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温度是影响海洋浮游生态系统结构和功能的关键环境因子。从上个世纪初以来,受到人类排放温室气体的影响,全球海洋平均温度明显升高。但温度影响浮游生态系统变化和浮游生物生物量变动的机制还不明确。本文采用理论模型与实验生态相结合的方法探究温度对简单浮游生态系统稳态的影响,并一同考虑营养盐的输入,得到如下主要结果: 1.建立描绘以亚心形扁藻(Platymo nas Subcordiformis,绿藻)为被捕食者、海洋尖尾藻(Oxyrrhis marina,甲藻)为捕食者以及磷酸盐为限制性营养盐的简单海洋浮游生态系统生物间相互作用速率关系的营养盐-浮游植物-浮游动物(Nutrient-Phytoplankton-Zooplankton,NPZ)模型。根据海洋尖尾藻及亚心形扁藻生长的最适温度设置培养温度梯度,即最适温度±5℃。通过一系列的亚心形扁藻单种培养实验和海洋尖尾藻摄食实验,获得多温度梯度下模型中的未知参数:亚心形扁藻的内禀生长率(μmax)、海洋尖尾藻的最大摄食率(gmax)、亚心形扁藻生长的营养盐半饱和常数(KN)、海洋尖尾藻对亚心形扁藻摄食的半饱和数(KP)、海洋尖尾藻的同化效率(ε)及海洋尖尾藻死亡率(m),从而得到不同温度下的NPZ模型。 2.在多温度梯度下进行简单浮游生态系统的长期半连续培养实验,每日观测系统内营养盐浓度、浮游植物生物量以及浮游动物生物量的波动趋势,得到营养盐、浮游植物和浮游动物的长期时间序列,经广义相加模型(GeneralizedAdditional Model,GAM)和经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)分析后发现:15℃时,除营养盐外,其他两个时间序列均存在周期为25天的极限环;20℃时,除营养盐外,其他两个均存在周期为23天的极限环;25℃时,三个时间序列均存在周期为约15天的极限环。多温度梯度的NPZ模型结合不同温度下的半连续培养实验营养盐、浮游植物和浮游动物时间序列的初始值,模拟简单浮游生态系统长期半连续培养过程发现:25℃时,三个时间序列均存在周期为25天的极限环;20℃时,三个时间序列均存在周期为23天的极限环;25℃时,三个时间序列均存在周期为15天的极限环。NPZ模型模拟的长期时间序列波动周期与实验结果基本吻合,不仅证明了模型的可靠性,也揭示了随温度的升高,简单浮游生态系统极限环的波动周期逐渐变小、稳定性逐渐降低。 3.为探究简单浮游生态系统稳态对不同浓度营养盐输入的响应,本研究采用磷酸盐浓度分别为lμmol/L和5μmol/L的稀释培养基,对简单浮游生态系统进行长期半连续培养对比实验,观测系统内磷酸盐浓度、浮游植物生物量以及浮游动物生物量的波动趋势。两个长期半连续实验结果经GAM和EMD分析后发现,不同营养盐输入的长期时间序列均呈现周期一定的极限环,但高浓度磷酸盐输入的营养盐、浮游植物和浮游动物时间序列波动周期均小于低磷酸盐浓度输入的时间序列波动周期,从而可以得到高营养盐输入会导致简单浮游生态系统稳定波动周期变小、稳定性变低的结论。