（环境工程专业论文）胶州湾无机营养盐对异养浮游细菌的影响研究.pdf

胶州湾无机营养盐对异养浮游细菌的影响研究 摘要 本文研究了胶州湾2 0 0 3 年4 月- - 2 0 0 4 年4 月无机营养盐对异养浮游细菌数量 分布的影响，同时采用实验室模拟现场培养的方法研究了无机营养盐对异养浮游 细菌生长的影响。 结果显示：胶州湾2 0 0 3 - - 2 0 0 4 年度，异养浮游细菌数量的分布规律和磷酸盐、 铵盐浓度分布规律相似，并且在湾东北部都呈现出高值，而在湾口和湾中央呈现 出低值。在春夏秋冬四个季节中，磷酸盐和铵盐与异养浮游细菌数量之间都有较 显著的相关性，对异养浮游细菌的分布起十分重要的作用。除夏季外，其它季节 硝酸盐和异养浮游细菌数量之间的相关性均不显著，对异养浮游细菌的分布影响 较小。根据无机n 与无机p 的比值结果，磷酸赫对异养浮游细菌分布的影响相对 较大。在所有环境因子中，温度和浮游植物是影响无机营养盐对异养浮游细菌作 用的最重要的因素。胶州湾外源n 、p 的输入是异养浮游细菌分布受无机营养盐影 响较大的另外一个主要原因。 通过夏季和冬季的实验室模拟实验，结果显示：在所有添加的无机营养盐中， 无机磷酸盐浓度的增大，明显促进了异养浮游细菌的生长，其次是无机铵盐，无 机硝酸盐浓度的增大不仅不起促进作用，反而能起一定的限制作用。整体上，异 养浮游细菌生长受无机磷酸盐的影响较大，受无机硝酸盐的影响最小。胶州湾海 域异养浮游细菌对磷酸盐吸收作用要大于其释放作用，对硝酸盐吸收作用要小于 其释放作用，异养浮游细菌对铵盐吸收和释放同时进行。浮游植物和原生动物的 存在有助于异养浮游细菌吸收利用无机营养盐进行自身生长，提高了整个生态系 统的效率。 关键词：异养浮游细菌；胶州湾；磷酸盐；铵盐；硝酸盐 s t u d yo ft h e in f f u e n c e so f i n o r g a n i c n u t ri e n t s0 1 3 h e t e r o t r o p h icb a c t e ri o p ia n k t o n india o z h o ub a y a b s t r a c t t h em e t h o do fa r e ai n v e s t i g a t e di s a p p l i e dt os t u d yt h ei n f l u e n c e so fi n o r g a n i c n u t r i e n t so i lt h ed i s t r i b u t i o no fh e t e r o t r o p h i c b a c t e r i o p l a n k t o nd u r i n g o n ey e a ri n j i a o z h o ub a y a n di ti su s e db yt h em e t h o do ft h el a be x p e r i m e n t st os i m u l a t et h ef i e l d s i t u a t i o ni no r d e rt o s t u d y t h ei n f l u e n c e so fi n o r g a n i cn u t r i e n t so nt h e g r o w t ho f h e t e r o t r o p h i cb a c t e r i o p l a n k t o n t h em a i n r e s u l t sa r el i s t e da sf o l l o w s ： t h r o u g h a r e ai n v e s t i g a t e dt b ro n e y e a r , t h er e s u l t ss h o w t h a tt h ed i s t r i b u t i o no ft h e a b u n d a n c eo fh e t e r o t r o p h i c b a c t e r i o p l a n k t o n a r es i m i l a rt ot h ed i s t r i b u t i o no ft h e c o n c e n t r a t i o no f p h o s p h a t ea n da m m o n i u m i nj i a o z h o ub a yf r o m2 0 0 3t o2 0 0 4 ，a n da l l o ft h e mh a v eh i g hv a l u ei nt h ee a s t n o r t hp a r to fj i a o z h o ub a y ，w h i l eh a v el o wv a l u ei n t h em i d d l ea n dt h ei n l e to fj i a o z h o ub a y i nf o u rs e a s o n so ft h es p r i n g ，s u m m e r ，f a l l ， a n dw i n t e r , t h ec o n c e n t r a t i o no fb o t h p h o s p h a t e a n da m m o n i u mh a sr e m a r k a b l e c o r r e l a t i o n st ot h eb a c t e r i a la b u n d a n c e ( b a ) ，a n dt h e yp l a yi m p o r t a n tr o l e so nt h e d i s t r i b u t i o no ft h eb a e x c e p tt h es u m m e r , t h ec o n c e n t r a t i o no f n i t r o g e nh a su n a p p a r e n t c o r r e l a t i o nt ot h eb a ，a n dd o e sn o tp l a ya ni m p o r t a n tr o l eo nt h ed i s t r i b u t i o no f t h eb a a c c o r d i n gt o t h ed i s t r i b u t i o no ft h er a t i o sb e t w e e ni n o r g a n i cn i t r a t ea n di n o r g a n i c p h o s p h o r u si nf o u rs e a s o n s ，p h o s p h a t ep l a y st h em o s ti m p o r t a n tr o l eo nt h ed i s t r i b u t i o n o ft h eb a i na l lt h ec n v i r o u m e n t a lf a c t o r s ，t e m p e r a t u r ei so n eo ft h em o s ti m p o r t a n t f a c t o r st h a ta f f e c tt h er o t eo ft h ei n o r g a n i cn u t r i e n to nt h ed i s t r i b u t i o no ft h eb a ，a n ds o d o e st h ep h y t o p l a n k t o n a n o t h e ri m p o r t a n tf a c t o ri st h eq u a n t i t ya n dt h eq u a l i t yo ft h e i n p u t o f n i t r a t ea n d p h o s p h o r u si nj i a o z h o ub a y t h r o u g he x p e r i m e n t so f t h ea d d i t i o no fi n o r g a n i cn u t r i e n t si nt h el a bt os i m u l a t et h e f i e l d s i t u a t i o n ，r e s u l t s s h o wt h a t p h o s p h a t e c a n g r e a t l yp r o m o t e t h e g r o w t h o f h c t e r o t r o p h cb a c t e r i o p l a n k t o n ；t h e n i s a m m o n i u m ，w h i l en i t r a t e n o t o n l yc a n n o t p r o m o t et h eg r o w t h ，b u ta l s o l i m i ti t o nt h ew h o l e ，t h eg r o w t ho fh e t e r o t r o p h i c b a c t e “o p l a n k t o n i sm o r ea f f e c t e d b yi n o r g a n i cp h o s p h a t e ，a n ds e l d o ma f f e c t e db y i n o r g a n i cn i t r o g e n i nj i a o z h o ub a y ，t h ea b s o r p t i o no fh e t e r o t r o p h i cb a c t e r i o p l a n k t o nt o p h o s p h a t e i sm o r et h a nt h e r e l e a s i n g ，a n d t h e a b s o r p t i o n o f h e t e r o t r o p h i c b a c t e r