全 文 ：第 35卷 第 1期 生 态 科 学 35(1): 3440
2016 年 1 月 Ecological Science Jan. 2016

收稿日期: 2014-09-28; 修订日期: 2015-06-20
基金项目: 国家自然科学基金项目(41276154, 41476132)
作者简介: 杨雪(1989—), 女, 河南新郑人，硕士, 海洋生态学, perfectyxn@126.com
*通信作者: 王朝晖, 女, 博士，教授, 研究方向: 海洋生态学与赤潮, twzh@jnu.edu.cn

杨雪, 王朝晖, 马长江, 等. 大亚湾微表层浮游植物对无机氮磷的响应[J]. 生态科学, 2016, 35(1): 3440.
YANG Xue, WANG Zhaohui, MA Changjiang, et al. Responses of the Daya Bay microlayer phytoplankton to inorganic nitrogen and
phosphorus[J]. Ecological Science, 2016, 35(1): 3440.

大亚湾微表层浮游植物对无机氮磷的响应
杨雪, 王朝晖*, 马长江, 熊毅俊, 梁建新
暨南大学水生生物研究中心, 水体富营养化与赤潮防治广东普通高校重点实验室, 广州 510632

【摘要】 为了了解微表层浮游植物对氮(N)、磷(P)营养盐的响应, 于 2013 年 6 月、7 月和 8 月采集了大亚湾海域微表层
海水,设置两组 N、P 浓度梯度(N1: 35 μmol·L–1, N2: 70 μmol·L–1, P1: 2.2 μmol·L–1, P2: 4.4 μmol·L–1), Si 为 35 μmol·L–1, 进
行 N、P 添加的正交实验, 观察微表层浮游植物的生长潜力, 并在实验开始前、实验中期(培养 2—4 d)以及实验结束时(培
养 7—10 d)测定培养液中无机氮(DIN)、无机磷(DIP)和硅酸盐(DSi)含量. 实验结果显, 3 个月份的微表层水样均以高 N 高
P 的 N2P2 实验组生长最好, 而低 N 低 P(N1P1)、低 N 高 P(N1P2)、高 N 低 P(N2P1)组的生长状态相近; 而添加单一营养
盐的 4 个实验组(N1、N2、P1、P2)不能促进微表层浮游植物的生长。同时添加 N、P 后, 浮游植物能快速生长, 在培养
的 2—4 d 内达到生物量的最高峰. 与此同时, 营养盐含量也在生长较好的同时添加 N、P 组迅速下降, 特别是在 N2P2 组
中尤为明显, 说明浮游植物的快速生长需要消耗大量的营养盐. 研究结果表明, 自然环境中 N、P 营养盐的输入能够促使
浮游植物生物量迅速增加, 而单独添加单一营养盐并不能促使浮游植物的生长。

关键词：浮游植物; 微表层; 生长; 氮; 磷; 大亚湾; 营养盐
doi:10.14108/j.cnki.1008-8873.2016.01.005 中图分类号：X55 文献标识码：A 文章编号：1008-8873(2016)01-034-07
Responses of the Daya Bay microlayer phytoplankton to inorganic nitrogen
and phosphorus
YANG Xue, WANG Zhaohui*, MA Changjiang, XIONG Yijun, LIANG Jianxin
Research Center of Hydrobiology, Key Laboratory of Eutrophication and Red Tide Prevention of Guangdong Higher
Education Institutes, Jinan University, Guangzhou 510632, China
Abstract: Water samples from the sea surface microlayer (SML) were collected from Daya Bay, the South China Sea in June, July
and August 2013, respectively. The growth of phytoplankton was studied after adding two levels of nitrogen (N) and phosphorus (P)
concentrations (N1: 35 μmol·L–1, N2: 70 μmol·L–1, P1: 2.2 μmol·L–1, P2: 4.4 μmol·L–1). Dissolved inorganic nitrogen (DIN),
phosphorus (DIP) and silica (DSi) in cultures were measured on day 0, day 2—4, and day 7—10. The purpose of this study is to
understand the response of phytoplankton in the SML to the addition of nutrients. Results showed that the growth was the best in
cultures with high N and P concentrations (N2P2), and was comparable in cultures of N2P1, N1P2 and N1P1. However the growth
could not be accelerated after addition of N or P alone. The biomass of phytoplankton increased rapidly after addition of both N and P,
and reached the peak values on day 2—4. Meanwhile, nutrient concentrations decreased greatly in cultures in which both N and P were
added, especially in the culture N2P2, indicating that the rapid growth of phytoplankton needed to consume large amounts of nutrients.
The results from this study suggested that nutrient loading into natural marine system could accelerate the growth of phytoplankton,
however addition of just one nutrient element might not promote the growth.
Key words: phytoplankton, surface microlayer, growth, nitrogen, phosphorus, Daya Bay, nutrients
1 期 杨雪, 等. 大亚湾微表层浮游植物对无机氮磷的响应 35

