穆迪，李清雪，陶建華，趙海萍，聶紅濤

（1.河北工業(yè)大學(xué) 海水資源高效利用化工技術(shù)教育部工程研究中心，天津 300130；2.河北工程大學(xué) 分析測(cè)試中心，河北 邯鄲 056038；3.天津大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300072）

近年來(lái)，隨著一些海域富營(yíng)養(yǎng)化和赤潮問(wèn)題的加劇，以及利用海洋生物泵吸收CO2緩解溫室效應(yīng)問(wèn)題的升溫，營(yíng)養(yǎng)鹽對(duì)于浮游植物的限制作用再次成為海洋學(xué)研究的熱點(diǎn)（劉慧等，2002）。加富培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)直觀、可操作性強(qiáng)，接近于自然狀況，是研究營(yíng)養(yǎng)鹽限制特性的常用方法之一（蒲新明等，2000）。在我國(guó)，這項(xiàng)研究始于20世紀(jì)末，研究海域主要集中在黃渤海、東海近海海域（鄒立等，2001；王勇等，1999；劉媛等，2004）、臺(tái)灣海峽（王玉玨等，2008；胡俊等，2008）及膠州灣（王勇等，2002）、大亞灣（王曉偉等，2007）等海域，結(jié)果表明，氮和磷是這些海域主要的限制性營(yíng)養(yǎng)鹽，但具體的限制類型又體現(xiàn)了較大的時(shí)空差異性。目前這類實(shí)驗(yàn)的目的主要還是營(yíng)養(yǎng)鹽限制類型的判定，對(duì)培養(yǎng)條件生態(tài)影響的研究則較少。氮磷比是影響浮游植物生長(zhǎng)的重要因素之一（Hodgkiss et al，1997），各種浮游植物對(duì)氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽的需求不同，一個(gè)海域的最適宜氮磷比通常具有特異性，Redfield比只是一個(gè)平均水平（Hecky et al，1988），但以往的多因素培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)多是基于Redfield比進(jìn)行設(shè)計(jì)，沒(méi)有對(duì)所研究海域的最適宜氮磷比進(jìn)行定量分析并加以考慮。唐松（2010）在印度洋進(jìn)行氮、磷、鐵加富的現(xiàn)場(chǎng)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)時(shí)，分析了實(shí)驗(yàn)過(guò)程中氮磷比與浮游植物生長(zhǎng)之間的關(guān)系，認(rèn)為二者相關(guān)性不大，氮磷比不能單獨(dú)決定浮游植物的生長(zhǎng)，但該實(shí)驗(yàn)是在相對(duì)獨(dú)立、加富條件差異較大的培養(yǎng)組間進(jìn)行的，此時(shí)營(yíng)養(yǎng)鹽的絕對(duì)濃度影響更大，對(duì)于氮磷比的作用還需在相對(duì)一致的條件下進(jìn)行系統(tǒng)研究。此外，以往的加富培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)采用的多是營(yíng)養(yǎng)鹽的一次性添加，這種添加方式更接近沖擊性高負(fù)荷排污的情況，并不適合常見的排污情況，對(duì)于不同添加方式的影響應(yīng)予以考慮。雖然王玉玨等（2008）在進(jìn)行臺(tái)灣海峽的研究時(shí)使用了連續(xù)添加，但是沒(méi)有對(duì)同等藥量的一次性添加進(jìn)行對(duì)比，從而分析添加方式的影響。

渤海灣位于渤海西部，屬典型的緩坡淤泥質(zhì)半封閉淺海海灣。渤海灣沿岸有海河、永定新河等幾十條河流注入，每年有大量污水入海。該海域水交換能力弱，污染物滯留時(shí)間長(zhǎng)，致使該海域污染嚴(yán)重、赤潮頻發(fā)（Tao，2002）。目前，對(duì)于渤海灣內(nèi)營(yíng)養(yǎng)鹽限制及其相關(guān)特性的調(diào)查研究多是基于水體中溶解無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)鹽的現(xiàn)存量進(jìn)行的對(duì)比分析（Zou et al，1985；沈志良，1999；闞文靜等，2010）。這些研究表明，近年來(lái)渤海灣近岸海域水體營(yíng)養(yǎng)鹽的比例和含量發(fā)生了較大變化，進(jìn)一步研究營(yíng)養(yǎng)鹽比例和含量的變化對(duì)浮游植物生長(zhǎng)的影響是十分必要的。

