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海洋浮游植物群落对铁盐加富的响应

冯媛媛  
【摘要】:在整个海水体系的生物地球化学过程中,铁是一种非常重要的元素。尤其是对浮游植物而言,其重要性远远超过了其它微量元素。铁对海洋浮游植物的限制作用在许多海域都有着非常重要的意义,成为当今海洋界的热点问题之一。本论文工作主要描述并探讨了浮游植物群落对铁盐加富的响应。通过对三种胶州湾常见硅藻种类新月柱鞘藻(Cylindrotheca closterium (Ehrenberg) Reimann et Lewin)、尖刺伪菱形藻(Pseudo-nitschia pungens(Grunow et Cleve) Hasle)、柔弱角毛藻(Chaetoceros debilis Cleve)的室内纯种一次性培养(batch culture)实验,探讨了在不同光强、氮源及其浓度下这几种浮游植物对铁盐需求吸收的差异;通过在胶州湾C3、东海近岸海域E4及大洋海域A2三个站位的现场铁盐加富实验,探讨了不同海域自然浮游植物群落对铁盐加富的响应;通过稀释法与营养盐加富删除法相结合的培养方法,探讨并比较了铁与氮磷对胶州湾C3站位浮游植物生长的影响;通过胶州湾C3站浮游植物群落铁盐加富与中型浮游动物(mesozooplankton)摄食相结合的培养实验,探讨了存在中型浮游动物摄食情况下自然浮游植物群落对铁盐加富的响应。 实验室一次性单种培养实验发现在适于这三种硅藻生长的营养盐浓度范围内,培养体系中硝酸氮浓度越高,硅藻对铁的吸收利用越快;而不同的铵盐浓度对柔弱角毛藻铁的需求没有显著影响。与以铵氮为氮源相比,在以硝酸氮为氮源的培养体系中溶解态铁浓度降低速度增快,表现出硅藻对铁的吸收增加。即硝酸氮为氮源的生态环境中,硅藻对铁有更高的需求。在实验所采用光强范围内,光强的增高可以促进硅藻对铁的吸收利用。 三个站位现场加富培养实验中均观察到了各铁加富组中叶绿素a浓度的迅速增加,且明显高于对照组,表明无论在近岸富营养海域还是在大洋贫营养海域,铁盐的加富均可以促进浮游植物的生长。与未加铁的对照组相比,铁盐的加富大大促进了群落中硅藻的增殖,使硅藻更明显的成为优势种,且这种趋势随着加富浓度的增高而更明显;铁盐的加富对个体较大且易形成链状群体的种类细胞数量 的增殖尤为显著,由于该浮游植物类型在海洋碳沉积过程中有很重要的贡献作 用,可以推测,海水体系中铁对浮游植物的生长促进作用可对海洋碳沉积产生积 极影响,进而影响到全球气候变化。铁盐加富还促进了浮游植物对硝酸盐及磷酸 盐的吸收利用并使浮游植物对硅酸盐的需求降低。因此,海水体系中铁的生物可 利用性也可影响到海水体系中主要营养元素的生物地球化学循环过程。 以稀释法与营养盐加富删除法结合的方法对2003年12月胶州湾C3站自然 浮游植物群落进行培养,计算并比较各培养组中浮游植物生长速率,大小顺序为 全加富组(All)缺氮组(一)缺磷组(一P)缺铁组(一Fe)。结果表明该站位 浮游植物的生长受铁的促进作用最大,潜在的营养盐限制以铁尤为明显,其次为 磷,基本上不受氮的限制。铁对圆海链藻、翼内茧藻、圆筛藻和矮小短棘藻这几 种个体较大,且易形成链状群体的浮游植物种类的生长促进最为明显。 模拟环境中浮游动物随铁盐加富后浮游植物丰度增加而改变垂直迁移方式, 即向培养体系中在一定的延迟时间后添加额外的浮游动物,发现浮游动物摄食压 力的增大只是延缓了浮游植物指数生长期开始的时间,在短期内降低了浮游植物 的生长速率,而并没有最终阻止由铁盐加富带来的浮游植物大量增殖;相反的, 在本实验中由于浮游动物的某些生理代谢作用,使培养体系中的营养元素更好的 被浮游植物吸收利用,各额外添加了浮游动物铁盐加富组中浮游植物的增殖高于 未额外添加浮游动物的铁加富组。 以上这些结果初步显示出不同海洋浮游植物群落对铁盐加富的响应,包括几 种常见单种硅藻在不同光强及营养盐条件下对铁的需求;铁盐加富后自然浮游植 物群落结构及浮游植物对营养盐利用情况的变化;在考虑微型浮游动物摄食的前 提下,胶州湾内铁与氮磷对浮游植物生长促进作用的比较:以及在考虑中型浮游 动物摄食影响的条件下,铁盐加富对浮游植物群落生物量增殖的影响。这为进一 步探讨铁在不同海洋环境中的生物可利用性,以及通过铁盐加富改变自然海洋浮 游植物群落结构而引起的全球碳循环及气候变化等问题具有一定的参考价值。


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