海洋生态学综述

海洋生态学综述作业硅酸盐对浮游植物群落的影响硅酸盐对浮游植物群落的影响1.前言硅是除氧以外在地壳中含量最为丰富的元素。自然界中含硅的岩石和土壤，在雨水和风力的共同作用下进入江河湖海，成为硅的重要来源。水体中溶解态无机硅一般以单体正硅酸盐Si(OH)形式存在，是硅藻类浮游植物体生长所必需的营养成分。硅酸盐与硅藻的细胞结构和新陈代谢有着密切的关系[1]。硅对整个浮游植物群落的增长不会起限制作用，但可影响群落的结构[2]。近年来，海洋硅、甲藻赤潮和淡水蓝藻水华常有发生，给人类的生产和生活带来许多忧患，而不同种类藻华的暴发主要取决于发生区域的水质水文条件。Redifeld等在1963年提出了藻类生长最适营养比例(C:N:Si:P=106:16:16:1)的说法，以后越来越多的研究者开始关注水体营养配比对浮游植物的影响，营养限制学说的内容也在不断丰富。本文主要针对营养盐中的硅酸盐进行了相关综述，综述其在不同情况下对浮游植物群落的影响。2.硅酸盐对浮游植物群落的影响2.1硅影响浮游植物群落结构硅是硅藻细胞壁的主要成分，硅酸盐是硅藻必需的营养盐类。硅对整个浮游植物群落的增长不会起限制作用，但可影响群落的结构。海水中的硅主要来原于河水和其它陆地泾流，沿岸海域由于河水的补给一般不缺少Si并使Si:N或Si:P保持一定比值，但当有大量的富营养化陆地泾流进入或海区本身富营养化时，就会使Si:N或Si:P比值降低，并改变浮游植物组成。一般Si:N较高时硅藻占优势，Si:N较低时甲藻或其他鞭毛藻占优势。硅藻需要的Si:N原子比约为l:l[3]，在Oslofjord海区，当Si:N低于0.4时硅藻水华开始消落[4]。又如北海南部当Si缺乏时，在本应硅藻爆发的季节却发生鞭毛藻的爆发。2004年2月，海州湾人工鱼礁区和对照区浮游植物优势种均由原先的硅藻为主体变为以甲藻为主体，其原因可能与硅的限制有关。海水中可溶态硅大多以Si(OH)形式存在。在大洋表层水中,由于浮游植物吸收使得表层含量常常很低,其浓度随深度而增加。而在近岸,由于受陆地排水影响,浓度比大洋表层水中高。一般海洋中硅浓度较高,很少出现硅缺乏现象[5],因此,研究硅对浮游植物的影响的报道亦较少。但是现在，硅对浮游植物的限制正逐渐受到人们的重视，目前主要集中在某些赤潮藻类（主要为硅藻和一些甲藻）的研究上，一般藻类不需要硅。研究指出，当硅缺乏时，硅藻的生长受到限制，而其他藻类却受益。因此，硅有可能在调节浮游植物的群落组成方面发挥重要作用[6]。2.2硅酸盐影响浮游藻类群落结构有研究表明硅的限制会使浮游藻类结构从硅藻类转变成为非硅藻类，而人类活动所导致的氮磷等营养盐类的增长，则会引发许多水域非硅藻浮游植物水华[7-9]。Kuosa等在研究波罗的海春季水华成因时，通过进行室内藻类培养试验发现硅酸盐的加入会促进硅藻的生长从而引发藻类群落结构的重组[10]。Keishi等采集富营养湖水样品进行试验时，发现硅藻生物量同蓝藻细胞密度间存在一定的负相关关系[11]。也有研究认为较高的硅磷、硅氮、硅与光强的比例，能促进硅藻的优势化[12]。在硅酸盐影响浮游藻类群落结构的围隔试验中，表明增加富营养化淡水水体中的硅酸盐含量，能够改变藻类群落结构。随着硅营养的不断增加，硅藻种类在整个藻类群落中的比例明显增长，蓝藻和绿藻所占种类比例则明显下降，而其它藻门所占比例略有增加。硅营养的增加能够促进硅藻及其它藻类的生长，改变少数蓝、绿藻占据优势的状态，从而提升水生生态系统的多样性水平。水体中硅酸盐浓度增高，能够对淡水蓝藻水华的产生起到一定限制作用。2.3硅酸盐与赤潮在胶州湾中肋骨条藻赤潮与环境因子的关系一文中，探讨了营养盐与赤潮的关系，其中就有对硅酸盐的阐述，一般认为海域水体富营养化是赤潮发生的基础，对胶州湾海域水化学因子的监测分析表明,该海域无机氮、磷和硅的平均含量分别为25.32μmol/L、0.51μmol/L和5.64μmol/L，明显高于胶州湾全湾夏季表层海水无机氮、磷和硅的平均含量(分别为9.49μmol/L、0.36μmol/L和3.90μmol/L);从营养盐比例看,同全湾相比,胶州湾海域无机氮含量较高,而无机磷和硅相对于无机氮则显得较低。