春季东海沿岸东海原甲藻藻华与环境因子和水体氮循环过程的关系研究

发布时间：2020-10-13 13:56

　　 近年来,东海沿岸已成为我国有害藻华的多发区,针对该海区开展的藻华研究也日益增多。藻华爆发会消耗水体中大量溶解氧并可能释放毒素,不仅会对水体性质造成影响、对海洋生物构成威胁,还会影响人类的健康。本文通过对2016年春季东海沿岸藻华爆发情况的考察、主要环境因子的调查以及水体主要氮循环过程速率的测定,依据现场东海原甲藻藻华爆发的具体情况和相关参数,详细探讨了藻华的爆发与环境因子之间的相互作用以及藻华区水体的主要氮循环过程,本文还依据历史研究和本航次藻华情况、生物量、藻密度、赤潮藻培养试验的讨论,对东海原藻华藻华进行分区(南区和北区)和分阶段讨论。东海原甲藻藻华的爆发受到多种因子的调控。春季,长江冲淡水和闽江冲淡水为东海沿岸带来高浓度氮、高氮磷比、低盐的表层水,为东海原甲藻藻华的爆发提供了物质基础;在一定范围内(16-19℃),温度越高,东海原甲藻藻华的爆发越强;在受到冲淡水影响的各站位表层和次表层低盐水体中,东海原甲藻藻华更容易爆发;除营养盐、温度和盐度外,浊度也可以通过改变水体的透光性间接影响浮游植物生长;此外,在低光条件下,表层水体倾向于获得更高的生物量,可能由于东海原甲藻更适应低光环境。另外,浮游动物的摄食、毒素的分泌以及风场流场的变动等可能也会影响东海原甲藻藻华的爆发进程。本文详细讨论了物理参数,以及不同无机态、有机态营养盐,颗粒、叶绿素的浓度范围和剖面分布规律及其和藻华区以及藻华阶段的关系,并依据各站位的具体情况进行了特别现象的详细讨论。藻华南区相比北区的环境条件更有利于东海原甲藻藻华的爆发,其藻华爆发程度更高,对硝氮、活性磷酸盐以及溶解有机磷的消耗也比北区更显著。根据13 m以浅水体亚硝氮、硝氮以及硅酸盐与叶绿素之间的相关性判断,南区东海原甲藻藻华的爆发消耗亚硝氮和硝氮,净释放硅酸盐,而北区站位三者的相关性较弱;整个海区SI/DIN剖面范围是0.800-8.50,东海原甲藻藻华的爆发大量消耗DIN,从而显著提高了藻华爆发阶段上层水体的SI/DIN;DIN/DIP的分布范围是16.0-580,高DIN/DIP有利于东海原甲藻藻华爆发,而藻华爆发又使DIN/DIP进一步升高;当生物量低(Chl-a4.00 μmol/L)时,北区浮游植物优先利用TDP储库中的DIP,当DIP0.300 μmol/L时,DIP倾向于被利用,DOP倾向于被释放,当DIP0.200 μmol/L时,DIP和DOP同时被消耗,与北区相比,南区藻华爆发程度更高,DOP消耗也更强;东海原甲藻藻华的爆发会消耗DIN和DON,且前者大于后者,北区相比南区,DON可能更倾向于被利用;尿素浓度及其占溶解有机氮浓度的比值(约4%)都很低,伴随着DON的净消耗,urea也倾向于被净消耗,其中,藻华爆发阶段对尿素的消耗最强,而藻华消散时,urea/DON的比值上升;东海原甲藻藻华的爆发还会消耗亚硝氮,且南区的消耗相比北区更显著;另外,研究海区3-10 m水体溶氧处于过饱和状态,这是由于藻华爆发阶段的高强度产氧所导致。藻华区表层和荧光值极大层的氨氮、硝氮和尿素的光吸收速率分布范围分别是 6.83-804.90 nmol N·L-1·h-1、1.67-227.18 nmol N·L-1·h-1 和 0.32-33.86 nmol N·L-1·h-1,当氨氮浓度4.00 μmol/L时,浮游植物对硝氮的吸收被抑制,但尿素的吸收不受影响;浮游植物吸收氨氮和尿素的相对偏好系数RPI(Relative preference index)大于1,说明其对二者都具有很强的偏好性;暗环境下三种氮源的吸收速率都会降低,其中硝氮暗吸收速率为0.240-7.41 nmolN·L-1·h-1,受抑制程度最高,氨氮和尿素的吸收速率分别降低25%到80%和28%-90%;东海原甲藻藻华爆发阶段,光照对氨氮和尿素吸收的抑制作用相对其它阶段较小;在藻华爆发阶段,氨氮、硝氮和尿素光吸收速率的总和最高,氨氮光吸收速率在总光吸收速率中的占比高于起始阶段;与光照相比,底物浓度是影响光吸收速率的另一重要因子,尤其是尿素,当其浓度0.300 μmol/L时,底物浓度成为光吸收速率的控制因子。硝化速率的分布特点是表层低,5-20 m存在极大值,底层增大,其分布范围是4.09-4746.32 nmol N·L-1·d-1。尿素氧化速率随水深的增大而增大,其速率范围是0.03-35.65 nmol N·L-1·d-1。表层硝化速率低可能是由于高光抑制硝化微生物的活性;次表层硝化速率存在极大值,可能因为有机质降解提供了充足的底物且光照的抑制作用减弱;底层硝化速率升高,可能因为沉积物再悬浮或沉降颗粒携带的氨氮为硝化过程提供了底物;南区站位的硝化速率整体低于北区,可能因为该区东海原甲藻藻华的爆发程度最强,浮游植物对底物的竞争限制了硝化速率和尿素氧化速率;东海原甲藻藻华消散阶段,硝化和尿素氧化速率的水柱积分均值更高,可能因为浮游植物对底物竞争的减弱,加上有机质的降解为氨氧化微生物和尿素氧化微生物提供了更多的底物。此外,硝化速率与尿素氧化速率显著相关(R2=0.3244,P0.0001),浮游植物对氨氮和尿素吸收的RPI值之间也有很好的关系(斜率k=0.8,R2=0.9305),这些现象都说明,氨氮和尿素底物或者与两者相关的吸收、硝化等氮循环过程之间可能存在某种内在的联系。
【学位单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：X55
【部分图文】：

