海水养殖区溶解有机氮对有害藻水华的作用

近年来我国海水养殖业发展迅速,网箱养鱼的规模和密度越来越大,由于饵料的利用率比较低,再加上鱼类自身的代谢产物等种种原因,导致养殖水域的水环境受到了严重的影响,养殖水体中溶解性有机氮(DON)含量相当高.我们就近海鱼类网箱养殖,综述国内外关于养殖型赤潮的研究,论述其对水环境的影响以及不同氮营养盐与赤潮发生的关系,尤其是养殖区中溶解性有机氮对赤潮的发生具有重要作用,国际上关于DON在有害藻水华(HABs)中所起作用方面已做了大量的研究,但目前我国对溶解有机氮研究较少,对于赤潮形成机理方面在今后的研究中应注重DON的作用,从而完善赤潮形成机制,进一步作好赤潮的预防与防治.     

基于菌藻对比培养方法的洱海沉积物溶解性有机氮生物有效性评价

为了深入探究DON（溶解性有机氮）在湖泊水生生态系统中的重要营养作用和生态效应,寻找科学的DON生物有效性评价方法,选择洱海不同湖区表层沉积物样品,通过室内接种细菌和铜绿微囊藻进行对比培养,运用三维荧光-平行医疗法（3D EEM-PARAFAC）研究菌藻对比培养条件下湖泊沉积物DON生物有效性及各DON荧光组分生物有效性差异.结果表明:① 藻类培养条件下洱海表层沉积物DON生物有效性（8.49%~42.5%）略低于细菌培养条件下的生物有效性（10.5%~45.3%）. ② 藻培养条件下,DON生物利用率与藻细胞密度增长量呈显著正相关,即藻细胞密度的增长量可作为反映沉积物DON生物有效性的指标. ③ 菌类培养过程中DON光谱学特征参数[如SUVA₂₅₄（254 nm处紫外吸收光谱系数）、S_R（275~295 nm处吸收光谱系数与350~400 nm处吸收光谱系数比值）等]与DON含量相关性总体较细菌培养好;培养液中SUVA₂₅₄有不同程度下降,S_R指数均有上升,大分子DON和高芳香性DON可被微生物降解.相比于陆源荧光组分,内源荧光组分的生物有效性较差. ④ 相比而言,藻类培养方法能更直观地反映沉积物DON对藻类生长的影响,可在一定程度上作为衡量湖泊沉积物DON生物有效性的指标,即藻类培养方法更适合评价洱海沉积物DON生物有效性.      

游离态氨基酸对羊角月牙藻的生物有效性

采用实验室模拟培养试验,以6种个体氨基酸——丝氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸和精氨酸为唯一氮源,采用一次性培养的方法,在无菌条件下,研究羊角月牙藻对不同种类个体氨基酸和不同浓度混合氨基酸的利用潜能。结果表明:藻细胞在生长过程中会释放氨基酸增加水体中氨基酸浓度,同时,藻类可迅速并直接利用多种游离态氨基酸快速生长。氨基酸浓度在培养周期的前2天减少90%以上,藻细胞数在第6~8天达到最大,说明藻细胞的生长滞后于游离氨基酸浓度的下降;在个体氨基酸试验中,藻细胞对氨基酸的利用程度为精氨酸>丙氨酸>谷氨酸>天门冬氨酸>丝氨酸>甘氨酸;在混合氨基酸试验中,藻细胞的比增殖速率明显高于个体氨基酸试验组,且随混合氨基酸浓度的增加,最大藻细胞生物量增加;羊角月牙藻在利用个体氨基酸的同时也会释放其他种类的氨基酸,其中,天冬氨酸和甘氨酸的释放浓度最大。羊角月牙藻在无机氮缺乏情况下,能迅速利用氨基酸。     

