晨 曦， 劉光興,2， 白曉巖， 史冬婉， 張 潮,2， 趙陽(yáng)國(guó),2??， 高會(huì)旺,2

(1.中國(guó)海洋大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266100； 2.中國(guó)海洋大學(xué)海洋環(huán)境與生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266100；3.中國(guó)海洋大學(xué)海洋生命學(xué)院，山東 青島 266003)

海洋微型浮游原生生物的粒徑一般為2～20 μm，是微型食物環(huán)的重要組成，對(duì)有機(jī)質(zhì)分解和營(yíng)養(yǎng)鹽再生有著重要貢獻(xiàn)，在海區(qū)營(yíng)養(yǎng)鹽的補(bǔ)充和初級(jí)生產(chǎn)力的維持方面均發(fā)揮著不可替代的作用[1-5]。原生生物種類龐雜，準(zhǔn)確分類鑒定十分困難，使對(duì)其生態(tài)特征和功能的深入研究受到極大限制，而且，原生生物的營(yíng)養(yǎng)代謝涵蓋自養(yǎng)、異養(yǎng)和兼養(yǎng)等多種營(yíng)養(yǎng)類型[4-8]，使其生態(tài)功能更加復(fù)雜，如果通過(guò)粒徑和營(yíng)養(yǎng)方式劃分功能類群，可以更清晰地表明其在不同生態(tài)系統(tǒng)中的生態(tài)作用，這種概念目前已逐漸被廣泛接受[6,9-12]。

黃海是中國(guó)四大邊緣海之一，自然資源十分豐富、沿岸經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，也是陸地、海洋和大氣等各種過(guò)程相互作用較為激烈的海區(qū)，一直備受海洋學(xué)者的關(guān)注[13]。沙塵沉降是陸源營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和污染物向海洋輸送的重要途徑，是海洋中限制性營(yíng)養(yǎng)元素的重要來(lái)源[14-17]。亞洲沙塵指源于中亞和東亞地區(qū)的沙塵，是全球沙塵的重要組成部分[14]。亞洲沙塵天氣中大量沙塵顆粒從中國(guó)西北部長(zhǎng)距離輸運(yùn)后沉降入黃海[14,17]，對(duì)近海和大洋營(yíng)養(yǎng)鹽的貢獻(xiàn)(如鐵、氮、磷等)是沙塵影響海洋生態(tài)系統(tǒng)的主要方面[14]。黃海又是主要受P潛在限制的海區(qū)，在南黃海以秋季最為突出[18]，營(yíng)養(yǎng)鹽的變化會(huì)導(dǎo)致海洋生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生諸如原生生物的營(yíng)養(yǎng)習(xí)性、群落結(jié)構(gòu)改變等問(wèn)題，使其對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用與轉(zhuǎn)化能力發(fā)生變化，并進(jìn)一步影響其生態(tài)功能的發(fā)揮[1,19]。

為探討沙塵沉降和P添加對(duì)南黃海微型浮游原生生物的影響及沙沉降作用與P溶出之間的關(guān)系，本研究于2014年11月在南黃海海域進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)模擬培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)分析不同粒徑級(jí)和營(yíng)養(yǎng)類型浮游原生生物生長(zhǎng)速率的變化，研究不同類群原生生物生長(zhǎng)對(duì)沙塵和P添加的響應(yīng)，以期為深入探討沙塵沉降對(duì)海洋微型生物種群結(jié)構(gòu)和生態(tài)功能的影響及作用機(jī)制提供科學(xué)參考。

1 材料與方法

1.1 沙塵采集與處理

內(nèi)蒙古渾善達(dá)克沙地是我國(guó)北方起塵總量較高的沙地[20]，在內(nèi)蒙古沙地產(chǎn)生的沙塵所影響的中國(guó)近海海區(qū)中，黃海是影響可能性最大的海區(qū)[17]，因此本研究采用來(lái)自內(nèi)蒙古渾善達(dá)克沙地(42°22′28″N，112°58′34″E)的沙塵。沙塵于2011年5月采集表層土壤，-20 ℃冷凍保存。在實(shí)驗(yàn)室經(jīng)20 μm篩網(wǎng)過(guò)篩后，再進(jìn)行人工老化處理[21]。用ICS-1100離子色譜儀(美國(guó)安捷倫公司)分析其中營(yíng)養(yǎng)鹽與重金屬含量，總有機(jī)碳采用高溫燃燒氧化法由島津 TOC-V 型總有機(jī)碳測(cè)定儀測(cè)定[22]，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 實(shí)驗(yàn)用沙塵中營(yíng)養(yǎng)鹽、DOC及溶解性微量元素的濃度Table 1 Concentrations of nutrients, DOC, dissolved trace metals in the dust