1 前言
海洋微表层是海洋与大气之间相互作用的重要
界面[1–2], 具有独特的物理、化学和生物性质[3]。海
洋微表层对营养盐、有机化合物、重金属以及微生
物、浮游生物等均具有明显富集作用[4–6]。海洋浮游
植物是海洋生态系统中最重要的初级生产者, 其光
合作用的生产力占海洋生物所有生产力的 95%左
右[7], 浮游植物种类组成、群落结构以及丰度变动直
接或间接影响海洋生态系统。海洋微表层位于水体
表面, 直接与阳光接触, 水温较高, 太阳辐射和紫
外辐射在微表层的强度要远远高于水柱, 而且环境
因子变动剧烈[8–9]。因此, 生活在微表层的生物群落
具有独特的生理生态特征与生态位, 以适应微表层
特殊、多变的环境。
氮(N)、磷(P)、硅(Si)是海洋中浮游植物生长不
可或缺的生长要素, 为浮游植物生长提供营养需要,
是海洋食物链和初级生产力的重要基础[10–12]。大亚
湾位于中国南海的西北部, 是一个半封闭的港湾,
其特殊的地理环境造成湾内营养盐的富集[13]。自
1990 年以来, 由于海水养殖以及人类活动使得海域
中的营养盐增多进而导致该海域富营养化加剧[14],
核电站排出的冷却水也导致了湾内环境的变化, 进
而改变了该海域的浮游植物群落结构[15]。
为了了解微表层浮游植物对营养盐的响应, 本
研究于 2013 年 6—8 月采集了大亚湾海域微表层水
样, 根据大亚湾海域的氮(N)、磷(P)、硅(Si)含量, 进
行营养盐添加实验, 监测了实验过程中浮游植物的
生长潜力以及营养盐的利用情况, 以揭示微表层浮
游植物群落对富营养化的响应。
2 材料与方法
2.1 样品采集
2013 年 6 月、7 月、8 月份, 在大亚湾大鹏澳海
域(图 1)采集了微表层水样。微表层样品的采集采用
筛网法, 将孔径为 1.0 mm 的不锈钢网筛镶在 40 cm×
50 cm 的铝框中, 将筛网取样器水平没入海下, 然后
轻轻提起, 将筛网垂直竖起, 附在网格上的水膜逐
渐脱离网格, 微表层水样流入样品瓶中。重复此过
程直至收集到所需的水样体积, 取样量除以取样次
数和筛板表面积可得微表层厚度为 200±10 μm。采集
的样品冰浴避光保存, 在 6 h 内回到实验室进行实验。

