（环境科学专业论文）近百年来长江口浮游植物群落变化的沉积记录研究.pdf

摘要 间变化，一定程度上可反映有机质来源，但受到沉积物中吸附的无机氮以及有机 质选择性降解等因素的干扰 长江口外赤潮多发区沉积物柱状样g l 柱沉积速率为1 5 54 - 0 0 3e m a ，年代 最早可追溯到2 0 世纪4 0 年代初期8 1 3 c o r g 为1 9 5 0 旷2 6 1 5 o ，c o r g n 为 4 0 3 1 9 4 ，沉积有机质为混合来源6 1 5 n 为2 2 3 6 3 9 ，生物地球化学过 程对6 1 5 n 改造影响了物源信号，在6 0 8 0 年代时间段存在低值，与该时段环境 中营养盐持续输入，氮盐过剩及固氮作用增强等相对应古生产力替代指标t o c ， b s i 及绿素的研究表明5 0 年代初海区生产力较低。在5 0 年代至8 0 年代期问， 海源输入比重加大，且硅藻生产力大幅提高，与此阶段长江口营养盐浓度迅速增 加相应沉积物中浮游植物色素组成信息还表明在该时段绿藻、蓝藻等生产力也 有增加8 0 年代后，b s i 显示硅藻生产力降低色素信息则表明青绿藻、隐藻或 甲藻等藻类生物量增加这与海区氮盐持续增加，但s i 、p 等则呈降低趋势， n p ，p s i 值迅速增大密切相关营养盐结构的变化对海区浮游植物群落组成比 率有显著影响有机碳同位素数据表明此阶段陆源有机碳的贡献增强 关键词：有机碳、氮稳定同位素；光合色素；古生产力；浮游植物群落结构；长 江口；东海 l 浙江大学博士学位论文 a b s t r a c t p a r t i c u l a t eo r g a n i cc a r b o na n dp h o t o s y n t h e s i sp i g m e n t sw e r ei n v e s t i g a t e dt o k n o wt h ec h a r a c t e r i s t i c so fo r g a n i cc a r b o na n dt h es t r u c t u r eo ft h ep h y t o p l a n k t o n c o m m u n i t i e si nc h a n g i i a n ge s t u a r ya n de a s tc h i n as e a t h e nt h ep a l e o p r o d u c t i v i t y a n dt h ec h a n g i n ge n v i r o n m e n tc o n d i t i o n si nt h ep a s t6 0y e a r sw e r ed i s c u s s e db a s e do n t h es t u d i e so fs o m ep r o x i e ss u c ha so r g a n i cc a r b o na n dn i t r o g e nw i t ht h e i rs t a b l e i s o t o p e s ，b i o l o g i c a ls i l i c o n ，c h l o r i na n dp h o t o s y n t h e s i sp i g m e n t so fs u r f a c es e d i m e n t s a n das e d i m e n tc o r e t h er e s u l t si n d i c a t et h a tt h ep r i m a r yp r o d u c t i o ni sh i g hi nt h ei n s h o r ew a t e r 、 ，i t l l h i g hn u t r i e n tl e v e l s ( n p 16 ，d i s p l a y sa sp o t e n t i a lpl i m i t s s e aa r e a ) ，a n dt h e p h y t o p l a n k t o nc o m m u n i t i e sd e r i v e db yh p l cp h o t o s y n t h e t i cp i g m e n t sd o m i n a t e db y d i a t o m , n e x ta st h ec r y p t o p h y t e s ，e h l o r o p h y t e s ，p r y m n e s i o p h y t e s ，d i n o f l a g e l l a t ea n d c y a n o b a c t e r i a , b u tn oc h r y s o p h y t e sa n dp r o e h l o r o p h y t e si ns u m m e ra l o n gt h el a t i t u d e o f31o ni ne a s tc h i n as e a w h i l ei nt h eo u