黄海微食物环季节变化及对主食物链贡献的生态动力学模拟研究
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摘要
微食物环研究是当前海洋生态学研究的热点之一，是人类重新认识海洋中微型生物生态过程重要性的前沿领域，也是对海洋生态系统结构与功能深入研究的必然趋势。海洋微型食物环是海洋生态系统的重要组成部分，在海洋食物网的能量流动和物质循环过程中担当了重要的角色，起到了非常重要的作用。通过建立海洋微食物环动力学数值模型，可以定量估算出海洋中微食物环对主食物链的贡献，估算微食物环加快营养盐循环的作用，为预测海洋生态系统结构动态变化奠定基础。
黄海作为典型的陆架海，是世界50个大海洋生态系统之一，也是我国重要的渔场。研究黄海微食物环的季节变化及其对主食物链的贡献对于该海区潜在资源估计和大海洋生态系统管理具有重要意义。
本文在黄海建立了以磷、硅循环为基础的二维微食物环生态模型，通过对黄海各生态变量季节变化的模拟结果，分析了微食物环在黄海不同季节、不同区域的分布差异，并估算出微食物环对主食物链在不同季节、不同区域的贡献。模拟结果表明：黄海作为陆架海，与寡营养区域（如深海、大洋）相比，其水域营养丰富，且新生生产力高，浮游植物固碳将有机物向高营养层传递是能量流动的主要途径，异养细菌同化溶解态有机物或颗粒态有机物，并转化为自身的碳生物量，后被微型浮游动物所摄食，这部分进入主食物链的能量是对海洋主食物链的一个重要补充。浮游植物生物量较低的冬季，微食物环对主食物链能量补充作用更加明显（大约30%）；然而，浮游植物水华过程中，细菌对碎屑的矿化分解是营养盐的重要补充，溶解态有机物是异养细菌的主要食物来源。微食物环对主食物链的贡献在黄海不同区域存在着空间差异，黄海中部和近岸水域，微食物环对主食物链的贡献在春季、夏季和冬季基本一致，但在秋季存在着较大差异，在黄海中部水域微食物环对主食物链的贡献为9%，近岸水域微食物环对主食物链的贡献则是18%。
在今后的工作中需要进一步细化微食物环生态系统模型，并将自养细菌、鞭毛虫、纤毛虫等微微型生物之间的能量转化传递作用包含其中。模型还要与物理过程密切结合，探讨微食物环对气候变化的响应，分析气候变暖、环流加强／减弱等造成的生态系统结构的变化，以及细菌、微食物环在其中的调节作用。
The microbial food loop（MFL）is one of the central topics of recent studies onmarine ecosystem. The study on the MFL helps the re-assessment of the importanceof micro-biological ecosystem processes，and is an essential step for more in-depthstudy on the structure and function of the marine ecosystem. The MFL plays anessential role in the energy flow and mass cycle. Through the development ofnumerical models for the dynamics of the MFL，quantitative estimates can beobtained for the contribution of the MFL on the main marine food chain and theacceleration of nutrient cycling. Eventually，this helps to build the basis for theprediction of the dynamics of the marine ecosystem.
As a typical continental sea, the Yellow Sea（YS）is one of the most importantfishery grounds in China, and one of50large marine ecosystems in the world ocean.Research on seasonal variation of microbial food loop and its role in the main foodchain in the Yellow Sea is key to the assessment of potential resources andmanagement of a large marine ecosystem.
In this study，a two-dimensional model for the MFL is developed and is applied tosimulated the seasonal variations of various parameters of the ecosystem in the YS.Model results show that the contributions of the MFL to the main food chain differ indifferent seasons and geographic locations. Analyses reach the following majorconclusions:(1) During the spring bloom of phytoplankton，nutrients are compensatedby de-composition of detritus by the bacteria; and the dissolved organic material is theprimary nutrition source of the bacteria;(2) Compared to the oligotrophic regions of the deep and open oceans，the continental shelf seas have more abundant nutrients andhigher new primary productions. Phytoplankton carbon fixing is a major way of thetransfer of organic material to higher trophic level. The hyterotrophic bacteria canassimilate the DOM or POM，be predated by microzooplankton to enter the main foodchain as a supply of energy. During winter，the phytoplankton biomass is low and theMFL plays a more prominent role in the energy supply for the main food web（ca.30%）.(3) The contribution of the MFL to the main food web differs in differentregions of the YS. The contributions in the spring， summer and winter seasons aresimilar in terms of the spatial distribution. In the fall season， however， thecontribution to the total main food chain amounts to9%in the central YS，and18%in the coastal waters.
