胶州湾浮游生态系统四十年变化的模拟与分析

摘要

胶州湾是我国近海比较有代表性的一个海湾，一直倍受我国物理海洋学家关注。近年来，伴随着周边地区工农业的高速发展，胶州湾水体的环境和生态问题日益突出，引起了国内外专家的广泛重视，并取得了重要的研究进展。但是，从多年际角度对生态系统的组成结构和变化趋势以及物理环境因子影响作用的研究仍很缺乏。本文的主要目标是构建一个适合胶州湾海域的零维浮游生态系统动力学模型，并利用此模型对该海域浮游生态系统各生态变量的季节变化特征和长期变化趋势进行动力学研究，并对系统长期变化的受控机制进行分析探讨。 首先根据胶州湾综合调查资料和前人的研究成果，分析了胶州湾海域理化环境近40年的变化趋势和特征。然后对北太平洋海洋学组织 (PICES Model taskteam)推出的NEMURO低营养级生态系统动力学模型进行改进，通过加入磷酸盐的物流能流方程，增加营养盐的大气沉降、陆源性排放以及与黄海之间的物质交换，建立起适用于胶州湾海域的零维浮游生态系统动力学模型。模型中包括14个生态变量，包括根据粒级和种群划分的两种浮游植物、三种浮游动物，氮、磷、硅三种生源要素的无机盐、溶解态有机质和颗粒态有机质，以反映不同营养盐的长期变化对群落组成和系统结构的影响。 通过对胶州湾浮游生态系统各生态变量1995～1996年季节变化的模拟，发现胶州湾在一年内存在两次浮游植物生物量高峰。一次发生在每年的2月份左右，主要是由于水温和光照条件的增强引起的。在这一时期，两种浮游植物的生物量相当，磷酸盐成为两种浮游植物共同的限制性因子。第二次高峰出现在8月份前后，其原因是由于降水量的增多导致的陆源营养盐排放的增加。同时，由于河流中硅酸盐的排放量相对较少，导致了在这一时期，大型浮游植物的生长明显处于硅限制状态，生物量远远小于小型浮游植物的生物量。生物过程参数的敏感性分析结果表明，系统对浮游植物的最大生长速率、最优光强以及限制性营养盐的半饱和常数较为敏感，对它们取值的确定对于研究系统受控机制有重要意义。 对系统四十年变化趋势的模拟分析结果显示，人类活动(陆源性营养盐排放)是造成胶州湾浮游生态系统长期变化的最根本原因。陆源营养盐排放量的长期变化使得胶州湾浮游生态系统由60年代的氮限制转变为磷限制和硅限制，并造成了该海域近四十年的浮游植物小型化趋势。光照和水温的长期缓慢变化能够引起浮游植物现存量的同方向变化，但影响效果较营养盐排放次之。然而在光强和水温限制的冬季，浮游植物数量的升高或降低，与海表光强和水温的增强或减弱密切相关，相关性系数可高达到94％。

目录

文摘

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0前言

1胶州湾的自然环境特征

1.1胶州湾气象水文环境

1.2胶州湾海域近40年营养盐的组成变化

1.3胶州湾的浮游植物

2州湾水域浮游系统动力学模型的建立

2.1NEMURO基础生物模型介绍

2.1.1 NEMURO模型的主要特征

2.1.2NEMURO基础模型方程

2.2改进后的NEMURO生态系统动力学模型

2.2.1磷的能流循环的加入

2.2.2营养盐收支方案

2.3模拟区域的物理强迫及模型参数取值

2.3.1日平均有效太阳辐射和水温

2.3.2生物模型中各参数的取值

3胶州湾水域生态系统季节变化的模拟及敏感性分析

3.1胶州湾水域各生态变量季节变化模拟结果

3.1.1浮游植物生物量季节变化

3.1.2浮游动物生物量季节变化

3.1.3营养盐浓度季节变化

3.2生物过程参数的敏感性分析

3.2.1浮游植物光合作用的最优光强

3.2.2水体中光的衰减系数和光遮蔽系数

3.2.3营养盐的半饱和常数

3.3小结

4近四十年物理环境变化对胶州湾浮游生态系统影响分析

4.1近四十年浮游植物的变化趋势

4.2物理环境变化对系统的影响

4.2.1海水温度的变化特征

4.2.2海水温度变化对系统的影响

4.2.3海表有效光强的变化特征和系统响应

4.3 小结

总结与展望

附录：改进后的生态模型方程中各变量表达式及参数说明

参考文献

致谢