有机氮对大亚湾亚历山大藻种群生长的促进作用

2008年1~12月对大亚湾澳头养殖海域溶解有机氮(DON)组成、含量与亚历山大藻种群动态进行了周年调查,同步监测了无机营养盐、水温、盐度等主要环境因子.结果显示,大亚湾澳头海域DON水平4~6月较高,最大值达21.27μmolN/L,其余月份较低,全年平均浓度为7.44μmolN/L.尿素是DON的重要组分,全年平均浓度为1.98μmolN/L,约占DON的20%~30%.可溶性游离氨基酸(DFAA)波动较大,介于1~5μmolN/L.4~6月亚历山大藻种群维持较高密度.4月21日澳头海域发生亚历山大藻水华,最高细胞密度达到3319cells/mL.DON和尿素浓度高峰与亚历山大藻密度高峰同步出现,水华消散后DON和尿素浓度分别大幅下降至高峰期的23.84%和62.86%.统计结果显示,表征有机污染程度的DON、尿素和CODMn与亚历山大藻种群密度具有显著正相关关系(p<0.05).DON含量的增加能够促进亚历山大藻的生长,并在温度、盐度等环境条件适宜的情况下可能成为赤潮暴发的重要诱因.     

洱海表层沉积物溶解性有机氮生物有效性

选取9个洱海表层沉积物样品,提取了DON(溶解性有机氮)进行生物矿化培养,测定了培养过程中各形态氮含量,并运用三维荧光技术研究了DON结构变化. 结果表明:①洱海沉积物中w(DON)范围为43.52~214.71mg/kg,平均值为115.19mg/kg,DON主要由类蛋白和类腐殖质类物质构成,并且以类蛋白为主;②洱海沉积物中DON生物有效性为1.21%~72.77%,平均值为33.23%,生物可利用量平均值为50.22mg/kg;DON生物有效性空间差异明显,北部和南部较高,而中部较低;③洱海生物自身产生及形成的DON主要由类酪氨酸组成,其中有小部分类腐殖质可被生物利用,这是由于类色氨酸和类酪氨酸共存可提高DON类腐殖质生物有效性. 此外,w(DON)占w(TDN)(TDN为可溶性总氮)的比例是影响DON生物有效性的重要因素,w(DON)/w(TDN)越高,类腐殖质及类酪氨酸含量越低,沉积物中DON生物有效性越高. 可见,DON对湖泊富营养化有重要影响,控制洱海富营养化,不仅需要关注沉积物中的w(TN),也应关注w(DON)及DON组成特征.      

2010年春季长江口邻近海区水体中溶解有机碳、氮的分布特征及其影响因素

根据2010年5月在长江口邻近海区的调查,分析研究了海域溶解有机碳(DOC)和溶解有机氮(DON)的含量及其分布状况,并分别对DOC、DON与盐度(S)、叶绿素(Chla)、表观耗氧量(AOU)等要素的关系进行了初步探讨。结果表明,春季研究海域表、底层DOC平均含量分别为100μmol/L和82μmol/L,水平分布趋势均为近岸高于远岸,长江口附近DOC的浓度最高。DON的表、底层含量分别为20.2μmol/L和15.5μmol/L,水平分布特点与DOC类似,表现为近岸浓度高,远岸浓度低。垂直分布特点都是表层浓度高于底层。C/N分布与盐度相似,呈现近岸低于远岸的特征。研究海域DOC、DON与盐度和Chla的关系表明,其分布受陆源输入的影响较大,同时受一定的生物活动的影响。     

赤潮异弯藻对有机氮的利用能力

在实验室条件下,研究了赤潮异弯藻(Heterosigma akashiwo)对不同溶解性有机氮(DON)的响应,以揭示赤潮异弯藻种群增殖和赤潮发生的环境背景。结果表明,赤潮异弯藻可以利用多种DON,不同N源下生长优劣程度分别为苏氨酸尿素丙氨酸谷氨酸 NO3-甘氨酸。在苏氨酸、尿素、丙氨酸、谷氨酸组的最大细胞数量和最大比生长率甚至明显高于无机营养盐组(NO3-),最大细胞数量为无机营养盐组的125%~253%,但赤潮异弯藻不能有效利用丝氨酸和尿酸两种N源。赤潮异弯藻不能耐受营养盐缺乏条件,在N或P缺乏以及N、P同时缺乏的条件下,无法生长。研究结果说明,赤潮异弯藻对DON具有较强的利用能力,可使之在激烈的种群竞争中占据优势,而近岸海域的富营养化及有机污染为其赤潮的发生提供了物质基础。     

