亚洲沙尘沉降对中国近海浮游植物生长影响的研究

发布时间：2020-03-19 22:56

【摘要】：大气沉降能够为海洋提供生物可利用营养盐如氮（N）、磷（P）、硅（Si），以及痕量金属如铁（Fe）、锰（Mn）等，因此成为影响海洋浮游植物生长和初级生产的重要因素。大气沉降不仅可以促进浮游植物生物量的增加，也可以改变浮游植物的种群结构，甚至触发水华的发生，从而调节海洋的固碳能力，最终对海洋生物生产和气候产生影响。沙尘沉降作为大气沉降的重要方面，，具有影响范围广，短时间内沉降量大等特点，得到了学界的特别关注。源于世界四大沙尘排放区之一的亚洲沙尘可通过长距离传输，对中国近海甚至北太平洋产生影响。本研究基于2011年3月、2011年5月、2013年3月及2013年6月在中国近海，包括南黄海、东海东部、南海东北部进行的亚洲沙尘及不同营养盐加富的船基围隔培养实验，探讨了大气沉降对中国近海生态系统的影响。 2011年3月份，南黄海的培养实验表明：（1）海水表层温度（SST）是影响黄海3月份浮游植物生长最主要的物理因子，而光合有效辐射（PAR）在实验期间影响不大。（2）较高浓度沙尘（Dust-b）与对照组相比，可明显促进浮游植物生物量的增加，且该促进作用主要归因于N的施肥作用和可溶性Fe及其他痕量元素的协同作用。而低浓度沙尘添加提供的营养盐不足以引起浮游植物的明显响应。（3）N对浮游植物的促进作用最为明显，表明N为南黄海中部3月份首要的限制性营养盐。（4）雨水的添加可以明显促进浮游植物的生长，表明雨水的促进作用，然而其N转化为叶绿素的效率（CEI）低于对照组，因此雨水的促进与抑制作用并存。（5）在整个培养实验过程中，浮游植物的粒级分布没有发生明显变化，主要由微型浮游植物（nano级）组成。 2013年6月份，南黄海的培养实验表明：（1）从3月份到6月份，黄海藻类生长的限制因子发生了变化，P成为南黄海夏季藻类的首要限制因子，而N的添加不能明显促进藻类的生长。（2）浮游植物的生长对沙尘和雨水的添加均没有足够的响应，仅在实验的前4天有微弱的促进作用，可能沙尘提供的营养盐主要为DIN，而P浓度很低，所以促进作用不明显。（3）夏季黄海以微微型（pico级）浮游植物为主体，在黄海中部G6站位的实验中pico级浮游植物始终为生物量主要贡献者，而在H7站位群落结构发生了变化，nano级浮游植物在实验后期成为优势种。（4）夏季南黄海中部主要由具刺原甲藻（Prorocentrum dentatum）和微型甲藻（Dinoflagellate）为优势藻。G6站位，沙尘的添加主要促进了菱形藻（Nitzschia.sp）的生长。加N+P、N+P+Fe组，微型甲藻和微小原甲藻（Prorocentrum minimum）为优势藻种。H7站位，加P、N+P、N+P+Fe组，浮游植物优势种各不相同。加P组，微小原甲藻和菱形藻的生长是生物量的主要贡献者。加N+P及N+P+Fe组，由于N、P的共同添加促进了硅藻的生长，只是优势种各不相同。 2011年5月份，东海的培养实验表明：（1）较高浓度的沙尘有微弱的促进作用，而低浓度沙尘由于释放营养盐浓度太低而没有促进作用；（2）N的添加可以明显促进浮游植物生长，而P、Fe组没有明显变化，表明5月份该海域不受P、Fe限制；（3）培养实验中，浮游植物的粒径结构发生了变化，初始小型浮游植物（micro级）略占优势（38.5%），实验结束时，微型浮游植物（nano）逐渐演变成为优势种，而且对P+Fe与N添加的响应更敏感。 2013年春季，南海的培养实验表明：（1）在南海东北部的A3和A6站位，沙尘气溶胶的添加以及N、N+P、N+P+Fe都在很大程度上促进了浮游植物的生长，而雨水和P的添加没有明显的促进作用。而在营养盐浓度更低的WG2站位，对所有处理组都有正面响应；（2）在A3站位所有添加实验中，角毛藻属（Chaetoceros spp）和丹麦细柱藻（Leptocylindrus danicus）为优势种，但在实验结束时均发生角色互换。在A6站位沙尘和营养盐的添加实验中，硅藻中的角毛藻属始终为优势藻。WG2站位甲藻中的双鞭毛藻（Dinoflagellate）为优势种。沙尘及营养盐的添加主要促进了菱形硅藻属（Nitzschia.sp）的增长，而N的添加则主要刺激了角毛藻属的生长。通过多次沙尘及营养盐加富的围隔培养实验，表明在不同营养水平的海域，浮游植物响应各异：（1）南黄海中部，大气沉降的施肥效应在春季较明显，并且春季与夏季浮游植物生长由N限制转换为P限制。夏季营养盐的添加则主要促进了硅藻门的生长；（2）东海东部春季浮游植物生长受N限制影响，由于沙尘提供的N营养盐量不足，因此浮游植物对沙尘添加响应不明显；（3）大气沉降对南海东北部具有明显的促进作用，并且主要促进了硅藻门的生长。
【图文】：

