【摘要】：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)過程的研究主要側(cè)重于溶解無機(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,確定該海域典型赤潮藻對(duì)DON及其組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(DI)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±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I3io-DON/DON比值分別達(dá)至2.76±1.82μmol·L-1和44.844±26.69%,秋季則分別達(dá)到1.94±1.08μmol·L-1和41.43±±23.62%。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N03-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N03-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±18.32nmol N l-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±8.10d：秋季該海域N03-N、尿素、DFAA絕對(duì)吸收速率分別是16.18±1.89、4.20±1.44、1.94±0.55nmol Nl-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)和東海原甲藻(Prorocentrum donghaiense)對(duì)N03-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N03-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)N03-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-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、6.87μmol·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)果分析表明,在硅甲藻演替期間,不僅東海原甲藻較中肋骨條藻對(duì)低濃度N03-N的吸收更有競(jìng)爭(zhēng)力,且海域DON具有高生物可利用性,可直接或間接為東海原甲藻赤潮爆發(fā)提供相當(dāng)比例的氮。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：X55

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本文編號(hào)：2549239