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硅藻在几乎所有水生环境中大量存在,它们对环境变化十分敏感,且具有硅质的外壳,可以在历史的变迁中遗留在沉积物里保存下来,并将这些环境变化信息储存在沉积物中。而叶绿素也会因沉积物中缺氧而被很好的保存,不易发生质与量的变化。因此,海洋沉积物柱样中的叶绿素含量以及硅藻的种类组成和数量可能蕴含了丰富的环境变化信息,对恢复古海洋气候、研究海水富营养化、全球气候变化和区域响应等方面有重要的科学意义。
本文以采自我国海域东海和南海各2个沉积物柱样为材料(东海:zc13(28°25′59.9″N,122°0′29.9″E)、dc11(31°0′0.0″N,123°0′0.0″E),南海:19(22°13′48.0″N,114°44′24.0″E)、63(15°0′0.0″N,114°0′0.0″E);柱样深度分别为53、22、30和24 cm;所对应的年代分别为1951年-2010年、1790年-2010年、1976年-2011年、距今4400年前-2011年),分析、测定了其中的叶绿素a含量和硅藻种类组成和数量,阐述了叶绿素a含量和硅藻的分布特征对海洋环境的指示意义,主要研究结果如下:
1.东海沉积物柱样zc13中,共鉴定到硅藻门的种类138种,它们隶属于32属,优势种9种,分别是中肋骨条藻Skeletonema costatum具槽直链藻Melosirasulcata、菱形海线藻Thalassionema nitzschioides、佛氏海毛藻Thalassiothrixfrauenfeldii、条纹小环藻Cyclotella striata、辐射明盘藻Hyalodiscus radiatus、多列拟菱形藻Pseudo-nitzschia multiseries、减小圆筛藻Coscinodiscus decrescens波状辐裥藻Actinoptychus undulates;叶绿素a的沉积物干重含量范围为0.22-3.53μg/g,硅藻丰度范围(0.20-4.38)×105 valves/g。东海沉积物柱样dc11中,共鉴定到硅藻门的种类65种,它们隶属于21属,优势种8种,分别是中肋骨条藻、江河骨条藻S.potamos佛氏海毛藻、柱状小环藻C.stylorum、条纹小环藻、具槽直链藻、维廷圆筛藻C.wittianus、波状辐裥藻;叶绿素a的沉积物干重含量的变化范围为0.22-2.72μg/g,硅藻丰度范围为(0.05-11.38)×105 valves/g。南海沉积物柱样19中,共鉴定到硅藻门的种类71种,它们隶属于32属,优势种3种,分别是条纹小环藻、具槽直链藻和佛氏海毛藻;叶绿素a的沉积物干重含量范围为0.89-6.63μg/g,硅藻丰度范围为(0.52-1.47)×105 valves/g。南海沉积物柱样63中,共鉴定到硅藻门的种类82种,它们隶属于24属,优势种3种,它们分别是结节圆筛藻C.nodulifer、菱形海线藻和佛氏海毛藻;叶绿素a的沉积物干重含量的范围为0.22-4.07μg/g,硅藻丰度范围为(12.54-3.31)×105 valves/g。
2.对4个站位的硅藻生物多样性的分析结果表明,东海zc13站位和南海19站位的Shannon-Weaner多样性指数(H(′))随着时间的推移呈上升趋势,变幅分别为1.88-4.98和2.36-4.20;东海dc11站位和南海63站位的Shannon-Weaner多样性指数(H(′))随着时间的推移呈下降趋势,变幅分别为1.90-3.32和1.13-2.24。
3.对4个站位各指标的相关性进行分析。在东海站位,深度和种数目呈显著负相关(P<0.05);丰度和种、属数目、海链藻属百分含量呈显著正相关;种数目和属数目、海链藻属百分含量呈显著正相关;属数目和叶绿素a呈显著正相关。南海站位相较东海站位,多数指标相关性比较不显著。
4.根据4个柱样中叶绿素a含量、硅藻丰度、优势种、典型种的分布,对每个柱样的硅藻组合带进行了划分。将东海zc13站位沉积物柱样划分为4个带,沿岸硅藻种类始终占有优势地位,随着时间的推移,各带硅藻组合逐渐简单化,赤潮生物逐渐占领优势,反映了此站位沉积环境为沿岸河口环境,并随着时间的推近出现了水体富营养化。将东海dc11站位沉积物柱样划分为2个带,本站位硅藻组合变化总体趋势与zc13站位相似,同样反映了沿岸河口沉积环境以及水体富营养化的发展。将南海19站位沉积物柱样划分为4个带,各带硅藻组合基本相似,沿岸硅藻种类始终占有优势地位,反映了此站位沉积时期的气候为河口近岸环境,受河口冲淡水影响随着时间的推移有所增强,并在20世纪90年代初期为最暖时期。将南海63站位沉积物柱样划分为4个带,硅藻组合主要以佛氏海毛藻为优势,反映了此站位沉积环境为热带-亚热带远洋环境,并在约距今1700年前沉积气候为最暖。
5.从20世纪90年代初期开始到21世纪初期我国东海两个柱样中赤潮生物中肋骨条藻含量越来越高,到最后占领绝对优势地位,含量分别达到了zc13站位的28%和dc11站位的65%。而此情况在越靠近长江口越显著,硅藻丰度升高,硅藻生物多样性降低。这很有可能与我国东海的富营养化有关。
6.对我国东海沉积物柱样zc13的研究发现,40 cm深度处(1966年前后)的沉积样,叶绿素a含量较低,硅藻数量较少,并出现拟菱形藻的变形细胞,这很有可能与该时期海洋中硅营养盐限制有关。
7.我国东海两个柱样沉积物硅藻中微型硅藻的含量比南海两个柱样高得多,而位于长江口附近的东海dc11站位沉积微型硅藻的含量高于南边的东海zc13站位。研究结果表明,20世纪初期以来我国东海此区域硅藻出现从小型向微型转变的趋势,而微型硅藻随着时间的推移种群数量渐趋变大,并占据优势。特别是进入21世纪后,骨条藻属、海链藻属的微型硅藻处于绝对优势的地位。