经验模型估计在河口浮游植物的生产力f翻译.docx

经验模型估计在河口浮游植物的生产力摘要：我们曾经表明，在美国旧金山湾的初级生产力与浮游植物的生物量b和在透光区的光利用指数（光深度次表面辐照度)有高度的联系。测试这个关系的普遍性，我们对旧金山湾和其他5个美国河口系统进行数据编制，并且对日常生产力复合参数B.Z.I进行回归.每个河口回归显著,并在5个河口中超过80%的变化与bzi复合指数有关。此外,从4河口汇集数据(n - 211)用可比的方法落在一个回归线(r2 = 0.82),表明在河口水域初级生产力的多样性可以从简单的光浮游植物生物量和光可利用性来估计。这意味着生理变化（应对营养变化可用性、温度、盐度、光周期)在营养丰富的河口对浮游植物的生产是一个次要控制,而一个实证函数可以用来估计在生产力或地图生产力河口浮游植物生物量和浊度的渐变的季节性变化。介绍我们做了很多努力来了解的浮游植物种群动态在营养素、 短期的生理变异或光可用性在控制的湖泊和海洋生产力的重要作用。在河口养分可用性一般不足以支持生产，虽然不同养分来源的相对重要性是不清楚 (Nixon1981 年)。因为河口混浊并且营养丰富， 轻 avajlability 可能是控制特定于生物质生产力最重要的因素 (Cad6.e & 赫格曼 1974年、 联合 & Pomroy 1981、 把 & 拉登 1983年、 沃 1983年) 最重要的因素。因此，光合碳同化可能更适于预测河口比贫营养水，在河口必须要考虑光与营养物质之间的相互作用。以下几行的证据支持这一论点。(1) 许多河口向海方向上提高生产力是横向梯度，在哪里浊度降低和光可用性 （光深度） 增加 （把 1978 年联合 & Pomroy 1981 年，彭诺克1983 年，Cloern et al.1985年)，即使养分浓度通常向海面下降 (尼克松 1981 年)。带有低悬移质泥沙水平(深光区)的河口处相对于更浊的地方有大面积的生产（Cadee & 赫格曼 1974年、 Cadee 1978、 科尔 & Cloern 1984，彼得森 & 节 1984年）。(3) 在许多河口，浮游植物生物量和生产力的增加是在混合的表面层浅滩浅滩分层事件和辐照度曝光浮游植物的增加的意义是期间（冬等人 1975 年，1978 年，辛克莱哈斯 et al.1981 年，Cloern 1984）。4) 整个浮游植物种群和 在旧金山海湾的3个一定大小的片段的生产力与生物量和光可用性（科尔 et al.1986年科尔 & Cloern 1984） 密切相关。养分可用性 （瞬时池加再生率） 期间水华，最终可能会控制到生产力上限但河口浮游植物生产力的季节和年际变化可能主要由浮游植物生物量的变化和混合的表面层中辐照度来控制。养分的可用性能最终控制提高生产力上限，但河口浮游植物生产力的季节和年际变化可能主要由浮游植物生物量的变化和混合的表面层中辐照度来控制。浮游植物在光合能力方面在短期 (为每日每小时）的变化显示明显。然而，这种短期的生理变化可能与这些问题不相关，（每周、 季节性、年变化)这些问题在初级生产力中是长时间缩放的过程。从考虑的湖泊 (Brylinsky & Mann 1973)、 海洋 (普拉特 1986) 和河口 (Boynton et al.，1982年）的生产力，这种变化的机制的研究中，有越来越多的证据证明对生物量、 轻可用性或养分变化浮游植物的生理变化是次要。Brylinsky & Mann （1973 年） 发现在广泛的湖泊和水库中叶绿素 a 浓度与光能量相关变量相结合构成对初级生产力是个好估计。普拉特 (1986) 报告在各种海洋环境中具体生物量的初级生产力与表面辐照度是线性函数。Boynton et al.（1982 年） 指出在每年温暖时期河口浮游植物生产力高，氮磷比例是低的。没有其他负责任的尝试来确定生产力河口之间的变化共同的因素。在以前的文件 (科尔 & Cloern 1984，et al.科尔 1986年) 我们显示出在就旧金山湾区的初级生产力与浮游植物叶绿素 a 和光的可用性高度相关。在本文中我们扩展这种做法并显示类似的相关性在六不同河口系统和一个沿海河口羽中。基于这一发现我们推断可以简单地估计在河口到年和大地理区域周期间浮游植物生产力的变化，在那里养分对生产是不限制的.方法：这种分析中使用的数据是从 27 站点 6 美国河口 (表 1) 代表了 3 口类型： 峡湾，河为主 (部分混合)，和环礁湖，以及河口羽。