本次研究的主要工作是通過(guò)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)渤海灣西南部海域典型站位2010年10月的營(yíng)養(yǎng)鹽限制特性進(jìn)行加富培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)研究。研究的主要內(nèi)容包括營(yíng)養(yǎng)鹽限制類型的判定，浮游植物對(duì)于不同氮磷比和不同硝酸鹽添加方式的生態(tài)響應(yīng)。本次研究不僅是一次實(shí)驗(yàn)調(diào)查，也是一次實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的嘗試。

1 材料與方法

1.1 采樣方法

采樣站位位于渤海灣西南部（117°49′56″E，38°38′4″N），為渤海灣生態(tài)監(jiān)控區(qū)常規(guī)監(jiān)測(cè)站位之一，采樣時(shí)間為2010年10月。采樣時(shí)采集表層水，采樣后用200 μm的篩網(wǎng)輕柔過(guò)濾，以濾除大型浮游動(dòng)物，避免攝食干擾。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

水樣采集后，在常溫狀態(tài)下，用汽車迅速運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行混合、分裝和培養(yǎng)，水樣的采集和運(yùn)輸共耗時(shí)6 h左右。每桶初始水量15 L，進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)鹽添加后將桶置于光照培養(yǎng)架上進(jìn)行培養(yǎng)。用空調(diào)對(duì)培養(yǎng)室室溫進(jìn)行了調(diào)節(jié)，日間控制室溫在18℃～20℃左右，夜間利用常溫培養(yǎng)，室溫最低在11℃～13℃左右。光照強(qiáng)度控制在初始水位處光強(qiáng)6 000 lux，明暗周期為12-12 h。光照是影響浮游植物光合作用的重要因素，在海上進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)時(shí)通常采用自然光照（鄒立等，2001；王勇等，1999；王玉玨等，2008）或維持培養(yǎng)環(huán)境與現(xiàn)場(chǎng)接近（劉媛等，2004；胡俊等，2008；王勇等，2002），在室內(nèi)進(jìn)行模擬現(xiàn)場(chǎng)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)時(shí)為模擬現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境或控制適宜培養(yǎng)條件通常需要控制光照（韋桂秋，2006；鄧華健等，2004），本文光照強(qiáng)度的設(shè)置主要考慮將其控制在浮游植物生長(zhǎng)的適宜范圍。一般而言，在一定范圍內(nèi)，浮游植物的光合作用隨著光照的增強(qiáng)而增強(qiáng)，但達(dá)到一定強(qiáng)度（飽和光強(qiáng)）后，光強(qiáng)的增加不再具有促進(jìn)作用，反而會(huì)對(duì)光合作用產(chǎn)生抑制，浮游植物最適宜的光強(qiáng)范圍一般在 2 000～10 000 lux（鄧華健 等，2004；孫霞，2005）。本文參照此規(guī)律及相關(guān)研究結(jié)果并考慮了水深的影響，選用了6 000 lux。12-12 h的明暗周期是比較常見的模擬實(shí)際光照的方法。

每天固定時(shí)間混合水樣3次，防止浮游植物聚集。培養(yǎng)周期為14 d。本文浮游植物培養(yǎng)周期的設(shè)置主要參考了相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究。文獻(xiàn)表明，加富培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)的培養(yǎng)周期通常在3～12 d不等（王曉偉等，2007；胡俊等，2008；鄧華健等，2004），或動(dòng)態(tài)的指定到某一生長(zhǎng)階段（如指數(shù)生長(zhǎng)期/最大增值期第4 d）（韋桂秋，2006），本文考慮到實(shí)驗(yàn)初期的生長(zhǎng)延遲現(xiàn)象，最終確定培養(yǎng)周期為14 d。浮游植物培養(yǎng)周期的選取主要與浮游植物的生長(zhǎng)周期有關(guān)，應(yīng)盡量使二者相吻合，能在培養(yǎng)期間清楚地觀察到整周期的生長(zhǎng)變化。

營(yíng)養(yǎng)鹽添加時(shí)，硝酸鹽、磷酸鹽和硅酸鹽分別以KNO3、KH2PO4、Na2SiO3形式進(jìn)行添加。采樣和實(shí)驗(yàn)所用器具使用前均使用HCl漬洗和海水潤(rùn)洗。

