海洋浮游植物对磷限制的响应机制

海洋浮游植物是全球初级生产力的重要贡献者,它们的生物量主要受到氮、磷、铁等营养元素的限制。磷元素作为浮游植物所必需的元素,在寡营养海域的真光层海水中十分缺乏,是浮游植物生长的限制因子。磷元素的缺乏不仅直接影响浮游植物的生长繁殖及物种演替,还对海洋碳、氮生物地球化学循环产生深远影响。全球变暖加剧海水层化,进而减少垂直混合带来的营养盐补充。面对不断变化的海洋环境,浮游植物通过减缓细胞生长、加强磷吸收和储存、分解有机磷、磷脂替代、降低细胞对磷酸盐的依赖等方式,应对海洋环境中的磷限制。本文总结了近年来海洋浮游植物应对磷限制响应机制的最新研究进展,主要从生理响应和生态效应方面综述了海洋磷限制对浮游植物的影响以及浮游植物响应海洋磷限制的策略,希望对海洋浮游植物和海洋环境科学相关研究具有借鉴意义。     

珠江河口氮、磷营养盐的季节分布特征及影响因子研究

本文围绕珠江河口氮、磷营养盐的季节分布规律,采用皮尔逊相关分析、“营养盐-盐度”双端元模型探讨氮、磷营养盐的主要影响因子和潜在来源,并对珠江口海域水体进行富营养化评估。结果表明,珠江河口氮、磷营养盐浓度整体较高（均值分别为0.72 mg/L和0.021 mg/L）,呈河口湾顶到外海递减的趋势;氮、磷季节变化差异显著,夏季高于其他季节;外海水团对氮的稀释、混合作用高于磷。“营养盐-盐度”双端元模型结果显示,在夏季和秋季,无机氮浓度减小的原因主要是海洋生物的吸收作用（叶绿素a浓度>10μg/L）;而在秋季和冬季,其浓度减小的原因主要是河口水体混合和径流量小导致无机氮的输入减少。活性磷酸盐主要来自附近城市的污水排放,其浓度减小的原因主要是浮游植物吸收和泥沙吸附。研究海域浮游植物的生长主要受磷限制,水环境呈中度富营养化,因此,夏季爆发富营养化的概率很大。     

富营养化水体的营养盐限制性研究综述

水体富营养化是全球目前以及今后相当一段时期内的重大水环境问题。氮、磷作为浮游植物生长所必需的营养盐,是水体富营养化的主要限制因子。通过对近年来水体富营养化受氮、磷营养盐限制的研究进行综述,研究了营养盐来源及其对浮游植物生长的影响,总结了营养盐限制性差异的影响因素,分析了缓解富营养化的营养盐主控因子。分析表明:营养盐的来源主要分为外源和内源,受外界环境及人类活动影响显著;浮游植物的生长受N/P比值及其绝对浓度的共同作用;在不同的水文、气候和人类活动强度下,水体富营养化主要营养盐限制因子存在差异,并且存在限制性转换和共同限制的情况;缓解水体富营养化措施的提出应在综合考虑多种因素的前提下进行。     

大连湾海域营养盐时空分布、结构特征及其生态响应

基于2012年夏秋季大连湾海水中溶解态和不同粒级颗粒物中氮、磷、硅、叶绿素a的调查资料,对大连湾海水不同粒级颗粒物中营养盐和叶绿素a的时空分布特征进行了分析,对不同粒级浮游植物的营养要素组成及营养盐结构特征进行了探讨.结果表明,大连湾海水中溶解态营养盐、叶绿素a高值区主要出现在臭水套和甜水套湾附近海域,并由湾内向湾外递减,各粒级颗粒物中营养盐分布趋势存在着不一致性,但高值区易出现在西北部海域; 除无机氮外,海水中营养盐总体表现出秋季高于夏季,各粒级叶绿素a浓度表现为夏季高于秋季;磷是大连湾海水中浮游植物生长的限制元素,硅是不同粒级浮游植物营养盐的限制要素;微微型浮游植物对现有的营养结构更具适应性.     