i o p l a n k t o n t o n i t r o g e n i sl e s st h a nt h e r e l e a s i n g ，w h i l e t h e a b s o r p t i o n o f h e t e r o t r o p h i cb a c t e r i o p l a n k t o n t oa m m o n i u mi s t h es a l n ea st h e r e l e a s i n g t h e e x i s t e n c e so f p h o t o p l a n k t o na n dp r o t i s ta r eh e l p f u lf o rh e t e r o t r o p h i cb a c t e r i o p l a n k t o nt o a b s o r ba n dm a k eu s eo f i n o r g a n i cn u t r i e n t st og r o w , a n de n h a n c et h ee f f i c i e n c yo f t h e w h o l e e c o s y s t e m k e y w o r d s ： a m m o n iu m ：n h e t e r o t r o p h icb a t t e rio pia n k t o n ：dia o z h o u b a y ：p h o s p h a t e t r o g e n 胶州湾无机营养盐对异养浮游细菌的影响研究 0 前言 在水生生态系统中，一般的微生物只能吸收或者释放( 再生) 无机营养盐， 而异养细菌却是唯一能参与两个过程的微生物。异养细菌既可以参与n 、p 等生源 要素的吸收过程，又可以参与其再生过程，而且只有它们能在无机营养赫循环中 起双重作用。在海洋生态系统中，异养浮游细菌对无机营养盐的吸收和再生具有 不同的生态学意义，什么时候什么地点异养浮游细菌吸收还是释放无机营养盐是 一个重要的生态学问题。 研究无机营养盐在某一海区来源、去向、不同形态间的相互转化及与微生物 之间的相互关系是研究整个海洋生态系统的基础和关键。可见，研究无机营养盐 与异养浮游细菌之间的关系具有十分重要的意义。 胶州湾是一个相对独立的海湾生态系统，以其优美的环境和丰富的资源功能 对我们做出了重要贡献。但是随着沿岸人v i 的增长和人为干预的日益加剧，胶州 湾生态系统的生态功能正在趋于下降，主要表现在水域面积的不断缩小、自净能 力的不断削弱、生物群落结构的破坏和渔业资源的严重衰退，直接威胁着胶州湾 的可持续发展。因此，胶州湾不仅是进行海湾生态系统结构与功能研究的理想水 域，也是探讨人类活动的影响，进行受损或退化生态系的恢复和重建研究的优良 场所。 基于以上情况，作者于2 0 0 3 - - 2 0 0 4 年度系统研究了胶州湾海域无机营养盐对 异养浮游细菌分布和生长过程的影响，对胶州湾海域异养浮游细菌在生态系统中 的作用，n 、p 等物质的循环，富营养化过程，水体的环境容量和水体自净能力改 变的研究具有重要意义，对研究人类活动影响海湾生态系统结构与功能的程度， 以及对研究受损或退化生态系统的恢复和重建有着重要的现实意义。 胶州湾无机营养盐对异养浮游细菌的影响研究 1 综述 1 1 胶州湾概况 胶州湾( 3 5 。5 4 n 3 6 。1 8 7 n ，1 2 0 。0 4 e 1 2 0 。2 4 e ) 位于黄海中部西 岸，山东半岛南岸，三面为青岛市和其辖区环抱，其南端与黄海相通。胶州湾属 暖温带季风性气候，又兼海洋气候特点，温和湿润，四季分明，代表着太平洋西 岸北温带海湾生态系统的主要类型。胶州湾湾内平均水深7 m ，湾内东西宽2 7 8 k m ( 湾口仅3 5 k m ) ，南北长3 3 3 k m ，总面积3 9 0 k m 2 ，是一个典型的半封闭的浅海 内湾。胶州湾湾内水温大约在2 - 2 8 。c ，盐度2 8 8 0 3 3 0 1 ( 图1 一卜1 ) 。 图1 一卜l 胶州湾地形图 f i g 1 1 一lt h er e l i e f m a po f j i a o z h o ub a y 胶州湾是一个受人类活动影响较大的半封闭型海湾，其东南部为港口区，西 部、东北部与西北部为养殖区。胶州湾外与黄海水交换，湾内有白沙河、海泊河、 李村河、墨水河、大沽河、洋河等河流流入。水体环境中有较丰富的营养物质， 湾内水厩广阔，水质肥沃，是鱼虾贝类产卵、索饵、育肥的天然场所。胶州湾自 然条件优越，水域生产力高，生物繁茂，具有黄、渤海沿岸水域环境特征和生物 区系类型特点，但它又是一个典型的温带半封闭、中型、浅海湾因而也是一个 相对独立的海湾生态系统。 但是随着沿岸人口的增长和人为干预的目益加剧，胶州湾生态系统的生态功 胶州湾无机营养盐对异养浮游细菌的影响研究 能正在趋于下降，主要表现在水域面积的不断缩小、自净能力的不断削弱、生物 群落结构的破坏和渔业资源的严重衰退，直接威胁着胶州湾的可持续发展。