图 1 N、P 添加后, 微表层水样叶绿素 a 含量的变化
Fig. 1 Variation of chlorophyll a contents in surface
microlayer samples after N and P addition
2.2 营养盐的测定
在实验进行前, 测定了水样中的无机氮(DIN,
硝氮、氨氮和亚硝氮之和)、无机磷(DIP)和硅酸盐
(DSi)含量。各营养盐指标的测定参照海洋调查规范
GB/T12763.4-2007, 其中 DIP 采用抗坏血酸还原磷
钼蓝法, 亚硝氮采用重氮-偶氮法, 硝氮采用锌镉还
原法, 铵氮采用次溴酸钠氧化法, 硅酸盐采用硅钼
蓝法。
2.3 实验设置
根据大亚湾海水中 N、P、Si 的含量, 分别设置
两组 N、P 浓度梯度, 进行正交实验, Si 浓度均为
35 μmol·L–1, 一共设置 9个实验组, 各实验组添加的
营养盐浓度见表 1。
实验在 1000 mL 的三角瓶中进行, 加入 600 mL
的微表层水样, 除 N、P、Si 外, 其余营养元素按
照 f/2 培养基, 实验条件为温度: 25℃, 光照强度:
100 μmol·m–2·s–1, 光暗比为 L︰D=12 h︰12 h, 各实
验组均设 3 个重复。
36 生 态 科 学 35 卷

表 1 各实验组中添加的营养盐浓度含量
Tab. 1 Nutrient concentrations added in each test group
组别/
group
添加的 N 浓度
(μmol·L–1)
添加的 P 浓度
(μmol·L–1)
添加的 Si 浓
度(μmol·L–1)
C 0 0 35
N1 35 0 35
N2 70 0 35
P1 0 2.2 35
P2 0 4.4 35
N1P1 35 2.2 35
N1P2 35 4.4 35
N2P1 70 2.2 35
N2P2 70 4.4 35

实验共进行 8—10 d, 每天用叶绿素荧光仪(美
国 Turner Designs 公司 Trilogy实验室荧光仪)测定荧
光值, 根据叶绿素 a 与叶绿素荧光值关系: y=0.000188
(x–14.54), 其中 y 为叶绿素荧光值, x 为叶绿素 a 含
量(mg·L–1), R2=0.9919, 得到对应的叶绿素 a 含量。
在实验开始前(0 d)、实验中期(2—4 d)以及实验
结束时(7—10 d), 测定了培养液中中无机氮(DIN,
硝氮、氨氮和亚硝氮之和)、无机磷(DIP)和硅酸盐
(DSi)含量, 营养盐测定方法同 2.2。
3 结果与分析
3.1 微表层水样中营养盐含量
6 月、7 月和 8 月大亚湾微表层水样中 DIN、DIP
和 DSi 含量见表 2。表中可以看出三个月 DIN 浓度
在 8.21—14.28 μmol·L–1之间, 其中 6月和 7月的DIN
浓度接近, 8 月份的 DIN 浓度较低; 三个月的 DIP 浓
度均很低, 介于 0—0.14 μmol·L–1, 其中 6 月份的 DIP
浓度低未检出程度(<0.02 μmol·L–1); DSi 含量较丰富,
其中 6 月份 DSi 浓度较高, 8 月份的 DSi 浓度较低。
3.2 微表层浮游植物的生长情况
图 2 显示了添加营养盐后, 叶绿素 a 含量的变
化趋势。添加营养盐后, 叶绿素 a 含量迅速上升, 在
第 2—3 天达到峰值, 随后叶绿素 a 含量下降; 而 7
月份和 8 月份样品的生长曲线出现了双峰。在没有
添加 N、P 营养盐的 C 组, 叶绿素 a 含量一直处于较
低水平。
6 月份样品在第 2 天达到叶绿素 a 含量的最大
值, 其中高 N高 P 的 N2P2 生长状况最好, 最大叶绿
素 a 含量达到 0.25 mg·L–1, 低 N 低 P(N1P1)、低 N
高 P(N1P2)、高 N 低 P(N2P1)组的生长状态相近, 而
添加单一营养盐的 4 个实验组(N1、N2、P1、P2)并
不能促进微表层浮游植物的生长, 生长趋势与未添
加 N、P 的对照组相近(图 1a)。在 7 月份的样品中, 同
时添加 N、P 的 4 个实验组中叶绿素 a 含量在第 1
天就迅速上升, 然后又下降; 但第3天 N2P2又出现
上升趋势, 在第 4 天达到最大值后, 随后下降(图
1b)。在 8 月份的样品中, 四个同时添加 N、P 的实
验组, 叶绿素 a 含量在第 1 天快速上升, 在第 2d 达
到最大值, 随后下降,在第 3 天或第 4 天达到低谷,
随后有不同程度的回升。而未添加 N、P 的对照组
以及添加单一营养盐的 N1、N2、P1、P2 组, 叶绿
素 a的含量在第 2—3天达到最高值之后就一直处于
下降趋势(图 1c)。
最大叶绿素 a 含量可以更清楚显示各实验组的
生长状况(图 2), 三个月份均是同时添加 N、P 的四
个实验组生长较好, 而单独添加 N 或者 P 的四个实
验组与没有添加 N、P 的 C 组生长相近(p>0.05)。在
N、P 同时添加的四个实验组中, 以 N2P2 组生长最
好, 3 个月份 N2P2 组的最大叶绿素 a 含量分别为
0.25、0.20、0.44 mg·L–1。8 月份样品中, 4 个 N、P
同时添加实验组的生长明显优于其余两个月样品,
最大叶绿素 a 含量可以到达其余两个月份相应实验
组的 1.76—4.5 倍。
3.3 培养液中 DIN 的变化
培养液中 DIN 含量在第 2d 或者是第 4d 就迅速
下降(图 3), 其中生长情况较好的 NP 同时添加组对
DIN的消耗量较大, 如N1P1中N消耗率达 80.5%—
92.3%, N1P2 组达 88.8%—90.2%, N2P1 达 92.1%—
95.9%, N2P2 达 90%—96.7%; 而单独添加 N 的 N1、
N2 组的 DIN 剩余含量较多。
表 2 大亚湾微表层水样营养盐含量(μmol·L–1)
Tab. 2 Nutrient concentrations in water samples from microsurface layer
采样月份 NO3–-N NH4+-N NO2–-N DIN 浓度 DIP 浓度 DSi 浓度
6 月 9.95 3.02 0.76 14.28 0 34.1
7 月 4.15 6.51 0.06 13.73 0.07 14.56
8 月 5.78 1.62 0.81 8.21 0.14 7.95
1 期 杨雪, 等. 大亚湾微表层浮游植物对无机氮磷的响应 37