三峡工程蓄水前后长江口水域营养盐结构及限制特征

根据2002～2004年11月对长江口及其邻近海域的调查结果,比较了三峡工程蓄水前后该海域溶解态营养盐结构以及浮游植物生长潜在的营养盐限制状况,初步分析了导致蓄水前后营养盐结构及限制状况变化的可能原因.结果表明,蓄水后口门内N∶P和Si∶P呈上升的趋势,N∶P增加了40％以上,Si∶P上升了6％,而Si∶N降低了26％.蓄水后口门外营养盐结构的变化趋势与口门内相似,但N∶P升高更为显著,与蓄水前相比增加了2倍以上,但Si∶N降低了20％.该水域浮游植物生长潜在的磷限制在三峡蓄水后增强.具有磷限制特征的样品比例从蓄水前的28.6%增加到蓄水后的70%以上,表明该海域潜在的磷限制区域有扩大的趋势.尽管蓄水后Si∶N降低显著,但未导致该水域出现潜在的硅限制.     

基于统计学方法的秦皇岛海域营养盐长时序变化分析

利用2003~2013年秦皇岛海域海水质量监测区、海水增养殖区、赤潮监控区以及近岸海域生态监控区内的多站位实测数据,根据正态分布原理分析了氮、磷营养盐和营养盐结构的长时序变化规律。结果表明,在过去11 a间,秦皇岛海域表层海水的无机氮(DIN)浓度与水质超标率呈现上升趋势,活性磷酸盐(DIP)浓度则表现为规律性显著的波动变化特征,超标率整体减少;NO3-N占DIN的比例先减后增,NH4-N则与其相反,氧化性环境先减弱后增强;磷为该海域浮游植物生长的主要限制因子。     

莱州湾沿岸河流对邻近海域表层水体中Chl a浓度的影响

根据2012年9月底对莱州湾沿岸河流和邻近海域表层水体中Chl a和相关环境参数的调查,分析了Chl a在该区域的分布、影响因素、富营养化状况以及变化趋势。莱州湾沿岸河流Chl a浓度平均值为51.9 g/L,邻近海域为3.9 g/L。在沿岸河流,与Chl a呈显著正相关的仅有悬浮颗粒物(SPM),而在邻近海域,与Chl a呈显著正相关的有SPM、PO4-P、NH4-N、NO3-N。氮和磷都是莱州湾近岸海域Chl a的限制因子,其中氮的限制作用较大。莱州湾沿岸河流水体的富营养化程度主要表现为过度和高度富营养化,近岸海域水体的富营养化程度则主要表现为低度富营养化。沿岸河流高浓度的氮磷汇入,将会促进莱州湾近岸海域浮游植物生长,进而导致莱州湾近岸海域Chl a浓度增加并有可能使该区域的富营养化程度增加。     

深圳近海海域营养现状分析与富营养化水平评价

根据2002~2007年对深圳近海海域水质的调查资料,阐述了深圳近海9个研究区域营养盐的时空变化特征,研究了营养盐氨氮、硝氮、亚硝态氮及磷酸盐和环境因子的相关关系,并利用有机污染指数、富营养化指数和潜在的富营养化对海域进行了评价.结果表明,深圳西部海域营养盐水平远高于东部海域,其中2002年和2006年营养盐的污染水平相对较高.东部海域水体中磷酸盐和无机氮的多年平均值为0.007 mg/L和0.078 mg/L,而西部海域则分别高达0.090 mg/L和1.544 mg/L.营养盐与pH和盐度等环境因子呈显著的负相关关系.研究区域的N/P多数大于Redfield比值,属于严重的磷缺乏区域.富营养化评价表明,深圳东部海域的富营养化程度远远小于西部海域,东部海域的富营养化指数6 a平均值为0.11,而西部海域则为42.15,基本上属于磷限制中度潜在性富营养化区,个别海域已达到磷限制潜在性富营养化状态.     