因此， 胶州湾不仅是进行海湾生态系统结构与功能研究的理想水域，也是探讨人类活动 的影响，进行受损或退化生态系的恢复和重建研究的优良场所。 1 2 海洋异养浮游细菌在海洋生态系统中的作用 1 2 1 海洋异养浮游细菌概述 人类早在1 9 世纪3 0 年代就认识了海洋中的细菌，1 8 3 8 年德国人e h r e n b e r g 首次分离并报道描述了第一株海洋细菌折叠螺旋体。1 9 1 4 年前苏联科学家 ts s a t c h n k o 出版了第一部海洋细菌学专著北冰洋细菌的研究( 1 n v e s t i g a t i o n 0 nt h eb a c t e r i ao ft h eg l a e i a a r c t i co c e a n ) 。1 9 3 9 年版的伯杰氏细菌 鉴定手册( b e r g e y sm a n u a l o fd e t e r m i n a t i v eb a c t e r i o l o g y ) 中1 3 3 5 种 细菌中有8 6 种细菌是从海洋中分离出来的。当时人们对细菌的研究大多是极 不完全的，对海洋中细菌的研究更被忽视。但随着对海洋认识和探索的深入，人 类对占全球面积近7 1 的海洋的研究愈来愈深入了。同时对海洋异养浮游细菌的 研究也日益加强。特别是在1 9 7 7 年科学家发表了用荧光显微镜计数海洋异养浮 游细菌的方法，并发现在营养丰富的海岸海洋异养浮游细菌可达6 3 x1 0 9 个几， 即使在4 2 0 0 m 贫营养的深海中细菌数量也有3 4 1 0 7 个几”1 。此方法和结果引 起海洋科学家的极大兴趣，使人们不得不对海洋异养浮游细菌在海洋生态系统中 的作用重新认识，从此海洋微生物学研究明显加强。1 9 8 0 年美国科学家f u h r m a n 用 甲基一瑚胸腺嘧啶核苷示踪法( t r i t i a t e dt h y m i c l i n ei n c o r p o r a t i o n ) 估 计了海洋浮游细菌的生产力，发现实验水域中的海洋细菌生产力平均8 4 5 4 p , g c l d ，相当于初级生产力的2 0 ，并认为海洋浮游细菌生产力是海洋食物 网的重要组成成分。3 。h a g s t r u m ，a z a m 分别在1 9 7 9 ，1 9 8 2 年也相继发现海洋细 菌生产力相当大，相当于初级生产力的i 0 3 0 。当a z a m 等科学家在1 9 8 3 年 提出了微食物环的概念”，即相当数量的有机物是通过原核生物和非常小的真核 生物的利用，并转化成自身的颗粒有机物被微型的草食性捕食者捕食，后者再被 大的浮游动物捕食进入主食物链，人们对海洋浮游细菌在生态系统中的作用关注 的更加密切。海洋异养细菌吸收溶解有机质( d i s s o l v e do r g a n i cm a t t e r ，d o m ) 转化为颗粒有机质( p a r t i c u l a t eo r g a n i cm a t t e r ，p o m ) ，即海洋异养细菌自 胶州湾无机营养盐列异养浮游细菌的影响研究 身的生物量，后者又被食细菌的所谓m i c r o g r a z e r ( 主要是原生动物鞭毛虫和 纤毛虫) 所利用，转化为更大的颗粒( 儿个到几十个微米) ，最后进入后生动物 的食物链。微食物环中那些能利用有机物的海洋异养微生物主要就是海洋异养细 菌。这一概念的提出，使海洋生物学家对海洋细菌的生物量和生产过程更加关注。 随着对海洋细菌检测手段的加强，如d n a 染色技术( d a p i 染色法) 的应用以及流 式细胞仪的应用，从形态学和分类学对海洋异养浮游细菌的研究越发具体和全 丽，从而进一步量化了海洋异养浮游细菌在海洋生态系统中的作用。 1 2 2 海洋异养浮游细菌在微食物环中的作用 在海洋浮游生态系统中存在着大量的溶解性有机物( d o m ) ( 图卜2 1 ) ，这 些d o m 并非全部从浮游生态系统中沉降出去，而其中很大部分被海洋异养浮游细 菌吸收利用，形成新的颗粒性有机物，即细菌本身，然后被原生动物摄食，接着 被后生动物摄食，从而使这部分的d o m 能重新回到海洋浮游生态系统的主食物链 t h e m i c r o b i a i l o o p 图1 2 1 海洋生态系统中的微食物环 f i g 1 - 2 一lm i c r o b i a ll o o p i nt h em a r i n ee c o s y s t e m 中，提高海洋浮游生态系统总的生产效率。而细菌在利用d o m 的过程又称为海洋 胶州湾无机营养盐对异养浮游细菌的影响研究 异养浮游细菌的二次生产，可见，海洋异养浮游细菌在微食物环中起关键性的作 用。f u h r m a n 于1 9 9 2 年应用一系列新的研究方法和手段发现海洋异养浮游细菌 的二次生产力平均相当于初级生产力的2 0 ，而有的海域超过3 0 ”) 。同时他还 认为随着一些新方法新技术的应用，海洋异养浮游细菌在微食物环，以致整个海 洋生态系统中的重要性将会被更好地认识。 