喀斯特河流生物碳泵效应的营养盐限制及对富营养化缓解的意义——以漓江流域为例

生物碳泵效应是形成长期稳定碳酸盐风化碳汇的关键机制之一。富营养化是生物碳泵效应的特殊阶段,表现为水体水质差,有害蓝藻占主导地位。喀斯特水体中生物碳泵效应的限制性营养元素不仅有氮和磷,还包括碳。目前,喀斯特水体中生物碳泵效应的碳施肥(碳限制)及其对蓝藻型富营养化的缓解已经在大型模拟实验场和湖库中取得了初步的验证,但针对喀斯特河流的相关研究则尚未见报道。本研究在2022—2023年期间选择典型的喀斯特河流-漓江流域进行了系统采样,以研究喀斯特河流中生物碳泵效应的碳限制及对富营养化的缓解。研究结果表明漓江流域各监测点的水化学受岩性的影响存在空间差异,水化学的季节性动态规律则更多地受到雨水稀释效应和生物碳泵效应的协同影响;漓江流域水体初级生产力首先受到P限制的影响,其次是C限制的影响。与以往的研究不同,蓝藻/(绿藻+硅藻)比例与溶解态CO_(2)呈现出正的相关关系,这可能与蓝藻二氧化碳浓缩机制(CCM,CO_(2)Concentrating Mechanism)的遗传多样性和生理灵活性以及水动力条件有关。因此,在喀斯特水体中采取人工充入CO_(2)强化生物碳泵强度的措施仍需谨慎,尤其是在水质未达到富营养化且流速较快的河流系统。

桑沟湾营养盐时空分布及营养盐限制分析

根据2006年4、7、11月和2007年1月共4个航次的调查数据,分析了桑沟湾水域的溶解无机氮(DIN)、活性磷酸盐(PO43-)和活性硅酸盐(Si)含量的时空分布特征,采用营养盐浓度阈值法和化学计量法对桑沟湾营养盐潜在的限制性进行了分析。结果显示,桑沟湾DIN、PO43-、Si含量及分布呈现出明显的季节变化:DIN在秋季最高,春季最低;PO43-在秋季最高,夏季最低;Si在夏季最高,秋季最低。春季DIN和PO43-的含量低于理论上浮游植物生长的营养盐阈值的站位分别占44%和39%;夏季PO43-的潜在限制性较强,浓度低于营养盐阈值的站位占68%,受PO43-潜在限制的几率达79%,DIN和Si分别为5%和0;秋、冬季Si可能是浮游植物生长的主要限制因子。讨论了海水养殖、陆源输入及外海交换对营养盐时空分布的影响。目前,桑沟湾营养盐浓度基本属于国家一类、二类水质。但是,长期变化趋势显示DIN有上升的趋势。

太湖不同湖区夏季蓝藻生长的营养盐限制研究

采集太湖6个湖区水样,利用营养盐添加,现场培养实验研究了水华蓝藻在不同湖区水体中生长的氮、磷限制情况和蓝藻的生长潜力.结果表明,梅梁湾水体只有氮、磷同时添加才对蓝藻生物量具有显著的促进作用,表明该湖区水华蓝藻的生长不仅存在磷限制,而且存在明显的氮限制.在太湖西部河口区、竺山湾和贡湖湾,蓝藻对单独的氮添加没有反应,而单独磷添加和氮磷同时添加对蓝藻生长具有同样的促进作用,表明磷是这些区域藻类生长的主要限制因子.东太湖水体不论氮磷单独还是同时添加对蓝藻生长均没有促进作用,表明存在氮磷以外的限制因子.氮磷供应充足的情况下,梅梁湾和西部河口区水体培养的蓝藻生长速率最高,表明这两个水域蓝藻的生长潜力最大,氮磷输入极易刺激蓝藻大量增殖,这在一定程度上解释了为什么蓝藻水华在这两个区域更为严重.蓝藻在贡湖湾和胥口湾水体中生长速率较低,在东太湖水体中的生长速率最低,因此这些水域的蓝藻增殖潜力较低.

