基于水采樣品的廈門海域浮游植物群落對營養(yǎng)鹽長期變化的響應(yīng)研究.pdf

1、浮游植物作為水域的初級生產(chǎn)者和食物鏈的基礎(chǔ)環(huán)節(jié),對水體中營養(yǎng)鹽的收支動態(tài)平衡起著重要的調(diào)節(jié)作用,其群落結(jié)構(gòu)的組成與變化,在一定程度上可以比較敏感地指示海洋環(huán)境的變化。研究近岸海域浮游植物群落對營養(yǎng)鹽長期變化的響應(yīng)是了解人類活動對沿岸生態(tài)系統(tǒng)影響的重要途徑,也是目前海洋學(xué)研究領(lǐng)域的熱點之一。國內(nèi)關(guān)于浮游植物群落長期變化的研究報道絕大多數(shù)采用網(wǎng)采方法,而基于水采方法的浮游植物群落研究比傳統(tǒng)的網(wǎng)采方法更能反映浮游植物的實際情況。本文以廈門海域

2、作為研究區(qū)域,通過現(xiàn)場調(diào)查和歷史數(shù)據(jù)分析相結(jié)合的方法,基于水采浮游植物樣品,研究該海域浮游植物群落結(jié)構(gòu)和演替及其對營養(yǎng)鹽長期變化的響應(yīng)。此外,通過研究九龍江下游及河口營養(yǎng)鹽的分布變化,探討九龍江流域營養(yǎng)鹽輸入對廈門海域營養(yǎng)鹽分布和長期變化的影響。綜合以上研究結(jié)果,闡明廈門海域浮游植物群落50多年來的演替規(guī)律和演替方向,并進一步探討影響這一演替的主要環(huán)境因素及其驅(qū)動機制。
　　 主要研究結(jié)果如下:
　　 1.于2010年8

3、月和10月的大潮高潮期在廈門海域開展兩個航次的現(xiàn)場調(diào)查,共設(shè)置站位14個。另于2010年11月的大潮高潮期和低潮期在九龍江河口開展兩個航次的調(diào)查,共設(shè)置站位13個。研究結(jié)果表明,廈門海域和九龍江河口浮游植物生長的營養(yǎng)鹽限制性因子均為活性磷酸鹽(PO4-P),而活性硅酸鹽(SiO3-Si)含量和無機氮(DIN)含量相對充足。除了九龍江河口的亞硝酸鹽(NO2-N)和PO4-P之外,廈門海域的各項營養(yǎng)鹽和九龍江河口的其他各項營養(yǎng)鹽含量與鹽度都

4、有較明顯的負(fù)相關(guān)性。
　　 2.運用SPSS13.0軟件分析了影響廈門及九龍江河口海域浮游植物群落組成和結(jié)構(gòu)的主要環(huán)境因子。結(jié)果表明,目前廈門海域營養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)變化的主要特征為N/P摩爾比率失衡。隨著人為輸入氮源的增加,在富氮的九龍江河口及其鄰近海域,極易發(fā)生中肋骨條藻赤潮,該藻的生物量與硝酸鹽(NO3-N)和SiO3-Si含量的相關(guān)性十分明顯。研究發(fā)現(xiàn),廈門海域甲藻/硅藻生物量的比值與NO3-N和N/P摩爾比率有一定的正相關(guān)性,寓

5、示該海域無機氮含量的增加及其引起的N/P摩爾比率增大將可能促進甲藻的生長。研究發(fā)現(xiàn)浮游植物Shannon生物多樣性指數(shù)可作為反映廈門海域水體富營養(yǎng)化較好的生物指標(biāo),通常情況下,富營養(yǎng)化現(xiàn)象越嚴(yán)重的海區(qū)其Shannon生物多樣性指數(shù)越低。
　　 3.廈門海域水體無機氮含量的區(qū)域分布趨勢為:九龍江口＞西海域＞同安灣＞東部海域＞大嶝海域,大致呈現(xiàn)由廈門海域的東北方向向西南方向逐漸增加的趨勢;而活性磷酸鹽含量的區(qū)域分布趨勢為西海域＞同安

6、灣＞九龍江口＞東部海域＞大嶝海域,大致呈現(xiàn)出由西海域向外逐漸降低的趨勢。與上世紀(jì)90年代的數(shù)據(jù)相比,近年來廈門各海區(qū)無機氮含量增加了38％～153％倍,增加最多的海區(qū)為九龍江口。與上世紀(jì)80年代或90年代相比,近年來廈門各海區(qū)活性磷酸鹽含量增加了27％～327％,增加最多的海區(qū)為西海域。近年來廈門海域各海區(qū)N/P摩爾比率的區(qū)域分布趨勢為:九龍江口＞西海域＞東部海域＞同安灣＞大嶝海域,大致呈現(xiàn)由九龍江口逐漸向外降低的趨勢,即距離九龍江口越