t s i d ec o n t i n e n t a ls h e l fs e aa r e a , w i t l ll o w n u t r i e n tl e v e l sa n do b v i o u sn i t r o g e nl i m i t a t i o n ，t h ep r i m a r yp r o d u c t i o nw a sl o w , a n d t h ep h y t o p l a n k t o nw a sd o m i n a t e db yc y a n o b a c t e r i ai nt h es u r f a c ew a t e r , n e x ta st h e c r y s o p h y e s ，p r y m n e s i o p h y t e s ，c h l o r o p h y t e sa n dp r o e h l o r o p h y t e s t h ed i a t o mw a s f e w i nt h es u r f a c ew a t e rw h i l ei nt h eb o t t o mt h e r ew a ss o m e ，i n d i c a t e do u t w a r dl a t e r a l t r a n s p o r t m o s to fc y a n o b a c t e r i ad e g r a d e dd u r i n gd e p o s i t i o ni nt h ew a t e rc o l u m na n d o n l yaf e wc a nd e p o s i t e di nt h es e d i m e n s t h ec o n c e n t r a t eo fp a r t i c u l a t eo r g a n i c c a r b o nw a sh i g hn e a rt h es h o r ea f f e c t e db yt h ec o n t e n t so fs u s p e n d e dp a r t i c l e sw h i l ei t d e c r e a s e do u t w a r d si nt h ee a s tc h i n as e a p o ci ns u r f a c el a y e rs e aw a t e rm a i n l y o r i g i n a t e sf r o mt h em a r i n eo r g a n i s m s ，w h i l et h ed e t r i t u so r g a n i cc a r b o nc o n t r i b u t e s g r e a t l yi nt h eb o t t o ml a y e r , e s p e c i a l l yi ni n s h o r ew a t e r t h ec o n t e n t so ft o t a lo r g a n i cc a r b o n ( t o c ) ，b i o l o g i c a ls i l i c o n s i ) a n dc h l o r i n w e t u s e d 舔 p r o x i e s f o rp a l e o p r o d u c t i v i t y t h ec o n t e n t so ft o cr a n g e df r o m0 1 0 t 0o 7 2 i ns u r f a c es e d i m e n t s 、i t l lh i g hv a l u e si nt h ei n n e rs h o r ea n dl o wv a l u e s o f fs h o r e t h et e r r e s t r i a li n p u t si nt h ec h a n g j i a n ge s t u a r ya n dh a n g z h o ub a ya f f 醐e d t h eu s eo ft o ca s t h ep r o x yo fp a l e o p r o d u c t i v i t y b s im a i n l yp c 埴c o r m a n c ef o r d i a t o m sp r o d u c t i v ef o r c e s ，a n dt h ec o n t e n t sr a n g e df r o m0 0 5 t o0 3 0 d i a t o m p r o d u c t i v ed i s p l a y e dh i g hi n t h ei n s h o r ew h i c hr e d u c e dt ot h eo p e ns e a c h l o r i n a t t r i b u t et om e p h y t o p