Весеннее цветение

редактировать
Сильное увеличение численности фитопланктона, которое обычно происходит ранней весной

весеннее цветение - это сильное увеличение численности фитопланктона (т.е. запас), который обычно возникает ранней весной и продолжается до конца весны или начала лета. Это сезонное явление характерно для умеренных климатических зон Северной Атлантики, субполярных и прибрежных вод. Цветение фитопланктона происходит, когда рост превышает потери, однако не существует общепринятого определения величины изменения или порогового значения численности, составляющего цветение. Величина, пространственная протяженность и продолжительность цветения зависят от множества абиотических и биотических факторов. Абиотические факторы включают доступность света, питательные вещества, температуру и физические процессы, которые влияют на доступность света, а биотические факторы включают выпас, вирусный лизис и физиологию фитопланктона. Факторы, которые приводят к возникновению цветения, все еще активно обсуждаются (см. Критическая глубина ).

Содержание

  • 1 Классический механизм
  • 2 Альтернативные механизмы
  • 3 Прогресс на север
  • 4 Последовательность видов
  • 5 Изменчивость и влияние изменения климата
  • 6 См. Также
  • 7 Ссылки

Классический механизм

Весной становится доступным больше света, и происходит расслоение водной толщи по мере того, как повышение температуры нагревает поверхностные воды (это называется термической стратификацией). В результате вертикальное перемешивание подавляется, и фитопланктон и питательные вещества захватываются в эвфотическую зону. Это создает сравнительно высокую питательную среду и высокую освещенность, что способствует быстрому росту фитопланктона.

Наряду с термической стратификацией, весеннее цветение может быть вызвано стратификацией солености из-за поступления пресной воды из таких источников, как высокий речной сток. Этот тип стратификации обычно ограничивается прибрежными районами и устьями рек, включая Чесапикский залив. Пресная вода влияет на первичную продуктивность двояко. Во-первых, поскольку пресная вода менее плотная, она находится поверх морской воды и создает многослойный водный столб. Во-вторых, пресная вода часто несет в себе питательные вещества, необходимые фитопланктону для осуществления процессов, включая фотосинтез.

Быстрое увеличение роста фитопланктона, которое обычно происходит во время весеннего цветения, возникает из-за того, что фитопланктон может быстро воспроизводиться в оптимальных условиях роста (т. Е. При высоких уровнях питательных веществ, идеальном освещении и температуре и минимальных потерях от выпаса скота и вертикального перемешивания). Что касается воспроизводства, то многие виды фитопланктона могут удваиваться по крайней мере один раз в день, что позволяет экспоненциально увеличивать размер запаса фитопланктона. Например, размер популяции, которая удваивается один раз в день, увеличится в 1000 раз всего за 10 дней. Кроме того, наблюдается запаздывание реакции травоядных зоопланктона на выпас в начале цветения, что сводит к минимуму потери фитопланктона. Это отставание происходит из-за низкой численности зоопланктона зимой и у многих зоопланктонов, таких как веслоногие рачки, более продолжительное время генерации, чем у фитопланктона.

Весеннее цветение обычно длится до конца весны или начала лета, когда цветение прекращается из-за истощение питательных веществ в стратифицированной водной толще и увеличение пастбищной нагрузки зоопланктона. Наиболее ограничивающим питательным веществом в морской среде обычно является азот (N). Это связано с тем, что большинство организмов не могут преобразовать атмосферный азот в пригодные для использования формы (например, аммоний, нитрит или нитрат). Однако, за исключением прибрежных вод, можно утверждать, что железо (Fe) является наиболее ограничивающим питательным веществом, поскольку оно требуется для фиксации азота, но доступно только в небольших количествах в морской среде. образуются в результате пыльных бурь и выщелачивания из скал. Фосфор также может быть ограничивающим фактором, особенно в пресноводных средах и тропических прибрежных регионах.

Зимой ветровая турбулентность и температура охлаждающей воды разрушают стратифицированная водная толща сформировалась в течение лета. Такое разложение позволяет вертикальному перемешиванию водной толщи и пополняет питательные вещества из глубинных вод в поверхностные воды и остальную часть эвфотической зоны. Однако вертикальное перемешивание также вызывает большие потери, так как фитопланктон переносится ниже эвфотической зоны (поэтому их дыхание превышает первичную продукцию). Кроме того, снижение освещенности (интенсивность и суточная продолжительность) зимой ограничивает темпы роста.

