第七章 浮游植物生长率的计算模型

第20卷第9期2005年9月地球科学进展A DVANCE S I N E AR TH S C I ENC EV o l.20　N o.9S e p.，2005文章编号：1001-8166（2005）09-0939-07海洋浮游植物群落的比生长率*孙　军1，宁修仁2（1.中国科学院海洋研究所海洋环境与生态重点实验室，山东　青岛　266071；2.国家海洋局第二海洋研究所，浙江　杭州　310012）摘　要：系统地介绍了海洋浮游植物群落比生长率（μ）及其相关概念。

介绍和比较分析了研究μ的细胞分裂周期法、生物化学指示物法、模型法和去除摄食者稀释法这4类方法，推荐去除摄食者稀释法作为中国近海μ研究的重要方法。

比较各海区μ的分布规律，初步发现：①μ与群落物种组成密切相关；②μ在大洋低于近岸；③μ在近岸中等营养高于富营养水域；④小粒径浮游植物μ高于大粒径浮游植物。

但还有很多未知的情况，尤其是在中国海区此类工作还很薄弱，需加强，为更深入了解海洋生态系统奠定基础。

关　键　词：浮游植物；比生长率；群落；初级生产力；生物量中图分类号：Q948.1 文献标识码：A 海洋浮游植物是海洋生态系统中最重要的初级生产者，其生物量和生产力的变化，在很大程度上会影响整个海洋生态系统的结构和功能。

近年的各种大型国际海洋综合研究项目的结果表明，浮游植物在碳通量［1］、云反照率（c l o ud a l b e do）［2］和海水光通量与热通量［3］上影响着全球气候。

浮游植物的所有这些作用都是和它的初级生产过程和生长密切相关的，所以研究浮游植物的生长具有重要的意义［4～6］。

1　海洋浮游植物比生长率及其相关概念长期以来一直困扰海洋学家的一个问题就是浮游植物自然群落生长率的测定问题。

一般海洋浮游植物的“生长率”是由下式计算的：μ＝1CtdCtdt其中，Ct 是t时刻浮游植物生物量；dCt/dt是光合作用速率。

μ就是通常我们所说的“生长率”，实际上μ应该叫做比生长率，它的单位是d－1。

浮游植物生物量计算公式浮游植物生物量计算公式主要基于数量密度和浮游植物的大小结构。

数量密度是指在水体中单位体积或单位面积内浮游植物个体的数量。

浮游植物的大小结构则是指浮游植物个体在一定范围内的大小分布情况。

下面将介绍几种常用的浮游植物生物量计算公式。

1.积分生物量积分生物量是指在一定水层深度范围内的浮游植物生物量。

它可以通过测定浮游植物的细胞浓度和溶胶浓度来计算。

具体计算公式如下：积分生物量=∫(细胞浓度+溶胶浓度)×层厚×体积其中，细胞浓度是指在单位体积内浮游植物细胞的数量，溶胶浓度是指在单位体积内溶胶中浮游植物细胞的数量。

层厚是指测定所选定的水层的深度，体积则是指所测定水层的体积。

2.长度生物量长度生物量是指在一定长度范围内的浮游植物生物量。

它可以通过测定浮游植物个体的长度分布情况来计算。

具体计算公式如下：长度生物量=∫(细胞长度×长度频度)×长度类宽度×体积其中，细胞长度是指浮游植物个体的长度，长度频度是指一定长度范围内的浮游植物个体的频率。

长度类宽度是指所选定的长度范围的类宽度。

3.背透光生物量背透光生物量是指通过背透光测定的浮游植物生物量。

它可以通过测定溶胶浓度和浊度来计算。

具体计算公式如下：背透光生物量=∫(溶胶浓度×浊度)×光透过深度×体积其中，溶胶浓度是指在单位体积内溶胶中浮游植物细胞的数量，浊度则是指水体中悬浮颗粒物质对光线的散射和吸收能力。