l a n k t o np r o d u c t i v ef o r c e s ，t h ec o n t e n t si so 0 3 熠g 7 7l i - t g g ，t h eh i g hv a l u ed i s t r i b u t e si nt h ea r e ao f12 2 5 0 e - 1 2 3 5 0 e ，c o r r e s p o n d sw i t ht h e 摘要 h i g hp r o d u c t i v ef o r c e sa r e ai nt h ec h a n g ji a n ge s t u a r y s t u d i e so fo r g a n i cc a r b o ni s o t o p e ( 6 n c o r g ) ，n i t r o g e ni s o t o p e ( 6 15 n ) a n dt h e c o r g nr a t i o i n d i c a t et h a t 6 1 3 c o r gi n f o r m a t i o nw a sr e l a t i v e l ya p p r o p r i a t ef o r d i f f e r e n c et h eo r i g i n a t eo fo r g a n i cm a t t e r si ns t u d ya r e a 6 1 3 c o r gr a n g e df r o m 2 4 4 5 t o - 2 0 4 8 ，i n d i c a t e st h em i x i n gs o u r c eo fo r g a n i cm a t t e rf r o mt e r r e s t r i a lo r i g i n a n dm a r i n eo r g a n i s m s 。6 1 nv a l u ed e m o n s t r a t e st h ei n f o r m a t i o no fb i o g e o c h e m i s t r y p r o c e s st r a n s f o r m a t i o n 6 1 nw a sl i g h ta sar e s u l to fn i t r o g e nf i x a t i o ni n f l u e n c ei nt h e o u t s h e l fo fe a s tc h i n as e a , b u tt l l ei n s h o r ew a t e rd e p o s i t5 15 nw a st h er e s u l to f s y n t h e s i si n f o r m a t i o no ft h en i t r a t es u r p l u s ，s e l e c t i v i t yd e g r a d a t i o no fo r g a n i cm a t t e r a n dd e n i t r i f i c a t i o nt r a n s f o r m a t i o np r o c e s s c o r g nr a t i ow a sc h a n g e df r o m5 2 7t o 1 1 2 9i ns t u d ya r e a , r e f l e c tt h eo r g a n i cm a t t e ro r i g i n a t e si nc e r t a i nd e g r e e ，b u ta f f e c t e d b ym ea b s o r b a n c eo f n i - 1 4 十a sw e l la so r g a n i cm a t t e rs e l e c t i v i t yd e g r a d a t i o n s t a b l eo r g a n i cc a r b o ni s o t o p e ，b i o g e n i cs i l i c a t ea n dp i g m e n t sw e r es t u d i e df r o ma s e d i m e n t a r y c o r ef o rd i s c u s s i n gt h ev a r i a t i o no fp a l e o p r o d u c t i v i t ya n dt h e e n v i r o n m e n t a li m p l i c a t i o n si nt h ep a s td e c a d e si nc h a n g j i a n ge s t u a r y t h e s e d i m e n t a r yr a t ew a s1 5 5 a ：0 0 3c m aa n dt h ec o r eh a dr e c o r d e dt h ei n f o r m a t i o nf r