湿地垦殖对土壤微生物量及土壤溶解有机碳、氮的影响

对三江平原天然沼泽湿地及湿地垦殖后的农田、弃耕还湿地、人工林地等不同土地利用方式下表层土壤(0～10cm)的活性碳、氮组分:微生物量碳(MBC)、微生物量氮(MBN)、溶解有机碳(DOC)、溶解有机氮(DON)进行了研究.结果表明,天然小叶章沼泽湿地垦殖为农田后,表层土壤各活性碳、氮组分显著降低:MBC减少了63.8%～80.5%; MBN减少了56.3%～67.1%; DOC减少了43.1%～44.3%; DON减少了25.2%～56.1%.农田弃耕还湿和人工造林后表层土壤的活性碳、氮组分有明显恢复的趋势,各组分恢复到天然小叶章湿地土壤水平的36.1%～59.9%(MBC);46.7%～65.9%(MBN);67.0%～69.3%(DOC);81.2%～88.3%(DON),土地利用方式是影响土壤MBC、MBN、DOC、DON变化的重要因素;各土地利用方式表层土壤的DOC、DON、MBC、MBN呈显著的正相关关系,土地利用方式对表层土壤DOC的影响大于对DON的影响;各土地利用方式下土壤微生物可利用碳、氮的来源不同是影响DOC、DON与MBC、MBN相关性差别明显的主要原因.     

环胶州湾污水处理厂排放口溶解有机氮生物可利用潜力研究

溶解有机氮(DON)是陆源输入近海总溶解氮(TDN)的重要组成部分,其生物可利用性对探讨近海氮污染和富营养化形成机制具有重要意义.本研究根据2012年7月、2012年11月、2013年3月和2013年5月在胶州湾海域4个污水处理厂进行的4次调查,分析了直排胶州湾污水处理厂水体中总溶解氮(TDN)及其中总溶解氨基酸(TDAA)的含量和季节分布特征,并以溶解有机碳n(DOC)/溶解有机氮n(DON)和氨基酸的构成和丰度为指标,评价了直排胶州湾各污水处理厂排放口DON的生物可利用性.结果表明,TDN的变化范围为413.10~3 580.65μmol·L~(-1),并基本呈现3月和11月高,5月和7月低的变化趋势,其中,DON在TDN中所占摩尔分数变化范围为2.14%~88.75%.各污水处理厂排放口不同季节DOC/DON值较低,介于0.2~26.2 mol·mol~(-1)之间,平均值为(5.05±6.39)mol·mol~(-1),而TDAA中所含碳在DOC中的摩尔分数即TDAA/DOC值较高,分布在0.33%~3.02%之间,平均值为1.54%±0.78%,基于TDAA/DOC估算排入胶州湾各污水处理厂排放口污水中具有生物可利用溶解有机质所占摩尔分数为0.44%~46.97%.上述结果表明,直排胶州湾污水处理厂排放口DON具有较高的生物可利用性,对该海域富营养化贡献不容忽视.     

长江大通站溶解有机氮生物可利用性潜力及输入通量

根据2012~2013年度隔月对长江大通站的6次调查,分析了长江水体中溶解态总氮(TDN)的构成,包括溶解无机氮(DIN)及溶解有机氮(DON)中的尿素、自由态氨基酸(DFAA)、结合态氨基酸(DCAA)的构成和丰度,并评价了DON的生物利用性潜力,估算了不同形态氮的输入通量.结果表明,受稀释作用和悬浮颗粒物吸附影响,长江水体中DON浓度呈现出春冬季高、夏秋季低的变化特征,平均浓度为(33.28±21.35)μmol/L,占TDN比例平均为20.05%±13.53%;DON中组分尿素、DFAA和DCAA占DON的氮摩尔占比分别为21.94%±19.89%、0.84%±0.52%、3.68%±2.61%.其中,尿素浓度受季节性施肥灌溉影响,与径流量呈现出明显的正相关.总溶解态氨基酸(TDAA)占溶解有机碳(DOC)的碳摩尔分数和氨基酸降解指数均表明长江水体中DON具有较高的生物可利用性,且呈现出春夏季高、秋冬季低的变化趋势.DON的年输入通量为42.04万t,约占TDN年输入通量的17%.其中,具有高生物可利用性的尿素、DFAA、DCAA分别占DON年通量的15.50%、0.64%、2.80%.上述结果表明,长江输入的DON具有相当高的生物可利用性,对长江口及其邻近海域富营养化的贡献不可忽视.     