图 2 各实验组叶绿素 a 含量最大值
Fig. 2 The maximum chlorophyll a content in each test
group
3.4 DIP 的变化
图 4 为各实验组中 DIP 浓度的变化, 大亚湾微
表层水样中的 DIP 含量均很低, 为 0—0.14 μmol·L–1。
在添加了 P 的各实验组, DIP 消耗较快, 特别是在生
长较快的 N、P 同时添加实验组(N1P1、N1P2、N2P1、
N2P2), DIP 在第 2—4 d 就消耗了 60%以上, 而在实
验结束时的第 6—10 d, DIP含量为 0—0.43 μmol·L–1,
DIP 消耗了 90%以上。而在生长较慢的 P1、P2 组中,
DIP 的消耗量较少。

图 3 培养液中 DIN 浓度的变化
Fig. 3 Variations of DIN concentration in cultures
3.5 DSi 的变化
所有实验组都添加了 35 μmol·L–1 的 DSi, 6 月份
度可以到达 70 μmol·L–1; 而 8 月份样品中 DSi 初始
浓度较低, 仅为 7.95 μmol·L–1, 添加 DSi 后, 实验组
的 DSi 含量仅为 42.95 μmol·L–1。从各实验组 DSi
浓度的变化来看(图 5), 同样是在生长较旺盛的实验
组 DSi 消耗量较大; 而在未添加 N、P 以及 N、P 单
独添加组, DSi 消耗较少, 特别是生长较差的 6 月份
样品, DSi 基本上未消耗。
3.6 N:P 值
由图 6 中各月份 N:P 值的变化可以看出, N:P 远
远高于 Redfield 比值(16:1), 6 月份 DIP 浓度为未检
出, 在未添加 P 的实验组, N:P 值无法计算(图 6a);
而在7月份样品中, 由于DIP初始浓度很低, 导致加
38 生 态 科 学 35 卷


