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项目名称: 海洋多种生态系统初级生产动力学过程及其资源环境效应

推荐单位: 国家海洋局

项目简介: 项目所属科学技术领域

海洋初级生产动力学过程是海洋生态系统动力学、生物地球化学、碳循环和全球变化、海洋环境与生物资源可持续发展研究的重要课题,属海洋生态学前沿与核心领域。

主要研究内容

1. 从我国海岸带、陆架到深海和南极大洋,多种海洋生态系统初级生产时空格局的动态变化及其调控过程的物理-化学-生物耦合机制;

2. 不同海洋生态系统初级生产过程变化所产生的生物资源和生态环境效应,特别是我国长江和珠江大河口、沿岸上升流区、南海中尺度涡、南大洋重要水团交汇区等高生产力所形成的渔场、赤潮多发区、底部缺氧区、磷虾索饵场等重要资源与环境效应;

3. 不同类型浮游植物在初级生产过程中的生态生理特征与调控机制,包括浮游植物群落结构的时空格局和演替机制,微型和微微型光合生物对初级生产贡献的时空变化及其调控机制;

4. 相关观测和研究技术方法的改进和创新,特别是浮游植物生物量和水团结构的多种卫星遥感观测分析技术、浮游植物细胞体积和碳生物量标准化计算方法等。

科学价值

通过对不同生境和不同自然地理区海域的多种生态系统浮游植物初级生产过程的系统深入观测研究,获得诸多发现,揭示诸多自然规律,积累了丰富科学资料。基本摸清中国海和环南极海大、中尺度海域初级生产力分布特征,取得了较系统的创新成果,为我国该领域的研究奠定了坚实的基础,也为确立我国在该科学领域应有的国际地位做出重要贡献。研究成果为海洋生态系统动力学及碳循环与全球变化研究提供了重要科学基础,也为海洋生物资源管理及生态环境灾害的防治提供重要科学依据。

同行引用评价情况

项目成果被国际海洋学术界广泛引用,并得到高度评价,一些重要观点和方法创新已得到国际同行普遍认可和推广。

本成果包括有关本项目主题的论文二百余篇,经检索,其中45篇被SCI-E收录,56篇被CSCD收录;51篇被SCI-E收录论文他人引用401次,161篇论文被CSCD收录论文他人引用271次。

主要发现点: 1、核心发现点:

1) 揭示河口锋对河口生态系统初级生产动力过程的关键控制作用。首次发现并通过遥感观测证实长江口外初级生产力峰值区的存在,其形成机制在于光和营养盐的最佳权衡。系统确认磷为珠江口浮游植物的主要限制性营养元素,并首次发现从珠江口到南海深海区营养盐从磷限制向氮限制的空间变化特征;揭示季风对珠江口营养盐格局和浮游植物生物量和生产力变化的重要控制作用。(海洋科学/代表性论文2,4,6,7,9)

2)首次阐明南海大尺度海域浮游植物生产力的物理-生物海洋学耦合过程及其对季风的响应,揭示季风-环流-营养盐-浮游植物系统中前者对后者的驱动和后者对前者的响应。发现并详尽阐明中尺度涡-冷涡与暖池的分布格局和生态学效应,深刻揭示南海生态系统初级生产过程的时空格局及其动力学机制。(海洋科学/代表性论文1)

3)首次系统阐明我国黄、东海初级生产力的时空格局和调控机制,并首次对海域各水团对初级生产力的贡献及渔产力做出评估,发现高生产力多出现在跃层附近和水团交汇处的重要规律;揭示浙江沿岸上升流区初级生产动力学过程与机制,发现上升流中心出现初级生产力最大值,并导致中心渔场的形成。(海洋科学/代表性论文5,8)

4)在国际上率先开展大尺度的环南极海域初级生产过程的观测研究,揭示南大洋各洋区浮游植物群落和生产力结构的差异,揭示生态系食物网关键种-南极磷虾主要索饵场与栖息地的形成机制:威德尔环流和岛群效应提供丰富营养盐,造成浮游植物的旺发。(海洋科学/代表性论文3)