因此，这些数据是从范围广泛的地貌和水文的多样性的系统中的到的。数据收集了长时间，因此也代表了每个系统中固有的普遍变异性。对于每个数据集，整体生产率 P 内透光区 （变量单位） 措施退步反对经验地派生参数，是浮游植物生物量B (mg n1-3 叶绿素 a)，产品的光深度Z，(m) 和表面辐照度一、 （变量单位） 在孵化试验的持续时间。光深度被采取了作为 1%表面辐照度测量光衰减系数，从计算的深度 k (ZP = 4.61 / k），或的 k 值估计从探测深度 (m) 使用关系 k = 0.4 + 1.09沙奇深度 （来旧金山湾未发表数据)。在大多数情况下，我们假定，浮游植物叶绿素 a 均匀分布在透光区 ；这种情况是典型的在这些 （费希尔等人 1982 年，彭诺克 1983 年，Cloern et al.1985年） 和许多其他浅水河口中。普吉特海湾和哈德逊河羽,透光区相对深度和垂直叶绿素梯度存在,B被估计为平均叶绿素a浓度透光区,基于集成4至6深度的测量。B 和 Z，不是完全独立的变数，因为浮游植物对光的衰减作出贡献。然而，河口已是高度混浊的环境，浮游植物生物量对总光衰减的贡献相对于其他的因素影响较小接近无影响。例如，在南旧金山海湾的大容量光衰减系数的典型值是 1.5 m-I (科尔 & Cloern 1984) 和叶绿素 a 的浓度是顺序 5.0 毫克 m-3 (科尔 et al.，1986年）。基于班尼斯特的 (1974) 估计由于浮游植物光衰减 (0.016 m- mg- Chl），我们估计只有约 5 O/O 在南旧金山海湾总光衰减是浮游植物所致。在这里的所有的数据报告的收集是使用类似的方法，但如下所述，在表 1 & 2 存在分歧中的实验技术和仪器，妨碍河口之间结果的比较。在所有情况下生产力是通过测量在使用自然阳光的模拟原位孵化的碳-14 同化来估计的。样品不被预筛移动浮游动物除了旧金山湾实验。每项研究使用丙酮提取物测量叶绿素 a fluorometrically 彭诺克 1983年费希尔 et al.1982年马龙 1976年） 或 spectrophotometrically （冬天等人，1975 年，科尔 & Cloern 1984）。普吉特海湾实验叶绿素 a 浓度不改为 phaeopigments，因此，对活跃叶绿素有过高估计 (冬季 et al.，1975年）。环境辐照度用各种手段来衡量的。在旧金山湾、 纽河和南方河光合有效辐射照度，光合有效辐射用测量平面 (180) 量子传感器，虽然在特拉华州湾 PAR 衡量一个标量 (360) 与量子传感器。辐照期间在普吉特海湾和哈得逊河河口羽流实验测量使用日照强度计光合有效辐射照度不是有选择性和敏感的。我们实证模型的普遍适用性评估 B ZpI，使用来自六个单个数据集的汇集的数据对生产力的最小二乘回归法等。开发基于数据收集在不同的系统中，但由等效单位组成的复合参数，对某些数据进行了转换。在 PugetSound 孵化实验进行了从中午到日落。对于合并数据集我们只需乘以半天辐照度和生产效率值 2。普吉特海湾和哈德逊河羽辐射辐照度数据被转换为 PAR 通过应用 0.47 (Vollenweider 1974) 修正系数。辐射 PAR 值 (gcal 厘米 2 d-) 被转换为量子值 (E m 2 d-l) 用 0.192 (把 1982 年) 的校正因子。准确转换不可对辐照度数据来自北卡罗莱纳州因为没有得到精确孵化工期。特拉华湾的辐照度数据也可能不会准确地转换到相应单位因难以与球面和平面的传感器收集的比较数据。因此，来自北卡罗莱纳州和特拉华州湾的数据不列入汇集的数据集结论：透光区生产力和复合参数 BZ，I之间的关系对于每个系统是线性的（图 1）。在每个实例的关系是非常显著 (p 0.001），除了纽河p 0.01。当对于回归斜坡和截距有95%置信区间重叠时（表 2），有相同的系统使用在不同年份 (南旧金山海湾 1980 年和 1982 年) 期间收集的数据的回归间无显著差异（Puget Sound 1966年和 1967 年)。这表明上年度周期 (e.g.三藩市湾、 南河、 Neuse 河、 特拉华湾和哈德逊河口羽)，或两年之间单个函数可以很好的预测在透光区生产力的变化。测定 9 数据集的r2平均系数是 0.82。从汇集数据看 (p 0.001) 生产率与B Z，I关系也有非常显著(图 2) (n = 21 1）。六个合并数据集的确定系数与 9 独立的回归是相同 (r2 = 0.82）。