o m t h eb e g i n n i n go f19 4 0 st o19 9 7 t h es e d i m e n t a r yo r g a n i cc a r b o nw a sm i x i n go r i g i n a t e d e r i v e df r o mt h es i g n a t u r eo f6 1 j c o r g ( - 1 9 5 09 6 0 一- 2 6 15 9 6 0 ) a n dc o r g nv a l u e s ( 4 0 3 - 19 4 ) t h ec h a n g i n gv a l u eo f6 1 3 c o r gi n d i c a t e dt h a tt h er i v e r i n eo r g a n i cc a r b o n i n c r e a s e da f t e r19 8 0 s 6 1 5 nw a s2 2 3 6 3 9 ，d e m o n s t r a t e st h ei n f o r m a t i o no f b i o g e o c h e m i s t r yp r o c e s st r a n s f o r m a t i o n l o w6 1 nv a l u ei nt h em i d d l eo ft h ec o r e ， c o r r e s p o n d sw i t ht h et i m eo f6 0 p8 0 sw a sa f f e c t e db yt h ei n c r e a s i n gn i t r a t ei n p u t s a n di n c r e a s i n gn i t r o g e nf i x a t i o n t h eb i o g e n i c p r o x i e sp r e s e n tt h r e es t a g e s o f p a l e o p r o d u c t i v i t yc h a n g e s ：b e f o r e19 5 0 s ，m a r i n ep r i m a r yp r o d u c t i o nw a sl o w , a n di t i n c r e a s e dd u r i n g19 5 0 s 一19 8 0 s 谢md i a t o m sd o m i n a t e d ，c o n s i s t e n tw i t hi n c r e a s i n go f n u t r i e n t sc o n c e n t r a t i o n s c h l o r o p h y t e sa n dc y a n o b a e t e r i aw e r ei n c r e a s e de i t h e ri nt h i s s t a g e t h e nt h ep r o d u c t i o nd e c r e a s e dl a t e rt h a n19 8 0 s i nt h i ss t a g e ，t h ed i a t o m p r o d u c t i o nd e c r e a s e dw h i l et h ep r o d u c t i o no fo t h e rp h y t o p l a n k t o nc o m m u n i t i e ss u c h a s p r a s i n o p h y t e s ，c r y s o p h y t e s o r d i n o f l a g e l l a t e i n c r e a s e d i tw a sa f f e c t e db y c o n t i n u a l l yi n p u t so fh i g hn i t r a t e ，b u ts i ，pa n ds oo na s s u m er e d u c et h et e n d e n c y ，a n d i tr e s u l t sh i g hn p , p s in u t r i e n t sr a t i o si nc h a n g j i a n ge s t u a r y k e yw o r d ：o r g a n i cc a r b o n | n i t r o g e ns t a b l ei s o t o p e ；p h o t o s y n t h e t i cp i g m e n t s ： p a l e o p r o d u c t i v i t y ；p h y t o p l a n k t o nc o m m u n i t i e s ；c h a n g i i a n ge s t u a r y ；e a s tc h i n as e a v 浙江大学研究生学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果，也不包含为获得逝姿态堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论支作者签名：念嘭东、签字日期：a 衫年每月多日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解迸婆盘堂有权保留并向国家有关部门或机构送交本 论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权逝 江盘堂可以将学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 靴做作者虢念海燕 导师繇加炙端 签字日期：。