中国边缘海海洋固氮作用的研究——乙炔还原法的应用

摘要

生物固氮作为海洋生态系统和生源要素生物地球化学循环的重要环节,对海洋碳、氮循环及海洋净吸收大气 CO2的能力具有明显影响。本研究应用乙炔还原法对中国边缘海(北部湾、南海北部、黄海、东海)的生物固氮速率进行测定,给出各海区固氮速率的量值、空间变化以及季节变化特征,探讨研究海区生物固氮对初级生产力的贡献及其在全球海洋生物固氮中的作用。研究结果如下:
　　 (1)表层固氮速率的空间变化及季节变化特征。南海北部海域的表层固氮速率最高,变化范围为0～500238 pmolN/L/h,在所调查的三个季节中,夏季的固氮速率最高,平均为16702 pmolN/L/h,并在此季节遭遇 Trichodesmium水华,固氮速率高达500238 pmolN/L/h。北部湾表层固氮速率变化范围为0～391395pmolN/L/h,在所调查的三个季节中,夏季的固氮速率最高,平均为1220pmolN/L/h。另在春季航次中遭遇小面积水华,其固氮速率值为391395pmolN/L/h。黄、东海表层固氮速率最低,变化范围为0～10848 pmolN/L/h,在所调查的两个季节中,夏季固氮速率较高,平均为880 pmolN/L/h。
　　 (2)固氮速率的垂直变化特征。固氮速率在垂直方向上的变化没有明显一致的趋势。固氮藻细胞蛋白中独特的气囊结构,导致其能在真光层内自由垂直移动,而其在某个层次的聚集会受到水体温度、盐度、光强、营养盐水平以及固氮生物自身生理机制等多种因素的影响和控制,造成固氮速率在垂直方向上变化的复杂性。
　　 (3)固氮作用对初级生产力的贡献。北部湾的年固氮能力为0.17 TgN/a,约占全球海洋年固氮量的0.15％,其所提供的新氮对北部湾初级生产力的贡献为2.5％。秋季南海的固氮量为1.65 TgN,约占全球海洋年固氮量的1.5％,其所提供的新氮对海域初级生产力的贡献为8.9％。黄、东海的年固氮能力为0.77 TgN/a,约占全球海洋年固氮量的0.08％,其所提供的新氮对海域初级生产力的贡献为4.0％。
　　 (4)固氮作用的周日变化特征。固氮生物在8:00-18:00的光周期内固氮作用较强,现场固氮速率较18:00-8:00的暗周期要高得多,其中8:00-11:00时段内的固氮速率为全天最高,12:00以后的固氮速率随时间推移而降低。在0:10-2:10的暗周期内仍能测得固氮速率,说明存在能在暗周期进行固氮的生物。
　　 (5)培养时间长短对固氮速率测值有明显影响。随着培养时间的延长,固氮速率测值逐渐降低。当培养时间为24 h时,固氮速率测值为2 h培养时间测值的12％。

目录

文摘

英文文摘

Contents

图目录

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表目录

Table contents

第一章 绪论

1 海洋生物固氮的研究

1.1 生物固氮的研究历史和现状

1.2 生物固氮对海洋生产力的贡献

1.3 主要海洋固氮生物

1.4 营养盐和痕量金属(铁)对生物固氮的影响

1.5 固氮速率的测定方法

1.6 乙炔还原法及其影响因素

2 本研究的目标和内容

2.1 研究目标

2.2 研究内容

第二章 方法

1 现场培养方法

1.1 仪器和材料

1.2 样品采集和处理

1.3 现场培养

2 气体转移和保存方法

3 气相色谱仪测定及解谱

3.1 样品分析及解谱

3.2 工作曲线的制定

4 C2H2/N2换算因子的确定

5 固氮速率的计算

5.1 固氮速率的计算

5.2 水柱与海域固氮速率的计算

6 方法学研究

6.1 固氮速率的周日变化

6.2 培养时间长短对固氮速率测定的影响

第三章 北部湾的固氮速率

1 研究海域概况

2 样品的采集与处理

2.1 航次与采样站位描述

2.2 样品采集及现场培养

2.3 样品的测量及分析

3 结果与讨论

3.1 夏季

3.2 冬季

3.3 春季

3.4 北部湾固氮速率的季节变化及其与理化要素的关系

3.5 北部湾年固氮能力

第四章 南海北部海域的固氮速率

1 研究海域概况

2 样品采集与处理

2.1 航次与采样站位描述

2.2 样品采集及现场培养

2.3 样品测量及分析

3 结果和讨论

3.1 春季

3.2 夏季

3.3 秋季

3.4 南海北部海域表层固氮速率的季节变化

第五章 黄、东海的固氮速率

1 研究海域概况

2 样品采集和处理

2.1 航次与采样站位描述

2.2 样品采集及现场培养

2.3 样品测量及分析

3 结果和讨论

3.1 夏季

3.2 冬季

3.3 固氮速率的周日变化

3.4 培养时间对固氮速率测值的影响

3.5 黄、东海固氮速率的季节变化

3.6 黄、东海的年固氮能力

第六章 结语

1 表层固氮速率

2 垂直变化

3 季节变化

4 研究海域固氮作用对初级生产力的贡献

5 固氮速率的周日变化

6 培养时间对固氮速率测值的影响

7 乙炔还原法实验操作时需要注意的问题

参考文献

附录

致谢