1.2 沙塵沉降模擬培養(yǎng)體系的建立與培養(yǎng)

于2014年11月搭載“東方紅2號(hào)”科考船在黃海南部H03站(36°06′00″N，121°39′00″E)采集現(xiàn)場(chǎng)海水進(jìn)行沙塵沉降的隨船模擬培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，采樣站位見(jiàn)圖1。使用船載CTD采水器(Seabird 911，USA)采集表層海水，將采集到的海水立即用20 μm篩絹過(guò)濾以除去大、中、小型浮游生物。將過(guò)濾海水分裝至1.5 L的無(wú)菌PET培養(yǎng)瓶中，將培養(yǎng)瓶置于固定在甲板上周圍無(wú)遮光影響的水槽中進(jìn)行船基模擬培養(yǎng)，水槽中通入現(xiàn)場(chǎng)循環(huán)海水以維持培養(yǎng)水溫。

圖1 培養(yǎng)站位Fig.1 Location of incubation stations

培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)分5組進(jìn)行，分別為對(duì)照組(Control)、低沙塵添加組(LD)、高沙塵添加組(HD)、低磷添加組(LP)和高磷添加組(HP)，所添加的沙塵和營(yíng)養(yǎng)鹽量以歷年在黃海海域觀測(cè)所得數(shù)據(jù)為參考[23]，各實(shí)驗(yàn)組的添加量見(jiàn)表2。每個(gè)船基培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)均設(shè)置3個(gè)平行實(shí)驗(yàn)組，培養(yǎng)周期為5天，培養(yǎng)期間每天采樣1次。沙塵和磷酸二氫鈉(P)均在培養(yǎng)體系建立后立即一次性添加。

表2 培養(yǎng)組沙塵和營(yíng)養(yǎng)鹽添加量Table 2 Experimental groups and concentration

1.3 樣品采集與測(cè)定

微型浮游原生生物樣品 于培養(yǎng)期間的每天上午8∶00采集樣品，取樣前先緩慢將PET培養(yǎng)瓶倒置3次以上，使培養(yǎng)體系中的微型浮游生物均勻分布。無(wú)菌取培養(yǎng)瓶中水樣各10 mL，分別加入無(wú)菌凍存管中，立即加入10%多聚甲醛固定(終濃度為0.5%)，輕微顛倒混勻后立即置于液氮瓶中迅速冷凍，再轉(zhuǎn)入-80 ℃超低溫冰箱中保存，每次均取3個(gè)平行樣。

微型浮游原生生物數(shù)量的測(cè)定采用BD C6 plus流式細(xì)胞儀進(jìn)行。樣品經(jīng)SYBR Green Ⅰ染色，激發(fā)光波長(zhǎng)為488 nm，綠色熒光(FL1，波長(zhǎng)(530±20) nm)為染色熒光，紅色熒光(FL3，波長(zhǎng)>630 nm)為自發(fā)熒光。FL1熒光信號(hào)強(qiáng)、FL3熒光信號(hào)弱為異養(yǎng)型，F(xiàn)L3熒光信號(hào)強(qiáng)為自養(yǎng)型，F(xiàn)L3熒光信號(hào)弱于自養(yǎng)型但強(qiáng)于異養(yǎng)型為兼養(yǎng)型。測(cè)定樣品時(shí)加入2、5和10 μm標(biāo)準(zhǔn)微球確定樣品在流式細(xì)胞儀上的粒徑范圍，按2～5 μm(小粒徑)、5～10 μm(中粒徑)和10～20 μm(大粒徑)3個(gè)粒徑級(jí)分別計(jì)數(shù)3種營(yíng)養(yǎng)型的原生生物數(shù)量。

原生生物生長(zhǎng)速率計(jì)算公式為μ=(lnNt-lnN0)/(t-t0)。式中：μ為比生長(zhǎng)速率(d-1)；N0、Nt分別為單位水體中原生生物的起始數(shù)量和培養(yǎng)t天后的數(shù)量(cells·cm-3)[24]。

溶解有機(jī)碳 在采集培養(yǎng)體系用海水的同時(shí)，另采集CTD采水器的現(xiàn)場(chǎng)水樣，用經(jīng)450 ℃灼燒12 h處理的GF/F 濾膜(Whatman，UK)過(guò)濾后裝入經(jīng)同法高溫?zé)铺幚淼?0 mL玻璃瓶，4 ℃避光保存，帶回實(shí)驗(yàn)室用高溫燃燒氧化法由島津 TOC-VCPN 型總有機(jī)碳測(cè)定儀測(cè)定[22]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用 SPSS 軟件(SPSS Inc., Chicago IL)中多因素方差分析法分析培養(yǎng)體系中各分組之間結(jié)果的差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 培養(yǎng)站位H03的環(huán)境特征