夕年年月6 日 签字日期：1 年r 月7 日l j 致谢 致谢 历经数年，论文终得以完稿值此论文完成之际，首先要感谢我的导师翁 焕新教授从国家自然科学基金项目的申请、论文的选题，直至论文的最后定稿， 翁老师都给予了精心的指导和严格的把关老师的修养、品格，严谨的治学态度 均使我受益匪浅且深感敬意 感谢国家海洋局第二海洋研究所( 二所) 陈建芳研究员在工作学习中的科 研交流及讨论，在课题申请、论文内容及结构等方面给予的建议，对论文的完成 提供了很大的帮助 感谢国家海洋局第二海洋研究所张海生研究员、潘建明研究员、胡锡钢教 授级高工、陈全振研究员、王春生研究员等实验室领导和中心领导在日常工作、 学习和生活中的关心和鼓励，使我能够在宽松愉快的环境中得以学习、进步感 谢海洋二所人事处领导对我继续学业的支持和帮助 感谢中国科学院南海海洋研究所殷克东研究员提供c h e m t a x 软件应用程 序感谢国家海洋局第二海洋研究所于晓果研究员在有机碳、氮同位素分析中给 予的大力支持；张富元研究员、章伟艳副研究员在粒度分析中给予的大力帮助； 刘小涯高级工程师在实验室工作中提供的方便；感谢二所黄大吉研究员，张涛提 供9 0 8 调查的部分c t d 数据，使得论文更加充实在这里还要感谢二所林以安 研究员、l 金明明l 副研究员，卢勇助理研究员、高生泉研究员、陆斗定研究员、 刘子琳研究员等各位老师，在与各位老师的学习与交流过程中受益匪浅感谢冯 旭文研究员、曾江宁副研究员、徐杰、李宏亮、王奎、王文亮、白有成、余小青 等二所的各位同事和同学以及秦亚超、孙向卫、田荣湘等师兄师姐们的在论文完 成过程中的帮助还有其他这里未能一一列举名字的同事和朋友们，对于他们的 帮助，在此一并表示感谢。正是有了各位老师和同学们的大力协助本论文才得以 顺利完成! 最后我要感谢我的家人，正是由于你们对我的支持、理解我才能全身心的投 入到学业中! 也正是由于你们的关心和鼓励才使我得以坚持下来希望以后有更 多的时间陪伴在你们身边1 2 0 0 9 年4 月 引 言 1 引言 自工业化以来，人类面临着一系列重大而严峻的全球环境问题其中大气 中二氧化碳等温室气体的快速增加引起的全球变暖越发受到人们的关注。海洋是 地球系统中巨大的碳储库之一，其碳存量比大气高出六十倍左右，因此海洋对大 气二氧化碳含量起着非常重要的调节作用。全球化石燃料燃烧每年以二氧化碳形 式向大气排放的碳约为6g t ，其中海洋吸收c 0 2 的量增至2 2g tcy 一，大约占人 类排放碳总量的l 3 左右( b a l i f i oe ta 1 ，2 0 0 1 ) ，使得大气中二氧化碳的增量远远 小于人类排放总量。海洋对大气c 0 2 的调节主要通过“生物泵”过程和“物理泵” 过程来实现。其中“生物泵”作用主要是海洋浮游生物通过光合作用，将海洋上层 溶解的c 0 2 和氮、磷、硅等营养盐按r e d f i e l d 比值合成有机质( r e d f i e l de ta 1 ， 1 9 6 3 ) ，并通过营养级传递及生物碎屑沉降将上层海洋中的碳泵入深海。 不同生物类型的“生物泵”作用对大气c 0 2 的调节效应不一样如果海区真 光层中的浮游植物以微型和微微型生物为主，则不仅浮游生物本身沉降到海底的 有机碳通量低，而且通过浮游动物摄食等食物链传递后沉降到海底的有机碳通量 也较低反之如果海区真光层中以小型浮游植物为主，则其产生的向下的有机碳 通量相对较高( b u e s s e l e r , 1 9 9 8 ) 。硅藻和颗石藻对碳输出的效果也不同。硅藻利 用海水溶解的c 0 2 生成有机碳向深海输送，因此它可以降低海水二氧化碳分压 ( p c 0 2 ) ( h i g g i n s o na n d a l t a b e t , 2 0 0 4 ) ；而钙质生物除了利用c 0 2 形成有机质外， 在生成其钙质壳体时，利用海水中的碳酸氢根并释放c 0 2 ( 1 9 l e s i a s r o d r i g u e ze t a 1 ，2 0 0 2 ) 。因此，海洋对大气c 0 2 的调节作用不仅取决于“生物泵”的强度，而且 还与生物泵的结构有关。 此外，近岸海域海洋生态环境恶化尤其是赤潮也已成为全球性海洋灾害之 一我国赤潮灾害有逐年上升趋势，2 0 0 3 年我国共发现赤潮1 1 9 次，比上年增 加4 0 次，直接经济损失达4 0 0 0 多万( 2 0 0 3 年中国海洋灾害公报，2 0 0 4 ) 。