弗拉姆海峡差异水团夏季浮游植物群落

《Environments》：Summer Phytoplankton Communities Across Contrasting Water Masses in the Fram Strait

　　

在弗拉姆海峡，大西洋水（AW）经海峡东部向北流动，而极地表层水（PSW）自北冰洋经西部向南流动。这些水团混合形成混合大西洋水（mAW）。随水团运移，盐度、温度、密度及营养盐浓度发生显著变化，重构浮游植物群落。基于2021年8月R/V Akademik Mstislav Keldysh第84航次调查，研究人员识别出各水团优势种。在关键种（10种硅藻、11种甲藻、2种颗石藻及各1种金藻、定鞭藻和纤毛虫）中区分出三类生态组合：冷水PSW指示复合体（硅藻Porosira glacialis与Rhizosolenia hebetata f. hebetata、甲藻Protoperidinium islandicum、纤毛虫Mesodinium rubrum）；暖水AW复合体（Navicula planamembranacea、Stephanopyxis turris、Rhizosolenia styliformis、甲藻Protoperidinium depressum与Tripos spp.、颗石藻Coccolithus pelagicus）；mAW复合体（硅藻Thalassiosira rotula、颗石藻Gephyrocapsa huxleyi、定鞭藻Phaeocystis pouchetii、金藻Monochrysis sp.）。自南向北进入弗拉姆海峡、自东向西向格陵兰陆架，暖水大西洋指示种先被mAW种替代，继而被PSW冷水种替代。最大浮游植物生物量（达670.8 mg/m3）出现于边缘冰区（MIZ），由真光层内AW与PSW相互作用层大型硅藻密集生长驱动；若该作用深度位于真光层外，生物量由纤毛虫决定。开阔水域大型甲藻对生物量贡献最大，表明混合营养浮游生物（mixoplankton）在高纬夏季具决定性作用。

研究背景方面，气候变化导致北极冰盖锐减、大西洋水（AW）北侵增强，引发“大西洋化（Atlantification）”过程，使北极浮游植物群落结构、物候及食物网重组。弗拉姆海峡作为AW与极地表层水（PSW）反向交汇的关键通道，其水团相互作用如何时空调控夏季浮游植物组成与生物量，此前缺乏系统定量研究。现有文献多关注单一水团或叶绿素a趋势，未厘清水团运移转型中硅氮限制转换、真光层内界面生产力峰值及混合营养类群角色。为此，研究人员于2021年8月乘R/V Akademik Mstislav Keldysh执行第84航次，沿4条断面（横跨巴伦支海陆架至格陵兰陆架、斯瓦尔巴南端、弗拉姆海峡至冰缘、南森盆地经向断面）采集249份水样，结合CTD（带温度/盐度/压力传感器与10 L Niskin瓶）温盐密剖面、营养盐（PO₄-P、SiO₄-Si、NO₃-N等连续流分析）、水下光合有效辐射（PAR）与光束衰减系数（BAC）光学测量、中性甲醛固定后显微镜计数（160×与640×）及Hillebrand生物体积换算碳生物量，并采用PERMANOVA、SIMPER、IndVal等多元统计鉴别水团指示种，验证“水团具特异优势种、北向转型驱动群落演替、MIZ双层结构、真光层界面高产”四项假设。

关键技术方法上，研究人员依托2021年8月第84航次4条断面站位网络获取样本队列，以SBE 911plus CTD耦合Niskin瓶测定温盐密垂向剖面并界定真光层（1% PAR深度，平均40 m）；营养盐经Technicon II自动分析仪测硅酸盐/无机氮等，以Si:N比区分水团；浮游植物经中性甲醛固定、Nageotte与Naumann室显微镜分类计数，按Hillebrand公式算生物体积与碳生物量；群落结构用PERMANOVA（9999置换）解释水团方差、SIMPER提贡献种、IndVal定指示种（p<0.001）。

研究结果部分，3.1冰盖显示2021年8月持久冰盖位于82°N以北、20°E以东，冰缘南伸至80°N/0°W。3.2水团与垂向结构依据T-S曲线划分AW（S>34.75，θ>1.544℃）、mAW（S 34.0–34.75）、PSW（S 31.30–34.0，T<0℃）及表层层化mPSW与PSWw；横断面显示AW在东经分支占据真光层，北西向被PSW覆盖，卤跃层深度随温度升高（r=0.51,p=0.002）。3.3营养盐表明真光层AW硅均值0.85 μM低于PSW的2.05 μM（p<0.001），氮反之，Si:N比AW 0.46对PSW 1.74成稳健判别。3.4光学性质中AW光束衰减系数0.43 m^?1显著高于PSW 0.27 m^?1（p<0.001）。3.5浮游植物经PERMANOVA确认水团类型解释28%群落变异（F=14.68,p=0.001），SIMPER与IndVal锁定AW指示种Navicula planamembranacea、Tripos spp.、Stephanopyxis turris、Protoperidinium depressum、Coccolithus pelagicus（IndVal>0.65），PSW指示种Rhizosolenia hebetata f. hebetata、Protoperidinium islandicum、Porosira glacialis、Mesodinium rubrum（IndVal>0.62），mAW无独占指示种而含Thalassiosira rotula、Gephyrocapsa huxleyi、Phaeocystis pouchetii、Monochrysis sp.；断面1 PSW总生物量194.1 mg m^?3倍于AW 48.5（p=0.008），甲藻与金藻贡献升；断面3在7081–7082站PSW-AW界面34 m处R. styliformis与P. pouchetii暴发性生长，证实MIZ双层结构；断面4南森盆地PSW上层R. hebetata f. hebetata受卤跃层深度调控，深卤跃层时光照近补偿点改由M. rubrum主导。3.6生物量指示性显示PSW积分生物量最高，仅甲藻生物量在水团间差异显著，颗石藻在AW占比显著大。

讨论部分指出，冰缘年际南移与AW增温增强使水团分类须兼顾局地变形；硅氮限制沿经向切换重构群落，AW硅限、PSW氮限；AW暖水复合体种（如N. planamembranacea历史未列北冰洋指示种）北扩可作大西洋化生物指标；大型甲藻Gyrodinium lachryma等跨水团广布且具混合营养（mixotrophy），解释夏季高纬开阔水域甲藻主导生物量；MIZ界面硅氮互补驱动R. hebetata与R. styliformis双大型硅藻峰值，验证界面高产假设；卤跃层深浅决定PSW指示种更替。结论部分翻译如下：弗拉姆海峡AW北流、北极水南流，运移中盐温热密与营养盐转型，分AW、mAW、PSW三类；AW低硅高氮限硅藻、PSW高硅低氮限生长；PERMANOVA证水团驱动群落，IndVal/SIMPER获三套指示复合体；南→北、东→西序列为AW→mAW→PSW种替；MIZ内真光层同时含两水团时成双层，上层R. hebetata f. hebetata、界面R. styliformis高产，卤跃层浅时R. hebetata占优、深时M. rubrum主导。该文发表于《Environments》，为北极大西洋化下浮游植物预警提供水团-物种映射框架。