2.2 10～20 μm微型原生生物生長(zhǎng)對(duì)沙塵和磷添加對(duì)的響應(yīng)

10～20 μm不同營(yíng)養(yǎng)型微型原生生物生長(zhǎng)對(duì)沙塵和磷添加的響應(yīng)見(jiàn)圖2，各組自養(yǎng)、異養(yǎng)和兼養(yǎng)型原生生物生長(zhǎng)速率的變化見(jiàn)圖2。由圖2可見(jiàn)，10～20 μm原生生物在培養(yǎng)期間的生長(zhǎng)速率除沙塵組異養(yǎng)和兼養(yǎng)型是先降低后升高外，其他各組均具有先增加后降低的趨勢(shì)，但不同濃度沙塵和磷添加組與對(duì)照組相比生長(zhǎng)速率的變化較大。對(duì)照組C組在培養(yǎng)第1天，自養(yǎng)、異養(yǎng)和兼養(yǎng)型原生生物的生長(zhǎng)速率分別為0.26、0.71和0.90 d-1，培養(yǎng)結(jié)束時(shí)分別為0.08、-0.71和-0.71 d-1。

(注：“*”代表具有高度顯著性差異?！?”Represent highly significant difference.)

圖2 10～20 μm各組自養(yǎng)(a)、異養(yǎng)(b)和兼養(yǎng)(c)型原生生物的生長(zhǎng)速率
Fig. 2 Growth rate of phototrophic(a), heterotrophic(b) and mixotrophic(c) nanoplanktonic protists 10～20 μm in size

P添加組在培養(yǎng)第1天，自養(yǎng)型HP、LP組的生長(zhǎng)速率分別為1.39和0.96 d-1，分別是對(duì)照組的5.35和3.69倍(P<0.05)；異養(yǎng)型HP組、LP組的生長(zhǎng)速率分別為2.12、1.27 d-1，分別是對(duì)照組的2.99和1.79倍(P<0.05)；兼養(yǎng)型HP組、LP組的生長(zhǎng)速率分別為1.84和1.31 d-1，分別為對(duì)照組的2.04和1.46倍(P<0.05)。培養(yǎng)結(jié)束時(shí)，自養(yǎng)型HP、LP組的生長(zhǎng)速率分別為-0.41和0.29 d-1，異養(yǎng)型分別為-2.26和-0.2 d-1，兼養(yǎng)型分別為-1.51和0.59 d-1；高P添加組各營(yíng)養(yǎng)類型的原生生物生長(zhǎng)速率均為負(fù)增長(zhǎng)，顯著低于C組(P<0.05)，低P組均略高于C組，但差異不顯著。

沙塵添加組在培養(yǎng)第1天，10～20 μm不同營(yíng)養(yǎng)類型原生生物生長(zhǎng)速率的變化有所不同。自養(yǎng)型原生生物在HD、LD組的生長(zhǎng)速率分別為0.69 和0.47 d-1，明顯高于C組(P<0.05)，分別為C組的2.65和1.81倍，但均低于P添加的各組，異養(yǎng)型原生生物在HD、LD組的生長(zhǎng)速率分別為-0.20和-0.33 d-1，均低于對(duì)照組且表現(xiàn)為負(fù)增長(zhǎng)(P<0.05)；兼養(yǎng)型在HD、LD組的生長(zhǎng)速率分別為0.12和0.13 d-1，均低于對(duì)照組(P<0.05)培養(yǎng)結(jié)束時(shí)，各沙塵添加組10～20 μm不同營(yíng)養(yǎng)類型原生生物生長(zhǎng)速率差異較大，自養(yǎng)型HD、LD組的生長(zhǎng)速率分別為-0.12和0.10 d-1，低沙塵組顯著高于對(duì)照組(P<0.05)，但高沙塵組為負(fù)值，顯著低于對(duì)照組(P<0.05)；異養(yǎng)型HD、LD組分別為0.71 和0.17 d-1，兼養(yǎng)型分別為1.11和0.53 d-1，沙塵組均顯著高于對(duì)照組(P<0.05)。

2.3 5～10 μm微型原生生物生長(zhǎng)對(duì)沙塵和磷添加的響應(yīng)