（ｍｏｄｉｆｉｅｄ?ｂｙ?Ｇｉｌｂｅｒｔ?Ｐ?Ｍ?ｅｔ?ａｌ．，?２０１７）??Ｆｉｇ．１－１?Ｈａｒｍｆｕｌ?ａｌｇａｌ?ｂｌｏｏｍ?ｃａｕｓｅｄ?ｂｙ?ｅｕｔｒｏｐｈｉｃａｔｉｏｎ??ａｎｄ?ｉｔｓ?ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ?ｅｆｆｅｃｔｓ??１．１．２东海沿岸藻华概况??１．１．２．１东海藻华发生的频率和规模??近三十年来，大范围的有害藻华在中国河口以及沿海、港湾频繁发生。硅藻??藻华是一年四季中国四个边缘海爆发的最主要藻华种之一，季节跨度最大，爆发??范围最广；而东海原甲藻藻华主要于春季发生在长江口以及东海沿岸海区，每年??持续约６０－７０天左右，自１９９０ｓ以来，这己成为一个周期性现象（Ｚｈｏｕ?ｅｔａＬ，?２００３，??２〇〇６）。藻华的发生不仅破坏了海洋生态的平衡，而且严重地损害了海洋的水产??资源，甚至威胁人类健康。东海赤潮时间首次被发现是在１９５０ｓ，自１９７０ｓ起，??我国近海的赤潮发生速度不断攀升，平均每１０年增长３倍，到了?２１世纪，赤潮??