1 2 3 胶州湾海域异养浮游细菌及生态作用 焦念志等( 1 9 9 5 ) ”“利用异养微生物特异示踪物研究了胶州湾微生物的二次 生产力，认为胶州湾的微生物二次生产力在冬季最低，夏季最高，春秋居中，其 季节变化与温度显著正相关，其水平分布与营养盐呈现一致的变化趋势。肖天等 ( 1 9 9 5 ) 1 2 ”研究了胶州湾蓝细菌、细菌的数量和特点，发现蓝细菌数量有明显的 季节变化，夏季最高，冬季最低，而细菌的分布与蓝细菌有类似的趋势，但受局 部条件变化的影响。赵淑江等( 2 0 0 1 ) “研究了胶州湾海域的微生物数量的长期 变化，认为大肠杆菌、异养细菌数量自2 0 世纪1 9 9 1 年以来呈现上升趋势。根据 以往的研究资料，胶州湾异养浮游细菌分布规律是：水平分布为近岸高，离岸逐 渐减少，湾中央和湾口最低；季节分布为夏季高，冬季最低，春秋居中。 胶州湾每年承受着青岛市排海污染物总量的7 6 。大量外源有机物和n 、 p 营养盐的输入以及湾内养殖业的大力发展，使湾内水域生产力高，生物繁茂。 根据以往研究，湾内异养浮游细菌数量要远高于湾外水体中的数量，而且异养浮 游细菌的生产力也处于一个较高的水平，这势必加快了这个生态系统的物质循 环、能量流动和信息传递，提高了整个生态系统的效率。 由于在整个胶州湾生态系统中，能利用溶解有机物的微生物主要是异养浮游 细菌( 图1 2 2 ) ，这表明异养浮游细菌的存在，能有效控制水体中溶解有机物 质的含量，对水体自净起很大的作用。同时，它又与浮游植物共同竞争无机营养 盐时，抑制了浮游植物的生长，最终有利于抑制赤潮的发生。 虽然，胶州湾海洋异养浮游细菌在胶州湾海域生态系统中的作用的研究进行 的还不够系统，但近几年由于海洋微生物观测技术和实验技术的不断提高，对海 洋微生物生态学意义的研究和认识也有了空前的发展。 胶卅j 湾无机营养盐对异养浮游细菌的影响研究 o b j v r e 一一- p e r j o n 黼o n , w i t h r e v s o t 晦打o o r n n 嘏e e 图卜22 异养浮游细菌在海洋生态系统中的作用 f i g 1 - 2 2i m p o r t a n c eo f t h eh e t e r o t r o p h i cb a c t e r i o p l a n k t o ni nt h em a r i n ee c o s y s t e m 1 2 4 海洋异养浮游细菌生物量和生产力的影响因素 影响海洋异养浮游细菌生物量的直接因素主要有原生动物的摄食”“和细菌 噬菌体的感染“；而影响其生产力的直接因素主要有温度。”1 、有机物的性质和 含量“5 。”1 、无机营养盐的含量”8 1 ”1 和一些痕量元素( 如：1 ：0 ) “1 的含量。在不同 海域，各个因素是协同作用，共同影响的。 在胶州湾，不同季节影响海洋异养浮游细菌生物量和生产力的因素是不同 的。根据以往资料，胶州湾海域四季温差较大( 温度变化范围：2 2 8 ) ，由于 温度变化直接影响了细菌新陈代谢的能力，因此温度对胶州湾异养浮游细菌的生 物量和生产力的影响较大。根据以往的叶绿素观测资料和每年胶州湾有机污染物 质输入量，可以得知胶州湾有机物含量水平相对较高，给异养浮游细菌的生长提 供了丰富的营养来源。以往研究发现，胶州湾异养浮游细菌数量的分布和无机营 养盐的分布有一定相似性“。因此，无机营养盐可能是影响胶州1 湾异养浮游细菌 生物量和生产力的重要因素之一。 胶州湾无机营养盐对异养浮游细菌的影响研究 1 3 无机营养盐与异养浮游细菌的关系 1 3 1 胶州湾海域无机营养盐分布的研究 中科院海洋所水化学研究组( 1 9 8 2 ) ”“研究了胶州湾海水中p o 。3 。哦n o 。_ n 、 n o n 、n i t 4 + - n 的分布及循环，认为p 0 4 3p 整年处于低磷均匀状态：n 0 2n 、n h 4 + - n 一般是沿岸稍高，特别是东北部沿岸。沈志良等( 1 9 9 4 ，1 9 9 7 ) “。”1 研究了胶州 湾水域p 0 4 3p 、n 0 3n 、n o 。n 、n h 4 n 及s i 0 4 2s i 等营养盐的空间时恻的分布、 变化、主要来源、与其它环境因子的关系，认为胶州湾营养盐浓度和分布自6 0 年代开始，到9 0 年代已经发生了显著变化，胶州湾东部水域p 0 4 ： p 、n o ：，。n 、n h 。_ n 浓度分别增加了2 2 、7 3 和7 1 倍，胶州湾浮游植物生长已经从主要受氮限制 变成主要受磷限制。赵旦夕等( 1 9 9 7 、1 9 9 8 ) ”4 。”1 分别研究了胶州湾东部海水中 磷和氮的形态、含量与分布，调查期间( 1 9 9 0 一1 9 9 1 ) 与历史资料对比显示，胶 州湾东部海水中磷和氮的含量均呈现增加趋势。张均顺等( 1 9 9 7 ) ”“研究了胶州 湾营养盐结构的变化，研究显示胶卅f 湾s i ：p 有显著下降，同时s i ：d i n 和s i ： d i p 也表现出下降的趋势，胶州湾水域的营养盐结构已经发生了明显变化。任玲 等( 1 9 9 9 ) 。7 研究了胶州湾内海水中营养盐的分布，认为胶州湾营养盐含量表层 低于底层，湾内明显高于湾外。