1.2.1 實(shí)驗(yàn)一：營(yíng)養(yǎng)鹽限制類型的加富培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)

當(dāng)浮游植物受到某種營(yíng)養(yǎng)鹽限制時(shí)，人為添加這種營(yíng)養(yǎng)鹽，會(huì)促進(jìn)浮游植物的生長(zhǎng)。把一種和多種營(yíng)養(yǎng)鹽加入到一定水體中，通過(guò)觀察比較浮游植物的生長(zhǎng)情況，判斷其中的營(yíng)養(yǎng)鹽限制情況，是用加富培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)判定營(yíng)養(yǎng)鹽限制類型的原理和設(shè)計(jì)依據(jù)。這種判定方法也稱AGP（Algal Growth Potential，藻類增長(zhǎng)潛力）法（韋桂秋，2006）。

無(wú)機(jī)氮（硝酸鹽、亞硝酸鹽、氨氮）、磷酸鹽和硅酸鹽是對(duì)海洋浮游植物生長(zhǎng)最重要的幾種營(yíng)養(yǎng)鹽。陸源排放是渤海灣營(yíng)養(yǎng)鹽的主要來(lái)源，近年來(lái)渤海灣營(yíng)養(yǎng)鹽陸源污染嚴(yán)重、比例失調(diào)，近岸海域水體營(yíng)養(yǎng)鹽的比例和含量發(fā)生了較大變化（闞文靜等，2010），實(shí)驗(yàn)一即為驗(yàn)證水體營(yíng)養(yǎng)鹽的比例和含量發(fā)生變化的情況下，浮游植物的營(yíng)養(yǎng)鹽限制類型是否也發(fā)生變化。

本實(shí)驗(yàn)中，為判定原水樣的營(yíng)養(yǎng)鹽限制類型，對(duì)水樣進(jìn)行了硝酸鹽、磷酸鹽、硅酸鹽的單一和全部添加（表1）。在浮游植物適宜范圍內(nèi)，在系統(tǒng)本底濃度的基礎(chǔ)上按倍數(shù)增大營(yíng)養(yǎng)鹽的濃度是加富培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)的一種常見的營(yíng)養(yǎng)鹽添加方式，文獻(xiàn)中的增大倍數(shù)在2倍（鄒立等，2001）、10倍（劉媛等，2004；王曉偉等，2007）和100倍（王曉偉等，2007）不等。本文營(yíng)養(yǎng)鹽的添加量也是依據(jù)營(yíng)養(yǎng)鹽的本底濃度確定的。其中氮鹽增大為本地濃度的30倍左右，磷酸鹽增大為本底濃度的20倍左右，硅酸鹽增大為本底濃度的15倍左右，進(jìn)行取整，并考慮了同時(shí)添加時(shí)各營(yíng)養(yǎng)鹽濃度的比值接近Redfield比。

表1 實(shí)驗(yàn)一加富方案

1.2.2 實(shí)驗(yàn)二：氮磷比生態(tài)響應(yīng)的加富培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)為考察不同氮磷比對(duì)于浮游植物生長(zhǎng)的影響，在保證營(yíng)養(yǎng)鹽絕對(duì)值充足的情況下（Fisher et al，1999；Nelson et al，1995），添加和控制硝酸鹽濃度為一定水平，變化磷酸鹽濃度，設(shè)計(jì)了8個(gè)實(shí)驗(yàn)組（表2），代表8種不同的氮磷比水平。各實(shí)驗(yàn)組濃度梯度的選取主要考慮了普遍條件下適宜浮游植物生長(zhǎng)的氮磷比范疇和渤海灣常見的氮磷比范疇（蒲新明 等，2000；Hodgkiss et al，1997；Zou et al，1985；沈志良，1999；闞文靜等，2010），并考慮了添加和測(cè)定的精度要求。

1.2.3 實(shí)驗(yàn)三：硝酸鹽添加方式生態(tài)響應(yīng)的加富培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)

