营养盐与黄海浒苔绿潮暴发关系的探究
2007～2014年，黄海连续8年暴发以浒苔为肇事藻种的绿潮灾害。每年春季，浒苔绿潮首先以小规模漂浮绿藻形式出现在苏北浅滩，之后在风和海流作用下逐渐向北漂移，并在漂移过程中不断聚集增长，最后发展成为世界最大规模的浒苔绿潮灾害。有害绿潮的暴发严重破坏了该海域的生态系统平衡，影响海气交换，导致海洋生物种类数量下降，海水水质严重恶化，甚至影响了南黄海沿岸渔业及旅游业的发展，对沿海经济造成巨大的损失。其中，营养盐对有害绿潮暴发起到重要的物质支撑作用。本论文针对营养盐与浒苔绿潮暴发的关系，依据历史及现场调查数据，对浒苔绿潮暴发的初始及重点海域，苏北浅滩及南黄海长时间尺度营养盐的化学海洋学特征、南黄海绿潮发生区营养盐的分布及时间变化特征进行分析，并通过室内培养实验探讨了不同形态营养盐对浒苔生长的影响，在一定程度上阐明了营养盐对绿潮暴发及迁移的重要作用。本文得到的主要结论如下: 1.2012年春季苏北浅滩溶解无机氮(DIN)平均浓度为1985年的3倍之多，近30年DIN浓度增加趋势明显，且与浒苔生物量呈现明显的正相关(r=0.84，p＜0.01)，说明N营养盐可能是支撑浒苔在苏北浅滩生长繁殖的重要营养物质。其次，调查海区的N/P比值也增加了近10倍（由1984年N/P比平均值6.14增加至2012年71.72）。计算表明，近10年射阳河、灌河及江苏省海洋生物养殖向苏北浅滩输送的N、P营养盐通量呈现递增趋势，造成了苏北浅滩海水的富营养化。此外，2010及2012年苏北浅滩绿潮区表层海水DIN水平比非绿潮区分别高出22.70％及51.33％，对比非绿潮区，绿潮区具有更适宜浒苔生长的温度及更丰富的营养盐及高N/P比值，为浒苔在绿潮区的生长繁殖提供了适宜条件。 2.1980s～2012年南黄海DIN浓度呈现明显的上升趋势(由1984年DIN平均浓度1.70±1.20μM增加至2012年10.15±4.58μM)，尤其在2008年后，说明南黄海持续增加的N营养盐可能是浒苔绿潮在该海域暴发、扩张及维持的主要贡献因素之一。PO4-P平均浓度在1980s～2005年呈现波动式变化，之后则呈现下降的特征。对于季节变化而言，南黄海各项营养盐基本呈现秋冬季节较高、春末或夏季较低的“双峰”式变化特征。在春末或夏季，当浒苔绿潮在南黄海大规模暴发时，调查海区的营养盐浓度为一年中的最低水平。并且，在绿潮暴发的5～7月份，长江冲淡水、黄海冷水团、苏北沿岸流等海流均可为南黄海输送丰富的营养物质，长江冲淡水每年向苏北浅滩输送的DIN及PO4-P通量分别约为2.6×105ty-1及7.1×103ty-1。另外，计算表明，对于南黄海，河流输入对该海域的营养盐通量贡献最大（DIN及DIP贡献比例分别为56.82％及43.64％），其次为大气沉降（35.84％及26.67％）、沉积物-上覆水交换（5.35及19.67％）及海水养殖（1.96％及10.02％）。 3.2008～2012年南黄海绿潮发生区各项营养盐基本呈现近岸高、远海低的分布特征，且2010、2012年南黄海南部海区各水层营养盐平均浓度整体高于2008、2009年北部海区的营养盐水平，说明充足的营养盐是浒苔绿潮每年在南部海区首先暴发的重要因素之一。并且，随着浒苔自南向北迁移，表层海水中各项营养盐（DIN，PO4-P，SiO3-Si，DON及DOP）整体均呈现下降特征，其中，DIN的下降趋势最明显。此外，在绿潮生消的不同阶段，调查海区无机、有机形态营养盐随时间均呈现下降特征，且有机态N、P营养盐的下降时间明显滞后于无机态，推测相对于有机态营养盐，浒苔会优先吸收海水中的无机态营养盐。 4.通过不同形态N、P营养盐对浒苔生长的室内培养实验，发现不同形态的营养盐均可促进浒苔生长。其中，浒苔对无机态N、P营养盐吸收的Vmax及Ks值均大于有机态，说明浒苔会优先吸收海水中的无机态营养盐，当各项营养盐处于较低水平时，浒苔对有机营养盐的亲和力大于无机态，从而验证了现场调查的推测。具体结论为: (1)对于添加不周N源的室内实验而言，不同形态N营养盐均可促进浒苔的生长，其中，添加尿素组浒苔藻体生长最好，其次为甘氨酸组。相对于有机形态N营养盐，浒苔会优先吸收海水中的无机N。通过Michaelis-Menten方程拟合，浒苔对不同N源吸收的Ks及Vmax值大小顺序均为NH4-N＞ NO3-N＞ NO2-N＞甘氨酸＞尿素。可见，浒苔对无机N的吸收能力远大于有机N，从而验证了当海水中同时存在不同形态N营养盐时，浒苔会优先选择利用无机形态的N营养盐。另外，有机态N营养盐的Ks值小于无机N，说明当不同形态N处于较低水平时，浒苔对有机N的亲和力大于无机N。 (2)对于添加不同P源的室内实验而言，不同形态的P营养盐均可促进浒苔生长，其中，ATP对浒苔生长的促进作用最显著。并且，相对于有机形态的P营养盐，浒苔会优先吸收培养介质中的无机P。通过Michaelis-Menten方程拟合，浒苔对不同P源吸收的Vmax值大小顺序为PO4-P＞ATP＞ G-6-P，Ks值大小顺序为PO4-P＞ G-6-P＞ATP。可见，浒苔对无机P的吸收能力大于有机P，当海水中的P营养盐处于较低水平时，浒苔对有机P的亲和力大于无机P。
海洋污染;浒苔绿潮;营养盐;生长发育
中国海洋大学
博士
海洋化学
石晓勇
2015
中文
X55;X502
145
2016-01-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）