《Ocean & Coastal Management》：Response of phytoplankton functional groups and biodiversity to seasonal changes in environmental factors in coastal waters
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浮游植物功能群与多样性对近岸海域季节性环境变化的响应及其受人类活动（如破浪墙）的影响机制研究。基于青岛奥帆中心海域的高频采样，分析温度、盐度、氮、磷和硅酸盐对浮游植物功能群结构和多样性指数的驱动作用，揭示人工结构对浮游植物群落动态的干扰效应。
Jian Qi|王夏杰|丁丽琪|张勤超|李家轩|杨世民
中国海洋大学海洋生命科学学院，青岛，266003，中国
引言
海洋生态系统在全球生态和气候调节中起着核心作用，拥有地球上最丰富的生物多样性。浮游植物是这些系统的基础；作为初级生产者，它们通过光合作用将无机碳转化为有机物，支持海洋食物链。这一过程不仅为海洋生物提供基本能量，还在碳循环中发挥重要作用，影响地球的气候系统和海洋碳储存能力，从而维持生物多样性（Falkowski等人，1998；Field等人，1998）。此外，浮游植物对环境变化的敏感性和适应性使其成为研究海洋生态系统变化的关键因素（Behrenfeld等人，2006；Cloern等人，2014；Edwards和Richardson，2004；Hays等人，2005）。
浮游植物群落的结构和功能受到温度、盐度、营养物质和洋流等环境因素的显著影响。这些因素的季节性波动显著影响浮游植物功能群的组成和生物多样性。功能群是一种根据相似生态和生理功能对物种进行分类的方法，使同一群内的物种能够以相似的方式响应环境变化，并共同贡献于生态系统功能（Díaz和Cabido，2001；Lavorel和Garnier，2002；McGill等人，2006）。不同的功能群反映了生态系统中的不同角色和适应策略。这种基于生态功能的分类方法，而非基于物理特征的分类方法，强调了功能多样性在维持生态系统功能中的关键作用（Leibold等人，2004），为了解海洋生态系统中的能量流动和物质循环提供了宝贵见解（Smetacek，2001）。浮游植物多样性是海洋生态系统稳定性和平衡的关键指标，可以通过多样性和均匀性指数来量化，以绘制海洋生态系统的复杂性和动态变化（Heip等人，1998；McCann，2000；Ptacnik等人，2008）。
尽管在理解浮游植物功能群和生物多样性如何响应全球和区域尺度上的环境因素方面取得了显著进展，但它们对环境因素季节性波动的适应机制仍不够深入，尤其是在受人类活动严重影响的沿海水域。当前的研究往往关注单一物种或少数物种对环境变化的响应，缺乏对整个浮游植物功能群和生物多样性响应模式的深入分析（Dolan，2005；Litchman等人，2007）。特别是在具有多种季节性环境变化的沿海地区，功能群和生物多样性的响应机制尚未完全揭示。研究浮游植物功能群的季节性变化不仅有助于了解海洋生态系统如何调整其生物组成和功能以适应环境变化，还展示了人类活动对海洋生态环境的影响。在快速城市化的背景下，沿海地区的人类活动及其引起的环境变化对生态系统有深远影响（Cloern等人，2016；Doney，2010；Halpern等人，2008；Lotze等人，2006）。例如，防波堤的建造可能会改变水流模式和水质条件，从而影响浮游植物的生长条件和生物多样性。这种差异不仅体现在防波堤内外的浮游植物群落结构上，也反映在功能群的组成上。这些人造结构改变了水流模式和沉积物分布等物理条件，以及温度、盐度和营养物质浓度等环境因素，显著影响浮游植物群落的结构、功能群组成和生物多样性（Beck和Airoldi，2007；Bulleri和Chapman，2010；Dugan等人，2011）。因此，研究浮游植物功能群和生物多样性的季节性变化有助于更好地理解生态系统在环境压力下的稳定性和适应性。
本研究旨在解决两个科学问题。首先，它分析季节性环境变化如何影响浮游植物的功能群和生物多样性，以及浮游植物如何响应这些变化。该研究探讨了温度、盐度和营养物质的季节性变化对不同浮游植物功能群的影响，阐明了这些变化如何调整浮游植物的生物组成和生物多样性。其次，它关注人类活动如何影响沿海水域中浮游植物功能群和生物多样性的季节性变化。特别关注人类活动（如堤坝建设）对沿海水域浮游植物群落结构和生物多样性的影响，以及这些人为因素如何改变功能群组成和生物多样性的季节性模式。
研究区域和数据收集
本研究的采样站位于中国青岛奥林匹克帆船中心附近的海上。采样站分别为02A（120°23′7″E，36°3′55″N），位于防波堤外；02B（120°23′18″E，36°3′6″N），位于防波堤内。采集了表层水样（图1），采样深度为0–0.5米。为了有效捕捉浮游植物群落的变化，采样时间设定为2020年7月26日至2021年8月1日。
浮游植物细胞丰度和物种组成
在2020年7月至2021年8月的调查期间，观察到青岛奥林匹克帆船中心近岸水域的浮游植物细胞丰度存在显著的季节性变化。防波堤外的细胞丰度范围为2.12至165.56个细胞/毫升，平均为13.72个细胞/毫升；防波堤内的细胞丰度范围为1.08至184.40个细胞/毫升，平均为18.17个细胞/毫升。结果表明浮游植物细胞丰度存在明显的“双峰”变化。
功能群的动态特征和季节性分布模式
整个年度中，各功能群表现出显著的生态位分化。小型广温性硅藻G1在冬季达到最大丰度，而温水物种G5在夏季显著增加，反映了每个功能群对不同季节环境的适应。冷水季节的适应响应体现在G1和小型冷水物种G3的峰值丰度上。冷水物种占据特定的生态位。
结论
本研究通过一年的高频采样，系统分析了浮游植物功能群和生物多样性在近海和近岸区域对季节性环境变化的响应，揭示了环境因素、功能群动态和多样性之间的耦合关系。温度、盐度、硝酸盐、磷酸盐和硅酸盐被确定为功能群动态和多样性变化的主要驱动因素。
资助
本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：31750001）应急管理项目的支持。
CRediT作者贡献声明
Jian Qi：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，方法学，数据分析。王夏杰：调查，数据分析。丁丽琪：方法学，数据分析。张勤超：方法学，数据分析。李家轩：方法学。杨世民：撰写 – 原稿，监督，调查，概念化。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
