季风间歇期阿拉伯海东部浮游植物群落结构与次表层叶绿素最大值

《Deep Sea Research Part II: Topical Studies in Oceanography》:Phytoplankton community structure and subsurface chlorophyll maxima along the eastern Arabian Sea during the inter-monsoon seasons

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年09月26日 来源:Deep Sea Research Part II: Topical Studies in Oceanography 2.3

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   •春季和秋季季风间歇期东阿拉伯海盆地尺度的浮游植物变异性•营养盐层深度和营养盐可得性驱动浮游植物群落结构从近岸到远海的对比差异。•远海区域浮游植物群落在表层和海下叶绿素最大层(SCM)间的垂直生态位分化。•SCM结构与营养盐层位置的季節性变化密切相关。•季风转换通过水动力强迫

  
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    春季和秋季季风间歇期东阿拉伯海盆地尺度的浮游植物变异性
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    营养盐层深度和营养盐可得性驱动浮游植物群落结构从近岸到远海的对比差异。
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    远海区域浮游植物群落在表层和海下叶绿素最大层(SCM)间的垂直生态位分化。
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    SCM结构与营养盐层位置的季節性变化密切相关。
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    季风转换通过水动力强迫重塑浮游植物群落结构。

引言

东阿拉伯海(EAS)是一个高度动态的海盆,以强烈的季风风向季节性逆转为特征,对物理和生物地球化学过程起着主要控制作用。夏季风(SM)和冬季风(WM)均为高生产力时期,分别由夏季风期间的沿岸上升流和冬季风期间的对流混合驱动(Vijayan等,2021;Albin等,2022;Reddy等,2024)。相比之下,过渡性季风间歇期(IM)——春季季风间歇期(SIM)和秋季季风间歇期(FIM)——通常以温暖、营养盐贫乏的表层水和独特的水文条件为特征(Kumar等,2000)。营养盐层深度的季节变化直接调节营养盐向真光层的输送,从而重塑浮游植物群落组成。
在夏季风期间(6月至9月),风驱动上升流将富营养盐的次表层水输送至真光层,促进东阿拉伯海沿岸区域以硅藻为主导的群落形成。相反,在冬季风期间(11月至次年2月),对流混合使混合层加深并增强北东阿拉伯海的营养盐供应,支持浮游植物从小型群体向大型群体的转变。然而,在南东阿拉伯海,低盐度的孟加拉湾水团影响和持续的高海表温度(>28 °C)维持了强分层,导致寡营养条件和低初级生产力。相比之下,季风间歇期通常与弱风、高海表温度(>28 °C)以及强分层的表层和混合层有关,这些条件限制营养盐补给并限制浮游植物生物量(Kumar等,2000;Vimal等,2008;Gupta等,2016)。在混合层以下,较深的营养盐层有利于海下叶绿素最大层(SCM)的形成。
春季和秋季季风间歇期的水文条件存在显著差异。春季季风间歇期以显著的南北盐度梯度为特征,阿拉伯海高盐水团向南延伸,而孟加拉湾低盐水团控制着南东阿拉伯海(Kumar等,2000;Vimal等,2008)。结合弱风和高辐照条件,这些因素增强了水柱分层(Kumar等,2008)并限制垂直营养盐通量。相比之下,秋季季风间歇期紧随高生产力夏季风之后,反映残留季风影响,表层水相对温暖(>28 °C),营养盐层变浅,局部区域营养盐富集,尤其在沿岸地区。秋季季风间歇期远海区域通常仍保持寡营养状态,往往由小型浮游植物如蓝细菌和原绿球藻占据主导(Parab等,2006;Roy等,2006),其较高的表面积-体积比和高效的营养盐吸收策略使其在营养盐受限条件下具有竞争优势(Partensky等,1999)。
海下叶绿素最大层在两个季风间歇期均发育良好,通常出现在40至100米深度之间,主要由与营养盐层深度相关的光照可得性和营养盐供应之间的平衡所控制(Garg等,2024)。SCM内的浮游植物群落往往与表层群落存在显著差异,以微型和小型浮游植物(包括硅藻、甲藻、绿藻和膝藻)的贡献增加为特征,这些类群适应了低光照和相对富营养的环境(Barnett等,2024)。
鉴于季风间歇期分层强度、营养盐可得性与浮游植物功能特征之间的强耦合关系,我们假设季风驱动的水柱结构和营养盐供应变化塑造了东阿拉伯海浮游植物群落组织和SCM的形成。具体而言,我们提出春季季风间歇期增强的分层和较深的营养盐层有利于表层和混合层中微型及小型浮游植物占主导地位,并促进更深SCM的形成;而秋季季风间歇期残留的营养盐富集和变浅的营养盐层则增强浮游植物生物量,增加硅藻等大型类群在沿岸水中的贡献,并导致更浅、更显著的SCM。
尽管东阿拉伯海夏季风和冬季风期间的浮游植物动态已被广泛研究(Habeebrehman等,2008;Ahmed等,2016;Chndrasekhararao等,2018;Vijayan等,2021;Silori等,2021;Albin等,2022;Twinkle等,2022),但对季风间歇期浮游植物群落结构的盆地尺度认识仍然有限。早期的全球海洋通量联合研究(JGOFS)项目强调了强烈的沿岸-远海对比,沿岸水域硅藻占主导而远海则微型浮游植物占主导(Latasa和Bidigare,1998;Caron和Dennett,1999)。然而,在寡营养的季风间歇期对浮游植物群落组织的过程性评估——尤其是与分层、营养盐可得性及SCM结构相关的研究——仍然匮乏。
为弥补这一空白,我们对东阿拉伯海春季和秋季季风间歇期的浮游植物群落结构进行了盆地尺度调查。研究目标包括:(i)量化浮游植物功能群的空间和垂直变异性,(ii)确定影响群落组成的水文和营养盐控制因素,(iii)评估海下叶绿素最大层的结构、空间变异性及其相关浮游植物群落。