Ｆｉｇ．１－２?Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ?ａｎｄ?ａｒｅａ?ｏｆ?ｒｅｄ－ｔｉｄｅ?ｏｃｃｕｒｒｅｄ?ｉｎ?ＥＣＳ?ｆｒｏｍ?１９５０ｓ?ｔｏ?２０１３．??１．１．２．２东海主要藻华种及其变化??图１－３所示为１９５９－２０１０年长江口及其邻近海域的硅藻与甲藻细胞的相对丰??度变化（Ｌｉｅｔａｌ．，２０１４），可以看出，在２００３年以前，该海区的甲藻相对硅藻的??占比不超过２０％，而从２００４年到２０１０年，甲藻相对硅藻丰度的占比显著增加，??最高达到７３％，这说明在长江口及其临近海区生态系统中，甲藻正扮演着更加重??要的角色。??图１－４所示为２００６到２０１２年东海１１个航次表层水体的的浮游植物群落生??物量和组成的季节变化（ＢＱ?Ｈｕａｎｇ?ｅｔａｌ．，?２０１６），最值得注意的是，春季长江口??以及浙江沿岸中北部海区的浮游植物群落主要以甲藻种主导，东海其它海区甲藻??的占比也很高，而在其它季节，长江口及其邻近海区的浮游植物群落则都是以硅??藻种主导。??４??

?〇〇？〇〇＞—？＾＾＾？ａ〇．＾４ｃ〇＇〇〇ｈ＾ｉ＾ｕ＜??代代代代代??图１－２?２０世纪５０年代到２０１３年东海赤潮发生频率和面积??（ｍｏｄｉｆｉｅｄ?ｂｙ?张桂成，２０１５）??Ｆｉｇ．１－２?Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ?ａｎｄ?ａｒｅａ?ｏｆ?ｒｅｄ－ｔｉｄｅ?ｏｃｃｕｒｒｅｄ?ｉｎ?ＥＣＳ?ｆｒｏｍ?１９５０ｓ?ｔｏ?２０１３．??１．１．２．２东海主要藻华种及其变化??图１－３所示为１９５９－２０１０年长江口及其邻近海域的硅藻与甲藻细胞的相对丰??度变化（Ｌｉｅｔａｌ．，２０１４），可以看出，在２００３年以前，该海区的甲藻相对硅藻的??占比不超过２０％，而从２００４年到２０１０年，甲藻相对硅藻丰度的占比显著增加，??最高达到７３％，这说明在长江口及其临近海区生态系统中，甲藻正扮演着更加重??要的角色。??图１－４所示为２００６到２０１２年东海１１个航次表层水体的的浮游植物群落生??物量和组成的季节变化（ＢＱ?Ｈｕａｎｇ?ｅｔａｌ．，?２０１６），最值得注意的是，春季长江口??以及浙江沿岸中北部海区的浮游植物群落主要以甲藻种主导，东海其它海区甲藻??的占比也很高，而在其它季节，长江口及其邻近海区的浮游植物群落则都是以硅??藻种主导。??４??
【参考文献】

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3 Patricia M. GLIBERT;JoAnn M. BURKHOLDER;;Harmful algal blooms and eutrophication: "strategies" for nutrient uptake and growth outside the Redfield comfort zone[J];Chinese Journal of Oceanology and Limnology;2011年04期

4 叶翔;陈坚;暨卫东;李东义;;闽江口营养盐生物地球化学过程研究[J];环境科学;2011年02期

5 胡章喜;徐宁;段舜山;;不同氮源对4种海洋微藻生长的影响[J];生态环境学报;2010年10期

6 胡章喜;徐宁;李爱芬;段舜山;;氮磷比率对3种典型赤潮藻生长的影响[J];水生生物学报;2008年04期

7 孙百晔;王修林;李雁宾;王长友;王爱军;梁生康;张传松;;光照在东海近海东海原甲藻赤潮发生中的作用[J];环境科学;2008年02期

8 周名江;朱明远;;“我国近海有害赤潮发生的生态学、海洋学机制及预测防治”研究进展[J];地球科学进展;2006年07期

9 张青田,胡桂坤,董双林;尿素对三种海洋微藻生长影响的初步研究[J];海洋通报;2004年05期

10 周名江,颜天,邹景忠;长江口邻近海域赤潮发生区基本特征初探[J];应用生态学报;2003年07期

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3 张传松;长江口及邻近海域赤潮生消过程特征及其营养盐效应分析[D];中国海洋大学;2008年

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3 孙树刚;东海原甲藻对尿素的吸收与利用特征[D];暨南大学;2010年

4 杨登峰;富营养化水体中胶体有机营养物质研究[D];中国海洋大学;2004年

本文编号：2839257