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2.1 沙尘气溶胶样品的采集与分析2011年3月与5月进行的南黄海中部及东海的培养实验所用的沙尘均为2008年5月28日沙尘暴期间于青岛采集的自然沉降的沙尘样品，采样地点如图2-1。采集沙尘后，先用20 μm的筛绢进行过滤，冷冻保存。处理过程所用材料均为经过酸性预处理过的（0.2 M HCl浸泡72 h，后用蒸馏水及Mill-Q水冲洗干净）聚乙烯材质，以防影响样品的化学及金属成分的分析。2008年从5月26至28日，内蒙古出现大范围大风沙尘，也是2008年最强沙尘暴天气，并逐渐加强为大范围强沙尘天气，包括河北中部、辽宁北部、吉林、黑龙江、京津等地区，27日下午沙尘的覆盖面积达45.3万平方公里。28日沙尘天气随气旋以较快的速度继续向东南方向移动，中午吉林中西部大部分地区、华北东部、山东半岛、渤海都被浮沉笼罩[137]。卫星遥感监测图表明本次沙尘暴源地为蒙古国东南部地区（图2-2）。

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（http://www.chinaenvironment.com/view/ViewNews.aspx?t=News_1&k=20080603150208254）图 2-2 2008 年 5 月份沙尘暴气象卫星监测图Figure 2-2 Meteorological monitoring of the dust strorm in May 20082013 年 3 月在南黄海进行的船基培养实验所用的沙尘气溶胶样品为 2013 年3 月 9 日-10 日发生沙尘暴时在青岛用 KC-1000 大流量气溶胶采样器（青岛崂山电子公司）进行采集（图 2-3），采样膜为 Whatman-41，预处理过程为：依次经10%HCl、1%HNO3清洗，最后用 Mill-Q 水冲洗至中性。后于超净台自然晾干，用处理过的锡箔（450°煅烧 5 h）包好备用。采样时间为 24 h，采样膜编号为 1。采样前将 TSP 采样膜放置干燥器进行质量平衡，后在恒温、恒湿条件下进行多次称重至恒重（MettlerAB204-S，万分之一分析天平），采样后，放置干燥器平衡，重复称重步骤，两者之间的差值即为沙尘气溶胶样品的质量，最终得到 1号采样膜沙尘气溶胶质量为 0.348 g。5 月 27 日 5 月 28 日 5 月 29 日
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：X173;X513

【参考文献】