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不同环境污染物条件下海洋浮游植物生长的粒径效应研究

杨茹君  
【摘要】:浮游植物的粒径在其生长过程中是一个重要参数,影响着浮游植物的生长速率、光合作用过程中细胞对光能的吸收和使用效率、浮游植物的细胞密度、浮游植物的运动能力以及在生态系中的地位。影响浮游植物粒径的因素主要有其自身因素、环境因素以及营养盐、石油烃、重金属等化学因素。随着工业和经济的高速发展,人类活动所产生的营养盐、石油烃、重金属等各种污染物的排海总量也在急剧增加,已经严重影响了海洋生态环境,世界各地均出现赤潮报道,这严重威胁着经济的发展和人类的健康。因此研究不同环境污染物条件下海洋浮游植物特别是赤潮生物生长过程中的粒径变化以及粒径与生长速率、细胞吸光能力及细胞密度的关系,对于搞清海洋中的物质和能量流动方向具有重要的理论和现实意义。 本文首先利用显微测微法计确定浮游植物粒径分布的大致范围,并以此为指导,利用库尔特计数法得到浮游植物的粒径分布状况和中值等效球径。本论文认为描述浮游植物粒径应该首先是分布状况,然后是中值粒径大小,而在以往的研究中仅用细胞平均粒径是不足的。在确定浮游植物粒径分布形态的基础上,利用Gauss函数描述浮游植物的分布形态从而进一步确定浮游植物在统计学意义上的中值粒径,这比以往研究中仅用简单的加权平均求得浮游植物的平均粒径于理论上更加合理。在此基础上描述浮游植物特别是赤潮生物在各种条件下(如:f/2配方、不同浓度营养盐、不同浓度石油烃和重金属)粒径分布状况以及中值粒径在整个生长周期内的变化,结合Logistic生长模型求得浮游植物最大生长速率以及在最大生长速率时刻所对应的浮游植物中值粒径,从而求得浮游植物最大生长速率与粒径之间的关系,为进一步研究海洋生态系中的物质流动方向提供理论依据。这比前人仅用比较法求得最大生长速率、用不确定时刻的平均粒度代表浮游植物粒度并在此基础上求得的最大生长速与粒度之间的关系更为精确。 通过比较显微测微计法和库尔特计数法测得的浮游植物粒径结果,发现库 不同环瑰污染物条件下海洋浮游植物生长的拉径效应研究 尔特计数法比显微测微计法具有更高的精密度,两种方法得到的浮游植物中值粒 径具有良好的线性相关性(扩=0 .91);分析不同浮游植物的粒径分布状况发现, 海洋浮游植物细胞粒径分布分别呈“单峰”、“双峰”或“三峰”型,符合Gau旧s 或复合Ga理弥分布函数,其中赤潮藻种粒径分布比较复杂,主要呈“双峰”或“三 峰”型,这可能主要是由于赤潮藻种所特有的生长、分裂机理所致. 通过测量粒径谱中不同粒径浮游植物在相同营养盐(业配方)条件下,生 长过程中的粒径变化、分布情况、最大生长速率(林.)以及吸光系数(的随 粒径的变化趋势,发现在海洋浮游植物生长过程中,粒径分布类型没有变化,粒 径分布符合Gau旧s或复合Gau旧吕函数,并且其中值等效球径(ESD)随浮游植物 生长不断变化。海洋浮游植物卜~与EsD的关系符合Allomctric函数模型:林~ =a*Es护(非线性拟合相关系数为0.573),a=2.lox一05,b=一25;。与Esn 的关系也符合Allometric函数模型但是,其b二--0 .76。进一步分析表明,ESD较 小的海洋浮游植物生长不太符合AllO]叮etric函数,而更加符合Hill函数模型: 五SDb “__== aX— “..‘LO】,r,r、O 凡十2乙OLj (其中b=.3.33,a=7.19xl04,k=6.18)。 营养条件的改变并不改变浮游植物生长过理中的分布类型,其分布类型可 以被一个或复合Gal招s所描述,ESD不仅随浮游植物生长不断变化,而且随PO4一P 浓度增加,裸甲藻或新月菱形藻ESD均减小;但随着NO3一浓度的增加,ESD 开始减小,当浓度分别超过一定t时ESD则反而增加。分析表明,“秘与ESD 的关系符合Allometric函数模型:”~二a,EsD“(非线性拟合相关系数Rz分别 为0.91,0.85),说明即使在单种浮游植物内部,粒径分布范围比较窄的情况下, 也存在生长速率与细胞ESD的指数负相关关系。此外,细胞即时e与ESD成负 相关的关系,说明在无其他污染物存在下,两种浮游植物细胞£与ESD之间存 在“包裹效应”。 在不同浓度石油烃条件下,本论文研究了新月菱形藻、裸甲藻和旋链角毛 藻最大生长速率(林~)、细胞吸光性能与其中值等效球径(ESD)的关系。结果 表明,高浓度石油烃普遍抑制浮游植物生长,而低浓度可促进裸甲藻和旋链角毛 藻生长,但对新月菱形藻没有促进作用。分析表明,3种海洋浮游植物生长曲线 符合Loglstic生长模型,非线性拟合相关系数分别为0.989士0.005,0.993士0.002, 中国海洋大学博士学位论文 0.994士0.013。在海洋浮游植物生长过程中,没有观察到粒径分布类型变化。进一 步讲,海洋浮游植物粒径分布符合Gauss或复合Gauss函数,而且中值等效球径 (ESD)不仅随浮游植物生长不断变化,而且随石油烃浓度而变化。一般而言, 高浓度石油烃条件下,在生长延缓期,ESD随细胞生长而急剧减小,而达到指 数生长期后,随细胞生长又逐渐增大,但不能达到正常水平,这可能是由于石油 烃浓度逐渐降低,以及浮游植物细胞逐渐适应石油烃存在环境所致。际ax与ESD 的关系符合“U”形曲线关系,并不符合Alf


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