枸杞岛海藻场大型褐藻分解过程研究

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大型海藻作为海藻场生态系统中重要初级生产者之一,对维持系统中物质与能量循环有着至关重要的作用。大型海藻衰老凋亡时会分解产生大量碎屑,这些碎屑携带着丰富的营养物质,并随海流传播到其他地方,给途径海域的生态系统食物网提供着物质基础,影响着周边系统的养分循环,进而形成以海藻场为中心的初级生产力影响辐射范围。大型海藻是我国沿岸和岛礁海域生态系统的重要支撑物种,尤其是褐藻门,在我国黄海、渤海、东海多有分布,具有重要的经济价值和营养价值,海带、羊栖菜、裙带菜等已成为我国主要经济养殖类藻种。羊栖菜产量位于世界前列,海带和裙带菜产量更是位于世界第一。无疑,藻类资源对人类生活以及海洋生态系统具有极其重要的意义,因此,我们对海藻资源的认识、合理开发及其保护显得尤为重要。大型海藻作为海洋生态系统中重要的“固碳者”,通过光合作用,贮存了大量的营养物质,当其衰老凋亡时,会释放营养物质返还到环境。有研究表明,大型海藻的营养成分返回到生态系统中,主要由两种方式进行的,其一是10%~15%的养分通过植食性食物链来进行释放,其二是85%~90%的能量通过碎屑的形式逐渐分解传播释放。海藻碎屑作为传播大型海藻初级生产力的媒介,随海流被运输到更远处的生态环境中,在运输过程中会受到环境因素的差异等影响。由此可见,研究大型海藻及其碎屑的分解过程以及影响因素对理解大型海藻生态功能有着重要作用。本研究以枸杞岛北部后头湾海藻场为研究区域,以其中当地三种夏季常见的优势种铜藻(Sargassum horneri)、鼠尾藻(Sargassum thunbergii)、羊栖菜(Sargassum fusiforme)为研究对象,利用测定海藻分解过程中理化指标含量变化,探明海藻分解过程中哪些理化指标较为稳定,与初始源头匹配度较高,为选取能够表征大型海藻生态功能的指标提供一定的理论基础。同时利用海藻碎屑沉降实验,分析了海藻碎屑的沉降作用与碎屑粒径大小、化学成分间的关系。利用海藻室内模拟分解实验,探讨了环境因素对海藻分解和沉降的影响,为大型海藻生态功能研究提供了重要基础数据。研究结果如下:1.铜藻、鼠尾藻、羊栖菜,分解过程中有机C、N、P、木质素、纤维素、半纤维素含量以及δ15N值变化频繁且波动较大,而δ13C值变化较为稳定,与海藻初始值匹配度较高,受水温、盐度、溶氧等环境因素影响较小,对于筛选表征大型海藻碎屑生态功能指标具有一定的参考价值。2.三种褐藻产生碎屑情况不同,鼠尾藻产生2mm以下的碎屑要比铜藻和羊栖菜多且快。对比同一分解阶段下不同粒径大小的海藻碎屑沉降速度发现并无显著性差异(P>0.05),而同一粒径不同分解阶段下的海藻碎屑沉降速度差异性显著(P<0.05),且随着分解时间的延长沉降速度逐渐下降。说明海藻碎屑沉降过程与海藻碎屑化学成分有关,而与碎屑粒径大小并无显著的相关性。3.鼠尾藻在不同温度条件下分解情况并不相同,分解速度基本呈现出25℃实验组>20℃实验组>15℃实验组。在25℃下的鼠尾藻产生2mm以下的碎屑量也比其它两种温度多,但是碎屑沉降速度比其他温度下的碎屑慢,温度越高的实验组化学成分含量变化波动越大,微生物活性增加使海藻分解反应增强。因此温度影响着海藻的分解过程,使海藻碎屑产生量发生改变,呈现出温度越高,碎屑产生量越大的现象。4.本研究中室内实验控制水温15℃、20℃、25℃,分别属于枸杞岛春季、秋季、夏季水温范围,而夏季是枸杞岛大型海藻凋亡的主要时期,也是海藻碎屑大量发生季节,通过室内实验可知鼠尾藻分解速度随水温升高逐渐加快,碎屑产生量也随着水温升高逐渐增大,可见从秋季到夏季,季节温度逐渐升高,使大量的海藻加快进入衰老凋亡时期,并产生大量有机碎屑,碎屑受水温升高的影响,分解加速而释放大量的营养物质,加快海藻场的地球化学循环,碎屑逐渐分解变轻,沉降速度变缓,随着海流漂流到更远的距离,从而扩大海藻场初级生产力影响范围。5.不同种海藻凋亡期时间的差异会影响海藻场有机碎屑组成,例如铜藻生长成熟期为3~5月,鼠尾藻为3~7月,羊栖菜为2~6月,团队研究调查在5月底6月初,枸杞岛的铜藻就已大批量进入凋亡期,此时海藻场碎屑组成由铜藻占主导地位,而鼠尾藻和羊栖菜凋亡期的滞后性,使海藻场有机碎屑组成在不同时期产生差异。
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