光透过深度是指光线在水体中逐渐减弱的深度。

4.光合作用速率生物量光合作用速率生物量是指通过测定浮游植物的光合作用速率来计算的浮游植物生物量。

具体计算公式如下：光合作用速率生物量=光合作用速率×时间其中，光合作用速率是指浮游植物单位面积或单位体积在单位时间内的光合作用产量。

需要注意的是，浮游植物生物量计算公式的选择和应用需要考虑测定方法的可行性和准确性，以及浮游植物种类和水体的特征等因素；同时，为了提高计算结果的准确性，通常需要进行多次测定和取平均值，以减小误差。

第七章 海洋生物生产速率测定真光层中的光合作用（photosynthesis ）及相关生物作用是影响海洋中碳、营养盐和微量元素的形态、转化和循环的主要过程之一。

与生物量、光合作用速率等相关的参数对化学、生物学、生态学和水产学都十分重要。

本章介绍与生物生产有关参数的测定方法。

§7-1 初级生产力“初级生产（primary production ）”是指含叶绿素a 的植物通过光合作用将无机碳转化为有机碳，同时将光能转化为化学能贮存于有机物中的过程。

26222O O)(CH 61O H CO +⎯→⎯+h ν 其水平用“初级生产力（primary productivity ）”表示，是单位时间内单位体积或单位面积水体生产有机碳的量，单位为“mg C m －3 d －1（h －1，y －1）”。

将各深度的测量值积分可得到单位面积水柱（真光层）的初级生产力，单位是“mg C m －2 d －1（h －1，y －1）”。

初级生产有时用“总生产（gross production ）”和“净生产（net production ）”表示。

二者关系为总生产＝净生产＋呼吸速率光合作用和呼吸作用中O 2和CO 2的生成与消耗比可用“光合商（PQ, photosynthetic quotient ）”和“呼吸商（RQ, respiratory quotient ）”来反映，表示式为22ΔCO O PQ −Δ+=，22ΔO CO RQ −Δ+= 二者为无量纲量。

●黑白瓶测氧法现场条件下海水中O 2和ΣCO 2的变化除受生物作用控制外还受物理作用如海水流动、海－气交换的影响，因而初级生产测定采用培养的方法。

早期多使用测氧的方法。

在真光层内某深度平行取三份水样，一份立即测定DO 含量作为背景值。

另两份分别装入白瓶和黑瓶，在近似现场的光照和温度条件下（可放回原深度），培养一定时间后测量DO 的变化，分别通过光合商PQ 和呼吸商换算出两瓶中CO 2的变化。

10.2调查海域浮游植物状况2015年8月在调查海域监测到浮游植物18种，其中硅藻门17种，占总数的94.44%；甲藻门1种，占总数的5.56%。

优势种为刚毛根管藻Rhizosolenia setigera、中肋骨条藻Skeletonema costatum、羽纹藻Pinnularia sp. 、小环藻Cyclotella sp. 、日本星杆藻Asterionella japonica 、拟旋链角毛藻Chaetoceros pseudocurvisetus。

浮游植物生物密度变化范围在（0.98~3.67）×104个/m3之间，平均为1.91×104个/m3。

多样性指数范围在1.05~2.02之间，平均值为1.61；均匀度变化范围在0.51~0.78之间，平均值0.70；丰富度指数范围在0.14~0.37之间，平均值为0.29。

2015年10月在调查海域监测到浮游植物9种，其中硅藻门8种，占种类组成的88.89%；甲藻门1种，占种类组成的11.11%。

优势种为虹彩圆筛藻Coscinodiscus oculus-iridis、辐射圆筛藻Coscinodiscus radiatus、夜光藻Noctiluca scintillans。

浮游植物生物密度变化范围在（0.78~38.89）×104个/m3之间，平均为11.58×104个/m3。

多样性指数范围在0.19~1.80之间，平均值为0.85；均匀度变化范围在0.11~0.78之间，平均值0.41；丰富度指数范围在0.11~0.35之间，平均值为0.21。

2016年5月在调查海域监测到浮游植物12种，其中硅藻门11种，占总数的91.67%；甲藻门1种，占总数的8.33%。

优势种为辐射圆筛藻Actinocyclus ehrenbergii、星脐圆筛藻Coscinodiscus asteromphalus、虹彩圆筛藻Coscinodiscus oculus-iridis、威氏圆筛藻Coscinodiscus wailesii。

