典型海域浮游植物对磷的响应及营养盐动力学研究

【摘要】营养盐是海洋浮游植物生长必不可缺的营养元素，也是限制初级生产力的关键因子。近年来，黄东海的浮游植物生长受到磷限制的趋势日益严重，对海区生态系统造成多种影响。本论文首先以黄海为研究对象，系统地研究了水体中各形态营养盐尤其是磷的生物地球化学过程，并从营养盐补充消耗的角度探讨了营养盐对水华不同阶段的调控与响应，有助于深入认识黄海春季水华发生机制。在熟悉不同海区营养盐分布特点基础上，分析了中国近海浮游植物细胞不同结合态磷（细胞内结合态磷和细胞表面吸附态磷）的分布特点及其影响因素，初步探讨了磷被浮游植物细胞吸收利用的关键过程。春季发生水华在黄海是一个重要现象。水华的发生使黄海营养盐的含量和分布状况均有显著变化。冬季和早春时节营养盐的含量在外海要高于近岸。三月下旬，黄海中部充足的营养盐和合适的营养盐比例为春季水华的发生提供了良好的物质条件。夏季，黄海中部表层水中溶解无机态营养盐几乎被耗尽，氮、磷的耗尽导致了黄海中部水华的结束。在受到长江冲淡水影响的黄海南部海区，磷是浮游植物生长的一个限制因子。富含营养盐的黄海冷水团可以视为黄海真光层营养盐（尤其是磷酸盐）的一个补充来源。水华期间，下层水体中的营养盐通过扩散作用和湍流卷挟作用进入真光层，可以补充水华期间浮游植物生长所需56%的氮、56%的磷和69%的硅。此外，真光层中DON、DOP的利用和营养盐的再生也是维持水华的一个重要原因。在其它物理条件（如：温度、水体稳定性、光照）均有利于浮游植物生长的情况下，57%-76%的无机氮和46%-68%的磷酸盐可以在一周内被浮游植物利用，从而导致黄海中部水华的爆发。营养盐的分布变化特征受到水动力、生物活动等多种因素影响，黄、东、南海典型断面秋季营养盐分布因此而具有明显的区域差异。黄海上层水体氮、磷比较匮乏，将会限制浮游植物生长；上层水中硅含量不会限制硅藻的生长。黄海底层冷水富含营养盐，可视为黄海营养盐的一个重要储库。东海北部断面的深层水富含营养盐；东海南部台湾海峡断面营养盐含量略低于北部。高温高盐的南海上层水体为寡营养盐海水，浮游植物的生长受到氮、磷的限制；而低温高盐的南海底层水则富含营养盐。浮游植物在吸收利用磷的过程中可以在细胞表面吸附磷。研究春秋季不同海域表层水中的小型浮游植物细胞不同结合态磷特点发现：春季，黄海及浙闽近海浮游植物细胞总磷、细胞内结合态磷及细胞表面吸附态磷含量分别为9.5-95.9、9.0-82.2、0.5-21.3μmolg-1和41.8-190.3、30.4-118.5、2.9-71.8μmolg-1。2007年、2008年春季浙闽近海小型浮游植物细胞不同结合态磷含量不存在显著差异。浙闽近海浮游植物细胞总磷、细胞内结合态磷及细胞表面吸附态磷含量均显著高于黄海；但浮游植物细胞吸附态磷占细胞总磷比例在两个海域并不存在显著差异。浮游植物群落组成的差异可能是导致黄海浮游植物细胞内结合态磷含量低于浙闽近海的原因。秋季，黄、东、南海浮游植物细胞总磷含量分别为20.8-66.0，44.5-101.7，25.2-52.5μmolg-1；细胞内结合态磷含量分别为18.5-41.8，31.7-80.0，21.0-39.4μmolg-1；细胞表面吸附态磷含量分别为1.1-21.2，1.0-40.2，0.6-16.9μmolg-1。浮游植物吸收磷的能力明显受到海区营养盐水平影响。东海站位的浮游植物其细胞总磷及细胞内结合态磷含量显著高于黄海、南海站位的浮游植物。而三个海区的浮游植物细胞表面吸附态磷含量并无显著性差异。浮游植物细胞不同结合态磷含量不存在季节差异。中肋骨条藻和东海原甲藻对磷的吸收利用过程的室内营养盐加富实验表明：两种藻细胞总磷均主要以细胞内结合态磷为主，细胞内结合态磷、细胞表面吸附态磷分别占细胞总磷的64%-96%和4%-36%。在磷匮乏状态下，磷在浮游植物细胞表面的吸附比例表现为随比生长率的下降而降低的趋势。在外界磷充足的情况下，浮游植物可以“奢侈吸收”大量的磷储存在细胞内部及细胞表面。当环境中磷匮乏时，浮游植物即可通过消耗之前储备在细胞内部及吸附在细胞表面的磷来维持一段时间的细胞增殖。
【作者】金杰；
【导师】刘素美；
【作者基本信息】中国海洋大学，海洋化学，2014，博士
【关键词】营养盐；细胞内结合态磷；细胞表面吸附态磷；浮游植物；春季水华；中国海；

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