5～10 μm自養(yǎng)型、異養(yǎng)型和兼養(yǎng)型微型原生生物生長(zhǎng)對(duì)沙塵和磷添加的響應(yīng)見(jiàn)圖3。由圖3可見(jiàn)，5～10 μm各組原生生物在培養(yǎng)期間的生長(zhǎng)速率的變化趨勢(shì)與10～20 μm的基本相同，但變化幅度差異很大。特別是C組在培養(yǎng)第1天自養(yǎng)、異養(yǎng)和兼養(yǎng)型原生生物的生長(zhǎng)速率分別為-0.35、0.31和-0.04 d-1，在培養(yǎng)結(jié)束時(shí)分別為-0.49、-1.12和0.29 d-1，培養(yǎng)期間增長(zhǎng)率變化不大或以負(fù)增長(zhǎng)為主，主要與培養(yǎng)期間上一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的捕食壓力有關(guān)[26]。

HP、LP組在培養(yǎng)第1天，自養(yǎng)型的生長(zhǎng)速率分別為1.31和0.56 d-1，異養(yǎng)型分別為2.02和1.19 d-1，兼養(yǎng)型分別為1.09和0.53 d-1，P添加組各營(yíng)養(yǎng)類型的生長(zhǎng)速率均明顯高于對(duì)照組(P<0.05)，各HP組的增加幅度顯著大于LP組(P<0.05)，其中自養(yǎng)型原生生物生長(zhǎng)速率的增幅最為明顯。培養(yǎng)結(jié)束時(shí)，自養(yǎng)型HP、LP組的生長(zhǎng)速率分別為-0.07和-0.16 d-1，異養(yǎng)型分別為-2.45和-0.15 d-1，兼養(yǎng)型分別為-1.02和0.92 d-1；高P添加組各營(yíng)養(yǎng)類型的原生生物生長(zhǎng)速率均為負(fù)增長(zhǎng)，顯著低于C組(P<0.05)；低P組各營(yíng)養(yǎng)型均高于C組(P<0.05)。

沙塵添加后在培養(yǎng)第1天，5～10 μm不同營(yíng)養(yǎng)類型原生生物生長(zhǎng)速率的變化也不盡相同。HD、LD組自養(yǎng)型原生生物的生長(zhǎng)速率分別為0.40和0.20 d-1，異養(yǎng)型分別為-0.86和0.05 d-1，兼養(yǎng)型分別為-0.33和-0.57 d-1。培養(yǎng)結(jié)束時(shí)，各沙塵添加組5～10 μm原生生物生長(zhǎng)速率與對(duì)照組相比變化很大，自養(yǎng)型HD、LD組的生長(zhǎng)速率分別為0.04和-0.37 d-1，異養(yǎng)型分別為1.63和0.10 d-1，兼養(yǎng)型分別為1.16和0.53 d-1，沙塵添加的各營(yíng)養(yǎng)類型組原生生物生長(zhǎng)速率均高于C組(P<0.05)，且高沙塵組顯著高于低沙塵組(P<0.05)，特別是對(duì)異養(yǎng)型和兼養(yǎng)型的促進(jìn)作用更加顯著。

(注：“*”代表具有高度顯著性差異?！?”Represent highly significant difference.)

圖3 5～10 μm各組自養(yǎng)(a)、異養(yǎng)(b)和兼養(yǎng)(c)型原生生物的生長(zhǎng)速率
Fig. 3 Growth rate of phototrophic(a), heterotrophic(b) and mixotrophic(c) nanoplanktonic protists 5～10 μm in size

2.4 2～5 μm微型原生生物生長(zhǎng)對(duì)沙塵和磷添加的響應(yīng)

沙塵和磷添加下2～5 μm自養(yǎng)型、異養(yǎng)型和兼養(yǎng)型微型原生生物生長(zhǎng)速率的變化見(jiàn)圖4。

2～5 μm自養(yǎng)型、異養(yǎng)型和兼養(yǎng)型微型原生生物對(duì)沙塵和磷添加的響應(yīng)見(jiàn)圖4。對(duì)照組在培養(yǎng)第1天的自養(yǎng)、異養(yǎng)和兼養(yǎng)型原生生物的生長(zhǎng)速率分別為0.02、0.27和0.11 d-1，培養(yǎng)結(jié)束時(shí)分別為0.46、-0.46和0.18 d-1。

在培養(yǎng)第1天，HP、LP組自養(yǎng)型的生長(zhǎng)速率分別為0.96和0.56 d-1，異養(yǎng)型分別為1.40和0.85 d-1，兼養(yǎng)型分別為1.12和0.68 d-1，P添加組各營(yíng)養(yǎng)類型的生長(zhǎng)速率均明顯高于對(duì)照組(P<0.05)，且HP組顯著大于LP組(P<0.05)，其中異養(yǎng)型原生生物生長(zhǎng)速率最高，其次為兼養(yǎng)型。培養(yǎng)結(jié)束時(shí)，自養(yǎng)型HP組、LP組的生長(zhǎng)速率分別為-0.72和0.16 d-1，異養(yǎng)型分別為-0.82和0.13 d-1，兼養(yǎng)型分別為-0.21和0.47 d-1，高P添加組各營(yíng)養(yǎng)類型的原生生物生長(zhǎng)速率均為負(fù)增長(zhǎng)，顯著低于C組(P<0.05)；低P組除自養(yǎng)型外均高于C組(P<0.05)。

(注：“*”代表具有高度顯著性差異。“*”Represent highly significant difference.)