赵淑江等( 2 0 0 1 ) ”研究了胶州湾理化因子的长 期变化，认为胶州湾海域氮元素的含量自2 0 世纪6 0 年代以来已经大大增加，磷 的含量则在8 0 年代达到最高峰，而硅元素的含量自2 0 世纪8 0 年代以来持续下 降；赵卫红等( 2 0 0 1 ) 。”研究了胶州湾生态系统营养动力学，对胶州湾生态系统 营养盐的存在形态、分布变化规律、营养盐动态变化的机制进行了研究。孙耀等 ( 1 9 9 3 ) “以无机氮、无机磷、c o d 、和d o 为化学指标，研究了胶州湾海域的营 养状况，认为胶州湾有机污染和富营养化水域主要出现在湾东北部，并认为工业 污染和城市生活污水是导致该海域有机污染和富营养化的主要原因。 从整体分布看，胶州湾湾东部海区营养盐浓度明显高于湾内其它区域，湾西 部要高于湾中央，而湾内的营养盐普遍高于湾外。胶州湾表底层营养盐分布相似， 表层营养盐普遍较底层低，并且无明显的营养跃层。胶州湾的东部沿岸是青岛的 主要工业区和居住地，同时由北至南，有墨水河、弯头河、娄山河、板桥坊河、 李村河及海泊河分别流入湾内。工业和生活废水以及由这些河流带来的两岸的污 水的注入是胶州湾东部海区营养盐明显高于其它区域的主要原因。尤其在湾的东 6 胶州湾无机营养盐对异养浮游细菌的影响研究 北部，由于特殊的地理位置，潮流的速度在该区域较小，水交换刷期长，此处的 营养盐浓度一直较高”7 。 1 3 2 无机营养盐对异养浮游细菌的作用 异养浮游细菌由于自身的生理特点，如较大的比表面积、对营养盐的高亲和 性、多种运输系统等，再加上异养细菌可在细胞内储存p 和n ，从而在与浮游植 物竞争无机营养赫时占有优势。由于异养细菌还可以通过对有机物的矿化而获得 无机盐营养( 例如p 吖一一p ) ，故营养盐对异养浮游细菌活动的影响未受到普遍的 重视。事实上，异养浮游细菌由于含有较多的核酸而富含n 、p 。“，故比其它生 物有较低的c n 和c p 值，c n 值可在3 9 - 8 7 之间“，这就决定了异养浮游细 菌对n 、p 的需求量更大。异养浮游细菌拥有不同的输运系统，可以有效地吸收 不同的有机和无机物质。当溶解有机n 、p 不能为异养浮游细菌提供足够的n 、p 源时，异养浮游细菌就必须利用水体中的溶解性无机氮( d i s s o l v e di n o r g a n i c n i t r o g e n ，d i n ) 和溶解性无机磷( d i s s o v e di n o r g a n i cp h o s p h o r u s ，d i p ) 作 为n 源和p 源进行自身的生产。 异养浮游细菌p 含量研究表明，异养浮游细菌由于经常处于体内p 不饱和状 态，故易受到生长环境中p 缺乏的限制”3 1 。湖泊中的异养浮游细菌生长通常受到 p 限制已为许多研究证明“4 _ ”1 。而一些海湾或者池塘养殖水体中也存在p 限制的 现象，可见水体中p 含量在控制异养细菌的生物量和活性方面有着重要的作用。 养殖水体中出现p 限制的原因，一方面可能与浮游植物和异养细菌储存p 能力的 相对大小有关，v a d s t e i n ”等发现异养浮游细菌体内不能保留过量的p ，因此 只能储存较少数量的多聚磷酸一p 供短期体内需要，而不能作长期的储存。相反， 浮游植物则可以储存足够的多聚磷酸一p ( 可供不少于l o 个细胞分裂所需) 。因 此，即使在浮游植物生长非p 限制的情况下，异养浮游细菌生长仍会出现p 的供 应不足；出现p 限制的另一方面，还可能与养殖水体中所投的饵料和肥料中的c 、 n 、p 含量有关。异养细菌生长需要营养物质进行生物合成，这种合成是建立在 细菌群体生理状态所调节的化学平衡上，即细菌自身的c ：n ：p 比”。水体基 质中某一类元素的可利用量若不能满足异养细菌维持这种平衡的需要，即成为异 养细菌的生长限制因子，从而也影响到异养细菌对其他元素的利用和矿化。 t u p a s 和k o i k e “”在海洋异养浮游细菌室内培养实验中发现，d i n 作为主要 胶州湾无机营养盐对异养浮游细菌的影响研究 的n 源，提供，5 5 9 9 的总n 吸收，极大地促迸了细菌的生长和新陈代谢。而 m a t t h e w ”。等用澳大利亚南部海域的海水作室内培养实验时发现，同时添加葡萄 糖、n f 4 + n 和p o 。一p 组的异养浮游细菌生物量远大于只加葡萄糖组，且前者的细 胞平均体积远大于后者。但只添加n h 。+ 一n 和p o 。一p 组的异养浮游细菌的生物量 要比只添齑葡萄糖组的小，表明只有当水体中异养浮游细菌不受d o c 限制时，无 机营养盐才对其生长产生重要影响。既然异养细菌能利用无机营养盐进行自身的 二次生产，那么水体中无机营养盐的多少势必会影响异养细菌的生长。 在寡营养盐海区，由于无机营养盐的缺乏，往往会影响异养细菌的二次生产， 降低了整个生态系统的效率。c o t n e r “等通过海洋调查发现，s a r g a s s os e a 海 区c p 比高达4 0 0 ：l 多，两个航次中n p 比分别为7 5 ：i 和4 6 ：l ，而且碱性 磷酸酶的活性和磷酸盐的利用率都较高，在添加无机磷酸盐后，异养浮游细菌的 生物量和生产力均明显增加，认为正是由于磷的限制，才导致细菌二次生产力的 下降，最终导致该海区d o c 的高含量。 