長(zhǎng)江口及其鄰近海域溶解有機(jī)氮的生物可利用性及其在赤潮爆發(fā)過程中的作用研究.pdf

1、溶解有機(jī)氮(DON)是近海海洋系統(tǒng)中最大的氮儲(chǔ)庫(kù)，其構(gòu)成和生物可利用性對(duì)近海生態(tài)系統(tǒng)中浮游植物種群和豐度具有重要影響。長(zhǎng)江口及其鄰近海域是世界上富營(yíng)養(yǎng)化污染最為嚴(yán)重的海域之一，近些年春、夏季連年爆發(fā)大規(guī)模赤潮，并呈現(xiàn)出硅藻赤潮向甲藻赤潮演替的現(xiàn)象。氮是維持赤潮發(fā)生規(guī)模的決定性因素之一，研究其來源、轉(zhuǎn)化以及其在赤潮爆發(fā)過程中的作用，是闡明該海域富營(yíng)養(yǎng)化形成和赤潮發(fā)生機(jī)制的重要科學(xué)問題。然而，目前對(duì)該海域氮的來源和生物地球化學(xué)過程的研究主要

2、側(cè)重于溶解無(wú)機(jī)氮(DIN)，而對(duì)DON的生物可利用性及其在赤潮爆發(fā)中的作用尚缺乏深入研究。本論文以長(zhǎng)江口及其鄰近海域?yàn)檠芯繉?duì)象，綜合應(yīng)用歷史資料收集、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、室內(nèi)試驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)培養(yǎng)試驗(yàn)及15N同位素標(biāo)記培養(yǎng)試驗(yàn)方法，系統(tǒng)研究了2011～2014年間該海域DON及其中氨基酸和尿素的長(zhǎng)江輸入通量和時(shí)空分布特征，以氨基酸的構(gòu)成和豐度為指標(biāo)評(píng)價(jià)該海域不同季節(jié)特別是春末夏初甲藻赤潮爆發(fā)期間DON的生物可利用性潛力，確定該海域典型赤湖藻對(duì)DON及其組

3、分尿素和氨基酸的吸收利用動(dòng)力學(xué)特性，初步探討DON在該海域大規(guī)模甲藻爆發(fā)和維持中的營(yíng)養(yǎng)作用機(jī)制。論文的主要研究結(jié)果如下:
　　1、長(zhǎng)江輸入東海的溶解有機(jī)氮的構(gòu)成、通量和生物可利用性
　　1)2011～2014年長(zhǎng)江大通站DON濃度與長(zhǎng)江徑流量呈負(fù)相關(guān)，表現(xiàn)出春冬季高、夏秋季低的變化特征。其濃度在10.25～90.52μmol·L-1之間，占溶解態(tài)總氮(TDN)比例為7.40～50.89％。其中，具有較高生物可利用性組分包括尿

4、素、自由態(tài)氨基酸(DFAA)、結(jié)合態(tài)氨基酸(DCAA)平均占DON的氮摩爾分?jǐn)?shù)分別為19.1、0.6、4.2％。
　　2)長(zhǎng)江DON輸入通量為43.54萬(wàn)噸/年，約占TDN年輸入通量的20％。其中，尿素、DFAA、DCAA年輸入氮通量分別為6.62、0.25和1.64萬(wàn)噸/年，分別占DON年通量的15.21、0.57、3.78％。
　　3)總?cè)芙鈶B(tài)氨基酸(TDAA)占DOC的氮摩爾比例(TDAA(％DOC))和氨基酸降解(D

5、I)指數(shù)均表明，長(zhǎng)江水體中DON具有較高的生物可利用性潛力，且呈現(xiàn)且呈現(xiàn)春季和夏季相對(duì)高、秋季和冬季相對(duì)低的變化特征。
　　2、長(zhǎng)江口及其鄰近海域溶解有機(jī)氮的時(shí)空分布特征和生物可利用性潛力評(píng)價(jià)1)通過分析2002、2010和2014年歷史數(shù)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查數(shù)據(jù)表明，研究海域DON濃度及其在TDN中占比較高，平均在50％以上，且呈現(xiàn)秋季高、春季和夏季低的變化特征。受長(zhǎng)江徑流輸入和浮游植物自身共同影響，DON濃度基本呈現(xiàn)近岸高，外海低和北部