海洋 环境的恶化及赤潮严重影响了我国的海洋环境质量及海洋经济的发展( 黄蓉， 2 0 0 1 ；潘智韬和刘士忠，1 9 9 0 ；柳卫海和詹秉义，1 9 9 9 ) ，不仅如此，有些有害 赤潮生物还可产生藻毒素，不但可以直接造成生物大量死亡，而且经食物链传递， 在贝类鱼类体内积累从而危害人类健康( 江天久等，2 0 0 3 ) 。因此加强赤潮的 预测与防治工作极为重要。而了解海洋浮游植物的组成及变化历史也是研究赤潮 浙江大学博士学位论文 问题的一个重要内容。 了解浮游植物群落结构最直接的办法就是以形态特征为依据在显微镜下观 测，不仅专业性要求很高，而且费时费力又容易造成漏检( h a l l e g r a e f fa n d j e f f r e y , 1 9 8 4 ) 。利用流式细胞仪分析可以详尽的获得水体中的浮游植物组成，但 不能对沉积物中留存的信息进行分析。那么如何将现代海洋过程与古海洋想结合 来研究海洋浮游植物组成结构的演变历史呢? 一些海洋生物标志化合物为此提 供了可能。由于不同的浮游植物群落所具有的特征光合色素不同，因此使用光合 色素组成结合化学分类法可以用来表征群落结构组成并定性、定量分析不同浮游 生物类型在上层水体中的输入及其向深海的输出，并通过分析沉积色素组成获取 海洋环境变化的历史数据( j e f f r e ye ta 1 ，1 9 9 7 ；g i b be ta l ，2 0 0 1 ；m a c k c ye ta 1 ，2 0 0 2 ； r u e s sc ta 1 2 0 0 5 ) 1 1 浮游植物光合色素及其生物地球化学意义 i i 1 浮游植物光合色素组成 色素是由于反射特定波长的可见光而具有颜色的一类化合物，植物体内的 色素不仅由于其反射可见光而具有一定颜色，更重要的是它可以吸收特定波长的 光而进行光合作用，这类色素称为光合色素( p h o t o s y n t h e t i cp i g m e n t s ) ( h t t p ：w w w u c m p b e r k e l e y e d u ) 色素主要有三类： 一类是叶绿素( c h l o r o p h y l l s ) ，合有卟啉环呈绿颜色这类色素主要是叶绿 素a 、叶绿素b 、和叶绿素c 所有的藻类和蓝细菌都含有叶绿素a ；叶绿素b 则 只存在于绿藻中，叶绿素c 则在甲藻、着色鞭毛藻和一些硅藻中均有发现 第二类是类胡萝卜素( c a r o t e n o i d s ) ，包括我们常说的胡萝卜素( 红色素) 及黄色素等由于这类色素不能直接利用太阳光进行光合作用，而是将其吸收的 光能传给叶绿素，因此又称为副色素。如岩藻黄素、硅藻黄素等。 第三类为胆藻素( p h y c o b i l i n s ) ，为可溶色素，仅存在于红藻( r h o d o p h y t a ) 及蓝细菌( c y a n o b a c t e r i a ) 中 海洋浮游藻类色素组成情况见表1 1 所示，通常用来表征浮游植物群落结 构的特征色素见表1 2 所示( c s i r o ，2 0 0 0 ；w r i g h t , 2 0 0 5 ) 2 表i i 海洋植物中的色素组成 叶绿素 叶绿素a ( c h ! a ) 叶绿素b ( c h l 叶绿素c l ( c h lc d 叶绿素c 2 ( c h lc 2 ) 叶绿素c 3 ( c h lc 3 ) 二乙烯基叶绿素a ( d v c h la ) 二乙烯基叶绿素b ( d vc h lb ) 胡萝卜素局胡萝卜素( ac a r o t e n e ) 屈声胡萝卜素够c a r o t e n e ) 局丫胡萝卜素“c a r o t e n e ) 叶黄素 别黄素( a l l o x a n t h i n ) 1 9 - 了酰氧基岩藻黄素 ( i9 - b u t - f u c o x a n t h i n ) 硅甲藻黄素( d i a d i n o x a n t h i n ) 硅藻黄( d i a t o x a n t h i n ) 岩藻黄素( f u c o x a n t h i n ) 1 9 - 己酰氧基岩藻黄素 ( 1 9 - h e x - f u c o x a n t h i n ) 叶黄素( 1 u t e i n ) 甲藻黄素( d i n o x a n t h i n ) 新甲藻黄素( n e o x a n t h i n ) 多甲藻素( p e r i d i i l i l l ) 青绿黄素( p r a s i n o x a n t h i n ) 管藻素 紫黄素( v i o l a x a n t h i n ) 玉米黄素( 臻a ) 【锄d l i n ) 胆藻素别藻蓝蛋白( a l l o p h y c o c y 柚i n ) 藻胆青素( p h y c o c y a n o b i l i n ) 藻胆红素( p h y c o e r y t h r o b i l i n ) 3 浙江大学博士学位论文 表1 2 浮游植物的主要特征色素 