章节摘要

采样与分析

采样在七个沿岸-海盆断面沿线进行(卡普角、科钦、曼加洛尔、果阿、孟买、维拉瓦尔和奥卡),涵盖两个季风间歇期:春季季风间歇期(SIM;第375次航次SS375,2018年4月29日至5月25日)和秋季季风间歇期(FIM;第377次航次SS377,2018年11月1日至15日),在"Sagar Sampada"号研究船上完成(补充表1)。研究区域从北纬6°延伸至北纬22°,覆盖东阿拉伯海的沿岸至远海水域(图1)。采样设计和航次

春季季风间歇期东阿拉伯海的理化性质变异性

在春季季风间歇期,东阿拉伯海海表温度(SST)普遍超过29 °C(图2)。观察到显著的南北盐度梯度。北东阿拉伯海沿岸(36.14 ± 0.40)和远海(36.29 ± 0.22)水域盐度最高。盐度向南递减,中部东阿拉伯海呈现中间值(沿岸:35.13 ± 0.27;远海:34.74 ± 0.29),南东阿拉伯海盐度最低(沿岸:34.28 ± 0.20;远海:34.06 ± 0.39)。中等风速(4-6

东阿拉伯海季风间歇期的环境特征

东阿拉伯海的季风间歇期代表夏季风和冬季风系统之间的过渡性水文阶段,以温暖、分层且寡营养的表层水为特征。春季季风间歇期和秋季季风间歇期均表现出这些特征;然而,营养盐可得性、混合层深度和水柱结构方面的显著差异调节了浮游植物动态。
在春季季风间歇期,表层水温升至29°C以上,且

结论

本研究揭示了东阿拉伯海季风间歇期的水文变异性如何塑造浮游植物群落结构和垂直分布。春季和秋季季风间歇期均以温暖、分层的水体、浅混合层和营养盐贫乏的表层条件为特征,这些因素共同影响浮游植物群落的丰度和组成。在表层和混合层中,小型浮游植物

CRediT作者贡献声明

Shereen C.K:撰写——审阅与编辑、形式化分析。V Sudheesh:撰写——审阅与编辑、形式化分析。Anil Kumar Vijayan:撰写——审阅与编辑、验证、监督、资源提供、项目管理、数据整理、概念构思、经费获取。B Bikram Reddy:撰写——原稿、可视化、验证、软件、方法论、调查研究、形式化分析、数据整理、概念构思

未引用参考文献

Anil等,2021;Grasshoff等,1999;Kumar,2008;Margalef,1978;Parab和Matondkar,2012;Smayda和Trainer,2010;Vimal Kumar等,2008。

利益冲突声明

? 作者声明不存在可能影响本文所报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。

致谢

作者感谢印度地球科学部(MoES)部长,并衷心感谢M. Sudhakar博士和GVM Gupta博士(前负责人)以及科钦海洋生物资源与生态学研究中心(CMLRE)主任R.S. Maheskumar博士为开展本研究提供的设施支持。我们感谢"Sagar Sampada"号研究船航次的科学团队提供的帮助。本研究作为东阿拉伯海海洋生态系统动力学(MEDAS)项目的一部分进行
B. Bikram Reddy | Anil Kumar Vijyan | V. Sudheesh | C.K. Sherin
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