圖4 2～5 μm各組自養(yǎng)(a)、異養(yǎng)(b)和兼養(yǎng)(c)型原生生物的生長(zhǎng)速率
Fig. 4 Growth rate of phototrophic(a), heterotrophic(b) and mixotrophic(c) nanoplanktonic protists 2～5 μm in size

2～5 μm各營(yíng)養(yǎng)類型原生生物生長(zhǎng)對(duì)沙塵添加響應(yīng)不同。在培養(yǎng)第1天，自養(yǎng)型原生生物在HD、LD組的生長(zhǎng)速率分別為0.31和0.17 d-1，明顯高于C照組(P<0.05)，但均低于P添加的各組。該粒徑異養(yǎng)型原生生物在HD、LD組的生長(zhǎng)速率分別為-0.06和0.10 d-1，兼養(yǎng)型分別為-0.04和-0.29 d-1，以負(fù)增長(zhǎng)為主，均顯著低于對(duì)照組(P<0.05)。培養(yǎng)結(jié)束時(shí)，2～5 μm沙塵添加組不同營(yíng)養(yǎng)類型原生生物生長(zhǎng)速率變化差異較大，自養(yǎng)型HD、LD組的生長(zhǎng)速率分別為-0.15 和-1.10 d-1，異養(yǎng)型分別為0.84和0.40 d-1，兼養(yǎng)型分別為0.68和0.01 d-1。

2.5 沙塵和P添加對(duì)不同原生生物類群組成的影響

沙塵和P添加的各實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組原生生物各粒徑級(jí)和營(yíng)養(yǎng)型組成結(jié)構(gòu)變化見(jiàn)圖5。由圖中結(jié)果可以看出，不同類群原生生物的組成構(gòu)成變化存在明顯差異。培養(yǎng)第1天，HD、LD兩個(gè)沙塵添加組自養(yǎng)型原生生物的增加幅度最為顯著，其中5～10 μm所占比例增加幅度最大，分別為對(duì)照組的2.00和2.25倍(P<0.05)，而2～5 μm自養(yǎng)型原生生物所占比例最大，分別為27.80%和26.50%，但較C組增加的幅度小于5～10 μm組，分別為C組的1.50和1.43倍(P<0.05)；P添加的HP、LP組5～10 μm自養(yǎng)型和異養(yǎng)型的增幅較大，自養(yǎng)型分別為C組的1.75、1.25倍(P<0.05)，異養(yǎng)型分別為C組的1.86、1.33倍(P<0.05)；HP組10～20組異養(yǎng)型也有較C組明顯增加，為C組的1.40倍(P<0.05)。

(注：“*”代表具有高度顯著性差異?！?”Represent highly significant difference.)

圖5 不同粒徑級(jí)和不同營(yíng)養(yǎng)型原生生物的構(gòu)成比變化
Fig.5 Abundance structure of nanoplanktonic protists in different size and trophic types

培養(yǎng)結(jié)束時(shí)，各實(shí)驗(yàn)組異養(yǎng)型所占比例和增幅都較對(duì)照組顯著增加，HD、LD組5～10 μm異養(yǎng)型分別是對(duì)照組的7.20和5.80倍(P<0.05)，增幅最大，10～20 μm的增幅次之，分別是對(duì)照組的4.0和3.00倍(P<0.05)，2～5 μm異養(yǎng)型原生生物所占比例的增幅較小，但其所占比例最大，分別占43.10%和47.90%，是該粒徑級(jí)的優(yōu)勢(shì)類群；在培養(yǎng)結(jié)束時(shí)各粒徑級(jí)兼養(yǎng)型原生生物所占比例也有明顯變化，特別是HP、LP組2～5 μm兼養(yǎng)型原生生物比例的變化最為顯著，分別占52.0%和51.3%，分別為C組的1.25和1.23倍(P<0.05)，成為所在組中絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)類群；10～20和5～10 μm兼養(yǎng)型原生生物在LP、LD組的比例也有顯著增加，10～20 μm分別為C組的3.80和1.40倍(P<0.05)，5～10 μm分別為C組的1.41和1.36倍(P<0.05)。