藻类特征色素 硅藻( d i a t o m s ) 甲藻( d i n o f l a g e l l a t e s ) 原绿藻( p r o c h l o r o p h y t e s ) 绿藻( c h l o r o p h y c e a e ) 青绿藻( p r a s i n o p h y c e a e ) 定鞭藻( p r y m n e s i o p h y c e a e ) 隐藻( c r y p t o p h y c e a e ) 金藻( c h r y s o p h y c e a e ) 蓝藻( c y a n o b a c t e r i a ) 岩藻黄素( f u c o x a n t h i n ) 和硅甲藻黄素( d i a d i n o x a n t h i n ) 甲藻黄素( p e r i d i n i n ) 二乙烯基叶绿素a ，b ( d vc h l a a n d d v c h l b ) 叶黄素( 1 u t e i n ) 及叶绿素b ( c h l o r o p h y l lb ) 青绿黄素( p r a s i n o x a n t h i n ) 1 9 己酰氧基岩藻黄素( 1 9 h e f ) 别黄素( a l l o x a n t h i n ) 1 9 丁酰氧基岩藻黄素( 1 9 b u t ) 玉米黄素( z e a x a n t h i n ) 和胆藻素蛋白( p h y c o b i l l i p r o t e i n s ) 我国近海赤潮生物主要有硅藻门、甲藻门、绿藻门、着色鞭毛藻门、蓝藻 门等( 齐雨藻等，2 0 0 4 ；郭咯等，2 0 0 4 ) 。据不完全统计，东海区共发现1 3 9 种 赤潮生物。其中硅藻8 2 种，占5 9 0 ，甲藻4 6 种，占3 3 1 ，此外还有蓝 藻金藻、隐藻和定鞭藻( 叶属峰和黄秀清，2 0 0 3 ；王金辉，2 0 0 3 ) 各种藻类所含有的色素信息如下： 硅藻门( b a c i l l a r i o p h y t a ) 硅藻( d i a t o m ) ，硅藻的色素体含有叶绿素a 、 叶绿素c 、硅藻素和叶黄素等，富含胡萝卜素。 甲藻门( ( p y r r o p h y t a ) 甲藻( d i n o f l a g e l l a t e ) 海洋中很多有害藻华都是 d i n o f l a g e l l a t e s 甲藻含有叶绿素a 、叶绿素c 、b 瑚萝卜素和环甲藻素、新甲藻 素、甲藻黄素和硅甲藻黄素等4 种叶黄素以及甲藻素、多甲藻素和绿色素等。 绿藻门( c h t o r o p h y t a ) 合有叶绿素a 、叶绿素b 、理、p 胡萝卜素、叶黄素， 少量新黄素和紫黄素以及玉米黄素。绿藻门中又分为绿藻( c h l o r o p h y c e a e ) 、青 绿藻( p r a s i n o p h y c e a e ) 和裸藻( e u g l e n o p h y c e a e ) 。 着色鞭毛藻门( c h r o m o p h y t a ) 隐藻( c r y p t o p h y c e a e ) 含有叶绿素a 、叶绿素c l ，叶绿素c 2 、p 胡萝卜素、 藻青蛋白，蓝隐藻黄素、隐藻黄素及胆藻素等色素 针胞藻( r a p h i d o p h y c c a c ) 含有丰富的黄色素，此外还含有硅甲藻黄素、硅 4 引言 藻黄素、无隔藻黄素酯以及异黄素，不舍岩藻黄素。 金藻( c h r y s o p h y c e a e ) 含有叶绿素a 、叶绿素c 、金藻素、岩藻黄素和硅甲 藻黄素。 硅鞭藻( d i c t y o c h o p h y c e a e ) 含有叶绿素a 、叶绿素c 、岩藻黄素和硅甲藻黄 素、硅藻黄素、叶黄素及b 胡萝卜素等 定鞭藻( h a p t o p h y c e a e = p r y m n e s i o p h y c e a e ) 含叶绿素a 、叶绿素c 、1 9 一已酰 基氧化岩藻黄素 蓝藻门( c y a n o p h y t a ) 蓝细菌( c y a n o b a c t e r i a ) ，含有叶绿素a 、1 3 胡萝 卜素、几种叶黄素和藻胆素( 包括藻蓝蛋白( p h y c o c y a n i n ) 和藻红蛋白 ( p h y c o c r y t h r i n ) ) 。 可见大部分藻类中都含有叶绿素和类胡萝卜素，其中一些色素可作为特定 有机物的标志物，例如甲藻含有多甲藻素( p e r i d i n i n ) ，1 9 己酰基氧化岩藻黄素 ( 1 9 h e x a n o y l o x y f u c o x a n t h i n ) 主要为定鞭金藻含有，而硅藻黄素( d i a t o x a n t h i n ) 、 岩藻黄素( f u c o x a n t h i n ) 则主要存在于硅藻中( c r o c k e re ta i ，1 9 9 5 ；g i b be ta 1 ， 2 0 0 1 ) 但由于有些色素在不同浮游植物中共同存在，如硅藻黄素就同时存在于 硅藻，定鞭金藻以及隐晶藻中，所以使用色素组成来研究浮游植物种类时还要考 虑到它们在化学分类学上的联系( m a c k e y , e ta 1 ，1 9 9 6 ) 。 