設(shè)計(jì)了4組對(duì)照實(shí)驗(yàn)，考察硝酸鹽一次性添加和硝酸鹽連續(xù)性添加情況下，浮游植物生態(tài)響應(yīng)的差異（表3）。其中，硝酸鹽一次性添加是模擬沖擊性高負(fù)荷排污情況，連續(xù)性添加是模擬持續(xù)性低負(fù)荷排污情況。這里，營(yíng)養(yǎng)鹽的連續(xù)性添加是指，將與一次性添加等量的營(yíng)養(yǎng)鹽均勻地分7天連續(xù)添加，每日藥量的計(jì)算中考慮了每日取樣量對(duì)體積的影響。這里控制磷酸鹽濃度一定，考察硝酸鹽添加的影響主要是基于近年來(lái)渤海灣氮污染嚴(yán)重的特點(diǎn)（闞文靜等，2010）。

表2 實(shí)驗(yàn)二加富方案

表3 實(shí)驗(yàn)三加富方案

1.3 分析方法

2 結(jié)果與討論

2.1 原水樣水質(zhì)

原水樣中溶解無(wú)機(jī)氮濃度為20.68 μmol/L，其中：硝酸鹽濃度為16.58 1 μmol/L，亞硝酸鹽濃度為 2.356 μmol/L，氨氮濃度為 1.746 μmol/L。水樣中磷酸鹽濃度0.24 μmol/L，硅酸鹽濃度4.58 μmol/L（表1）。原水樣中葉綠素a濃度為1.05 μg/L，浮游植物細(xì)胞密度為1 080 cells/L，主要有甲藻和硅藻，數(shù)量占優(yōu)勢(shì)的藻種為叉狀角藻和園篩藻。在水樣運(yùn)輸過(guò)程中，可能出現(xiàn)少量浮游植物死亡，釋放營(yíng)養(yǎng)鹽的情況。

2.2 營(yíng)養(yǎng)鹽限制類型

培養(yǎng)期間，單一添加營(yíng)養(yǎng)鹽的各組中，添加磷酸鹽的1-3組葉綠素a濃度和浮游植物細(xì)胞密度的增長(zhǎng)狀況最顯著，在培養(yǎng)的前8天時(shí)間里，1-3組葉綠素a濃度和浮游植物細(xì)胞密度的變化趨勢(shì)最接近于營(yíng)養(yǎng)鹽全部添加的1-5組。其中，1-3組葉綠素a濃度峰值為空白對(duì)照組1-1組的2.48倍，達(dá)到營(yíng)養(yǎng)鹽全加組1-5組同期濃度的48%，其細(xì)胞密度峰值為1-1組的1.66倍，達(dá)到1-5組同期密度的72%，這里只給出了細(xì)胞密度的變化趨勢(shì)（圖1（a））。同時(shí)，各組磷酸鹽都出現(xiàn)了明顯的消耗，在沒(méi)有磷酸鹽添加的情況下都是最早被耗盡（圖1（b））。硅酸鹽的消耗也較顯著，在沒(méi)有硅酸鹽添加的各組中，最終都趨于耗盡，耗盡時(shí)間僅晚于磷酸鹽（圖1（c））。培養(yǎng)期間，各組溶解無(wú)機(jī)氮濃度波動(dòng)較大，總體變化不明顯。從浮游植物生長(zhǎng)和營(yíng)養(yǎng)鹽消耗的特征來(lái)看，該水樣為磷限制。

同時(shí)，對(duì)原水樣營(yíng)養(yǎng)鹽濃度進(jìn)行對(duì)比分析表明，若以Fisher（1999）或Nelson（1995）的閾值標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定氮、磷、硅營(yíng)養(yǎng)鹽都不構(gòu)成限制，若以Justic（1995）和Dortch（1992）的比例關(guān)系評(píng)定，則該水樣接近于磷限制（Si∶P=19.08，DIN∶P=86.17），這與上述培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)論基本一致。