广西茅尾海近岸海域“十二五”期间营养盐变化趋势分析及防治对策

通过2011—2015年监测数据分析广西茅尾海海域营养盐的变化趋势和富营养化状况。结果表明:茅尾海2011—2015年为中度富营养~重富营养。茅尾海水体中的活性磷浓度持续增加,活性磷浓度的增加在一定程度上降低了磷的限制作用,为茅尾海的浮游植物生长提供了条件,给茅尾海生态系统健康带了潜在风险。     

氮磷限制对铜绿微囊藻生长和产毒的影响

采用分批培养的方式研究了铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)在氮、磷单因子营养限制条件下的生长和产毒情况.结果表明,氮限制对铜绿微囊藻的生长和产毒都有明显的抑制作用,而磷限制对其生长和产毒没有明显的抑制作用.在氮限制条件下,铜绿微囊藻的生物量仅为控制组的30%～50%,产毒量也仅为控制组的10%～60%;并且氮限制会促进细胞分裂,缩短细胞的生长周期.这可能是因为氮是铜绿微囊藻生长和产毒所必需的元素,直接控制着铜绿微囊藻的生长和产毒;所以若培养基中的氮浓度比较低,会直接导致微囊藻的生物量较少和产毒量比较低.磷限制甚至磷被耗尽时对铜绿微囊藻的生长和产毒都影响不大,这可能与铜绿微囊藻体内储存的含磷颗粒物有关.实验结果表明,在本实验条件下,水体中氮限制对铜绿微囊藻的生长和产毒影响较大.     

长江口区磷限制的现场实验

采用营养盐现场加富培养的试验方法，在长江口区E4站取表层海水，添加不同浓度的磷酸盐进行现场培养，并实时监测了营养盐的消耗。根据营养盐浓度的差别判断藻类生长的限制性因子为磷酸盐的浓度。并分析了微微型藻类的生长情况，发现它们的生长不受磷酸盐限制的影响。     

夏季珠江口叶绿素a和营养盐分布特征及其与环境因子的关系

本研究基于2019年夏季珠江口附近海域的现场调查数据,分析了珠江口叶绿素a（chlorophyll a,Chl a）和营养盐的分布特征,并结合环境因子进行了探讨。结果表明:夏季珠江口海域表层Chl a和溶解氧（dissolved oxygen,DO）浓度分别为4.192～88.209 μg/L和4.610～10.586 mg/L;溶解无机氮（dissolved inorganic nitrogen,DIN）、活性磷酸盐（PO₄-P）和活性硅酸盐（SiO₃-Si）浓度分别为0.168～1.247 mg/L、0.011～0.044 mg/L和0.694～6.916 mg/L。夏季珠江口浮游植物生长旺盛,依据美国河口营养状况评价（NEEA-ASSETS）标准,44.4%的站位处于高度富营养化（20 μg/L60 μg/L）。珠江径流量是夏季珠江口浮游植物空间分布的主要驱动因素,珠江口口门内浮游植物生长受光限制和径流稀释影响并未出现高值,珠江口口门外浮游植物旺发消耗了大量磷酸盐,磷成为浮游植物生长的限制因子。Chl a与盐度、PO₄-P呈显著负相关性,与DIN、DIN/P呈显著正相关性,表明河口冲淡水对浮游植物生长影响显著。     

长江口冬季叶绿素活性荧光及遥感分析

通过对比及分析长江口及其邻近海域冬季叶绿素的实测数据、活性荧光数据以及遥感数据,探讨长江口冬季叶绿素的分布情况以及叶绿色荧光活性仪和遥感手段的应用价值。结果表明,冬季调查海域的叶绿素平均值为0.85 mg/m3,长江口南方的沿岸海域存在一处平均浓度约为1.30 mg/m3的叶绿素高值区。利用叶绿素活性荧光仪测量的最大荧光Fm和最小荧光Fo能较准确的体现叶绿素的分布趋势,最大量子产量Fv/Fm则可以体现浮游植物的生长状态,对研究不同环境因素(营养盐、温度、光等)对浮游植物生长的限制情况具有一定的指示作用。另外,利用遥感手段反演所得的叶绿素精度较低,平均浓度约为0.94 mg/m3,虽然略高于实测值,但能较好的体现叶绿素分布的趋势。     