浅析浮游植物生长的营养盐限制及其判断方法

海洋中哪一种营养盐是限制因子抑或刺激因子 ,众多学者各有说法。一般认为 ,开阔大洋为氮限 ,近海为磷限制 ,个别海区有硅限制 ;在高营养盐、低叶绿素海区有铁限制。本文作者提出自己的见解 :铁是刺激因子 ,不是限制因子 ;许多海域硅是主要限制因子。为了活跃学术争鸣和讨论 ,本刊编发了此文 ,希望不同学术见解者能参与研讨。用作者自己的话说 ,叫“抛砖引玉”。

温度和营养盐限制对网状原角藻生长与产毒的影响

网状原角藻(Protoceratium reticulatum)是能够形成有毒赤潮的海洋甲藻之一,所产毒素为虾夷扇贝毒素(yessotoxins,YTXs),该藻在全球很多海域中普遍存在,其生长与产毒特征表现出较强的海域差异性。以分离自我国北黄海海域的网状原角藻为实验对象,研究了温度和营养盐(N、P)限制对该藻生长与产毒的影响。研究发现:温度和营养盐限制对藻细胞的生长和产毒均有影响,但营养盐限制影响更为显著。较低的温度更适宜P.reticulatum的生长,15℃时无营养盐限制的L1-Si培养基中藻细胞生长最好。营养盐限制尤其是P限制能够显著降低藻细胞的比生长速率和细胞密度(P<0.01),缩短藻细胞指数生长期和稳定期的持续时间。所有温度下N、P限制均有利于藻细胞内毒素累积,15℃P限制培养基中单个藻细胞中YTX毒素最高,达到92.6 pg/细胞,分别是相同培养温度下N限制和L1-Si中藻细胞毒素含量的3.8倍和7.1倍。温度变化对N和P限制下藻细胞毒素含量影响不同:在5—15℃范围内,随温度升高,N限制培养基中藻细胞YTX含量增幅逐渐下降,而P限制条件下反之。在所有培养条件下,滤液中毒素含量在稳定期后开始增多,与L1-Si相比,N、P限制不利于毒素的释放。高温能促进L1-Si培养基和N限制培养基中毒素的释放,但对P限制影响不显著。

铜绿微囊藻和斜生栅藻非稳态营养盐限制条件下的生长竞争特性

采用"脉冲"添加方法进行了非稳态条件下铜绿微囊藻(M.)和斜生栅藻(S.)分别在氮磷单营养盐和双营养盐限制时的共培养试验。试验结果显示:当添加频率为1d时,无论何种营养盐限制,M.均成为优势藻种。氮限制条件下,氮时均浓度范围在0.3—2.4 mg/L时,M.始终具有竞争优势。磷限制条件下,磷浓度范围在0.018—0.035 mg/L时,S.只在生长初期阶段占优。氮磷双营养盐限制条件下,添加液的氮磷质量比为35:1(设定为最优比),添加频率为8 d时,两种藻表现出共生特征;而偏离最优比时(N∶P=70∶1,17∶1),在不同的添加频率下均未出现共生现象,且氮的时均浓度为0.6—4.8 mg/L时(70∶1),M.具有竞争优势,而降低为0.15—0.3 mg/L时(17∶1),S.占优。随着添加频率的变化,两种藻的细胞大小也会随之改变,S.随着营养盐浓度的降低而增大,且在双营养盐限制条件下变化更显著。上述试验结果分析表明:两种藻竞争能力与添加频率相关,在藻种浓度的变化上,按照‘拾遗-机会’交替竞争理论,M.表现出机会主义者特征,而S.则表现出拾遗者的特征,两者的共生特征也符合‘中度干扰’假说。藻细胞大小变化表明,两种藻均可以改变大小实现最大限度争夺受限营养盐。在低浓度时,S.细胞大小的变化同样也体现出了"拾遗者"的特征。