谨以此论文献给投身水产事业的人们！＼。

海洋浮游植物细胞体积与细胞碳、氮及叶绿素ａ含量之间的关系。

学位论文完成Ｅ１期：——指导教师签字：孑型答辩委员会成员签字：独创声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得！洼；翅遗查基丝嚣塞挂型岂明的：奎拦互窒２或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。

与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。

学位论文作者签名：王瓠签字日期：２０１１年ｓ月１日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，并同意以下事项：１、学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。

２、学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影一印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。

同时授权清华大学“中国学术期刊（光盘版）电子杂志社＂用于出版和编入ＣＮＫＩ《中国知识资源总库》，授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》。

（保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签名：王热．签字日期：知１１年ｊ月刁日撕掉铆刷磁毛俐签字日期：２０Ｉ１年ｒ月７日海洋浮游植物细胞体积与细胞碳、氮及叶绿素ａ含量之间的关系捅要通过构建１８种浮游植物的标准细胞几何模拟图形，测量了相应的细胞线性参数，并计算了每种浮游植物的细胞体积；采用干式燃烧法和荧光法测定了每种浮游植物的细胞碳、氮和叶绿素ａ含量，并分析了细胞体积与细胞碳、氮和叶绿素口含量之间的关系。

结果表明：１８种浮游植物的细胞体积差异显著，最小仅为１３．４３ｐｍ３（小球藻），最大可达到４．５０ｘ１０４ｐｍ３（红色赤潮藻）之间，相差３个数量级；浮游植物细胞碳、氮及叶绿素ａ含量差异较大，对其单位体积细胞碳、氮含量进行比较的结果为黄藻（赤潮异弯藻）＞绿藻＞定鞭藻＞甲藻＞硅藻，对其单位体积细胞叶绿素ａ含量进行比较结果为黄藻（赤潮异弯藻）＞定鞭藻＞甲藻＞绿藻＞硅藻；浮游植物的细胞碳、氮含量之间和碳、叶绿素ａ含量之间均呈显著的正相关线性关系（尸＜０．０００１）；１０种甲藻细胞体积和单个细胞碳、氮和叶绿素ａ含量的对数均呈显著的正相关线性回归关系（Ｐ＜Ｏ．０００１），而其细胞体积和单位体积细胞碳、氮和叶绿素ａ含量的对数反而呈显著的负相关线性关系（氏Ｏ．０００１）：与甲藻不同，３种硅藻和５种非硅甲藻浮游植物细胞体积和单个细胞碳、氮和叶绿素ａ含量及单位体积细胞碳、氮和叶绿素ａ含量的对数基本都呈显著的正相关线性回归关系（除硅藻单位体积细胞叶绿素口含量）。