3 討論

3.1 南黃海海區(qū)不同粒徑級(jí)和不同營(yíng)養(yǎng)型原生生物的P限制

3個(gè)粒徑級(jí)的原生生物生長(zhǎng)速率在P添加組初期各營(yíng)養(yǎng)型均明顯高于對(duì)照組，高磷組增幅大于低磷組，自養(yǎng)型生長(zhǎng)速率的增加量顯著高于其它營(yíng)養(yǎng)型，表明該海區(qū)各粒徑級(jí)不同營(yíng)養(yǎng)類型的浮游原生生物生長(zhǎng)均受P 的限制，P的添加會(huì)促進(jìn)各營(yíng)養(yǎng)類型浮游原生生物的生長(zhǎng)，特別是對(duì)自養(yǎng)型10～20 μm級(jí)和異養(yǎng)型2～5 μm粒徑級(jí)的原生生物的促進(jìn)作用最為顯著，P添加組自養(yǎng)型生物爆發(fā)性生長(zhǎng)與體系中缺乏的P得到補(bǔ)充有關(guān)，表明大粒徑級(jí)自養(yǎng)型原生生物受P限制更加明顯，而在小粒徑級(jí)異養(yǎng)型的限制作用更加明顯。高P組不同粒徑級(jí)各營(yíng)養(yǎng)類型原生生物生長(zhǎng)速率在培養(yǎng)后期顯著降低，與前期高P添加組原生生物快速生長(zhǎng)消耗了其所在環(huán)境中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，導(dǎo)致培養(yǎng)后期營(yíng)養(yǎng)缺乏使其生長(zhǎng)速率下降有關(guān)，且前期P添加量越高、原生生物生長(zhǎng)率增加幅度越大，后期下降幅度也越大，表明P的一次性添加只能短期內(nèi)促進(jìn)原生生物的快速生長(zhǎng)，如營(yíng)養(yǎng)鹽得不到及時(shí)補(bǔ)充，后期會(huì)因營(yíng)養(yǎng)缺乏而抑制其生長(zhǎng)。有研究表明，南黃海秋季大部分海域N/P高達(dá)50～100，甚至更高，與高N/P(>100)的長(zhǎng)江沖淡水和臺(tái)灣暖流等共同影響有關(guān)[27-28]；氮、磷營(yíng)養(yǎng)元素不僅限制浮游植物的生長(zhǎng)，而且還會(huì)改變浮游植物的種群結(jié)構(gòu)，使其由小型向微型、微微型轉(zhuǎn)變[29]。本研究結(jié)果表明，研究海區(qū)不同粒徑級(jí)各營(yíng)養(yǎng)型的原生生物均受P 的限制，其中10～20 μm自養(yǎng)型最為明顯，其次是2～5 μm粒徑級(jí)的異養(yǎng)型。對(duì)大粒徑級(jí)自養(yǎng)型原生生物而言，磷的可獲得性直接影響海區(qū)有機(jī)物的凈生產(chǎn)量、限制所在海區(qū)的食物產(chǎn)出量，也表明上行控制是南黃海大粒徑級(jí)自養(yǎng)原生生物生長(zhǎng)的主要影響因素之一；而小粒徑級(jí)異養(yǎng)型原生生物的營(yíng)養(yǎng)限制則會(huì)使其在溶解性有機(jī)碳的吸收和營(yíng)養(yǎng)鹽再生等物質(zhì)循環(huán)中發(fā)揮的作用受到一定影響。

3.2 沙沉降對(duì)不同粒徑級(jí)各營(yíng)養(yǎng)型原生生物生長(zhǎng)速率的影響及與P溶出的關(guān)系

沙塵添加對(duì)3個(gè)粒徑級(jí)異養(yǎng)和兼養(yǎng)型是抑制作用，特別是對(duì)5～10 μm兼養(yǎng)型的抑制作用更強(qiáng)，與沙塵中重金屬等有害物質(zhì)的溶出對(duì)原生生物的毒害作用有關(guān)[14]。培養(yǎng)后期沙塵添加對(duì)異養(yǎng)和兼養(yǎng)型是促進(jìn)作用，早期沙塵添加量越高、后期對(duì)異養(yǎng)和兼養(yǎng)型的增加幅度越大，特別是對(duì)中、小粒徑級(jí)兼養(yǎng)型原生生物在培養(yǎng)后期的促進(jìn)作用最為顯著。表明異養(yǎng)和兼養(yǎng)型原生生物在培養(yǎng)后期對(duì)沙塵中溶出的有害物質(zhì)的影響逐漸耐受，前期因生長(zhǎng)被抑制所消耗的營(yíng)養(yǎng)較少，加之沙塵中包括Fe等微量元素和DOC等有機(jī)物溶出[27-30](見(jiàn)表1)，補(bǔ)充了培養(yǎng)后期營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的需求。沙塵添加對(duì)自養(yǎng)型原生生物生長(zhǎng)具有顯著的促進(jìn)作用，且變化趨勢(shì)與P添加組一致，特別是對(duì)10～20 μm的最為明顯，但最大增長(zhǎng)率明顯低于P添加組，說(shuō)明沙塵對(duì)原生生物生長(zhǎng)的作用機(jī)制和P的相同，且可能與沙塵中P 的溶出有關(guān)[15]，但沙塵溶出的P較添加的P少，對(duì)原生生物生長(zhǎng)的影響低于P添加組。培養(yǎng)后期沙塵添加對(duì)自養(yǎng)型原生生物表現(xiàn)為抑制作用，且前期促進(jìn)作用越強(qiáng)、后期抑制作用越明顯，主要與其早期的過(guò)度生長(zhǎng)造成后期營(yíng)養(yǎng)缺乏而生長(zhǎng)受到抑制有關(guān)。

