大亚湾中大型及小型浮游植物群落生长所需氮含量的季节性变化

《Estuarine, Coastal and Shelf Science》：Seasonal variations in nitrogen thresholds for the growth of larger and smaller phytoplankton communities in the Daya Bay

本研究在广东大亚湾海域通过室内实验测定了不同氮浓度下大、小颗粒浮游植物的生长阈值。结果显示，大颗粒浮游植物N阈值（5.64-29.8 μmol/L）和小颗粒（3.25-17.6 μmol/L）差异显著，前者阈值约高40%。季节差异明显，湿季阈值是干季四倍。建议控制氮浓度不超过湿季20 μmol/L和干季5 μmol/L，以维持海域生态稳定。

　　

李莉|董杰|董旭晨|钟宇|王一凡|梁飞|宋星宇|谭叶辉|李刚

中国科学院南海海洋研究所大亚湾海洋生物研究站，深圳 518121，中国

摘要

人类活动导致的大量营养物质加剧了海洋富营养化现象，使得浮游植物的生长超出预期，这给管理机构带来了制定受影响生态系统安全营养指导标准的挑战。在本研究中，通过测量2023年11月26日至2024年11月27日期间大亚湾（位于中国南海北部）中较大（>20 μm）和较小（<20 μm）浮游植物群落对氮浓度（5-120 μmol l^-1）变化的生长反应，每月确定了它们的氮阈值（N_Threshold）。浮游植物生物量（Chl a）全年变化范围为1.40至13.4 μg L^-1，其中较小浮游植物的贡献占比为46%至93%。从较大浮游植物群落的生长速率（μ）与氮浓度曲线得出的N_Threshold范围为5.64±1.81至29.8±3.29 μmol L^-1，大约比较小浮游植物群落的N_Threshold高40%。相应地，较大浮游植物群落在N_Threshold浓度下的生长速率（μ_max）范围为1.24至2.88 d^-1，比较小浮游植物群落高约38%。此外，研究结果表明，浮游植物群落在雨季的N_Threshold浓度约为旱季的四倍；为防止大亚湾浮游植物群落从稳定状态转变为过渡或交替状态，以及避免其结构和功能发生重大变化，雨季的环境氮浓度不应超过20 μmol L^-1，旱季不应超过5 μmol L^-1。

章节摘要

引言

浮游植物在海洋生态系统中起着重要作用，因为它们可以为更高营养级的生物提供食物（Vargas等人，2006年），并贡献了全球约50%的初级生产力（Field等人，1998年）。在自然界中，浮游植物的生长通常受到许多环境因素的影响，尤其是氮（N）这种营养物质，氮是合成蛋白质和核酸等细胞物质所必需的，这些物质支持它们的生长和细胞分裂（Li等人，2015年）。

研究区域和实验设计

2023年11月26日至2024年11月27日期间，在中国南海北部的大亚湾进行了一项原位实验，以确定较大（>20 μm）和较小（<20 μm）浮游植物群落的氮阈值（N_Threshold）（图1）。该区域位于亚热带，介于深圳和惠州两市之间，靠近香港，面积约为550平方公里，水深5-18米，平均海水停留时间为3.2天（Xu，1989年）。

结果

实验期间，每日太阳光合有效辐射（PAR）强度范围为0.60至11.59 MJ m^-2（图3A），气温范围为6.41至31.19 °C（图3B）。降水主要发生在雨季（即4月至9月），9月6日的降水量最大，达到161.4毫米/天（图3C）。采样点的海水温度范围为20.23至31.16 °C，盐度范围为20.69至33.18。

讨论

我们之前的研究表明，外部氮的添加会增加大亚湾浮游植物的光合能力并引发其大量繁殖（Song等人，2019年，2021年）。因此，基于Redfield N:P比率（Wu等人，2017年）或碱性磷酸酶活性（Zhang等人，2018年），我们建议对潜在的磷缺乏或限制情况保持警惕。在本研究中，我们进一步发现较大和较小浮游植物群落的生长速率均有所增加。

作者贡献声明

钟宇：数据验证、方法学、数据管理。 董旭晨：研究调查、数据管理。 梁飞：方法学、研究调查、数据管理。 王一凡：软件开发、研究调查、数据管理。 董杰：研究调查、数据管理。 李莉：方法学、数据管理。 谭叶辉：写作、审稿与编辑、数据可视化。 宋星宇：写作、审稿与编辑、数据可视化。 李刚：写作、审稿与编辑、初稿撰写、数据验证、项目监督、资金申请。

未引用文献

Li等人，2016年；Li和Kim，2022年；Parsons等人，1984年；Wu等人，2017年；Wu和Wang，2007年；Zhang等人，2019年。

利益冲突声明

作者声明不存在任何可能影响本文研究的利益冲突。

数据获取

数据可应要求提供。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本工作得到了国家重点研发计划（2024YFF0507000）和国家自然科学基金（42425004、32371665）的支持。作者感谢中国生态系统研究网络（CERN）信息系统以及中国科学院大亚湾海洋生物研究站的全体人员的合作与协助。