海洋持续升温，大西洋东北部浮游生物将何去何从？ -东北部大西洋沿岸到五大湖沿岸是美国的什么工业区

全球升温

浮游生物将何去何从？

 研究·背景

# 气候变化与浮游生物群落

$ C3 U- L5 V$ _/ B: O' F+ w( T

      浮游生物在海洋生态系统的运作中发挥了巨大作用，气候变化对其的影响一直以来也都是讨论的热点，因此，全球气候变化如何影响海洋生物等生物群落变为一个非常值得关注的问题。

# 浮游生物内营养联系的形式和强度

3 \$ @: T3 O7 _5 p1 @$ K$ n) w

      某些海洋浮游生物群体存在气候调节的生物地理变化，但浮游植物和浮游动物群落的总体反应尚不清楚，这可能取决于连续营养级之间联系的形式和强度。而复杂的生物系统通常由它们的顶端捕食者通过自上而下的控制来控制，它们的生产者通过自下而上的控制来控制，或者由中间的一些关键物种来控制。目前，在远洋领域内的浮游生物生态系统中，对海洋生态系统是如何被控制的，这些控制何时起作用，规模有多大等问题的研究出现了相互矛盾的结果。 

研究·方法

CPR采样—概念性远洋食物网

. P' r) y. a: z: m5 j9 Q

1958年至2002年，研究者在东北大西洋，使用浮游生物记录仪(CPR)调查采集了115,322个样本，经处理分析后产生了可靠的时间序列，涵盖了400个分类群。

4 B, _. R: V2 ^( e9 u

利用这些数据，构建了一个概念性的远洋食物网，包括浮游植物(硅藻和甲藻)、桡足类草食性动物和肉食性浮游动物，并计算了每个功能类群内所有采样物种的总丰度。

图丨CPR（连续浮游生物记录仪）是一款用于采集浮游生物样品的可靠设备。其主要面向大面积的采样工作，相比采用浮游生物网来进行采样，它可以在海域内进行大面积的采样并获取到大量的样品。CPR通常是通过一些志愿商船的拖曳来完成作业，也可以由一些大型帆船，渔船或邮轮来拖曳作业。当然也可通过自主的科考船来拖曳作业。

东北大西洋海域采样区域图

* A0 M0 B+ l( B8 V9 y2 `

研究·目的与结果

对于本研究所有分析，研究者将α设置为0.01，以改善多种假设检验的影响，因此，当99%置信区间不与零重叠时，相关性显著。

! w( e( g! n- N- D) R8 _* e" R) J

大西洋气候变化对浮游生物群落的影响。

从浮游植物丰度与SST之间的关系分析可以发现，仅有A6和B6两个区域的置信区间均位于0.0以上，所以，A6、B6呈显著相关，而其他各个区域的浮游植物丰度与SST及rall、rsubset均无显著相关性，因此无法表明总体上有线性关系。

; H: \/ L; N `1 R2 g) ?9 u

      尽管总体上浮游植物丰度和SST之间的关系在整个研究领域中没有显著的线性关系，但其变化的幅度仍然是可以被预测的。

为了验证这一假设，研究者以上图为基础，绘制了浮游植物丰度-SST相关系数r与每个区域的平均SST的相关图，发现所有区域包括9个非连续区域均存在很强地负相关关系。

综上，研究者发现，相关系数r＞0的区域均位于气温较低的高纬度地区，表明在大西洋东北部较冷的水域，浮游植物的丰度随着SST增加而增加；而相关系数r＜0的区域均位于气温较高的低纬度地区，表明在较暖的水域，浮游植物的丰度随着SST增加而减少。

) ?3 u& a n! W; B7 \+ \$ Y; N

浮游生物网络中营养联系的形式和强度。

4 Q" G& a5 Q% C4 `' L. ~8 e: A' X

强有力的自下而上的控制应该导致捕食者和猎物之间的正相关，强有力的自上而下的控制应该导致捕食者和猎物之间的负相关，而食物网内任何水平的强有力的气候控制应该导致营养水平内的丰度与一些环境变量(这里是SST)之间的显著相关性。

为了确定气候信号是否沿着浮游生物食物网向上传播(自下而上)，或者草食性动物的觅食是否会影响浮游植物的丰度(自上而下)，我们调查了桡足类草食性动物的丰度与它们的浮游植物之间的联系。

从上图分析可得，绝大多数桡足类草食性动物的丰度与浮游植物呈正相关，其中B5、C5区域以及rall、rsubset的置信区间位于0.0以上，相关性显著，而其余各区域单独相关性并不显著。又因桡足类草食性动物的丰度与SST无显著关系（rAll=0.04, Z =0.65, n.s.;rSubset=0.06, Z=0.60, n.s.），表明气候信号是沿着浮游生物食物网自下而上进行传播。

^+ F6 A; H$ X; M

为了评估气候信号是否传播到第二消费者，我们调查了肉食性浮游动物和桡足类食草动物之间的联系。

- m, {) W# _- B! E7 e* B

从上图分析可得，次级消费者丰度与草食性桡足类之间存在非常显著的正相关关系，除了C1区域外，相关性都是单独显著。又因肉食性浮游动物丰度与SST无显著关系（rAll=0.11, Z=1.63, n.s.; rSubset=0.12, Z=0.88, n.s.），表明草食性桡足类对肉食性浮游动物具有自下而上紧密而一致的控制作用。

$ }7 P9 j- m! \

研究·意义

GOOD BYE SUMMER

气候变化

会导致浮游生物营养水平内的丰度与环境变量（SST）之间的显著相关性；

会沿着食物网(自下而上的控制)从草食性桡足类传递到肉食性浮游动物；

, T% C" [$ g0 f' s+ e

可能会改变初级和次级海洋生产的空间分布，影响生态系统的功能；

会给海洋鱼类和哺乳动物种群带来额外压力。

浮游植物丰度对SST变化的复杂响应

; u* G$ c4 I. @1 O4 U

温度会直接影响生物群的生命活动；

' E9 ^; }5 X" H5 L" f3 L

可以作为调节浮游植物群落的大小结构、分类组成和丰度等其他过程的有用指标。

海洋生态系统中浮游生物营养水平的紧密耦合

! ?$ X; U+ B7 j4 \2 ~5 h/ T2 `$ {

有助于预测未来气候变化对海洋食物网的影响；

影响生态系统服务（氧气生产、碳封存、生物地球化学循环）。

1 @6 A3 T0 F/ `2 X- _6 Z8 V

汇报人：翟思婕 樊佳怡指导教师：姜晓东

7 g3 E% y. `& ~; [5 G

 END

参考文献

. N& b% j& y' K, p! L

Climate Impact on Plankton Ecosystems in the Northeast

6 D0 i" w6 t5 k

Atlantic. Science,2004,305:1609-1612.

; U7 t8 }. i( a1 ~ : X& A, v6 C( R) d1 w% \4 T* C ! a' m% t h9 q( ^) u