在富营养盐海区，尤其是那些有外源输入的海区，高无机营养盐浓度会极大 刺激异养细菌的二次生产，增大其生长速率，甚至会超过初级生产。在一些极端 环境，异养细菌的大量繁殖会引起水体需氧量急剧增大，从而导致缺氧状态，使 异养细菌以外的生物难以生存。 对某一海区营养盐的去向、不同形态问的相互转化以及与生物相互作用过程 的研究是整个海洋生态系统研究的基础和关键“。 1 4 国内外研究现状 过去人们在研究生态系统中营养盐的重要性时，过多的考虑其对浮游植物的 生长的影响，而忽视了对海洋异养浮游细菌生长的影响。近年来，海洋异养浮游 细菌对无机营养盐的吸收利用对营养盐的循环至关重要的观点已受到普遍重视。 近二卜年来，国外已经在许多海湾、河口、上升流海区以及高营养盐低叶绿素海 区( h i g hn u t r i e n tl o wc h l o r o p h y l l ，h n l c ) 进行了大量的关于无机营养盐对 异养浮游细菌生长的研究“。”2 “”“- 。在国内，关于无机营养盐对海洋异养浮游 细菌影响的研究还很少。 目前研究无机营养盐对海洋异养浮游细菌影响的方法主要有：1 ，水体无机 营养盐加富法”8 ”，主要用于定性研究水体异养浮游细菌生长是否受某种无机 胶州湾无机营养盐对异养浮游细菌的影响研究 营养盐的限制。对研究同一个温度但彳i 同海区时，无机营养盐对异养浮游细菌的 n 、p 源的提供程度有较大意义。2 ，同位素示踪法”“，主要用丁研究水体异养 浮游细菌对有机n 、p 和无机n 、p 的吸收状况和吸收机制，定量研究无机营养盐 对异养浮游细菌的生长的影响。 9 胶州湾无机营养盐对异养浮游细菌的影响研究 2 胶州湾无机营养盐对异养浮游细菌数量的影响 2 1 材料与方法 2 1 1 站位布设及调查时间 调查海区设在整个胶州湾( 3 5 。5 4 n 3 6 。1 8 n ，1 2 0 。0 4 e - - 1 2 0 。2 4 7 e ) ，在胶州湾的边缘、中央和湾口3 个不同区域共设置1 7 个调查站位( 图 2 1 1 ) 。调查时间为2 0 0 3 年4 月到2 0 0 4 年的4 月，每月下旬调查一次。由于 胶十i l 湾平均水深不足1 0 m ( 其中湾四周平均不足3 m ) ，因此只取表层水样。 图2 - 1 12 0 0 3 - - 2 0 0 4 胶州i 湾海区调查站位布置 f i g 2 1 1 s t a t i o nm a po f t h ej i a o z h o ub a y 胶卅l 湾无机营养盐对异养浮游细菌的影响研究 2 1 2 实验方法 2 1 2 1 海洋异养浮游细菌的计数 用d a p i 荧光染色法测定细菌数量”。”“。“1 。测定前，先将水样过滤时需要用 的孔径为0 2 um 的核孔滤膜( m i l l i p o r e ) 置于伊拉克黑染液( 5 0 0 m g r g a l a n b l a c k 溶于2 5 0 m l ，1 的无菌无颗粒的乙酸溶液中) 中，浸泡4 h 以上，使之变黑。 d a p i 染液用m i l l i q 水配制，浓度为2 0 “g a l ，避光冷藏。过滤体积视水样中 细菌数量的大小而定，一般为l m l 。加入d a p i 染液24 滴，使得水样中d a p i 的 终浓度为4 ug m l ，染色5 m i n ，启动泵抽滤。在 0 0 7 a t m 负压下过滤水样。待 水样抽干，取出滤膜，置于滴有镜油的载玻片上，并在滤膜上滴加少量镜油，盖上 盖玻片，进行荧光显微计数( l e i c am i c r o s c o p ed m l a ，i o o wh b om e r c u t y1 i g h t s o u r c e ) 。随机选取2 0 个视野计数被染色的细菌个体( 每个视野以3 0 一5 0 个细菌 为宜) 。按下式计算水样的细菌数量：细菌数量( c e l l m l ) = a s 1 ( s 2 v ) 。其中，a 为2 0 个视野中的细菌平均数；s 1 为滤膜的有效过滤面积；s 2 为视野面积：v 为 过滤水样体积。 2 1 2 2 营养盐测定方法 营养盐浓度由b r a n + l u e b b e 营养盐自动分析系统进行分析，方法见国家海 洋调查规范，即：亚硝酸盐采用重氮化偶氮反应；硝酸盐通过c d c u 还原成亚硝 酸后测定；氨采用靛酚蓝法：磷酸盐用磷钼蓝法；硅酸盐用硅钼蓝法。 胶州湾无机营养盐对异养浮游细菌的影响研究 2 2 胶州湾夏季异养浮游细菌分布及无机营养盐对其产生的影响 2 2 1 夏季胶州湾海区异养浮游细菌的分布 夏季胶州湾异养浮游细菌数量( b a e t e r i a la b u n d a n c e ，b a ) 总体变化范围 在8 4 5 3 0 2 0 1 0 9 个几之问，平均值为1 7 3 6 1 0 ”个1 ( 表2 2 一1 ) 。夏季a 1 站位平均值最大，为3 0 2 0 1 0 9 个儿，而e 1 站位值最小，为8 4 5 1 0 ”个几。 