在本次赤潮发育盛期,P和SiO迅速被消耗贻尽并使赤潮逐步走向消亡[13]。关于磷是胶州湾浮游植物生长的限制因子早有文献报道,但近期张均顺等(1997)对胶州湾营养盐结构变化的研究表明,胶州湾表层海水溶解无机氮作为浮游植物生长限制因子的出现率极小或接近零,而溶解无机硅的出现率在迅速增长,这与硅也成为本次赤潮中肋骨条藻增殖限制因子的结果相一致。从其营养盐结构看,胶州湾海域无机氮含量较高,无机磷和硅则显得相对匮乏。在赤潮形成至发展过程中,各种营养盐含量均有降低,但无机氮降低较小,而无机磷和硅则降低明显,在赤潮发育盛期磷酸盐和硅酸盐的迅速耗尽使得本次赤潮逐步走向消亡,表明磷酸盐和硅酸盐共同构成了本次赤潮营养盐主要限制因子。3.总结海水中活性硅酸盐是海洋浮游植物所必需的营养盐之一，硅对整个浮游植物群落的增长不会起限制作用，但可影响群落结构。对于硅藻类浮游植物，硅更是构成其机体不可缺少的组分，作为营养盐，当其缺乏时，与氮磷的比例就会发生变化，就会影响到浮游植物的群落组成，尤其会影响到硅藻的生长，硅酸盐变化引起的水体富营养化，还会引起赤潮的发生，所以硅酸盐还是构成赤潮营养盐的主要限制因子。4.参考文献[1]杨东方，高振会，陈豫，等．硅的生物地球化学过程的研究动态[J]．海洋科学，2002，26(3)：39～42．[2]王勇，焦念志．营养盐对浮游植物生长上行效应机制的研究进展[J]．海洋科学。2000，24(10)：30～33．[3]REDFIELDAC,KETCHUMBH,RICHARDSFA.Theinfluenceoforganismsonthecompositionofseawater[M].NewYork，1963：26～77[4]KRISTIANSENSD.HOLLEE.Theimportanceofsiliconformarineproduction[J].Hydrobiologia,2002，484：21～31[5]杨小龙,朱明远.浮游植物营养代谢研究进展[J].山东海阳学院学报，1985,15（1）：146～158.[6]蒲新明,吴玉霖,浮游植物的营养限制研究进展[J].海洋科学,2000,24（2）：27～30.[7]EscaravageV.PrinsTC.Silicateavailability,verticalmixingandgazingcontrolofphytoplanktonbloomsinmesocosms[J]．Hydrobiologia,2002,484:33～48．[8]王朝晖，陈菊芳，徐宁，等．大亚湾澳头海域硅藻、甲藻的数量变动及其与环境因子的关系[J]．海洋与湖沼，2005，36(2)：186～192．[9]杨东方，高振会，孙培艳，等．胶州湾水温和营养盐硅限制初级生产力的时空变化[J]．海洋科学进展，2006，24(2):203～2l2．[10]KuosaH，AutioR，KuuppoP，eta1．Nitrogen，siliconandzooplanktoncontrollingtheBalticspirngbloom；naexperimentalstudy[J]．EstuarCoastShelfeSi，1997，45：813～821．[11]KeishiT，SeikiI，HidetoshiM，etal．CausationofreversalsimultaneityfordiatombiomsnsanddensityofPhorimidiumtenueduringthewarlnosasonineutrophicLakeBarato，Japan[J]．Limnology.2003.4:73～78．[13]沈志良,1994.胶州湾水域的营养盐.海洋科学集刊,35:115～129.