营养盐在东海赤潮高发区春夏季赤潮优势种演替过程的作用研究
近几年来,随着经济的快速发展,近海赤潮频发,危害日趋严重,尤其是东海海域已经成为我国有害赤潮的高发区。其中每年春季东海赤潮高发区的赤潮过程都伴随着赤潮优势种的演替,即从无毒的硅藻赤潮演变为有毒的甲藻赤潮。目前关于这一演替过程的营养盐机理还缺少了解。因此本文以东海赤潮高发区春季赤潮优势种演替为研究对象,通过历史数据分析、现场数据分析、现场培养实验及实验室内实验研究了无机态的营养盐因子对春季赤潮优势种演替的影响,营养盐对主要赤潮藻(中肋骨条藻Skeletonema costatum和东海原甲藻Prorocentrumdonghaiense)种群竞争过程的影响,主要结论如下:
1在过去五十年中,东海赤潮高发区(30.5-32°N,122-123°E)溶解无机氮(DIN)的年平均含量明显上升,2000以后,溶解无机氮(DIN)的年平均含量略有降低但变化不大,基本保持在18μmol·1-1。对于磷酸盐(PO4-P)来说年平均变化趋势不明显,浓度维持在0.39-0.60μmol·1-1之间。硅酸盐(SiO3-Si)的年平均含量在过去50年中呈现出明显的降低趋势。就营养盐组成变化来说,氮磷比例(DIN/P)和硅氮比值(Si/DIN)的变化趋势相反,DIN/P比例呈现出升高的趋势而Si/DIN则明显降低。从1980s-2000s大概20年的时间里,硅藻赤潮占的比例从33％降低到了24％,而甲藻赤潮占的比例则从12.5％升高到了36％,调查海域主要赤潮藻有从硅藻(diatom)变为甲藻(dinoflagellate)的趋势,经分析认为持续升高的DIN/P和过量的DIN而非持续降低的SiO3-Si是造成这一现象的主要原因。
2在2006年4-5月的航次中,调查海域的营养盐平面分布特征为:营养盐整体呈现近岸高远海低的特点,等值线走向基本与海岸线平行。从垂直分布来看,磷酸盐低层有补充,可能是底层沉积物释放和台湾暖流的影响。通过对营养盐与盐度的相关性分析可以得出调查海域营养盐主要受陆源输入影响,其中硅酸盐和DIN主要受陆源输入控制,而磷酸盐受长江冲淡水和台湾暖流的共同影响。同时,在调查过程中发现调查海域在春季出现了从硅藻赤潮向甲藻赤潮演替的过程。在硅藻赤潮爆发过程中,调查海域表层氮磷硅三种营养盐的浓度均呈现出明显降低;而在甲藻赤潮的爆发过程中,表层DIN浓度继续降低,而磷酸盐浓度变化不大,硅酸盐浓度则呈现出升高的趋势。经分析认为春季硅藻赤潮的消亡主要是受到磷酸盐含量的限制,硅藻赤潮的磷酸盐含量最低阈值为0.2μmol·1-1;甲藻赤潮的消亡是受到硝酸盐含量的限制,而并非受到磷酸盐的限制,甲藻赤潮硝酸盐的最低阈值为4μmol·1-1。分析认为调查海域磷酸盐的不足和较高的DIN/P比例是造成春季赤潮期间优势藻种演替的原因。
3从2010年5月东海现场培养实验结果看来,氮、磷、硅三种营养盐加富对浮游植物的生长均具有一定的刺激作用,并且中肋骨条藻和东海原甲藻的初始藻密度较大的影响了两种藻的最大生物量。当中肋骨条藻初始密度降低而东海原甲藻初始藻密度升高时,虽然中肋骨条藻的生长较快,但在培养中过程中可能出现东海原甲藻藻密度大于中肋骨条藻的现象。同时,结果表明东海原甲藻比较适应营养盐浓度较低的生长环境;相反营养盐浓度较高的环境更适合中肋骨条藻的生长,即在营养盐含量比较丰富的环境中,中肋骨条藻具有更强的竞争能力,可以在初始细胞密度低于东海原甲藻的情况下取代东海原甲藻成为优势藻种。
4利用半连续的培养方法研究了磷限制条件下东海原甲藻和中肋骨条藻在不同磷酸盐浓度和氮磷比例下的种间竞争情况。实验结果表明,单种培养时,东海原甲藻和中肋骨条藻的藻密度都随着添加的磷酸盐浓度的增加而增大,当添加的限制性营养盐(磷酸盐)浓度相同时,N/P比例的不同对藻密度的影响不大。混合培养时东海原甲藻和中肋骨条藻的生长都明显受到了抑制,其中东海原甲藻更适应较低的磷酸盐浓度和较高的N/P比例。根据Lotka-Volterra模型的计算结果,随着添加的磷酸盐浓度的增大,东海原甲藻对中肋骨条藻的抑制作用降低,但中肋骨条藻对东海原甲藻的抑制作用增强。东海原甲藻对中肋骨条藻的抑制作用随着N/P比例的增大而增强,而中肋骨条藻对东海原甲藻的抑制作用随着N/P比例的增大而减低(当添加的磷酸盐浓度不高于0.4μmol·1-1·2d-1时)。东海原甲藻比中肋骨条藻更能适应高的N/P比例环境,但是东海原甲藻在高的N/P比例环境中的优势随着添加的磷酸盐浓度的增大而趋于不明显。
磷酸盐;氮磷比例;藻种演替;东海原甲藻;中肋骨条藻;赤潮优势种
中国海洋大学
博士
海洋化学
王江涛
2011
中文
X55
131
2011-11-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）