因此，从四个河口系统的十二个地点收集的多种多样的生长条件和浮游植物种群的六个数据集得，82%的生产力异变导致复合参数的变化。因此，可以使用单个回归函数估计多种温带河口环境的生产力。讨论对于这些河口的生产力，P 和 B Z，I相互之间显著联系，表明光对于显著大型变异和生物量具有压倒一切的重要性。6个河口和河口羽流包括在此分析中，通常在生产力中的空间和时间变化的 80%以上与相关 3个容易测量的参数发生变化： 浮游植物叶绿素 a、 光深度和表面辐照度。这一发现是类似于 Brylinsky & Mann （1973） 的湖泊。在这两项研究生物和光能源相关参数组合已被发现在确定生产效率具有重大意义。同样，由沃 （1983 年）和普拉特 （1986 年） 提出的模型表明在富营养化水体和海洋水域初级生产力，规范化为浮游植物生物量是很大程度上取决于光的可用性。沃 （1983 年） 制定的机理模型估计水列河流和河口地区的初级生产，根据浮游植物生长和浮游植物和碎屑之间进行分区的光衰减的估计数。我们的研究中使用的模型是派生的经验主义模型 (科尔 & Cloern 1984 年，科尔 et al.，1986年)，虽然普拉特 （1986 年） 解释了这种方法的机理基础。他同样认为海洋中的生物量与生产表面的光强度呈线性函数。光合作用是一个复杂和高度可变的进程。众多的研究记录了碳同化率每小时和每天的变化。我们知道具体费率的浮游植物的光合作用 （Pz，在饱和的光强度 ； 具体的生产率和光饱和曲线的 a、 初始斜率） 随最近光历史 (Dubinsky 1980 年，Falkowski 1980 年，1981 年，尼尔 & Marra 1985），温度米勒 & Kamykowski 1986 CBte & 普拉特 1983 Krawiec 1982）、 光谱光 (沃尔什 & 勒让德 1983) 和盐度（米勒 & Kamykowski 1986 Krawiec 1982） 的变化。根据需要，在有限数目的地点短时间内进行了这种研究。因此，这种研究的意义可能与每星期和年的时间尺度在河口系统整个生产的变化是不相关的。从图 1 & 2 中的回归行的单个数据点的偏差暗示还有生物量和光可用性 (e.g.碳同化率) 以外的因素所造成的生产力的每日变化。然而，我们的收集的各年度周期生产率的所有数据分析表明，至年周期间和在多个地理区域短期生理变化的影响 （Pz，） 对河口生产力是相对较小和变异性 B、 I、 和 Z没有系统地相关性。因此，该模型是有用到系统生态学家、 渔业生物学家和其他研究人员与季节性初级生产力整个河口， 但对浮游植物生理学家用处有限。模型所涉问题和实用程序因为单独的配方给了合理的估计生产率，在一个大的地理区域里大规模的空间变异性的生产力可以从几个措施确定生成p vs B Z I曲线和B Z的许多措施。使用该模型应授予河口生产力比传统方法的利用在几个网站的衡量的生产力来代表整个河口系统生产力的估计更可靠。此实用程序可以利用遥感技术扩展河口生产力的高分辨率映射。在映射中河口和沿海水域 (霍拉姆 1981年、 希尔顿 1984年) 浊度 (Z，) 和叶绿素 a 浓度方面取得了一些成功。例如机载海洋颜色成像仪传感器波段特别需要估计浊度、叶绿素及仪器的配置来提高分辨率(i. e. 50 m x 50 m)。同时在有限数目的地点的生产力采取措施然后会产生超过整个河口或河羽流映射详细的生产力的能力。该模型也对那些生物量和光对生产力有实例重要影响因素的实例有用。包括在这项研究P 和 B Z，I之间关系是相对恒定的富含营养系统（表 2）。因此，那些用回归模型做出的预言对衡量生产力值有很大不同的显示的实例对生产力的影响是次要因素。我们评估数据，是从通常限制生产因素养分浓度的系统中是不被相信的除了特拉华湾的（冬等人，1975 年，马龙 1976 年，Fisher et al.1982 年，彭诺克 1983 年，科尔 & Cloern 1984）。因此在表 2 中回归列出的预测养分充满条件下的生产力。如果个别实验的测量的效率是明显大于所预测的复合参数之一可能会怀疑异常高的碳或养分同化率会影响结果。当生产力小于预测使用的回归模型时养分、异常低同化率或毒素等限制因素可能显现。很明显，当测量值与预测水平的生产力大大不同时实验误差也可被建议。从哈得逊河河口羽流的数据包括 3 个实例高碳同化率或温度高时生产力可能异常提高。这些 3 实验的每个特定于叶绿素