

3.5小节

4长江口及邻近海域主要环境因子对浮游植物生长的贡献率初步分析

引言

4.1长江口及邻近海域叶绿素与主要环境因子之间的关联性分析

4.1.1长江口及邻近海域叶绿素与营养盐之间的关联性分析

4.1.2长江口及邻近海域叶绿素与温度之间的关联性分析

4.1.3长江口及邻近海域叶绿素与浊度之间的关联性分析

4.2长江口及邻近海域叶绿素与主要环境因子的半定量关系估算

4.2.1数据处理

4.2.1长江口及附近海域叶绿素与主要环境因子的半定量关系

4.2.2长江口及附近海域叶绿素与主要环境因子半定量关系评价

4.3长江口及邻近海域主要环境因子对浮游植物生长的贡献率分析

4.4小结

5长江口及邻近海域叶绿素高值区形成原因初步分析

引言

5.1近海海域浮游植物生长效应因子解析原理

5.2长江口及邻近海域浮游植物生长效应因子的主要参数测定结果

5.2.1实验室培养实验

5.2.2船基围隔实验

5.2.3船基实验瓶现场培养实验

5.3长江口及邻近海域叶绿素平面分布的模拟计算

5.4温度、光照、营养盐对长江口及邻近海域叶绿素高值区形成的影响

5.5影响长江口及邻近海域浮游植物生长季节差异的主要控制因子分析

5.6影响长江口及邻近海域浮游植物生长空间差异的主要控制因子分析

5.7小结

6结论与认识

6.1主要结论

6.2存在的问题

6.3论文的特色与创新点

参考文献

附录 正文中所涉及的常用名词缩写与全名对照表

致 谢

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