綜合以往我國(guó)不同海域的實(shí)驗(yàn)成果表明，氮和磷是這些海域主要的限制性營(yíng)養(yǎng)鹽，營(yíng)養(yǎng)鹽限制特性具有明顯的時(shí)空差異性（表4）。同時(shí)，由于近岸地化過(guò)程和人類活動(dòng)的影響，近岸海域營(yíng)養(yǎng)鹽限制特性通常呈現(xiàn)一定的復(fù)雜性（張平等，2001）。磷限制通常發(fā)生在沿岸和較封閉海域（劉慧等，2002），我國(guó)曾發(fā)現(xiàn)磷限制的海域包括渤海萊州灣附近（鄒立等，2001）、大亞灣的灣中和灣頂（王曉偉等，2007）和東海長(zhǎng)江口附近站位（劉媛等，2004）。近年來(lái)，由于排污，一些近岸海域出現(xiàn)了營(yíng)養(yǎng)鹽濃度增高比例失調(diào)，營(yíng)養(yǎng)鹽限制特性發(fā)生轉(zhuǎn)變的情況。如對(duì)膠州灣進(jìn)行的培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)（王勇等，2002）和營(yíng)養(yǎng)鹽濃度分析（張均順等，1997）表明，膠州灣水體正在趨向于硅限制。渤海灣，屬典型的緩坡淤泥質(zhì)半封閉淺海海灣，水交換能力弱，自凈能力差。近年來(lái)隨著沿岸經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，渤海灣營(yíng)養(yǎng)鹽的含量和比例發(fā)生了顯著的變化，表層海水氮磷比和硅磷比增加，硅氮比較穩(wěn)定，且小于1，近年來(lái)渤海灣浮游植物可能正在從氮限制逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榱紫拗苹蚬柘拗疲R文靜等，2010）。本文的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與此前報(bào)道基本一致。

圖1 實(shí)驗(yàn)一 培養(yǎng)期間細(xì)胞密度和營(yíng)養(yǎng)鹽濃度的變化趨勢(shì)

2.3 不同氮磷比的生態(tài)響應(yīng)

對(duì)各組在培養(yǎng)期間葉綠素a濃度、浮游植物細(xì)胞密度的變化趨勢(shì)進(jìn)行了對(duì)比，并對(duì)前八天時(shí)間里不同氮磷比對(duì)應(yīng)的葉綠素a濃度最大值和細(xì)胞密度最大值進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。差異較顯著的前五組的細(xì)胞密度隨時(shí)間的變化的情況如圖2（a）所示（后3組的細(xì)胞密度總體水平較低，差異不顯著，這里沒(méi)有給出）。各組細(xì)胞密度最大值與對(duì)應(yīng)氮磷比的關(guān)系如圖2（b）所示。

結(jié)果表明，葉綠素a濃度和浮游植物細(xì)胞密度的增長(zhǎng)總體上隨磷酸鹽濃度的升高和氮磷比的降低而增大，并在5-15附近增長(zhǎng)最顯著，這個(gè)范圍可以判定為該實(shí)驗(yàn)條件下浮游植物生長(zhǎng)的最適宜氮磷比，這個(gè)氮磷比的范圍與香港海域主要赤潮藻種的最適宜氮磷比4-16的范圍接近（Ho et al，1993）。相比于Redfield比，這個(gè)最佳氮磷比范圍偏低，這可能與樣品中甲藻較多有關(guān)，甲藻對(duì)磷的需求量更大，適宜低氮磷比的環(huán)境（蕭樸云等，2009）。另外，本次實(shí)驗(yàn)是在不添加硅酸鹽、氮硅比較高（DIN∶DISi=13.1）的情況下進(jìn)行的，可能存在硅的相對(duì)不足而限制硅藻的生長(zhǎng)。根據(jù)本實(shí)驗(yàn)可以推測(cè)，如果渤海灣磷酸鹽濃度增大，氮磷比降低，渤海灣的富營(yíng)養(yǎng)化可能造成更為嚴(yán)重的后果，這從另一方面體現(xiàn)了磷的限制作用。

相對(duì)于以往的研究（唐松等，2010），本次實(shí)驗(yàn)體現(xiàn)了較好的規(guī)律性，這可能與本實(shí)驗(yàn)中控制無(wú)機(jī)氮、硅酸鹽初始濃度相同，系統(tǒng)條件相對(duì)一致有關(guān)，同時(shí)實(shí)驗(yàn)中營(yíng)養(yǎng)鹽濃度偏離正常值較多，這可能促進(jìn)了少數(shù)耐污種類的生長(zhǎng)，降低了浮游植物的多樣性，從而使響應(yīng)更單一，這雖然與現(xiàn)實(shí)情況有所偏差，但是可以更清晰地反映浮游植物的響應(yīng)規(guī)律。營(yíng)養(yǎng)鹽變化對(duì)浮游植物種類的影響還有待進(jìn)一步研究。

2.4 不同硝酸鹽添加方式的生態(tài)響應(yīng)

