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1、短期项目观测短期项目观测-北极黄河站生态环境监测北极黄河站生态环境监测负责人负责人：何剑锋 现场执行人现场执行人：张芳、崔世开、 王斌 资助课题资助课题：南、北极海洋微微型浮游植物群落及其生态作用对比研究 所在队次所在队次：中国北极黄河站 2011 年科学考察 考察地点考察地点：黄河站 所属学科所属学科：海洋生物学 目的与意义目的与意义：北极斯匹次卑尔根群岛地区地处高纬，是北冰洋水团和大西洋水 团的交汇区，受极地海冰、大西洋暖水团和北极冷水团的多重影响，对全球气 候环境变化更为敏感。在我国北极黄河站科学考察中已初步开展了相关的王湾 生态环境监测项目，对王湾现场情况和基本生态特征有一定了解，相关
2、研究已 受到了国际同行的重视。作为 “北极海洋实验室”的一员，使近岸海域为重点的 现场过程研究具备有利的现场实验条件支撑。同时，针对海洋生态学研究热点， 在目前尚无其他国家在该地区开展研究的如“海洋生物生产过程”等领域开展研 究，形成自己的研究特色，就可能在该地区未来的海洋研究热潮和国际合作中 赢得应有的主动和地位。 考察背景考察背景：全球的年平均气温在过去的 100 年间持续升高；臭氧空洞造成了 UV-B 辐射的增加；有机农药和重金属污染加剧等等。环境的这种变化已经对 原有的生态系统产生了严重的后果，并在一定程度上危及了人类的生存环境。 准确了解环境的变化趋势及其对生态系统的潜在影响是人类提
3、前做出应对措施 的前提。 南、北极的恶劣环境使得那里的生态系统比低纬度地区的相对简单，因而对全 球气候环境变化也更为敏感，已成为国际性全球生态环境监测网络中必不可少 的一环。北极斯匹次卑尔根群岛地区地处高纬，生态系统受人为的扰动较少， 是开展生态环境监测与研究的理想之地。迄今为止，人们仍然无法估计北冰洋碳的通量，主要原因是缺乏对北冰洋 生态系统结构和功能的认识。众所周知，海洋中的生物泵才是海洋吸收 CO2 的 源动力，无机碳就是经光合作用转化成有机碳，再经过食物网逐级传递才最终 输出真光层沉向海底的。现有的研究已经证实，北冰洋的叶绿素和初级生产力 水平与世界上其他的寡营养海区相似。同时，北冰洋
4、生态系统中生物泵的结构 要比原来设想的复杂得多，不但存在经典的食物链，也包括复杂的微食物环。 北冰洋中原生动物等微型浮游动物的生物量比较高，微型、超微型浮游植物在 浮游植物总量中所占的比例也比较大。因此，要准确估计北冰洋在全球碳循环 中的作用，必须象在世界其他海区一样，首先认识光合作用固定的碳经食物网 传递沉降的情况，以及海冰消长对各海洋生物群落碳同化固定速率的影响。王湾（79N, 12-13E）作为一个开放的海湾，是切割斯匹次卑尔根陆架的 海沟。湾内水文状况和季节变化较为复杂：北大西洋海流的一个分支斯匹 次卑尔根海流为该地区的沿岸带来了高温、高盐（35psu）的海水，大西洋和北 极水团在陆架
5、区内的交换导致了王湾水温和盐度的变化；同时湾内海冰的形成 和消融、以及夏季大量冰川融水的注入均影响着湾内的水文状况。由于受大型 冰川以及湾外大西洋的双重影响，特别是湾内盆地的淡水和沉积物输入，海湾内环境条件的梯度变化明显。 这些变化对栖息于高纬度海湾内的生物群落有明 显的作用，并引起湾内向湾外动植物群落的明显变化。 考察内容考察内容：根据北极斯匹次卑尔根群岛地区的研究现状和未来发展趋势，将集 中有限目标，充分利用国际合作平台，以海洋为主开展生态环境的监测与研究， 重点开展夏季冰川融水注入对王湾浮游生物群落结构和功能的影响研究，以揭 示夏季冰川融水注入的生态学作用。 （1） 生物多样性：通过光学
6、显微观察、荧光显微观察、流式细胞术、HPLC 分析和分子生物学分析等多种手段，分析微型和微微型浮游生物的类群丰度、 生物量和生物多样性、小型浮游植物群落的种类组成和生物量。 （2） 生物群落的调控机制：光、温、盐、营养盐等环境参数调查，分析环境 参数对浮游生物群落结构的调控作用。 （3） 营养盐动力学研究：研究王湾营养盐分布特征、组成结构的变化、主要 影响因素及其对浮游植物群落结构的影响，通实验研究分析冰川融水对浮游植 物群落结构的潜在影响。 （4） 总有机碳分析：总有机碳的垂直分布及其与浮游生物群落结构和冰川融 水等环境参数的相关性分析。 （5） 全球变化对生态系统的潜在影响：通过综合分析，