3.3 不同粒徑級(jí)各營(yíng)養(yǎng)型原生生物生長(zhǎng)速率對(duì)P和沙塵添加的響應(yīng)

以Kruskal-wallis秩和檢驗(yàn)與Nemenyi-Wilcoxon-Wilcox秩和檢驗(yàn)綜合分析各組中原生生物增長(zhǎng)率變化可知，不同濃度沙塵和P對(duì)各粒徑不同營(yíng)養(yǎng)型原生生物生長(zhǎng)的影響順序均為HP>LP>C>HD>LD，其中不同濃度沙塵和P添加對(duì)各粒徑自養(yǎng)型原生生物生長(zhǎng)率的影響早期為促進(jìn)作用，后期為抑制作用。沙塵添加對(duì)不同粒徑自養(yǎng)原生生物生長(zhǎng)速率影響的順序?yàn)?0～20 μm>5～10 μm>2～5 μm；P對(duì)各粒徑異養(yǎng)型和兼養(yǎng)型原生生物生長(zhǎng)率的影響為促進(jìn)作用，沙塵早期為抑制作用，后期為促進(jìn)作用；沙塵對(duì)異養(yǎng)和兼養(yǎng)型促進(jìn)作用順序?yàn)楫愷B(yǎng)>兼養(yǎng)型；對(duì)不同粒徑異養(yǎng)原生生物生長(zhǎng)速率促進(jìn)作用的順序?yàn)?～10 μm>2～5 μm>10～20 μm，表現(xiàn)為異養(yǎng)原生生物粒徑越小、對(duì)沙塵促進(jìn)作用的響應(yīng)越快；對(duì)不同粒徑異養(yǎng)原生生物生長(zhǎng)速率抑制作用的順序?yàn)?～10 μm>10～20 μm>2～5 μm，表現(xiàn)為大粒徑異養(yǎng)原生生物對(duì)沙塵抑制的響應(yīng)越快；沙塵對(duì)不同粒徑兼養(yǎng)型原生生物生長(zhǎng)速率早期的促進(jìn)作用和后期抑制作用的順序一致，均為10～20 μm>5～10 μm>2～5 μm，表明粒徑越大的兼養(yǎng)型原生生物對(duì)沙塵的影響越敏感。

3.4 沙塵和P添加對(duì)原生生物類群組成影響的生態(tài)意義

過(guò)去幾十年的研究已經(jīng)越來(lái)越明顯的證明原生生物在海洋生態(tài)系統(tǒng)中扮演著極為重要的角色[31]。微型浮游生物在微食物網(wǎng)中占據(jù)了一個(gè)重要的營(yíng)養(yǎng)節(jié)點(diǎn)[32-33]，在某些海區(qū)浮游原生生物對(duì)原核生物豐度控制和生物多樣性保持方面發(fā)揮著重要作用[34]。本研究沙塵和P添加早期對(duì)10～20 μm粒徑級(jí)自養(yǎng)原生生物生長(zhǎng)速率的促進(jìn)作用最為顯著，但該類群原生生物在所有類群中所占比例的變化與對(duì)照組相比沒(méi)有顯著性差異，表明沙塵和P的一次性添加對(duì)大粒徑自養(yǎng)型原生生物的促進(jìn)作用持續(xù)時(shí)間較短，還不足以使其在所占比例上有顯著的持續(xù)提高，也可能與該粒徑級(jí)原生生物本身所占比較較少，所占比例增加幅度未能體現(xiàn)出統(tǒng)計(jì)學(xué)差異有關(guān)。自養(yǎng)型微型原生生物是浮游植物的重要組成部分，并貢獻(xiàn)了一部分初級(jí)生產(chǎn)力[5]。自養(yǎng)型原生生物的生長(zhǎng)經(jīng)常受到營(yíng)養(yǎng)鹽的限制，營(yíng)養(yǎng)鹽或DOC限制會(huì)改變?cè)锏臓I(yíng)養(yǎng)習(xí)性，使其對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽或有機(jī)碳的利用與轉(zhuǎn)化能力發(fā)生變化，進(jìn)而改變其生態(tài)功能[4,35]。