Альтернативные механизмы

Исторически цветение объяснялось гипотезой Свердрупа критической глубины, согласно которой цветение вызвано обмелением смешанного слоя. Точно так же Виндер и Клоерн (2010) описали весеннее цветение как реакцию на повышение температуры и доступности света. Однако недавно были предложены новые объяснения, в том числе то, что цветение происходит из-за:

  • связи между ростом фитопланктона и выпасом зоопланктона.
  • Начало приповерхностной стратификации весной.
  • Смешивание. водной толщи, а не стратификации
  • Низкая турбулентность
  • Увеличение интенсивности света (на мелководье).

Продвижение на север

На больших широтах, весеннее цветение наступает позже в этом году. Это продвижение на север связано с тем, что весна наступает позже, задерживая тепловую стратификацию и увеличивая освещенность, способствующую цветению. Исследование, проведенное Вольфом и Вудсом (1988), показало доказательства того, что весеннее цветение следует за перемещением на север изотермы 12 ° C, предполагая, что цветение может контролироваться не только стратификацией, но и температурными ограничениями.

В высоких широтах, более короткий теплый сезон обычно приводит к цветению в середине лета. Это цветение, как правило, более интенсивное, чем весеннее цветение в регионах с умеренным климатом, потому что для фотосинтеза требуется более продолжительный световой день. Кроме того, давление пастбищ, как правило, ниже, потому что обычно более низкие температуры в более высоких широтах замедляют метаболизм зоопланктона.

Последовательность видов

Весеннее цветение часто состоит из серии последовательных цветений различных видов фитопланктона. Сукцессия происходит потому, что разные виды имеют оптимальное потребление питательных веществ при различных концентрациях в окружающей среде и достигают пика своего роста в разное время. Сдвиги в составе доминирующих видов фитопланктона, вероятно, вызваны биологическими и физическими (т.е. экологическими) факторами. Например, скорость роста диатомей становится ограниченной, когда запасы силиката истощаются. Поскольку силикаты не требуются для другого фитопланктона, такого как динофлагелляты, темпы их роста продолжают расти.

Например, в океанической среде диатомовые водоросли (диаметр клеток от 10 до 70 мкм или больше) обычно доминируют первыми, поскольку они способны расти быстрее. Как только силикаты в окружающей среде истощаются, диатомеи заменяются более мелкими динофлагеллятами. Этот сценарий наблюдался в Род-Айленде, а также в Массачусетсе и заливе Кейп-Код. К концу весеннего цветения, когда большинство питательных веществ истощается, большую часть общей биомассы фитопланктона составляет очень маленький фитопланктон, известный как ультрафитопланктон (диаметр клетки <5 to 10 µm). Ultraphytoplankton can sustain low, but constant stocks, in nutrient depleted environments because they have a larger отношение площади поверхности к объему, который предлагает гораздо более эффективную скорость диффузии. Типы фитопланктона, составляющие цветение, могут быть определены путем изучения различных фотосинтетических пигментов, обнаруженных в хлоропластах каждого вида

.

Изменчивость и влияние изменения климата

Изменчивость в закономерностях (например, время начала, продолжительность, величина, положение и пространственная протяженность) ежегодных весенних цветений хорошо задокументирована. из-за колебаний условий окружающей среды, таких как интенсивность ветра, температура, поступление пресной воды и свет. Следовательно, модели весеннего цветения, вероятно, чувствительны к глобальному изменению климата.

Были обнаружены связи между температурой и моделями весеннего цветения. например, несколько стю dies сообщили о корреляции между ранним началом весеннего цветения и повышением температуры со временем. Кроме того, в проливе Лонг-Айленд и в заливе Мэн цветение начинается позже, более продуктивно и длится дольше в более холодные годы, в то время как в более теплые годы цветение происходит раньше и короче и с большей силой.

Температура также может регулировать размер соцветий. В заливе Наррагансетт, Род-Айленд, исследование Durbin et al. (1992) указали, что повышение температуры воды на 2 ° C привело к трехнедельному сдвигу в созревании копеподы, Acartia hudsonica, что могло значительно увеличить интенсивность выпаса зоопланктона. Oviatt et al. (2002) отметили снижение интенсивности и продолжительности весеннего цветения в годы, когда температура воды зимой была выше. Oviatt et al. предположил, что сокращение произошло из-за увеличения нагрузки на выпас скота, которая потенциально может стать достаточно интенсивной, чтобы полностью предотвратить весеннее цветение.

Миллер и Хардинг (2007) предположили, что изменение климата (влияющее на зимние погодные условия и приток пресной воды) было причиной сдвигов в моделях весеннего цветения в Чесапикском заливе. Они обнаружили, что в теплые влажные годы (в отличие от прохладных и засушливых лет) цветение в пространстве было больше и располагалось ближе к морю. Кроме того, в те же годы биомасса была выше, и пик биомассы пришелся на более позднюю весну.

См. Также

Литература

Последняя правка сделана 2021-06-09 03:53:17
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте