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【科普】浮游植物如此重要的五个原因

发布人:jim 来源: 发布时间:2024-12-19 16:23:10

毫不夸张地说,浮游植物对地球上的生命至关重要。它们不仅构成海洋食物链的基础,进而为陆地上的动物和人类提供营养,而且它们还充当全球碳汇,影响整个地球的气候,充当生态问题的标志,并为我们提供随时间推移的历史记录。

1、浮游植物是地球上最重要的生物。
NASA称它们是世界上最重要的植。(https://earthobservatory.nasa.gov/features/Phytoplankton)。 为什么?它们提供了地球上几乎所有的氧气,是大多数海洋生物的重要食物来源,是水生食物网的基础。它们是海洋中的草:利用太阳能量的单细胞植物。它们作为初级生产者,通过光合作用为海洋生物提供食物和氧气。

图1 水生食物网

2、没有浮游植物我们的星球会耗尽氧气。
自前寒武纪以来,浮游植物一直是控制地球大气中二氧化碳和氧气水平的关键。它们是地球上主要的主要生产者之一,负责大气中高达85%的氧气和地球上50%的光合作用。它们是一个主要的二氧化碳汇,从大气中吸收气体并释放氧气;它们的数量是限制全球变暖和地球大气总体健康的一个主要因素。

图2 碳循环

3、浮游植物是生态系统问题的重要标识。
它们数量的锐减对整个海洋生态系统产生了严重影响。它们的数量也是其他海洋问题的早期指标,比如过度污染。部分物种会产生强大的生物毒素,导致所谓的“赤潮”或有害的藻华。这些有毒的水华可以杀死海洋生物和食用受污染海鲜的人。

图3 新西兰罗德尼角的“赤潮”

4、浮游植物甚至与气候有关。
在云的形成中,浮游植物为形成凝结核,发挥着至关重要的作用;当浮游植物释放的化学物质“异戊二烯”氧化时,就会产生这些微小颗粒。因此,浮游植物不仅在海洋生物中发挥作用,而且在海平面以上也发挥作用。

图4 浮游植物对云层的影响
图4 浮游植物对云层的影响

5、 浮游植物向我们展示了历史。
硅藻是一种海洋浮游植物,在化石结构中保存完好。硅藻的化石记录在很大程度上是通过在海洋环境中回收它们的硅质硅藻壳来建立的,主要的化石沉积物可以追溯到白垩纪早期,一些岩石,如硅藻土,几乎完全由它们组成。这对研究世界上海洋的状况尤其有用,并为科学研究海洋过去是什么样子提供了宝贵的对比。

图6 上白垩统硅藻(doi.org/10.2216/05-22.1)

由于浮游植物对海洋生物和气候至关重要,它们生产力的任何变化都可能对生物多样性、渔业和人类食物供应以及全球变暖的速度产生重大影响。许多海洋化学和生物学模型预测,随着海洋表面因大气温室气体增加而变暖,浮游植物的生产力将下降。因为随着地表水变暖,水柱变得越来越分层;从深水中回收营养物质的垂直混合较少。

Chelsea Technologies对初级生产力的监测
PhytoPP是海洋食物链的基础,约占全球范围内光合作用固定碳的一半。因此,在广泛的空间和时间尺度上测量浮游植物群落对发展我们对海洋生产力的理解和验证气候变化模型具有巨大的潜力。可以说,实现这一目标的最重要方式是通过验证和开发卫星遥感技术,该技术在尽可能广泛的空间尺度上运行,但目前在估算浮游植物初级生产力方面存在很大误差。目前用于直接测量浮游植物初级生产力的大多数方法都是基于实验室的,这些方法只能在远远低于要求的尺度上应用,结果造成对浮游植物的海洋环境取样严重不足(Lee et al. 2015)。

LabSTAF 单周转活性叶绿素荧光计
单周转活性叶绿素荧光计(STAF)紧凑、坚固、便携,被广泛应用于非侵入性评估浮游藻类初级生产力,适用于从水库和湖泊到开阔海洋的野外环境。LabSTAF硬件和RunSTAF软件的组合允许分别使用sigma法和absorption法测量每PSII((JPII)的光系统II(PSII)光化学通量和每单位体积海洋或其他介质的PSII光化学通量(JVPII)。系统灵敏度卓越,动态范围宽,可以测量极端贫营养水域。高度自动化连续运行荧光光响应曲线(FLC),提高了低生物量下初级生产力估算的精度。荧光计七波长激发,双荧光波段测量和基线荧光扣除等特征最小化初级生产力评估的误差。

产品特征
整合(Oxborough,2012)吸收方法定量光合作用速率
七激发波长可进行基于可变荧光(Fv)的常规光谱校正
双窄波段荧光测量(685nm和730nm)用于自动包裹效应校正
双单周转脉冲测量弛豫相动力学
全光谱蓝色增强的光化光照射强度高达2500μmol m-2 s-1
样品室循环水套,与光路不相交
替代基于14C的光合作用测量

产品应用
在高时空尺度上测量PSII单位体积水体的光化学通量(JVPII),提供样品初级生产力上限
定量评估推动全球碳循环的基本系统
水生态系统的生物化学和生态学分析
卫星数据验证
中尺度涡旋到海洋锋的尺度测量
气候变化研究和建模
藻华发展及群落结构的监测
进行生态监测,管理集水