河流径流和悬浮沉积物对印度西南沿海近岸水域浮游植物的影响

《Marine Environmental Research》：Impact of River discharge and suspended sediments on phytoplankton in the nearshore waters of the Indian southwest coast

本研究分析印度西南海岸近岸水域中河流径流和悬浮沉积物的季节性及空间变化对浮游植物变量的影响。通过卫星遥感和现场水文数据，结合降雨、径流及悬浮沉积物数据集，发现西南季风期间高径流和悬浮沉积物导致营养盐升高，形成较深的叶绿素最大层（SR区达28米），而高悬浮沉积物区（NR和CR）叶绿素最大层较浅（15-20米），并影响浮游植物群落结构（针形微藻在SR区丰富，球形微藻在NR和CR区较多）。结论指出西南季风期间河流径流和悬浮沉积物的空间变化显著影响叶绿素最大层厚度及浮游植物群落组成。

　　在印度西南沿海地区，河流径流和悬浮沉积物的季节性与空间性变化对近岸水域中的浮游植物变量产生了显著影响。这项研究利用了卫星遥感技术和现场水文数据，结合降雨量、河流径流和悬浮沉积物的数据集，深入探讨了这些因素如何共同作用于浮游植物的分布与组成。研究区域主要集中在东南阿拉伯海（SEAS）及其邻近的印度（喀拉拉邦）陆地，该地区年降雨量达到2649毫米，其中超过70%的降雨发生在西南季风（SWM，6月至9月）期间。此外，41条来自西高止山脉的短河流将雨水排入SEAS，形成了一张密集的河流网络。研究将这些河流区域划分为三个主要区域：北部区域（NR，11-12.5°N），有24条河流；中部区域（CR，9-11°N），有9条河流；南部区域（SR，7-9°N），有12条河流。

在非季风季节，如前季风（PRM，3月至5月）和东北季风（NEM，11月至2月），尽管该地区阳光充足，PAR（光合有效辐射）水平较高，但营养盐浓度却相对较低，导致浮游植物叶绿素a（Chl-a）含量低于0.5毫克/立方米。这种现象表明，在没有足够营养盐的情况下，即使光照条件优越，浮游植物的生长仍然受到限制。然而，在西南季风期间，由于大量的河流径流和海岸上升流作用，营养盐浓度显著增加，从而促进了浮游植物的繁殖。这种变化对近岸水域的生态结构产生了深远影响，特别是对浮游植物的垂直分布和组成。

研究发现，南部区域（SR）在西南季风期间的上升流作用尤为显著，这使得该区域的营养盐供应更加充足。相比之下，北部和中部区域（NR和CR）由于较高的河流径流和较强的分层现象，上升流的作用被削弱。这种分层现象导致水体中不同深度的营养盐分布发生变化，从而影响了浮游植物的生长模式。在这些区域，较高的河流径流带来了大量的悬浮沉积物，使得水体透明度降低，进而缩短了光合作用的有效深度（即光合作用层，或称为光合有效层）。光合作用层的深度是衡量浮游植物生长潜力的重要指标，因为其决定了浮游植物能够获取的光照范围。

具体而言，研究区域中，南部区域（SR）的光合作用层深度达到了28米，是所有区域中最深的，而中部区域（CR）和北部区域（NR）的光合作用层深度分别为20米和15米。这种差异主要是由于不同区域的河流径流和悬浮沉积物的输入量不同所致。南部区域由于其地理特征，如地形和水流条件，使得上升流作用更加明显，从而减少了悬浮沉积物对光合作用层的干扰。而北部和中部区域由于河流径流的增加和水体分层的加强，导致悬浮沉积物的积累更加显著，从而限制了光合作用的有效深度。

此外，研究还发现，浮游植物的最大叶绿素层在不同区域的分布也有所不同。在西南季风期间，南部区域（SR）的浮游植物最大叶绿素层平均深度为25米，而中部区域（CR）和北部区域（NR）的平均深度分别为13米和15米。这种差异表明，南部区域的浮游植物能够利用更深层的水体中的光照和营养盐，从而形成了更厚的叶绿素最大层。而北部和中部区域由于悬浮沉积物的影响，叶绿素最大层的厚度受到限制，导致其整体的叶绿素含量较低。

