黄海浒苔绿潮中生源要素的迁移转化及对生态环境的影响

【摘要】本论文研究了黄海绿潮发生过程中不同海域浒苔体内的元素成分、营养成分和色素含量的变化及与环境营养盐变化的关系；在自然海水中模拟研究了不同生物量下浒苔对海水中碳、氮、磷、硫的消耗作用，转化作用以及释放作用，探讨了浒苔绿潮通过这些作用可能对黄海生态系统造成的影响。主要结果如下：通过测定了现场调查不同海域浒苔的组成成分以及在室内实验研究了在不同营养盐水平下浒苔的色素变化。结果发现，在江苏沿岸海域所采集的浒苔中的主要元素成分（C、N、P等）、营养成分（粗蛋白和粗脂肪）以及6种色素(叶绿素a、叶绿素b、叶黄素、β-胡萝卜素、新黄质和紫黄素）含量明显高于山东半岛海域。通过相关性分析得到，与叶绿素呈显著正相关关系的成分有C、N、Fe、Al、K和粗蛋白。无机氮营养盐浓度水平越高，浒苔的色素含量越高并且绿色越深；而无机磷营养盐单独对浒苔的色素和颜色没有明显影响。无机磷和无机氮对浒苔的色素和颜色的影响有协同作用。因此，在绿潮由江苏沿岸海域向山东半岛海域漂移的过程中，浒苔的绿色由深变浅，叶绿素的含量逐渐减少，多种元素成分含量逐渐减少，营养状态逐渐变差。黄海海域浒苔状态的转变与水体环境因子营养盐的分布有密切联系。通过研究不同生长阶段的浒苔对生源要素的消耗，发现当成体浒苔生物量为2.5g/L时，海水中DIN的消耗率高达约70%，DIP消耗率约为25%，DIC的消耗率率约为42%，而对海水中硫酸盐的消耗率仅约为1%。漂浮的成体浒苔生长率显著高于固着的成体浒苔，而固着和漂浮的浒苔对无机氮、磷营养盐的吸收没有显著差异（P<0.05）。固着期的浒苔对NH4+和PO43-的消耗要高于萌发期的浒苔。浒苔绿潮对海水氮磷营养盐的消耗会明显降低其在海水中的浓度和含量，但绿潮对无机碳和无机硫的消耗对其海水环境的变化没有明显的影响。为了更好地模拟海洋现场情况，在流水体系中研究了浒苔对氮磷营养盐吸收，与非流动水体系进行对比，并研究了浒苔对生源要素的转化作用，得到结果：在海水不流动的实验体系中，2d内浒苔对海水中DIN、DIP和DOP是有吸收作用的，但对DON有释放作用的。浒苔可将海水中无机氮营养盐转化为有机氮产物。在海水流动的实验体系浒苔对海水中DIN、DIP、DON和DOP都有吸收作用，平均吸收速率分别为10.87μmol·g-1·d-1、2.41μmol·g-1·d-1、0.183μmol·g-1·d-1和0.023μmol·g-1·d-1。浒苔对无机形态的氮、磷、碳和硫转化为自身有机形态的效率分别为：97.33%、99.99%、96.84%和95.31%。爆发的绿潮能将无机形态的生源要素转化为自身有机形态，并将其输送至山东半岛海域。在浒苔腐烂分解的模拟实验中，发现浒苔的分解主要以有机态营养盐释放。2.5g/L的浒苔分解水体中总有机碳、总有机氮和总有机磷的增长到最高浓度分别为1.65mmol/L、80.71μmol/L和1.605μmol/L，均远高于海水原始浓度3-9倍，所占。总氮浓度超过了水体富营养化的标准。氨氮的浓度在分解后期高于海水原始浓度，达到2.46μmol/L。总有机硫、无机硫和硫化氢在分解过程中均有小幅度的升高，不足以影响海水环境。2.5g/L的分解的浒苔水体中溶解氧在12d后低于4mg/L，海水呈现低氧状态；pH值在12d以后一直低于7.5。溶氧和pH水平仅符合第四类海水质量标准。绿潮的腐烂分解会造成水体的缺氧和加重水体营养盐水平，对环境有明显的影响效应。我们的研究发现，黄海大规模浒苔绿潮的爆发对该海域生源要素的迁移、转化有重要影响，浒苔绿潮盛期的巨大生物量能从海水中吸收固定36万吨的碳、2.3万吨的氮、400吨的磷和1.6万吨的硫，并随绿潮的迁移而发生迁移，将大量的营养物质从江苏沿岸海域输送至山东半岛海域。在富营养化水平较高的江苏沿岸黄海海域，绿潮对营养盐的消耗量占全年江苏省排放氨氮量不到15%，这种消耗不能明显降低该海域的营养盐水平；在营养盐相对较低的山东半岛南部海域，绿潮对氮和磷营养盐的消耗较高（79%/d和36%/d），会显著降低该海域的营养盐水平，以致可能不利于其他初级生产者如浮游植物的生长，但会降低发生赤潮的机会。绿潮在山东半岛近岸海域下沉后的消亡分解在大约80天完成，并将自身的营养物质几乎全部释放到海水中，改变水体原有的氮磷营养盐比例（有机营养盐的百分比例从25%左右升高至90%以上），并且可能引起山东半岛沿岸海域局部水体营养盐水平升高（总氮浓度高于80μmol/L）以及水体处于低氧状态（DO低于4mg/L）。黄海大规模浒苔绿潮对海水中营养盐的吸收、迁移和再释放有可能对该海域营养盐的再分布起到重要作用，并产生相应的生态效应。
【作者】丁月旻；
【导师】周名江；颜天；
【作者基本信息】中国科学院研究生院（海洋研究所），海洋生态学，2014，博士
【关键词】南黄海；绿潮；浒苔；生源要素；

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