本研究在培養(yǎng)結(jié)束時(shí)2～5 μm異養(yǎng)型原生生物在沙塵組所占比例超過(guò)40%，成為所在該粒徑級(jí)的優(yōu)勢(shì)類群，表明沙沉降對(duì)異養(yǎng)原生生物，特別是對(duì)小型異養(yǎng)原生生物群落的影響更加持久。異養(yǎng)型微型浮游原生生物攝食細(xì)菌、藍(lán)藻和更小的自養(yǎng)型原生生物[6～8]，通過(guò)選擇性攝食的調(diào)控作用對(duì)微型浮游生物的群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生巨大的影響，而它自身也是小型、中型浮游動(dòng)物的食物來(lái)源[36-39]，并作為食物網(wǎng)底部微生物往更高營(yíng)養(yǎng)水平流動(dòng)的通道[40-41]，在決定初級(jí)生產(chǎn)的物質(zhì)能量流動(dòng)上發(fā)揮著巨大作用。

兼養(yǎng)型原生生物是指在一個(gè)生物體內(nèi)同時(shí)具有自養(yǎng)和異養(yǎng)能力的原生生物，在浮游原生生物中廣泛存在[4-5]，本研究在培養(yǎng)結(jié)束時(shí)10～20和5～10 μm兼養(yǎng)型原生生物分別在LP和LD組的比例有明顯增加，2～5 μm兼養(yǎng)型原生生物在P添加組占比超過(guò)50%，為所在該粒徑級(jí)的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)類群，表明P對(duì)小型兼養(yǎng)型原生生物群落的影響更加持久。

有研究報(bào)道海洋中5～20 μm 的鞭毛蟲攝食體型大于1 μm的生物[26]，因此本研究如果考慮上兩個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)異養(yǎng)原生生物數(shù)量增加導(dǎo)致的捕食壓力增大，沙塵和P添加對(duì)2～5 μm異養(yǎng)和兼養(yǎng)型原生生物生長(zhǎng)的促進(jìn)作用可能更強(qiáng)。原生生物不同粒徑級(jí)和營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)的改變對(duì)原生生物的攝食能力、攝食過(guò)程中所釋放的DOC及其化學(xué)組和對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的吸收轉(zhuǎn)化效率都將產(chǎn)生顯著影響，最終影響原生生物在該海區(qū)物質(zhì)轉(zhuǎn)化和食物產(chǎn)出中的生態(tài)功能，將直接影響海洋碳循環(huán)及碳庫(kù)來(lái)源[41]。

4 結(jié)論

(1)該海區(qū)各營(yíng)養(yǎng)類型的浮游原生生物生長(zhǎng)均受P 的限制，P的添加會(huì)促進(jìn)各營(yíng)養(yǎng)類型浮游原生生物的生長(zhǎng)，特別是培養(yǎng)早期對(duì)自養(yǎng)型原生生物的促進(jìn)作用最為顯著。

(2)沙塵在培養(yǎng)早期對(duì)自養(yǎng)型為促進(jìn)作用，對(duì)異養(yǎng)和兼養(yǎng)型為抑制作用；沙塵對(duì)10～20 μm自養(yǎng)原生生物生長(zhǎng)速率促進(jìn)作用最強(qiáng)，對(duì)5～10 μm異養(yǎng)原生生物和10～20 μm兼養(yǎng)型原生生物生長(zhǎng)速率抑制作用最強(qiáng)。沙塵對(duì)原生生物生長(zhǎng)的促進(jìn)作用可能與沙塵中P 的溶出有關(guān)。

(3)沙沉在培養(yǎng)后期對(duì)自養(yǎng)型原生生物的生長(zhǎng)為抑制作用，對(duì)異養(yǎng)和兼養(yǎng)型為促進(jìn)制作用，其作用強(qiáng)度為異養(yǎng)>兼養(yǎng)型，對(duì)小粒徑的異養(yǎng)和兼養(yǎng)型原生生物生長(zhǎng)速率促進(jìn)作用最強(qiáng)，影響也更加持久。沙塵對(duì)不同粒徑級(jí)和營(yíng)養(yǎng)類型浮游原生生物生長(zhǎng)速率的影響，會(huì)改變黃海南部海區(qū)微型食物網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而對(duì)該海區(qū)微食物環(huán)在物質(zhì)轉(zhuǎn)化和食物產(chǎn)出中的生態(tài)功能產(chǎn)生影響。