1 1 2 色素的地球化学意义 由于不同的浮游植物群落有其特征色素，因此可以利用色素的这种生物标 志特性来研究和表征海洋浮游植物群落结构。m a c k e y 等人( 1 9 9 6 ) 开发了一种 叫藻类色素分析软件( c h e m t a x ) ，并将其运用到了使用色素标志物表征浮游 植物群落结构研究中此后光合色素作为不同浮游植物种类及海水水柱生化过程 的生物标志物，广泛应用到了太平洋，大西洋及南大洋等海域的相关研究中 ( a n d e r s e ne ta 1 ，1 9 9 6 ；b a r i o we ta 1 ，1 9 9 3 ；m a c k e ye ta 1 ，1 9 9 8 ；g i b be ta 1 ，2 0 0 1 ； w u f f a n dw t n g b e r g ，2 0 0 4 ； w r i g h te ta 1 ，2 0 0 0 ) ：a n d e r s e n 等人( 1 9 9 6 ) 在北大西 洋和太平洋寡营养水中用色素信息表征浮游植物类群；b a r l o w 等人( 1 9 9 3 ) 研 究了东北大西洋春季水华时浮游植物组成的色素信息；m a c k e y 等人( 1 9 9 8 ) 运 用c h e m t a x 软件用色素表征了西赤道太平洋硅藻的丰度；w r i g h t 等人( 2 0 0 0 ) 在南极东部冰区据色素的含量及比率确定了3 8 种藻类，并描述了浮游植物与水 浙江大学博士学位论文 柱水动力结构之间的关系。由于营养要素是浮游植物生长的基础，在不同的营养 级状态下，生长的浮游植物优势种不同，c l a u s t r e ( 1 9 9 4 ) 利用海水中的色素信 息来指示不同海区的营养状况。此外用色素来估定浮游植物组成结构的方法也应 用到了河口研究中( a n s o t e g u i ，2 0 0 1 ) 。国内是2 l 世纪初才开始开展使用高效液 相色谱分析海水光合色素的研究工作。在厦门海域和台湾海峡，彭兴跃等( 2 0 0 2 ) 、 王海黎和洪华生( 2 0 0 0 ) 、陈纪新等( 2 0 0 3 ) 进行了色素相关的一些工作，所得 结果与显微镜下检测结果基本吻合。目前在东海海区相关的科学研究报道不多， f u r u y a 等( 2 0 0 3 ) 在东海使用色素信息来反映浮游植物种群动力学的研究工作。 陈纪新等( 2 0 0 6 ) 利用海水色素组成特征对东海p n 断面和南海北部海域进行了 浮游植物群落组成结构的研究。以上工作均以表层海水或水柱各层为研究对象， 利用不同浮游植物群落所含有的特征色素信息来进行研究的。 浮游植物中光合色素的组成结构特征在生物体死亡之后仍然能够保持一定 程度的保留并记录在沉积物中b r o w n ( 1 9 6 9 ) 指出即使水沉积物中藻类的形 态学结构已完全消失，但来自藻类的色素可以在水沉积物中保存很长时间。 v i l l a n u e v aa n dh a s t i n g s ( 2 0 0 0 ) 对低氧沉积物进行了百年尺度的色素研究，发现 沉积物中色素保存的非常好；w 狐sa n dm a x w e l l ( 1 9 7 7 ) 从5 6 0 0 0 年的海洋沉 积物中发现了未经改造的藻类胡萝卜素；e e v a - l i i s aa n dn i k k i l i l ( 2 0 0 1 ) 利用新 一旧冰川沉积物中的类胡萝卜色素研究了最近几个世纪以来波罗的海蓝藻赤潮 的发生时间与强度 海洋浮游植物的组成以及赤潮的发生与海水理化因子的变化密切相关( 林 昱和陈孝麟，1 9 9 2 ；蒋国昌，1 9 9 3 ；谷颖和项有堂，2 0 0 2 ；钟思胜等，2 0 0 2 ；王 爱军等，2 0 0 6 ；张传松等，2 0 0 7 ) 海水营养盐的变化也显著影响着海洋初级生 产力，因此海洋沉积物中光合色素的组合变化对海洋生态环境具有一定的指示作 用( 焦念志等，1 9 9 8 ；周伟华等2 0 0 3 ) c l a u s t r e ( 1 9 9 4 ) 指出海水中的色素信 息可以表征海水营养水平，因此我们可以通过研究沉积物中的色素信息来反演古 海水营养水平此外c h e ne ta 1 ( 2 0 0 1 ) 利用沉积色素研究了l o u i s i a n a 陆架1 0 0 年来的低氧事件，发现缺氧的光养细菌色素的增加与m i s s i s s i p p i 河流营养盐输入 的增加时间一致，而在2 0 世纪初没有检出这种细菌色素，由此来说明河流营养 盐输入增加确实为低氧事件发生的主要原因。以上这些研究均表明在沉积物中不 6 引言 仅确实可以找到浮游植物的色素记录而且可以利用沉积物中色素的组成结构来 指示当时海洋环境下的浮游植物的组成情况、生物体死亡后在水柱沉积过程中所 发生的一些生物化学过程以及人类活动对海