對(duì)各對(duì)照組在培養(yǎng)期間葉綠素a濃度、浮游植物細(xì)胞密度和營(yíng)養(yǎng)鹽的濃度變化進(jìn)行了兩兩對(duì)比。生長(zhǎng)較顯著的3-2組（3-2-1、3-2-2）的情況如圖3所示。其他3個(gè)對(duì)照組的變化規(guī)律基本相似，但沒(méi)有3-2組浮游植物的生長(zhǎng)顯著、差異明顯，這里沒(méi)有給出。對(duì)照組間的這種差異可能與營(yíng)養(yǎng)鹽條件不同有關(guān)，3-2組的磷酸鹽含量和氮磷比均適宜浮游植物的生長(zhǎng)；3-1組雖然氮磷比適宜，但磷酸鹽含量偏低；3-3與3-4組無(wú)機(jī)氮源充足但氮磷比偏高，故3-2組浮游植物的生長(zhǎng)更顯著。

表4 國(guó)內(nèi)近岸海域加富培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)研究及其成果

圖2 實(shí)驗(yàn)二 培養(yǎng)期間細(xì)胞密度的變化趨勢(shì)和細(xì)胞密度最大值與氮磷比的關(guān)系

結(jié)果表明，在其他條件相同的情況下，硝酸鹽分七天連續(xù)添加時(shí)相對(duì)于一次性添加時(shí)能達(dá)到更高的葉綠素a濃度和浮游植物細(xì)胞密度。在浮游植物生長(zhǎng)旺盛時(shí)期，連續(xù)性添加組的磷酸鹽較一次性添加組的磷酸鹽吸收快、濃度低。硝酸鹽濃度變化的波動(dòng)較大，但前期連續(xù)性添加組濃度逐漸攀升的趨勢(shì)明顯。在培養(yǎng)前期，由于營(yíng)養(yǎng)鹽添加方式的不同，連續(xù)性添加組的氮磷比低于同期一次性添加組的氮磷比，按上文給出的規(guī)律，這可能促進(jìn)了連續(xù)性添加組磷的吸收和低氮磷比浮游植物的生長(zhǎng)，但這種優(yōu)勢(shì)隨著硝酸鹽的連續(xù)添加會(huì)逐漸縮小。同時(shí)，在培養(yǎng)的后期連續(xù)性添加組維持了較高的硝酸鹽濃度水平，這對(duì)于后期浮游植物的生長(zhǎng)可能也是有利的。

該實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明低濃度長(zhǎng)期持續(xù)性氮污染可能會(huì)比高濃度沖擊性氮污染更有效地刺激浮游植物的增長(zhǎng)，從而造成更嚴(yán)重的生態(tài)影響。同時(shí)該結(jié)果也表明在本實(shí)驗(yàn)條件下，用以往的一次性添加培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)可能會(huì)低估浮游植物的增長(zhǎng)潛力。

2.5 與渤海灣海域?qū)嶋H狀況的比較

為分析自然狀況下該海域營(yíng)養(yǎng)鹽變化時(shí)浮游植物的變化情況，對(duì)20世紀(jì)50年代末至21世紀(jì)初渤海灣水體營(yíng)養(yǎng)鹽和浮游植物的幾次大規(guī)模調(diào)查研究進(jìn)行了搜集整理（表5和表6）。綜合結(jié)果表明，半個(gè)世紀(jì)以來(lái)渤海灣氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽含量整體上呈現(xiàn)增長(zhǎng)的趨勢(shì)，尤其是近年來(lái)溶解無(wú)機(jī)氮增長(zhǎng)很快，而水體磷酸鹽濃度得到一定控制，結(jié)果造成水體氮磷比逐年增大，明顯偏離了Rieldfied比，水體基本處于磷限制。同期，渤海灣浮游植物的生態(tài)特性也發(fā)生了較大變化，浮游植物細(xì)胞豐度增大，多樣性降低，組成更單一，且時(shí)空分布極不均勻。水體營(yíng)養(yǎng)鹽濃度和比例結(jié)構(gòu)的變化可能是造成浮游植物群落結(jié)構(gòu)變化的一個(gè)直接原因，而根本的原因還是受到陸源污染的影響。

圖3 實(shí)驗(yàn)三 培養(yǎng)期間細(xì)胞密度和營(yíng)養(yǎng)鹽濃度的變化趨勢(shì)

