波斯湾和阿曼湾中的沉积磷：地球化学分异、季节性变化、潜在生物可利用性及生态风险

《Deep Sea Research Part II: Topical Studies in Oceanography》：Sedimentary phosphorus in the Persian Gulf and the Gulf of Oman: Geochemical fractionation, seasonal variations, potential bioavailability, and ecological risk

秘鲁 Humboldt 上涌系统（HUS）存在生产力与上涌强度季节反相位现象，通过 mesocosm 实验模拟不同光照（高/低）与上涌强度（0%-60%），发现光限制是关键驱动因素。冬季（低光）高上涌强度下，浮游植物因氮限制导致低生物量但高营养质量（POC:PON 比值低），通过光适应机制维持较低生产力；夏季（高光）低上涌强度下，生产力更高但营养质量较低。实验证实光通过限制氮吸收和碳固定，导致冬季 Chl-a 浓度高但初级生产力（NPP）低，且高营养质量浮游植物支持了更强的 zooplankton 取食效率。气候变暖可能加剧上涌强度与光限制的竞争，影响 HUS 的碳汇能力及渔业资源。

　　 Humboldt上升流系统（HUS）以其非凡的生产力而闻名，主要归因于由风驱动的上升流带来的富含营养的深层水。这种现象使得该地区成为全球最高的单位面积鱼类捕捞产量之一。然而，与其它东边界上升流系统不同，HUS的上升流强度在冬季达到峰值，而初级生产力则在夏季达到高峰。这种反常的关系使得我们对气候变化如何影响该生态系统及其后果的预测变得复杂。为了揭示HUS中上升流与生产力之间的驱动因素，我们测试了这样一个假设：尽管冬季强上升流为表层提供了大量营养，但光照不足限制了初级生产力；而在夏季，由于混合层较浅，光照充足使得这些上升的营养能够被有效利用。为了验证这一假设，我们在秘鲁海岸的Callao地区进行了为期35天的封闭式实验，模拟了不同光照条件（夏季高光和冬季低光）以及不同上升流强度（0%、15%、30%、45%和60%）下的自然浮游植物群落的变化。

实验中，我们使用了大型的“原位”浮游植物封闭舱（mesocosms），这些舱体能够重现自然环境中的条件。我们通过加入不同比例的深层水来模拟不同强度的上升流，并利用透明或遮光的舱体来控制光照条件。这种方法使我们能够在控制变量的条件下研究光照和营养对初级生产力和碳循环的影响。实验结果表明，初级生产力和浮游植物生物量均与硝酸盐和光照的可用性呈正相关。进一步分析显示，相同上升流强度下，不同光照条件下浮游植物生物量的变化，支持了光照限制是导致HUS中初级生产力与上升流强度相位错开的关键驱动因素。

在光照受限的条件下，浮游植物表现出较低的POC:Chl_a比值，表明它们经历了光适应现象，同时也显示出硝酸盐吸收受限制的迹象。这表明在冬季，尽管营养丰富，但光照不足导致了浮游植物生长效率的下降，从而提高了浮游植物对浮游动物的营养价值。我们的研究还指出，浮游植物生物量的小幅季节性变化（通过Chl_a估算）可能掩盖了初级生产力（碳吸收）的较大波动。因此，结合卫星数据、现场观测和实验研究，对于预测上升流系统在变化海洋中的未来状态至关重要。

随着全球变暖，上升流系统可能会经历更强烈的热分层，这将导致表层水体中的浮游植物生物量减少，但同时可能提高POC:Chl_a和POC:PON的比值。这种浮游植物群落的低营养价值可能影响浮游动物的生长，并进一步影响食物链的传递效率。然而，从另一方面来看，这种变化也可能增加CO?的吸收，从而缓解该系统原本作为CO?排放源的特征。理解HUS中上升流强度与生产力之间的独特关系，有助于预测这一生态系统在气候变化下的反应，并为渔业资源的保护和管理提供科学依据。

为了深入研究这一现象，我们设计了一项详细的实验方案，包括在不同光照条件下封闭自然浮游植物群落，并模拟不同上升流强度下的营养输入。通过分析浮游植物的生物量、初级生产力、碳氮比以及浮游动物的响应，我们发现光照条件对浮游植物的生长和营养吸收有显著影响。例如，在低光条件下，浮游植物的生物量较高，但碳吸收效率较低；而在高光条件下，尽管生物量较低，但碳吸收效率较高。这些结果进一步支持了光照限制是导致初级生产力与上升流强度相位错开的关键因素。

此外，我们的实验还揭示了光照对浮游植物群落结构的影响。在低光条件下，浮游植物群落以硅藻为主，而在高光条件下，硅藻的相对贡献率较高，这表明光照条件对浮游植物的种类组成有显著影响。这种变化不仅影响了初级生产力，还可能影响整个生态系统的能量传递路径。浮游动物的丰度和活动也受到光照和营养条件的显著影响，尤其是在低光条件下，浮游植物的高质量可能促进了浮游动物的生长，从而维持了HUS中较高的食物链传递效率。

从生态系统的角度来看，HUS的初级生产力和浮游植物生物量之间的关系受到多种因素的共同作用，包括光照、营养、温度以及浮游动物的摄食压力。这些因素的相互作用使得该系统的生产力与上升流强度之间的关系显得尤为复杂。因此，预测未来气候变化对该系统的影响需要综合考虑这些因素的动态变化。

在气候变化背景下，HUS可能会经历上升流强度的增强和热分层的加剧。这种变化可能导致浮游植物生物量的减少，同时提高POC:Chl_a和POC:PON的比值。尽管浮游植物的生物量减少，但其营养质量的提高可能有助于维持较高的食物链传递效率，从而支持渔业资源的持续产出。然而，这种变化也可能对浮游动物的生长和繁殖产生负面影响，因为营养质量的降低可能限制了它们的生长潜力。

此外，研究还指出，季节性的浮游植物生物量变化可能被忽视，因为这些变化往往通过Chl_a的测量而被低估。因此，结合卫星遥感、现场观测和实验研究，能够更全面地评估HUS的生产力变化及其生态意义。这种综合方法不仅有助于理解当前的生态过程，也为预测未来的生态系统变化提供了重要的科学依据。

总的来说，HUS中的初级生产力与上升流强度之间的反常关系是由于光照条件的季节性变化和混合层深度的动态变化共同作用的结果。这种关系的复杂性意味着，即使在营养丰富的条件下，光照不足仍可能显著限制浮游植物的生长和生产力。因此，深入研究光照和营养之间的相互作用，对于理解HUS的生态机制以及应对气候变化带来的挑战至关重要。