6、高、南部低的平面分布特征;而DON/TDN則呈現(xiàn)外海高、近岸低的分布特征。
　　2) DON中具有高生物可利用性組分尿素和TDAA的含量較高。其中，2014年春季調(diào)查海域尿素和TDAA平均濃度分別達(dá)到0.84±0.33μmol· L-1和0.96±0.74μmol· L-1，平均占DON的氮摩爾比例分別26.49±14.14％和17.73±12.01％;秋季尿素和TDAA平均濃度分別為0.98±0.28μmol· L-1和0.67

7、±0.32μmol·L-1，占DON的氮比例分別為40.42±16.14％和15.50±8.70％。
　　3)基于現(xiàn)場(chǎng)培養(yǎng)試驗(yàn)，以TDAA(％DON)為指標(biāo)，確定了研究海域具有生物可利用性的DON(Bio-DON)的含量。其中，2014年春季調(diào)查海域Bio-DON濃度和Bio-DON/DON比值分別達(dá)到2.76±1.82μmol·L-1和44.84±26.69％，秋季則分別達(dá)到1.94±1.08μmol·L-1和41.43±23.

8、62％。
　　4)基于15N同位素標(biāo)記現(xiàn)場(chǎng)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，估算了不同研究海域夏季和秋季不同形態(tài)氮包括NO3-N、尿素、DFAA和DON的吸收速率及其在海域的周轉(zhuǎn)時(shí)間。夏季該海域NO3-N、尿素、DFAA及DON的吸收速率分別是13.05±8.88、15.81±3.00、10.62±4.64、45.44±18.32nmolN1-1 h-1，周轉(zhuǎn)時(shí)間分別為228.82±243.45、3.64±0.49、3.22±1.35、13.58±8.1

9、0d;秋季該海域NO3-N、尿素、DFAA絕對(duì)吸收速率分別是16.18±1.89、4.20±1.44、1.94±0.55nmolN l-1 h-1，周轉(zhuǎn)時(shí)間分別為134.88±31.33、16.79±7.15、23.31±6.28d。
　　3、DON在長(zhǎng)江口及其鄰近海域赤潮爆發(fā)過程中的作用及其機(jī)制探討
　　1)通過室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)15N同位素培養(yǎng)試驗(yàn)，確定了研究海域典型赤潮肇事種中肋骨條藻（Skeletonema costatum

10、）和東海原甲藻（Prorocentrum donghaiense）對(duì)NO3-N、尿素、DFAA和DON的吸收利用動(dòng)力學(xué)特征。2種藻均可以利用NO3-N、尿素、DFAA和DON不同形態(tài)的氮，且對(duì)不同形態(tài)氮吸收都符合米氏方程。而且發(fā)現(xiàn)東海原甲藻對(duì)NO3-N和尿素較中肋骨條藻更有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，而中肋骨條藻對(duì)氨基酸和DON的吸收較東海原甲藻更有優(yōu)勢(shì)。
　　2)基于生物培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)確定的具有生物可利用性的DON(Bio-DON)，調(diào)查海域表層Bio

11、-DON平均濃度分別在2011年春季赤潮的硅甲藻演替期(ZA斷面)、甲藻赤潮爆發(fā)期（ZB斷面）和甲藻赤潮發(fā)展期（ZC斷面）下降了4.93、7.60、6.87μnol·L-1，占總可被生物利用的TDN的50％以上;其中，DON組分中表層尿素、DFAA和DCAA含量都顯著下降，降幅分別達(dá)到68.75、27.61和23.02％，29.81（中層）、47.67和37.96％，29.33、45.41和64.61％。
　　3)綜合上述結(jié)果分析