7、近則N/P摩爾比率越高。其中2008年各海區(qū)N/P摩爾比率均大于30,說明浮游植物可利用的氮相對過剩,而可利用的磷相對不足。廈門海域N/P摩爾比率的時間變化趨勢為:2003-2008年除東部海域外各海區(qū)N/P摩爾比率均呈增加趨勢,廈門海域整體氮相對過剩趨勢越來越突出。
　　 4.比較上世紀(jì)50年代以來廈門海域水采浮游植物群落種類鑒定實驗記錄,發(fā)現(xiàn)該海域水采浮游植物群落整體呈現(xiàn)出明顯的小型化趨勢。維持種群優(yōu)勢地位的多為個體較小的物

8、種,如中肋骨條藻(Skeletonema costatum)、具槽直鏈藻(Melosira sulcata)和菱形海線藻(Thalassionema nitzschioides)。優(yōu)勢地位下降或消失的主要為個體較大的物種,如中華盒形藻(Biddulphia sinensis)、長耳盒形藻(Biddulphia aurita)、布氏雙尾藻(Ditylum brighwellii)、筆尖形根管藻(Rhizosolenia styliform

9、is)和星臍圓篩藻(Coscinodiscusasteromphalus)等。新增的優(yōu)勢種則為小環(huán)藻屬(Cyclotella sp.)、海鏈藻屬(Thalassiosira sp.)和菱形藻屬(Nitzschia sp.)等個體較小的種類。
　　 5.通過50年來歷史調(diào)查數(shù)據(jù)的比較發(fā)現(xiàn),廈門海域浮游植物群落Shannon生物多樣性指數(shù)有所降低,中肋骨條藻作為第一優(yōu)勢種的生態(tài)優(yōu)勢度不斷增加,同時群落的物種豐富度指數(shù)Margalef

10、值下降,導(dǎo)致群落結(jié)構(gòu)簡單化,并朝著不穩(wěn)定的方向逆向演替。此外,浮游植物群落細(xì)胞豐度呈現(xiàn)顯著增加趨勢。雖然硅藻門物種數(shù)量和細(xì)胞豐度依然在整個浮游植物群落中占主要地位,但甲藻門的種類和生物量也明顯增加。
　　 6.綜合廈門海域的實際情況和國內(nèi)外相關(guān)研究成果,廈門海域水采浮游植物群落對營養(yǎng)鹽長期變化的響應(yīng)主要體現(xiàn)在:(1)廈門海域水體的富營養(yǎng)化,一方面促進了浮游植物群落的生長,導(dǎo)致浮游植物群落生物量近幾十年來顯著增加;另一方面促進了小

11、個體浮游植物的生長,導(dǎo)致顯微鏡觀察下水采浮游植物群落小型化。(2)營養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)(特別是N/P摩爾比率)失衡刺激了浮游植物群落結(jié)構(gòu)的變化:首先,刺激了一些嗜氮的浮游植物種類如中肋骨條藻的大量繁殖,生態(tài)優(yōu)勢度加大,在河口區(qū)及其附近海域極易發(fā)生中肋骨條藻赤潮,導(dǎo)致浮游植物群落結(jié)構(gòu)簡單化和種類間競爭的變化,浮游植物群落的自調(diào)節(jié)能力下降;其次,N/P摩爾比率失衡并且總體呈不斷增加的趨勢,促進了甲藻類的繁殖,導(dǎo)致廈門海域甲藻門種類和生物量的增加。

12、r>　　 7.河流輸入是造成我國河口區(qū)及鄰近海域海水富營養(yǎng)化和富氮特征的最主要原因。目前廈門海域水體環(huán)境的最大問題為無機氮嚴(yán)重污染和N/P摩爾比率失衡。為此,本研究進一步分析了九龍江營養(yǎng)鹽輸入對廈門海域營養(yǎng)鹽含量分布和長期變化的影響,發(fā)現(xiàn)九龍江輸入是廈門海域DIN含量時空分布變化的決定性因素,不僅造成了廈門海域水體高含量的無機氮污染問題,同時也是廈門海域N/P摩爾比率嚴(yán)重失衡的重要原因?？梢酝茢?九龍江高含量的無機氮源是造成廈門海域浮