日本周边层化水域中硅质浮游生物的垂直分区及其生态指示意义

本研究针对层化水域中硅质浮游生物群落的垂直分布特征展开系统研究，通过分析日本周边8个站点7个水层的浮游样本，揭示了放射虫、硅鞭藻和硅藻的垂直分区规律及其对温盐、营养盐等环境因子的响应机制，为理解现代海洋硅循环及古环境重建提供了关键生态学依据。

　　

在浩瀚的海洋生态系统中，硅质浮游生物（包括放射虫、硅鞭藻和硅藻）作为重要的生态指示物种，不仅参与全球碳硅循环，其化石记录更是古海洋环境重建的关键载体。然而，这些依赖硅酸生长的生物类群之间是否存在生态位竞争？它们在层化水域中如何分布？这些问题对理解现代海洋生态系统功能和古环境重建具有重要意义。日本周边海域作为黑潮、亲潮等多股洋流交汇区，形成了复杂的水文结构，为研究硅质浮游生物的生态分区提供了天然实验室。发表在《Marine Micropaleontology》上的这项研究，通过系统分析该区域硅质浮游生物的垂直分布特征，揭示了环境梯度下的生态分区规律。

研究人员依托KR02-06航次，使用NORPAC网（网口面积0.44 m²，网目63 μm）分层采集0-200米水深的浮游生物样本，结合CTD（温盐深仪）和FRRF（快速重复率荧光计）同步获取水文数据。样本经玫瑰红染色区分活体/死亡放射虫，硅藻样品通过硫酸-过氧化氢消化法处理，采用标准显微镜计数流程（×200-1000放大倍数）进行种类鉴定和丰度统计，并运用Raup-Crick相似性指数进行群落聚类分析。

研究结果揭示了三类硅质浮游生物的显著垂直分区特征：

3.1. 水文特征

研究区域呈现明显的温盐梯度：黑潮影响的E站表层高温（18.6–23.4°C）高盐，亲潮影响的B站和b站低温（<13°C）低盐（34.0 psu）。营养盐分布显示，硅酸盐在40米以深浓度升高，硝酸盐在E站表层耗竭，磷酸盐随纬度和深度增加而上升。叶绿素a最大值出现在温跃层附近，部分站点出现表层和次表层的双峰值。

3.2. 硅质浮游生物类群的垂直分布模式

放射虫丰度最大值通常出现在硅鞭藻和硅藻丰度层之下，仅在弱层化的A站与叶绿素最大值重叠（但活体比率低于50%）。硅鞭藻的分布与叶绿素a浓度密切相关，在强层化站点（如E站）其峰值迁移至40-120米深度的温跃层附近。硅藻则严格遵循叶绿素最大值分布，在发育温跃层的站点出现表层和次表层双峰值。

3.3. 硅质浮游生物类群的地理分布模式

聚类分析显示，放射虫和硅鞭藻的群落结构主要受水团性质控制，黑潮影响的E站和A站与其他站点显著分离。硅藻分布则同时受温盐条件和营养状态影响，B站和b站的冷水群落与其他站点差异明显。

3.4. 硅鞭藻的尺寸分布和温度偏好

Octactis octanaria var. pulchra根据基环尺寸（>27 μm和<27 μm）可分为两个生态型：大尺寸型与高温（约20°C）显著相关，小尺寸型则无明确温度关联但更富营养水体。Octactis speculum偏好10–12°C的冷水环境，体现了种类特异性温度适应策略。

讨论部分深入阐释了这些分布格局的生态机制：硅鞭藻的垂直迁移受层化强度和营养盐控制，其地理分布则主要受洋流系统驱动；硅藻可划分为温跃层上方的Group 1（如根管藻科Rhizosoleniaceae）和温跃层下方的Group 2（"遮荫植物群" shade flora，包括Stephanopyxis palmeriana、Coscinodiscus asteromphalus等大型中心硅藻）。研究首次提出随着层化增强，硅质浮游生物呈现顺序性垂直迁移：硅鞭藻和Group 1硅藻因表层营养盐耗尽首先下迁至温跃层，随后Group 2硅藻因亚硝酸盐/铵盐消耗进一步下移，而根管藻科凭借垂直迁移能力和固氮共生体适应寡营养表层环境。

研究结论强调，现代海洋中硅质浮游生物仍存在显著的硅竞争，其垂直分区主要受硅可得性调控。该发现不仅为"硅竞争假说"提供了现代生态学证据，阐明了层化水域中硅质浮游生物的生态位分化机制，更建立了关键物种与环境参数（如Thalassiosira eccentrica指示表层硝酸盐浓度；Bacteriastrum delicatulum偏好低温高磷环境；Phaeoceros和Hyalochaete响应亚硝酸盐/铵盐变化）的定量关系，显著提升了硅质浮游生物在古海洋环境重建中的指示精度。