微藻营养盐限制的检测方法

对检测微藻营养盐限制的几种主要方法进行综述和比较,结果认为:1)细胞内各营养盐的比值法虽然比较简便,但所得值不稳定,容易受光照、CO2浓度、营养盐状况等因子影响;2)营养盐强化法是检测微藻营养盐限制最常用的一种方法,但易受微藻种类组成的影响,而且添加一种营养盐后可能导致其他营养盐的缺乏;3)营养盐吸收动力学法可应用于N、P限制的快速检测,但微藻对营养盐的吸收速率因微藻的种类、营养盐的初始浓度和营养盐状况的不同而异;4)生化法曾被广泛地用于N、P、Fe等营养盐限制的研究,但测量过程较复杂,需要时间较长,且不同种间存在差异;5)傅立叶变换红外光谱法可通过限制性营养盐添加前后微藻细胞红外光谱的变化来检测营养盐状况,能快速准确地反映检测结果,但仪器占地面积较大,且价格昂贵;6)叶绿素荧光技术具有快速、灵敏、对细胞无损伤、需要样品量少的优点,是检测微藻营养盐限制最有发展前景的方法。

渤海湾西南部典型站位营养盐限制特性的加富培养实验研究

2010年10月,对渤海湾西南部海域典型站位表层水体进行了模拟现场的营养盐加富培养实验。初始状态下,培养水样中溶解无机氮浓度为20.68μmol/L,磷酸盐浓度0.24μmol/L,硅酸盐浓度4.58μmol/L,叶绿素a浓度为1.05μg/L,浮游植物细胞密度为1 080 cells/L。通过改进实验设计,研究了该水样的营养盐限制类型、水样中浮游植物对不同氮磷比以及不同硝酸盐添加方式的生态响应。实验结果表明,在单一添加营养盐的各组中,添加磷酸盐的1-3组叶绿素a浓度和浮游植物细胞密度的增长状况最显著,1-3组叶绿素a浓度峰值为空白对照组1-1组的2.48倍,达到营养盐全加组1-5组同期浓度的48%,其细胞密度峰值为1-1组的1.66倍,达到1-5组同期密度的72%,该水样为磷限制。在实验条件下,浮游植物的增长在总体上随着氮磷比的降低而增大,最适宜的氮磷比为5-15左右,略低于Redfield比值16。硝酸盐的连续性添加比一次性添加更有利于浮游植物的生长,暗示了低浓度长期持续性氮污染可能会比高浓度冲击性氮污染更有效地刺激浮游植物的增长,从而造成更严重的生态问题,而此时用以往的一次性添加培养实验可能会低估浮游植物的增长潜力。

台湾海峡浮游植物生长的营养盐限制研究

2004年7—8月，2005年7月及2006年8月分别在台湾海峡南部海区5个测站进行了浮游植物生长的营养盐限制船基培养实验．结果表明，在调查期间，夏季台湾海峡南部海区浮游植物营养盐的限制状态存在一定的时空差异，氮是浮游植物生长的主要限制因子，并与上升流的存在与否无关；磷的弱限制偶尔会发生，这与涌升水的N／P比值有关．而硅只有在近岸上升流区形成高氮和磷的补充情况下偶尔才会产生微弱限制．在陆架外缘区，浮游植物限制状态较稳定，表现为受N的限制为主导的N、P的共同限制，P限制相对较弱．