胶州湾生物-物理耦合模型参数灵敏度分析石洪华;沈程程;李芬;王勇智【摘要】参数灵敏度分析旨在评价模型中各参数对模拟结果的影响程度,是参数优化和模型校正的基础步骤,也是认识模型行为的重要工具.所建的胶州湾生物-物理耦合模型包括浮游植物、浮游动物、营养盐、碎屑和溶解氧5类状态变量,对其涉及的50个参数进行灵敏度分析,得到3个非常灵敏性参数、2个灵敏性参数、11个比较灵敏性参数和34个不太灵敏性参数.非常灵敏及灵敏性参数包括浮游植物生长速率(μPRPC)、暗反应修正因子(FAC)、光饱和强度(α)、浮游植物死亡率(μDEPC)和水体消光系数(bla),主要影响浮游植物生长和死亡过程,反映了浮游植物在生态系统中的基础性和重要性作用.这5个参数显著地影响碳和营养盐循环,是整个胶州湾生态系统最主要的影响参数,应优先进行优化.比较灵敏性参数的影响主要表现在营养盐对浮游植物生长或死亡的限制以及温度对光饱和量的限制,浮游动物生长、牧食和死亡过程以及浮游植物生物量对牧食的限制,叶绿素a的生产,缺氧条件下沉积物释放磷以及浮游植物对磷的摄取等过程,这些参数对于各状态变量的灵敏性存在不同程度的差异,从而表征不同的特点.与不太灵敏性参数相关的过程主要为叶绿素a和碎屑消光作用,温度对浮游植物生长、浮游动物牧食、碎屑和沉积物矿化的限制,碎屑和沉积物矿化与沉降,与无机氮相关的大部分过程,溶解氧浓度变化等,这些过程除了受模型内部参数影响外,还在很大程度上受水深、海水温度和陆源污染等外部因素影响.比较灵敏及不太灵敏性参数影响模型局部过程,是模型校正的重要依据,除了非常灵敏及灵敏性参数以外,叶绿素a、浮游动物、碎屑和无机磷四种状态变量可分别根据叶绿素a最大生产系数(KCHmax)、浮游动物一级死亡率(μDEZC1)、有机碎屑矿化率(μREDC)和浮游植物磷摄取的半饱和常数(hUPPP)进行校正.与营养盐相关参数的灵敏度分析表明,胶州湾浮游植物处于磷限制,无机氮主要受陆源排污影响.因此,对无机氮的校正主要通过合理设置沿岸河流径流量或陆源污染物浓度与比例以及无机氮初始场.溶解氧对各参数均不太灵敏.【期刊名称】《生态学报》【年(卷),期】2014(034)001【总页数】9页(P41-49)【关键词】胶州湾;生物-物理耦合模型;参数灵敏度分析【作者】石洪华;沈程程;李芬;王勇智【作者单位】国家海洋局第一海洋研究所,青岛266061;国家海洋局第一海洋研究所,青岛266061;中国海洋大学环境科学与工程学院,青岛266100;中国海洋大学数学科学学院,青岛266100;国家海洋局第一海洋研究所,青岛266061【正文语种】中文近海生态系统是人类缓解资源环境压力的重要区域，已成为经济活动的密集区和社会发展的支撑区[1]。

长江口外海域浮游植物生态动力学模型研究【摘要】：河口海域是海洋中的高生产力区,往往又是人类活动的重要区域和重要渔场所在。

长江是我国第一大河,长江巨大径流带来的丰富营养盐使长江口附近海域成为高生产力海区,口外海域历史上是著名的渔场。

长江流域是经济的迅猛发展和城市化进程的加快使工农业废水和生活污水排放量不断增加,长江口外海域富营养化加剧,导致赤潮频发。

环境的破坏加之过度捕捞等因素,长江口外海区的生态严重失衡,海洋经济生物个体小型化、低值化现象严重。

长江口外海区受复杂底形(如水下河谷)、巨量径流、季风、陆架环流的影响,动力过程十分复杂。

研究长江口外海域的浮游植物生态动力学,对于长江口外海域的生态修复、环境保护和赤潮防治,渔业资源的可持续利用等具有重要的科学和现实意义。

本文主要通过现场观测、资料分析和数值模型试验相结合的方法研究了长江口外海域浮游植物的时空分布特征,着重分析了浮游植物生长的主要限制因子和关键物理过程对浮游植物生长的作用。

利用细胞体积转换生物量法,对2006年7月大面调查的浮游植物种类鉴定和细胞丰度计数结果进行了叶绿素a浓度的计算,并分别给出了硅藻和甲藻类的生物量。

通过浮游植物细胞体积估算生物量是研究浮游植物现存量的一个可行的方法,能较客观地反映浮游植物的生物量,有助于在物种水平上开展海洋浮游生态系统模型的数值模拟研究。

调查结果显示,长江口外海域夏季的浮游植物转换生物量在冲淡水区最高,江苏外海居中,而近河口区和台湾暖流区最低。

温盐、水体稳定度和营养盐是影响长江口外海域浮游植物分布的主要环境因子。

2009年8月底至9月初的长江口外海区多学科综合观测结果也显示,长江口外海的叶绿素a分布可分为四个特征区：高度层化的长江冲淡水扩展区,浊度锋向海侧为表层叶绿素a浓度高值区,叶绿素a高值区下层存在DO浓度小于2.00mg/L的低氧区；高度层化的台湾暖流区,表层叶绿素a浓度低,相对高值区位于次表层；表底层混合良好的江苏外海,叶绿素a浓度居中；近岸层化、低叶绿素a的高浊度区。