通过FlowCAM技术的分析，研究还发现，在西南季风期间，南部区域（SR）的浮游植物群落以针状微浮游植物为主，而中部和北部区域（CR和NR）则以球状微浮游植物为主。这种浮游植物组成的差异可能与不同区域的光照条件和营养盐分布有关。针状微浮游植物通常适应于较强的光照和较高的营养盐环境，而球状微浮游植物则可能在较弱的光照条件下表现出更高的适应性。因此，南部区域由于光合作用层较深，能够支持更多种类的浮游植物生长，特别是那些需要较高光照条件的种类。

研究的结论表明，河流径流和悬浮沉积物的空间分布变化对浮游植物的最大叶绿素层和表面水体浮游植物群落的组成产生了重要影响。特别是在西南季风期间，大量的河流径流和上升流作用使得营养盐浓度增加，从而促进了浮游植物的生长。然而，悬浮沉积物的增加也对光合作用层的深度产生了负面影响，特别是在北部和中部区域。这种空间和季节性的变化不仅影响了浮游植物的分布，还可能对整个海洋生态系统产生连锁反应，例如影响浮游动物的分布、鱼类的繁殖以及碳循环等过程。

从更广泛的视角来看，河流径流对沿海生态系统的影响不仅仅是局部的。在世界范围内，河流径流对沿海水体的物理、化学和生物特性都有深远的影响。例如，亚马逊河的径流对沿海地区的生态系统产生了显著影响，包括降低海水盐度、增加水体分层、影响水体循环以及改变营养盐的分布。这些变化不仅影响了浮游植物的生长，还可能对整个海洋食物链产生影响。因此，研究河流径流对沿海生态系统的影响，对于理解全球海洋生态系统的动态变化具有重要意义。

在印度西南沿海地区，河流径流和悬浮沉积物的季节性变化对近岸水域的生态特性产生了显著影响。特别是在西南季风期间，由于大量的河流径流和上升流作用，营养盐浓度增加，浮游植物的生长得到了促进。然而，悬浮沉积物的增加也对光合作用的有效深度产生了限制作用，特别是在北部和中部区域。这种空间和季节性的变化不仅影响了浮游植物的分布和组成，还可能对整个海洋生态系统的功能产生影响。因此，进一步研究这些因素的相互作用，有助于更好地理解沿海生态系统的动态变化，并为生态保护和管理提供科学依据。

此外，研究还强调了光合有效辐射（PAR）在浮游植物生长中的重要性。PAR是驱动光合作用的关键因素，其在水体中的分布直接影响了浮游植物的生长和分布。在非季风季节，尽管PAR水平较高，但由于营养盐浓度较低，浮游植物的生长受到限制。而在西南季风期间，PAR的增加与营养盐的丰富相结合，使得浮游植物的生长得到了显著提升。这种现象在许多沿海地区都得到了验证，表明PAR和营养盐的共同作用是浮游植物生长的重要驱动力。

研究还指出，浮游植物的最大叶绿素层在不同区域的分布具有明显的季节性特征。在西南季风期间，南部区域（SR）的浮游植物最大叶绿素层深度达到25米，而中部和北部区域（CR和NR）的平均深度分别为13米和15米。这种差异可能是由于不同区域的水体透明度、营养盐浓度和光照条件不同所致。南部区域由于光合作用层较深，能够支持更丰富的浮游植物群落，而北部和中部区域由于悬浮沉积物的影响，浮游植物的生长受到一定限制。

综上所述，这项研究揭示了印度西南沿海地区河流径流和悬浮沉积物的季节性与空间性变化对浮游植物变量的深远影响。通过结合卫星遥感技术和现场水文数据，研究不仅分析了浮游植物的垂直分布和组成变化，还探讨了这些变化对整个海洋生态系统的潜在影响。这些发现对于理解沿海生态系统的动态变化、预测未来生态系统的响应以及制定相应的生态保护措施具有重要意义。