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。

加拿大海盆北部营养盐限制作用研究

利用2008年夏季中国第三次北极科学考察获得的营养盐、叶绿素a、温度和盐度等数据资料,结合现场营养盐添加实验的结果讨论西北冰洋加拿大海盆北部营养盐对浮游植物生长的限制作用。结果表明:由于融冰水稀释作用,加拿大海盆B80站约20m深度存在较强的盐跃层,阻碍了水体上下混合。较低浓度的溶解无机氮(DIN)和硅酸盐(分别为0.31μmol/L和0.94μmol/L)以及严重偏离Redfield比值的N/P、N/Si比值(分别为0.42和0.32)表明加拿大海盆表层水体存在N和Si限制。根据现场营养盐加富实验各培养组叶绿素a浓度变化、营养盐吸收总量差异和浮游植物种群结构,进一步表明氮是北冰洋海盆首要限制营养盐,而Si则抑制了硅质生物的生长。同时,较小的硝酸盐半饱和常数(Ks)证明即使在营养盐充足的情况下北冰洋海盆浮游植物生长速率也处于较低水平。计算得到各培养组营养盐吸收比例(N/P比值)均大于Redfield比值,可能是培养实验过程中以微型、微微型浮游植物为主,硅藻等小型浮游植物为辅造成的。

胶州湾营养盐限制作用空间差异和长期变化的数值研究

以胶州湾为研究区域,建立箱式生态动力学模型,模拟得到胶州湾浮游植物生长受营养盐限制情况的季节变化;通过数值实验分析了胶州湾营养盐限制的区域差异,并进一步比较了1960、1980年代及本世纪初营养盐限制情况的区别。结果表明,胶州湾内的营养盐限制作用有显著的季节变化。春季由于浮游植物旺发消耗大量营养盐,使得湾内营养盐限制春末最强;夏季是河流丰水季,营养盐补充充足,湾内营养盐限制最弱。从不同区域来看,养殖区全年表现为硅限制;河口区和湾口区夏季为磷限制,其他季节为硅限制。营养盐限制作用湾口区最强,养殖区次之,河口区最弱。受此影响,浮游植物生物量河口区最高,湾口区最低。从长期变化来看,1960年代,胶州湾内的营养盐限制作用以氮限制为主,1980年代呈硅和磷交替限制,逐渐演变到本世纪初的以硅限制为主,而且由于营养盐限制作用的逐渐增强,浮游植物生物量也呈现不断下降的趋势。

胶州湾营养盐限制浮游植物生长的初步模拟现场实验研究

于1998年8月至1999年2月 ,在胶州湾采用现场添加营养盐的实验方法初步研究了硝酸盐、磷酸盐、铁、硅酸盐对浮游植物生长的限制作用。分级叶绿素a的结果显示 ,在1998年夏季 ,氮(N)或单位、或与磷(P)同时限制浮游植物的生长 ;在1998年秋季则可能是N与P共同对浮游植物群落产生调控作用 ;而在1999年冬季 ,硅(Si)则是首要的限制浮游植物生长的营养元素。

营养盐限制的研究方法主要有五种方法

营养盐是浮游植物生长、繁衍必需的营养物质，关于营养盐限制浮游生物生长的研究方法，已受到浮游生物学家的关注，根据目前研究状况，对浮游植物生长是否受营养盐限制的研究，国家海洋局第二海洋研究所专家认为，主要有五种方法：

渤黄海营养盐结构及其潜在限制作用的时空分布

根据2006-2007年4个季节的现场调查资料,分析探讨了渤海和黄海营养盐结构分布变化特征及其对浮游植物生长的潜在的限制状况。结果表明,渤黄海水体Si/N/P比值均偏离Redfield比值,季节变化明显;春夏冬季N/P和Si/P比值由近岸向远岸海域递减,高值区主要分布在黄河口、鸭绿江口及苏北近岸,秋季上层水体N/P和Si/P比值的分布趋势有所不同,高值区主要分布在南黄海的中部海域。受陆源输入的影响,近岸特别是河口区N/P和Si/P比值均较高,温跃层的生消变化和生物活动调控着黄海中部海域营养盐结构的变化。渤黄海浮游植物生长主要受P的潜在限制,部分季节受N、Si的潜在限制;营养盐限制状况存在着明显的时空变化及不同营养盐的同时或交替限制的现象。