热带西太平洋上层水体常年存在严重的分层，是典型的寡营养海域，同时该海域也是海山分布最集中的区域之一。但是目前该海域海山的浮游植物研究仍处于起步阶段，海山浮游植物群落结构特征及海山对浮游植物的作用尚不明确。本研究系统揭示了热带西太平洋海山浮游植物群落结构特征及其与环境因子之间的关系，对有关浮游植物“海山效应”的相关假说和理论进行了检验，为研究热带寡营养海域的海山生态系统特征、初级生产过程、地球化学循环等奠定了基础。

本文对热带西太平洋的4座海山的浮游植物的生物量（以叶绿素a代表）、粒级结构、类群组成和初级生产力情况进行了5个航次的调查研究（Y3海山：2014年12月；M2海山：2016年3月；C4海山：2017年8月、2019年5月；Kocebu海山：2018年3月），在此基础上对浮游植物群落结构特征与环境因子的关系进行了分析；此外，对比研究了海山站位和周边站位的浮游植物群落结构的差异，并结合海山存在的物理过程和营养盐变化，分别分析了4座海山的物理-化学-生物耦合过程。研究得到以下结论：

       1. 热带西太平洋海山表层叶绿素a含量很低，随水深增加呈先增加后降低的趋势，叶绿素a最大值主要位于75 – 150 m，初级生产力水平较低。

受长期分层现象的影响，热带西太平洋海山区上层水体长期处于寡营养状态，浮游植物在上层水体的生长主要受到营养盐的限制，5个航次的表层叶绿素a浓度均维持在0.05 mg/m³左右，平均水柱叶绿素a的浓度范围为11.2 – 19.4 mg/m²。在温跃层，营养盐浓度逐渐升高，但是光照强度降低，导致了叶绿素a最大值通常位于温跃层起始位置的下方20 – 30 m处，叶绿素最大值的变化范围约为0.1 – 0.35 mg/m³。初级生产力在Y3、M2和C4海山均低于100 mgC/(m²×d)，在北部的Kocebu海山最高，约为150 mgC/(m²×d)。

       2. 温跃层以上以微微型的原绿球藻、聚球藻为优势类群，其次为微型浮游植物定鞭藻，随着水深的增加，聚球藻的优势地位逐渐被金藻和隐藻所取代，小型浮游植物硅藻、甲藻等对叶绿素a的相对贡献率在全水层较低。

在M2、C4和Kocebu海山，微微型浮游植物如聚球藻、原绿球藻对叶绿素a的贡献率都达到了0.85左右，以定鞭藻、金藻和隐藻为主的微型浮游植物，其对叶绿素a的贡献率在0.1左右，而像硅藻、甲藻等小型浮游植物的叶绿素a浓度很低。在Y3海山，微微型浮游植物依然是优势类群，但其对叶绿素a的贡献率在0.55左右，微型浮游植物的贡献率接近0.3，小型浮游植物的贡献率在0.15左右。浮游植物类群组成的垂直变化为：温跃层以上以微微型的原绿球藻、聚球藻为主要的优势类群，其次为微型浮游植物定鞭藻，随着水深的增加，聚球藻的优势地位逐渐被金藻和隐藻所取代，小型浮游植物硅藻、甲藻等对叶绿素a的相对贡献率在全水层较低。浮游植物类群组成主要受光照和营养盐的影响，也与各类群的生活方式及生存策略相关。

3. 热带西太平洋海山区浮游植物群落结构在相同区域不同月份差异明显，而在同一月份，不同纬度差异不明显。

12月小型和微型浮游植物叶绿素a的相对贡献率最高，但叶绿素a和初级生产力水平最低。3月、5月和8月粒级结构及类群组成相近，3月和5月的叶绿素a水平要高于8月。在3月份，20 ˚N 左右的Kocebu海山表层叶绿素a浓度要稍高于10 ˚N的M2海山，但叶绿素a最大值没有明显差异，两海山的粒级结构也没有区别。

4. 在Y3中等深度海山、C4浅海山及Kocebu深海山观测到浮游植物的生物量显著升高的现象。

       虽然在Y3、C4浅海山及Kocebu深海上升流均受到分层的削弱，但由于浮游植物的分布较深，上升流补充的营养盐仍然在真光层底部对浮游植物的生物量起到了促进作用。其中，Y3海山的A断面和2017年C4海山的两个断面均发现了浮游植物被显著增强的信号，在有些山坡站位，其叶绿素a最大值是周边站位的2倍以上。Y3海山和C4海山都存在较强的物理过程，其中Y3海山山顶处可能存在涡旋结构，而C4海山可能有“泰勒帽”存在。在叶绿素a的高值区观测到了等温线的抬升和营养盐向上输送的信号，存在很好的物理化学生物耦合过程。

