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

1、浮游植物作為水域的初級生產者和食物鏈的基礎環(huán)節(jié),對水體中營養(yǎng)鹽的收支動態(tài)平衡起著重要的調節(jié)作用,其群落結構的組成與變化,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,也是目前海洋學研究領域的熱點之一。國內關于浮游植物群落長期變化的研究報道絕大多數(shù)采用網采方法,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)場調查和歷史數(shù)據分析相結合的方法,基于水采浮游植物樣品,研究該海域浮游植物群落結構和演替及其對營養(yǎng)鹽長期變化的響應。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)境因素及其驅動機制。
　　 主要研究結果如下:
　　 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)場調查,共設置站位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查,共設置站位13個。研究結果表明,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、有較明顯的負相關性。
　　 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構的主要環(huán)境因子。結果表明,目前廈門海域營養(yǎng)鹽結構變化的主要特征為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,通常情況下,富營養(yǎng)化現(xiàn)象越嚴重的海區(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90年代的數(shù)據相比,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年來歷史調查數(shù)據的比較發(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,導致群落結構簡單化,并朝著不穩(wěn)定的方向逆向演替。此外,浮游植物群落細胞豐度呈現(xiàn)顯著增加趨勢。雖然硅藻門物種數(shù)量和細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外相關研究成果,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,導致顯微鏡觀察下水采浮游植物群落小型化。(2)營養(yǎng)鹽結構(特別是N/P摩爾比率)失衡刺激了浮游植物群落結構的變化: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,導致浮游植物群落結構簡單化和種類間競爭的變化,浮游植物群落的自調節(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摩爾比率嚴重失衡的重要原因。可以推斷,九龍江高含量的無機氮源是造成廈門海域浮