烟台四十里湾海域营养盐和沉积物-水界面交换通量

利用2009年5月、7月、10月和2010年1月4个航次对烟台四十里湾养殖海域的调查资料,分析了该海域营养盐分布、季节变化、主要控制过程以及沉积物-水界面交换通量。结果表明,四十里湾海域营养盐的分布整体趋势是近岸高,由近岸向外部海域递减;受到陆源输入的影响,高值区出现在调查海域东部。DIN的季节变化表现出冬高、秋低、春夏居中的趋势,整体上变化不大;SiO3-Si和PO4-P浓度均为春季最低。在春秋季P为四十里湾浮游植物生长的限制性因素,在夏季,N/P>30,P也是一个潜在的限制因素。四个季度培养结果表明DIN总体上由上覆水交换到沉积物中;近岸区沉积物是PO4-P的汇;调查区域SiO3-Si的扩散方向均是从沉积物到上覆水中。四十里湾沉积物释放的SiO3-Si对初级生产力的贡献较小;与其他浅海环境相比,四十里湾沉积物-水界面的营养盐通量处于较低水平。     

闽江口营养盐生物地球化学过程研究

对2007年在闽江口的全潮观测数据分析表明,在河口过程,悬沙、无机氮、硅与潮汐的变化相反,表现出涨潮时降低,落潮时升高的变化特征;而水位、盐度与潮汐的变化相一致;磷与潮汐的变化不明显,磷酸盐缓冲机制受到悬沙与水相互作用的控制.闽江口水体中硅酸盐、磷酸盐、无机氮浓度范围分别为0.63～9.00 mg·L-1、0.013～...     

长江口海域近50a来营养盐的变化及其对浮游植物群落演替的影响

本文根据收集到的1960s到2000s年间东海长江口附近海域(30.5～32°N,122～123°E)的营养盐数据,分析了长江口海域营养盐的季节变化及历史变化趋势。其中根据1959～1960年,1985～1986年和2002～2003年长江口海域营养盐的季节变化数据,发现50 a来,营养盐的季节变化差异不大,均呈现出春夏低,秋冬高的季节变化趋势,其中2002～2003年四个季节之间营养盐含量的变化幅度较其它两年略小。从1960s～2000s年的历史变化可以看出,调查海域的DIN含量呈现出显著上升的趋势,但是在2000年以后,DIN的年平均含量略有降低但变化不大,基本保持在18μmol/L。DIP年平均浓度变化不明显,浓度范围维持在0.39～0.60μmol/L之间。SiO3-Si的年平均含量呈现出明显的降低趋势。就营养盐组成变化来说,DIN/P比例和Si/DIN比值的变化趋势相反,DIN/P比例呈现出升高的趋势而Si/DIN呈现出降低的趋势。生物数据表明从1980s以后该海域赤潮优势种有从硅藻演变为甲藻的趋势,结合营养盐的变化分析认为过量的DIN和持续升高的DIN/P是造成这一藻种长期演变现象的主要原因。     