Further studies are needed to refine the MFL model by including the autotrophicbacteria， flagellate and ciliophora. Through coupling to the physical processes， onecan explore the response of the MFL to climate change， for example， the influenceof global warming and the weakening/strengthening of the currents on changes inthe structure of the ecosystem and the role played by bacteria and MFL. The modeldeveloped in this study could be an effective tool for the marine ecosystem basedmanagement.
黄海作为典型的陆架海，是世界50个大海洋生态系统之一，也是我国重要的渔场。研究黄海微食物环的季节变化及其对主食物链的贡献对于该海区潜在资源估计和大海洋生态系统管理具有重要意义。
本文在黄海建立了以磷、硅循环为基础的二维微食物环生态模型，通过对黄海各生态变量季节变化的模拟结果，分析了微食物环在黄海不同季节、不同区域的分布差异，并估算出微食物环对主食物链在不同季节、不同区域的贡献。模拟结果表明：黄海作为陆架海，与寡营养区域（如深海、大洋）相比，其水域营养丰富，且新生生产力高，浮游植物固碳将有机物向高营养层传递是能量流动的主要途径，异养细菌同化溶解态有机物或颗粒态有机物，并转化为自身的碳生物量，后被微型浮游动物所摄食，这部分进入主食物链的能量是对海洋主食物链的一个重要补充。浮游植物生物量较低的冬季，微食物环对主食物链能量补充作用更加明显（大约30%）；然而，浮游植物水华过程中，细菌对碎屑的矿化分解是营养盐的重要补充，溶解态有机物是异养细菌的主要食物来源。微食物环对主食物链的贡献在黄海不同区域存在着空间差异，黄海中部和近岸水域，微食物环对主食物链的贡献在春季、夏季和冬季基本一致，但在秋季存在着较大差异，在黄海中部水域微食物环对主食物链的贡献为9%，近岸水域微食物环对主食物链的贡献则是18%。
在今后的工作中需要进一步细化微食物环生态系统模型，并将自养细菌、鞭毛虫、纤毛虫等微微型生物之间的能量转化传递作用包含其中。模型还要与物理过程密切结合，探讨微食物环对气候变化的响应，分析气候变暖、环流加强／减弱等造成的生态系统结构的变化，以及细菌、微食物环在其中的调节作用。
The microbial food loop（MFL）is one of the central topics of recent studies onmarine ecosystem. The study on the MFL helps the re-assessment of the importanceof micro-biological ecosystem processes，and is an essential step for more in-depthstudy on the structure and function of the marine ecosystem. The MFL plays anessential role in the energy flow and mass cycle. Through the development ofnumerical models for the dynamics of the MFL，quantitative estimates can beobtained for the contribution of the MFL on the main marine food chain and theacceleration of nutrient cycling. Eventually，this helps to build the basis for theprediction of the dynamics of the marine ecosystem.
As a typical continental sea, the Yellow Sea（YS）is one of the most importantfishery grounds in China, and one of50large marine ecosystems in the world ocean.Research on seasonal variation of microbial food loop and its role in the main foodchain in the Yellow Sea is key to the assessment of potential resources andmanagement of a large marine ecosystem.
In this study，a two-dimensional model for the MFL is developed and is applied tosimulated the seasonal variations of various parameters of the ecosystem in the YS.Model results show that the contributions of the MFL to the main food chain differ indifferent seasons and geographic locations. Analyses reach the following majorconclusions:(1) During the spring bloom of phytoplankton，nutrients are compensatedby de-composition of detritus by the bacteria; and the dissolved organic material is theprimary nutrition source of the bacteria;(2) Compared to the oligotrophic regions of the deep and open oceans，the continental shelf seas have more abundant nutrients andhigher new primary productions. Phytoplankton carbon fixing is a major way of thetransfer of organic material to higher trophic level. The hyterotrophic bacteria canassimilate the DOM or POM，be predated by microzooplankton to enter the main foodchain as a supply of energy. During winter，the phytoplankton biomass is low and theMFL plays a more prominent role in the energy supply for the main food web（ca.30%）.(3) The contribution of the MFL to the main food web differs in differentregions of the YS. The contributions in the spring， summer and winter seasons aresimilar in terms of the spatial distribution. In the fall season， however， thecontribution to the total main food chain amounts to9%in the central YS，and18%in the coastal waters.
Further studies are needed to refine the MFL model by including the autotrophicbacteria， flagellate and ciliophora. Through coupling to the physical processes， onecan explore the response of the MFL to climate change， for example， the influenceof global warming and the weakening/strengthening of the currents on changes inthe structure of the ecosystem and the role played by bacteria and MFL. The modeldeveloped in this study could be an effective tool for the marine ecosystem basedmanagement.
引文
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