山东省降雨和降雪中溶解有机碳、溶解无机碳和总氮的浓度变化及来源分析

测定了2014年山东省青岛、烟台和泰安三地32场降雨和4场降雪中溶解有机碳(DOC)、溶解无机碳(DIC)和溶解总氮(DN)的浓度.结果显示,降雨和降雪中DOC、DIC和DN的浓度具有很大的变化区间,范围分别为28~616μmol·L-1、22~371μmol·L-1和10~355μmol·L-1,平均浓度与其他研究报道的我国其它地区降雨中的浓度相当,但高于世界其它地区降雨中的相应浓度.溶解碳和溶解氮是山东降雨中重要的化学污染组分.分析发现,相对于陆地生成的降雨,海洋生成的降雨中含有较低的DOC、DIC和DN,说明雨水中溶解的碳和氮主要来自陆地人类向大气的排放.碳-14同位素分析结果证实,降雨中的DOC具有很老的年龄(平均达2840 a),主要来自化石燃料的排放,而雨水中的DIC主要来自大气中含碳酸盐的悬浮颗粒物的溶解;人类的排放也是造成雨水中高浓度DN的主要来源.计算结果表明,2014年山东降雨年输送通量分别为:DOC 1.51 g·m-2·a-1(以C计)、DIC 0.86 g·m-2·a-1(以C计)、DN 1.18 g·m-2·a-1(以N计),DOC通量与世界各地的降雨中DOC通量相当.降雨和降雪过程不仅是去除大气中可溶性碳氮污染物的重要途径,同时也是全球碳和氮循环过程中的重要一环.局部地区富营养化的降雨过程亦可能对陆地和海洋生态系统产生不可忽视的影响.     

氮沉降与生物炭对土壤可溶性有机质的影响

利用盆栽实验,探讨氮沉降与生物炭（BC）施用对杉木幼苗土壤可溶性有机碳（DOC）含量和可溶性有机质（DOM）光谱学特征的短期影响.氮沉降处理为0（对照）、40（低氮）和80kgN/（hm²·a）（高氮）,在不同氮沉降下BC施用水平分别为0（对照）、12（低量BC）和36t/hm²（高量BC）.结果表明：相比对照处理,单独低氮与单独高氮处理3个月后土壤pH值分别下降了0.06和0.09（P<0.05）,但单独施用BC和氮沉降背景下施用BC处理的土壤pH值均呈上升趋势,增加了0.32~0.94（P<0.05）.与对照处理相比,单独低氮处理的土壤DOC含量显著降低,单独高氮处理的则显著升高且DOM结构趋于简单;单独施用BC和氮沉降背景下施用BC处理中,低量BC处理的土壤DOC含量无明显变化,但高量BC处理的显著提高了30.1%~95.6%,并且DOM结构趋于复杂.冗余分析发现,土壤pH值是导致不同处理DOM存在差异的关键因素.因此,氮沉降背景下施用高量BC短期内可以减缓土壤酸化,提高土壤DOC含量并使DOM更加稳定.     

氮沉降与生物炭对土壤可溶性有机质的影响

利用盆栽实验,探讨氮沉降与生物炭（BC）施用对杉木幼苗土壤可溶性有机碳（DOC）含量和可溶性有机质（DOM）光谱学特征的短期影响.氮沉降处理为0（对照）、40（低氮）和80kgN/（hm²·a）（高氮）,在不同氮沉降下BC施用水平分别为0（对照）、12（低量BC）和36t/hm²（高量BC）.结果表明：相比对照处理,单独低氮与单独高氮处理3个月后土壤pH值分别下降了0.06和0.09（P<0.05）,但单独施用BC和氮沉降背景下施用BC处理的土壤pH值均呈上升趋势,增加了0.32~0.94（P<0.05）.与对照处理相比,单独低氮处理的土壤DOC含量显著降低,单独高氮处理的则显著升高且DOM结构趋于简单;单独施用BC和氮沉降背景下施用BC处理中,低量BC处理的土壤DOC含量无明显变化,但高量BC处理的显著提高了30.1%~95.6%,并且DOM结构趋于复杂.冗余分析发现,土壤pH值是导致不同处理DOM存在差异的关键因素.因此,氮沉降背景下施用高量BC短期内可以减缓土壤酸化,提高土壤DOC含量并使DOM更加稳定.     