初夏渤海湾营养盐结构特征及其限制状况分析

根据2016年初夏渤海湾营养盐、叶绿素a和相关水文参数等数据,利用浮游植物吸收营养盐最低阈值和化学计量关系作为判断依据对渤海湾营养盐限制状况进行分析.结果表明：受陆地径流和渤海中部冷水输入的影响,初夏渤海湾在近岸、中部和湾口呈现三个明显的温盐特征海区.溶解无机氮（DIN）和活性硅酸盐（SiO₃^2--Si）受陆源输入影响,呈现近岸高湾口低的特征;DIN平均浓度为（7.67±6.48）μmol/L,SiO₃^2--Si平均浓度为（5.44±3.01）μmol/L,在湾口表层,DIN含量较低仅为（2.21±2.94）μmol/L,其中50%站点含量低于阈值（1μmol/L）,58.3%的站点存在DIN限制.而活性磷酸盐（PO₄^3--P）受陆源输入和浮游植物吸收储存作用等因素影响,呈现西部和曹妃甸外近海高中部较低的分布特征,平均浓度为（0.07±0.07）μmol/L,近岸受陆源氮磷输入总量差异影响,表层存在磷潜在限制比例达100%,而中部表层受浮游植物消耗吸收的影响,PO₄^3--P含量较低,仅为（0.02±0.02）μmol/L （未检出设为0）,其中近74.3%的水样含量低于阈值（0.03μmol/L）,磷限制状况严重.随着渤海湾氮磷营养盐陆源输入总量差距不断扩大,磷限制状况必将会进一步发展.     

莱州湾西部海域枯水期富营养化程度研究

根据2004年5月份的调查资料,选择透明度、盐度、活性磷酸盐、溶解无机氮、硅酸盐、叶绿素a、浮游植物、浮游动物、底栖生物作为评价因子,利用层次分析法确定了各因子的层次关系和权重,建立了以营养盐和富营养化症状为基础的综合评价指数模型,对莱州湾海域的营养水平进行了评价.各站点最终评价结果表明:莱州湾海域磷酸盐、无机氮超标严重,整体已表现出富营养化,其中黄河口和小清河口附近富营养化较为明显,这主要是受到陆源排污和海水养殖的影响,基本符合实际情况.     

调水调沙对黄河口近海浮游植物群落结构时空分布影响

为了研究调水调沙对黄河口近海海域浮游植物群落结构的影响,于2015年6月16日、7月7日、7月20日及未调水调沙的2016年7月14日,对黄河口近海海域叶绿素a（Chl a）含量、浮游植物群落结构和环境因子的空间分布特征进行了4次综合调查。结果显示,2015年随着调水调沙的进行,调查海域Chl a浓度整体呈现先降低后升高的趋势,在空间上由河口向离岸逐渐递减过渡到整个海域均匀分布;2016年Chl a浓度偏低,高值区主要在南部近岸海域。随着调水调沙的进行,鉴定到的浮游植物种类逐渐递增,浮游植物群落演替明显。舟形藻（Navicula spp.）在4个调查航次均是优势种群,其他优势度较高的浮游植物还有针杆藻（Synedra spp.）、角毛藻（Chaetoceros sp.）、细弱圆筛藻（Coscinodiscus subtilis）、窄隙角毛藻（Chaetoceros affinis）、日本星杆藻（Asterionella japonica）和旋链角毛藻（Chaetoceros curvisetus）。调水调沙前,温度和可溶性无机磷（DIP）是影响浮游植物群落结构的重要因素;调水调沙中,可溶性无机氮（DIN）、DIP和DIN/DIP影响逐渐增高;调水调沙后,可溶性无机硅（DSi）、DSi/DIN和温度的影响最明显。     

三峡库区典型干-支流相互作用过程中的营养盐交换:以梅溪河为例

三峡水库建成以后,梅溪河库湾多次发生水华现象,为研究干流水体倒灌对库湾营养盐的影响,于2012年8月至2013年7月对受干流回水影响的梅溪河进行了详细的现场监测.结果表明,三峡水库在不同的水位调度时期,梅溪河库湾水体均表现为分层异向流动;受长江干流倒灌影响,梅溪河库湾营养盐分布季节变化显著,DIN的年倒灌净通量约为5 478.02 t,DIP的年倒灌净通量约为234.04 t,DSi的年倒灌净通量约为5 935.22 t,长江干流每年对梅溪河DIN、DIP、DSi的补给量分别约为源头输入量的2.37倍、4.32倍和1.33倍;干流倒灌对库湾营养盐分布的影响不仅局限在河口区域,对梅溪河中上游的营养盐分布也将造成影响,干流倒灌对库湾P的补给将对库湾P限制起到缓解作用,为藻类的暴发提供必要条件.