5) 对海洋初级生产力的观测技术和实验方法进行了一系列改进和创新。其中在我国率先将水色和水温遥感观测结合与互补进行水团结构和浮游植物生态分布特征的判定,解决了单一遥感研究海洋学问题分辨率不足的问题,为遥感技术在生物海洋学研究的应用提供了一个范例;建立了浮游植物细胞体积标准化测量和测算方法,为浮游植物细胞碳生物量简化和较准确计算奠定了基础。(海洋科学/代表性论文4,10)

2、其他重要发现点:1) 发现季风对于影响浮游植物水华爆发的海洋学和生态学条件的构建起着关键作用,甚至超过陆源营养盐输入对水华的潜在激发,提出水华发生的新观点,弥补了传统的"富营养化导致藻华发生"观点的不足。(海洋科学/代表性论文9)

2) 发现并揭示大尺度海域营养盐结构变化导致浮游植物群落演替及其机制。在南海由于磷的消耗导致浮游植物优势种从硅藻向甲藻和蓝藻演替;在南印度洋自南极经亚南极至亚热带水域其优势种类与丰度由硅藻向甲藻演替,其成因源于营养盐特别是硅的限制。(海洋科学/代表性论文1,3)

3) 发现粒级最小的初级生产者-微微型光合浮游生物对南海浮游植物生物量和生产力、特别是对次表层叶绿素a极大值具有最大贡献,明确了该类生物在南海生态系统食物网中的重要地位。(海洋科学/代表性论文1)

主要完成人: 宁修仁

对核心发现点之1―首次现场发现并用遥感证实长江口外初级生产力峰区的存在,揭示其成因和资源与环境效应";之2―揭示南海季风-环流-营养盐-浮游植物系统中的驱动和响应关系和中尺度涡的分布格局及其生态学效应;之3―首次系统观测阐明黄、东海初级生产力时空格局与调控机制;揭示浙江沿岸上升流区初级生产动力学过程与机制;之4―首次发现南大洋各洋区浮游植物群落和生产力结构的差异,揭示浮游植物的演替机制和最重要磷虾索饵场的形成机制;之5中―将水色和水温遥感观测结合与互补进行水团结构和浮游植物时空分布的判定;其他重要发现点之2和3等均做出创造性贡献。

本人在该项目研究中的工作量约占本人工作量的85%。

殷克东

1. "主要发现点"第一项中关于珠江河口营养盐动力学及其对沿岸带生态环境的影响,即揭示珠江河口锋对沿岸带初级生产动力过程的关键控制作用,系统确认磷为影响浮游植物增长的主要限制性营养盐,并首次发现从珠江口到南海深海区营养盐从磷限制向氮限制的空间变化特征;

2. "其他重要发现点"中第一项关于季风对于影响浮游植物水华爆发的海洋学和海洋生态学条件起着至关重要的作用,提出了这些水华发生机制的新观点。

本人在该项目研究中的工作量约占本人工作量的80%。

孙军

本人对核心发现点之5中"浮游植物细胞体积标准化测量和测算方法的建立"做出了创造性贡献,即通过对中国近海浮游植物细胞体积的标准化测算和细胞碳生物量估算,为本项目提供海洋初级生产过程研究的基础参数。该研究成果已被国际同行广泛认可和采用。

本人在该项目研究中的工作量约占本人工作量的70%。

刘子琳

对核心发现点之3中"首次系统观测研究我国黄、东海大尺度海域的初级生产力及其季节变化",和"浙江沿岸上升流区初级生产过程观测研究"做出部分创造性贡献。

本人在该项目研究中的工作量约占本人工作量的70%。

刘诚刚

通过本人承担的南海大尺度海域浮游植物生态首次系统观测研究的数据、图像处理和分析工作,为第二核心发现点中南海中尺度涡及其生态学效应的判定做出创造性贡献。

本人在该项目研究中的工作量约占本人工作量的80%。

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