       在Kocebu深海山观测到等温线在山顶处产生的波动似乎被传递到温跃层，且营养盐在山顶站位有明显的抬升。不过与Y3和C4海山不同的是，真光层观测到叶绿素a高值斑块并不位于山顶，而位于下游站位，与营养盐的200 m水柱浓度高值区有很好的耦合，可能是因为产生于Kocebu深海山的湍流或涡对水体的滞留或捕捉作用不能延伸至真光层，发生垂直混合的海水很快被流冲到下游，从而在下游形成高营养盐和高叶绿素a的斑块。

在M2海山没有发现“海山效应”，通过对比其与Y3和C4海山的区别，发现自东向西的北赤道流与主要呈南—北走势的Y3和C4海山有更强的相互作用，而水流方向与东—西走势的M2海山平行，相互作用较弱。结合以往的研究，本文认为当洋流流向与海山走势垂直时，相互作用较强，更容易产生“海山效应”。

5. 海山对浮游植物类群结构及分布存在一定影响。

在Y3、C4和Kocebu海山发现了一些小型浮游植物或微型植物的叶绿素a浓度及贡献率升高的现象，如在Kocebu海山小型浮游植物叶绿素a在山顶处浓度最高，是周边海域的3倍左右，硅藻在两座山峰之间A5 – 8站位有较高的生物量；相似性分析结果表明，在2019年C4海山浮游植物类群结构与对照组站位存在显著性差异。

       海山的物理过程（泰勒柱和上升流等）不仅可以一定程度上促进浮游植物的生长，像振幅较大的内波、次级环流以及埃克曼底边界流等过程也可以一定程度上加速浮游植物或颗粒物向海洋深处转移。考虑到西太平洋海山数量众多，海山对该区域的碳通量或地球化学循环的潜在贡献值得进一步关注和研究。

第1章  引言... 1

1.1  浮游植物概述... 1

1.2  海山研究概述... 3

1.2.1  海山的基本特征... 4

1.2.2  海山研究历史... 5

1.2.3  海山物理过程... 6

1.2.4  海山浮游植物研究... 8

1.3  研究区域的环境特征... 10

1.4  研究内容及意义... 11

第2章  材料与方法... 14

2.1  采样站位... 14

2.2  环境因子... 17

2.3  分粒级叶绿素a. 17

2.4  浮游植物类群组成... 17

2.5  初级生产力... 18

2.6  数据分析与作图... 19

第3章  Y3海山浮游植物群落结构特征... 20

3.1  Y3海山环境因子... 20

3.2  Y3海山分粒级叶绿素a. 22

3.3  Y3海山“海山效应”. 25

第4章  M2海山浮游植物群落结构特征... 29

4.1  M2海山环境因子... 29

4.2  M2海山分粒级叶绿素a. 31

4.3  M2海山对浮游植物的影响... 32

第5章  C4海山浮游植物群落结构特征... 34

5.1  2017年8月C4海山浮游植物群落结构特征... 34

5.1.1  环境因子... 34

5.1.2  分粒级叶绿素a. 37

5.1.3  浮游植物类群组成... 38

5.1.4  2017年C4海山“海山效应”. 43

5.2  2019年5月C4海山浮游植物群落结构特征... 46

5.2.1  环境因子... 46

5.2.2  分粒级叶绿素a. 50

5.2.3  浮游植物类群组成... 53

5.2.4  物理化学生物耦合... 58

第6章  Kocebu海山浮游植物群落结构特征... 61

6.1  环境因子... 61

6.2  分粒级叶绿素a. 64

6.3  浮游植物类群组成... 66

6.4  “海山效应”. 70

第7章  不同海山浮游植物群落结构特征的对比研究... 74

7.1  4座海山浮游植物群落结构的共同特征... 74

7.1.1  生物量和初级生产力水平... 74

7.1.2  叶绿素最大层... 76

7.1.3  浮游植物类群组成... 79

7.1.4  类群组成的垂直变化... 80

7.2  不同海山浮游植物群落结构特征的差异... 82

7.3  不同海山的“海山效应”. 84

第8章  结论与创新... 89

8.1  结论... 89

8.2  创新点... 91

8.3  不足与展望... 91

参考文献... 92

附  录... 100

致 谢... 104

作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果    106