本文在控制條件下，對(duì)渤海灣西南部海域典型站位表層水體進(jìn)行了模擬現(xiàn)場(chǎng)的加富培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，研究了水體的營(yíng)養(yǎng)鹽限制類型以及不同氮磷比和不同硝酸鹽添加方式的生態(tài)響應(yīng)。結(jié)果表明水體處于磷限制，這與海域的實(shí)際情況一致。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在保持氮充足的情況下變化磷酸鹽濃度時(shí)，較低的氮磷比（5-15）更能促進(jìn)浮游植物的生長(zhǎng)，根據(jù)該結(jié)論可以推測(cè)，如果渤海灣磷酸鹽濃度增大，氮磷比降低，渤海灣的富營(yíng)養(yǎng)化可能造成更為嚴(yán)重的生態(tài)后果。近年來(lái)，伴隨著水體氮磷比增大，渤海灣浮游植物也出現(xiàn)了總量增大的趨勢(shì)，這主要還是受多種營(yíng)養(yǎng)鹽，尤其是氮污染加劇的影響，與本文實(shí)驗(yàn)條件的情況是不同的。對(duì)于不同排污方式實(shí)際影響的研究目前還未見報(bào)道，因此沒(méi)有進(jìn)行對(duì)比分析。

圖3 實(shí)驗(yàn)三 培養(yǎng)期間細(xì)胞密度和營(yíng)養(yǎng)鹽濃度的變化趨勢(shì)

表6 渤海灣浮游植物生態(tài)特性的歷史變化

本文只是針對(duì)一個(gè)站位一次采樣的研究，可能存在一定的偶然性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果并不能完全代表海域的實(shí)際情況，但是在一定條件下揭示了浮游植物生長(zhǎng)的重要規(guī)律，對(duì)于預(yù)測(cè)和控制海域富營(yíng)養(yǎng)化具有重要意義。在進(jìn)一步的研究中應(yīng)加大采樣范圍和密度，同時(shí)采用更貼近現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的培養(yǎng)條件，并對(duì)浮游植物的種類變化加以細(xì)致的研究。

3 結(jié)論

2010年10月，對(duì)渤海灣西南部海域典型站位表層水體進(jìn)行了營(yíng)養(yǎng)鹽添加的模擬現(xiàn)場(chǎng)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)判定了水樣的營(yíng)養(yǎng)鹽限制類型，并在控制條件下，研究了不同氮磷比和不同硝酸鹽添加方式的生態(tài)響應(yīng)，得到結(jié)果如下：

（1）單一添加磷酸鹽的實(shí)驗(yàn)組浮游植物生長(zhǎng)最明顯，且空白對(duì)照組磷酸鹽最早被耗盡，水樣體現(xiàn)了磷限制的特性。

（2）浮游植物的增長(zhǎng)在總體上隨著氮磷比的降低而增大，最適宜氮磷比在5～15左右，略低于Redfield比。

（3）硝酸鹽的連續(xù)性添加比一次性添加更有利于浮游植物的生長(zhǎng)，相對(duì)于高濃度沖擊性氮污染，低濃度持續(xù)性氮污染可能會(huì)產(chǎn)生更嚴(yán)重的生態(tài)影響，此處用一次性添加培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)可能會(huì)低估浮游植物的增長(zhǎng)潛力。

了解海域的營(yíng)養(yǎng)鹽限制特性對(duì)于海域水生態(tài)環(huán)境管理和修復(fù)具有重要的理論和實(shí)際意義，對(duì)于渤海灣的研究還需要大量和長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)積累，本次實(shí)驗(yàn)只是一個(gè)開始。但作為方法的創(chuàng)新，本文特色鮮明，在判定水樣營(yíng)養(yǎng)鹽限制類型的基礎(chǔ)上，對(duì)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)，研究了水樣中浮游植物群落對(duì)于不同氮磷比和不同硝酸鹽添加方式的生態(tài)響應(yīng)，并得到了較合理的結(jié)果。在進(jìn)一步的研究中應(yīng)加大采樣范圍和密度，同時(shí)采用更貼近現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的培養(yǎng)條件，并對(duì)浮游植物的種類變化加以細(xì)致的研究。

致謝感謝國(guó)家海洋局天津海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)站的石海明、徐玉山等同志在采樣期間的幫助。感謝天津大學(xué)和河北工程大學(xué)的徐曉甫、孫嬌、賈麗英、劉娟、劉巨波等同學(xué)在實(shí)驗(yàn)期間的幫助與支持。

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