7、了解浮游生物群落的 环境调控机制，分析在北极环境快速变化背景下的未来变化趋势。 方法和手段方法和手段：对长期监测站位（见示意图）进行综合调查： （1） 利用 SEB CTD-19plus 进行温、盐和叶绿素浓度剖面测定。 （2）使用分光光度法和营养盐自动分析仪分析营养盐等参数。 （3）元素分析仪分析有机碳。 （4） 水柱 0、2、5、10、20、30、50、75、100m 分层采样; 各取 500-1000mL 水样过滤在玻璃纤维滤膜上，丙酮萃取后用荧光法进行叶绿素 a 测定；并各分 层取样中另取 500-1000mL 水样，过滤在 3m 聚碳酸脂滤膜上，加入 500L CTAB 缓冲液，低温
8、保存。用于超微型浮游植物分子生态学研究。 （5） 各取 300ml 用福尔马林固定（终浓度为 1%） 。取 30-250ml 在实验室 DAPI 染色并过滤在 0.2 和 2.0 m 孔径的黑膜上，在玻片上固定并冷冻保存， 在实验室利用 Nikon 荧光显微镜和体视镜进行观察和计数；用于浮游细菌和原 生生物丰度和生物量分析。现场利用新鲜 DAPI 染色样品分别进行流式细胞 （便携式）记数，分析粒级结构分布 （主要针对20 m） 。 （6） 各取 100ml 用 HgCl2 固定，带回国内用于营养盐分析；另取 100ml 用福 尔马林固定（终浓度为 1%） ，带回国内用于硅藻群落结构分析； （7
9、） 取水 2L 过滤到 GF/F 滤膜上，再分别取水 4L 经 20 微米筛绢和 2 微米滤 膜过滤后再过滤到 GF/F 滤膜上，冷冻保存回国用 HPLC 进行色素组成分析； （8） 利用小型浮游生物网进行中、小型浮游生物的采集，用福尔马林固定， 用于中、小型浮游生物的分析； （9） 进行冰川融水的采样，用于以上相关分析. 仪器设备仪器设备：SEB 19plus CTD（带叶绿素荧光和光量传感器） ，Niskin 采水器、 GelScience 多头滤器、真空泵、GPS 定位系统、低温冰柜，分光光度计（上海 精科） 、营养盐自动分析仪（荷兰 SKALAR） ，HPLC（美国 Waters） 、
10、元素分 析仪（美国 T） ，Turner 荧光，便携式流式细胞仪(Beckman Coulter)，Nikon 显 微镜，GelScience 多头滤器、多套活体实验培养装置. 工作计划工作计划：2011.0724-2011.0726 实验室整理，预实验2011.0727-2011.0731 野外作业，样品采集等 2011.0801-2011.0805 样品初步分析和处理 2011.0806-2011.0812 稀释试验等 2011.0813-2011.0814 实验室整理，样品打包等 数据和样品数据和样品：海水样品、湖泊或海湾沉积物等的现场采集，回到实验室后获取 海水营养盐、叶绿素 a、颗粒
11、有机碳样品、DAPI 染色样品、分子生物学样品、 HPLC 样品等实验室预处理，回国内实验室后进行分析并获得相应的数据。 后勤支撑要求后勤支撑要求：需要使用小艇，配有电动绞车。在考察期间至少需要使用 2 次 小艇，人员方面除本项目的 3 名作业人员外，尚需要王湾海域浮游玫瑰杆菌 支系的多样性及生态功能调查项目曾胤新等共同配合，互相帮助，完成相关 样品采集工作。 运输：运输：货物运输主要为野外现场调查所需的必需材料。以及采集好的样品输运。 约 10 个包装箱，拟采用托运。 英文摘要英文摘要：The Structure and Function of Plankton in Kongsfjorde
12、n, SvalbardStaff member: Three Ms.Zhang E-mail: Mr. Cui shikai E-mail: Institutes: Polar Research Institute of ChinaMs.Wang E-mail: wangbin_ Institutes: The Second Institute of Oceanography, SOAThe aims of the inversitation were to investigate the abundance and biomass of main groups of nano-plankton, to analyze plankton community structure, to investigate environmental factors such as water temperature, salinity, chlorophyll a concentrations, nutrient and light levels as well as photopigments.