黄海溶解无机氮及颗粒有机氮收支与转化模型

为了解黄海氮营养盐的循环规律与收支情况,利用一个高分辨率物理-生物地球化学耦合模型（ECSECOM）,模拟了黄海溶解无机氮（DIN）、颗粒有机氮（PON）的循环收支情况,分析了各源汇项的空间分布特征及季节变化规律及不同形态之间转化规律.结果表明：黄海DIN浓度在春、夏季较低,秋、冬季恢复至高水平.PON浓度在冬、春季较低,在夏、秋季有升高的趋势.浮游植物光合作用和呼吸作用是DIN最主要的汇和源,初级生产消耗的DIN中29.47%由水体内碎屑物质矿化分解提供,外源输入的DIN占总浮游植物生长需求的14.60%.浮游植物死亡是PON最大的源,沉积物为PON的净汇.大气氮沉降对黄海的影响范围全面,底沉积物释放和河流输入的DIN对黄海的影响是局地的.从PON与DIN之间的循环转化来看,PON中有48.50%转化为DIN,其余大部分都沉积到海底界面,而DIN向PON的转化率为38.85%.     

长江口赤潮多发区潜在有毒藻类和赤潮毒素的初步调查

通过长江口赤潮多发区2003年-2005年的有毒藻类和贝类原产地赤潮毒素的监测,初步结果表明该海域存在多种潜在有毒藻类,主要包括产麻痹性贝毒(PSP)的链状亚历山大藻(Alexandrium catenella)、塔玛亚历山大藻(A．tamarens),产腹泻性贝毒(DSP)的渐尖鳍藻(Dinophysis acuminata,)、具尾鳍藻(D．caudata)、倒卵形鳍藻(D．fortii);产记忆缺失性贝毒(ASP)的尖刺拟菱形藻(Pseudo-Nitzschia pungens)、多列拟菱形藻(P．multiseries)、柔弱拟菱形藻(P.delicatissima )和多纹拟菱形藻(P．multistriata);产神经性贝毒(NSP)的短凯伦藻(Karenia brevis),其他有毒有害藻类包括红色裸甲藻(Gymnodinium sanguineum)、Heterocapsa circularisquama、米氏凯伦藻(K．mikimotoi)、Chatenela marina,Heterisigma akashiwo等其他有毒藻类。有毒藻类种类5、6月份较多,产腹泻性贝毒(DSP)和产记忆缺失性贝毒(ASP)的潜在有毒藻类常年均在该海域出现,这些有毒有害藻类多数密度并不高,Heterocapsa cirularisquama曾在2003年和2005年两次形成赤潮,并导致部分养殖贻贝死亡,米氏凯伦藻于2005年5-6月在长江口海域形成大规模赤潮,并导致养殖鱼类死亡。与有毒藻类监测同步开展了赤潮毒素检测,长江口贝类赤潮毒素检出时段主要集中在5-8月份,麻痹性贝毒和腹泻性贝毒的检出率分别为5％和15％左右,敏感种类为养殖的紫贻贝。     

湖泊沉积物溶解性有机氮组分的藻类可利用性

选择乌梁素海和洱海沉积物样品,利用XAD-8树脂分离和三维荧光光谱技术,在室内培养条件下,研究了其溶解性有机氮(DON)不同组分的藻类可利用性.结果表明:①DON分组后,所研究湖泊沉积物DON及DOC平均损失低于5%,即XAD-8树脂分离技术可以用于湖泊沉积物DON的分组研究.②通过三维荧光光谱分析,湖泊沉积物DON亲水组分以类蛋白质为主,疏水组分以类腐殖质为主.③亲水组分培养条件下,来自乌梁素海和洱海沉积物的DON处理,其藻类生长分别呈"S"型曲线和直线上升趋势,最大藻密度分别达到535.5×104个·mL-1和709.5×104个·mL-1;其ρ(DON)均呈显著降低趋势,培养后ρ(DON)分别降低了2.46 mg·L-1和2.98 mg·L-1,表明湖泊沉积物亲水DON组分是藻类可利用的有机氮形态.④疏水组分培养条件下,来自乌梁素海和洱海沉积物的DON处理,其藻类生长均呈"单峰"曲线变化,最大藻密度分别达到113.5×104个·mL-1和275.5×104个·mL-1;ρ(DON)均在培养初期迅速下降,培养后期几乎不变,表明湖泊沉积物疏水DON组分在短时间内藻类可利用性较低,对藻类生长几乎无贡献作用.