图 4 培养液中 DIP 的变化
Fig. 4 Variations of DIP concentration in cultures
N 的两个实验组(N1、N2)的 N:P 值超过了 1000(图
6b); 8 月份样品中 DIP 浓度较高, 但是在 C 组以及
N1 和 N2 组的 N:P 还是远远超出 Redfield 比值。虽
然如此, 在单独添加 P 的 P1 和 P2 组的 N:P 值均小
于 10.0, 在 1.81—6.49 之间; 而 N、P 同时添加的 4 个
实验组, 不但 N、P 浓度较高, 而且 N:P 值较为合适,
在 9.52—33.42 之间。从各实验组的生长情况来看(图 1、
图 2), 也是 N、P 同时添加的实验组生长较好。
4 讨论
营养盐是海洋生态系统的物质基础, 浮游植物
群落组成及数量变动和水体中的营养盐和含量有着
密切的关系[16–18]。长期以来, 大亚湾海域是我国沿
海内湾中水质较好的海湾[14], 且被认为是低营养盐
水平、高初级生产力的海域[17]。N、P 是关键营养元

图 5 培养液中 DSi 的变化
Fig. 5 Variations of DSi concentration in cultures
素, 大约以 16:1(Redfield 比值)的比例被浮游植物吸
收[18]。在本实验中, N2P2 组不但 N、P 含量最高, 而
且 N:P 比值符合 Redfield 比值, 该实验组能在短时
间内迅速达到叶绿素 a 最大值,成为所有实验组中叶
绿素 a 含量最高的一组。有研究表明, N:P 比值改
变会使浮游植物群落结构发生改变, N:P 比值偏离
Redfield 比值越远, 硅藻的数量和种类就会减少[19]。
在本实验中, 随着 P 的大量消耗, 实验组中的 N:P
逐渐增大, 浮游植物生长受到抑制, 叶绿素 a 含量
也逐渐降低(图 1)。由于自然水体中含有多种浮游
植物种类, 在培养过程中发生浮游植物优势种群的
演替, 与实验室单种培养的单峰型生长曲线不同,
7 月份和 8 月份样品的生长曲线出现了双峰型
(图 1b, 1c)。
1 期 杨雪, 等. 大亚湾微表层浮游植物对无机氮磷的响应 39


图 6 培养液中 N:P 的变化
Fig. 6 Variations of N:P ratio in the cultures
大亚湾为 P 限制性海域, 浮游植物的生长受
到严重的 P 限制[14]。本调查中也得出大亚湾微表
层 DIP的含量也非常低, 6月份样品甚至低于检出
限(<0.02 μmol·L–1), N:P 远远高于 Reidfield 比值。但
是单独添加 P 的实验组的生长与未添加 N、P 以及
单独添加 N 的实验组相似, 叶绿素 a 的含量并未
得到显著增加, 这种可能由于单独添加 P后, 导致
N:P 值较低, 浮游植物生长受到 N 的限制。此外,
微表层中有机 P 含量较高[10], 浮游植物可以利用
可溶性有机 P 进行生长。在大亚湾 Si 含量十分丰
富, Si不成为硅藻生长的限制因子[13]。在本实验中,
单独添加 Si 时, 浮游植物的生物量并未到增加,
说明 Si 并非大亚湾海域浮游植物生长的限制性因
子。在同时添加 N、P 后, 生物量迅速增加, 而且
在生长旺盛的实验组 , 硅酸盐消耗量较大 , 而生
长较差的实验组则硅酸盐消耗量较低。结果说明,
大亚湾微表层海域浮游植物主要以硅藻为主, 而
且硅酸盐并不缺乏, 在同时进行的浮游植物调查
也证实了这一点[20]。本研究结果表明, 自然环境
中 N、P 营养盐的输入能够促使浮游植物生物量迅
速增加, 而单独添加单一营养盐并不能促使浮游
植物的生长。
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