表2 2l 夏季胶州湾异养浮游细菌数量统计 t a b l e2 - 2 1t h ed i s t r i b u t i o no f h e t e r o t r o p h i cb a c t e r i o p l a n k t o ni ns u m m e r 项目样品数平均标准差中值范围 6 月 171 3 165 4 81 1 6 77 5 9 2 4 3 l 7 月 1 72 0 3 31 1 2 41 8 3 96 3 6 4 3 6 5 细菌数量( 1 0 ”个几) 8 月 1 71 8 5 91 0 5 41 7 1 l4 6 4 3 8 9 6 夏季 5 l1 73 67 2 21 7 0 48 4 5 3 0 2 0 整体而言，夏季胶州湾东北部和西北部海区异养浮游细菌的数量较大，而湾 中央和湾口较小( 图2 - 2 一i ) ，其中6 月最大值在b 5 站( 2 4 3 1 x 1 0 9 个l ) ，最小 值在d 3 站( 7 5 9 1 0 9 个l ) ；7 月最大值在a l 站( 4 3 6 5 1 0 9 个l ，) ，最小值在 d 3 站( 6 3 6 x1 0 9 个几) ；8 月最大值在b 5 站( 3 8 9 6 1 0 ”个几) ，最小值在c 3 站( 4 6 4 1 0 9 个儿) ( 表2 - 2 一1 ) 。夏季最大值出现在a l 站，最小值在c 3 站。 2 2 2 夏季胶州湾海区无机营养盐的分布 夏季胶州湾磷酸盐浓度总体变化范围在1 1 卜2 3 9 2 ug l 之间，平均值为 5 6 8 ug l ；硝酸盐浓度总体变化范围在5 9 1 9 4 4 1ug l 之间，平均值为 3 0 3 8ug l ：铵盐浓度总体变化范围在8 0 9 1 1 8 6 9ug l 之间，平均值为 4 0 8 2ug l ( 表2 2 2 ) 。夏季b 5 站位磷酸盐平均值最大，为2 3 9 2i j g l ，而 d 2 站位值最小，为1 1 1 i xg l ；b 1 站位硝酸盐平均值最大，为9 4 4 1ug l ，而 e 1 站位值最小，为5 9 1ug l ；b 5 站位铵盐平均值最大，为1 1 8 6 9ug l ，而 e 1 站位值最小，为8 0 9ug l 。 整体上，夏季胶州湾硝酸盐分布呈现出湾西北部高，东北部海区次之，湾中 央和湾口最小的规律。而磷酸盐和铵盐分布都呈现出湾东北部高，其他海域较低 的规律( 图2 - 2 2 ，图2 2 3 ，图2 2 4 ) 。 胶州湾无机营养盐对异养浮游细菌的影响研究 表2 22 夏季胶州湾无机营养盐浓度统计 t a b l e2 - 2 2t h ed i s t r i b u t i o no fi n o r g a n i cn u t r i e n t si ns u m m e r 项目 样品数平均标准差中值范围 6 月 1 75 2 4 5 2 0 23 0 3 0 1 1 o1 9 2 5 7 月 1 73 6 22 9 3 82 4 9 06 6 一1 1 8 6 p n ( 且g l ) 8 月1 78 1 71 0 9 5 43 6 5 01 3 4 4 5 2 1 夏季 5 l5 6 8 5 9 3 9 3 0 8 01 1 12 3 9 2 6 月 1 72 7 3 21 5 7 0 22 2 8 5 01 8 3 5 9 2 6 7 月 1 61 8 8 6 1 6 0 2 61 0 4 8 5 4 5 7 - 5 0 0 1 n o 。( ug l ) 8 月 1 53 4 1 64 5 4 5 22 2 7 3 0l l o 0 一1 9 4 3 5 夏季 4 83 0 3 82 0 1 5 32 0 9 5 05 9 1 9 4 4 1 6 月 1 74 2 6 24 4 0 3 62 2 9 5 01 9 4 一1 2 7 7 3 7 月 1 62 9 3 72 7 9 6 61 9 0 8 01 0 3 5 一1 1 7 7 5 n h 。+ ( ug l ) 8 月 1 53 8 9 73 5 0 7 92 6 8 3 03 8 7 一1 1 0 5 6 夏季 4 84 0 8 2 3 2 4 ，1 22 2 6 9 0 8 0 9 一1 1 8 6 9 2 2 3 夏季无机营养盐对异养浮游细菌分布的影响 2 2 3 1 夏季无机n 盐和无机磷酸盐对异养浮游细菌分布的影响 在对异养浮游细菌数量与无机营养盐的相关性分析中发现，异养浮游细菌分 布与硝酸盐浓度有较显著的相关性，其相关系数在6 ，7 ，8 月分别为0 3 ，0 8 7 ， 表2 2 3 夏季胶州湾异养浮游细菌数量与无机营养盐相关系数 t a b l e2 - 2 3s t a t i s t i c so f c o r r e l a t i o n sb e t w e e nt h eb a c t e r j a la b u n d a n c e ( b a ) ( 1 0 9 个l ) a n di n o r g a n i cn u t r i e n t si nt h ej i a o z h