营养盐和碳源对海洋表层微型生物碳利用的影响
海洋作为地球上重要的碳库，在全球气候变化的背景下，受到广泛关注。其中微型生物在海洋碳循环过程中发挥了重要作用。传统研究认为，环境营养盐浓度的提高可以增加初级生产力，固定更多的CO2，因此有利于储碳;而微型生物碳泵的生态学原理指出，过量营养盐会刺激细菌利用环境中的惰性有机碳，不利于储碳。即，固碳不等于储碳。同时，土壤和淡水环境的研究发现，在外源活性有机碳输入的条件下，原位环境的惰性有机碳会被加速利用，导致更多有机碳被消耗，称为“激发效应”(Priming Effect，PE)。PE在碳循环中具有重要意义，然而人们对海洋环境的PE，缺乏基本的定性研究。本论文利用培养实验方法，通过营养盐和（或）碳源的添加，研究海洋微型生物对有机碳和（或）营养盐的响应及其对环境有机碳的利用;同时，利用培养实验对不同海洋表层环境的PE和相关的过程机制进行了初步探索。得到以下主要结果和认识: 1.在西太平洋表层寡营养海水环境最初48小时的培养中，营养盐添加刺激了细菌生长，获得了较高的细菌比生长速率，同时加速了溶解有机碳的消耗。相对于仅添加碳源的处理组，在14天培养期结束后，营养盐和碳源同时添加的处理组多消耗了约33％溶解有机碳(3.3μmol C kg-1)。培养实验结果表明:在相同的有机碳背景条件下，相同的培养期内，营养盐添加能够刺激细菌生长，不利于有机碳在水体环境中的保存。因此，若环境中存在过量的营养盐，会刺激细菌加速消耗环境中的有机碳，对储碳产生潜在的负面影响。一般认为，细菌生长效率(Bacteiral Growth Efficienfy, BGE)高，代表更多的有机碳被转化为细菌生物量，将有利于储碳。而本研究结果表明，高BGE不一定有利于储碳。BGE和储碳的关系，取决于细菌在获得高BGE过程中，所消耗有机碳总量的多少。 2.为探索海洋中PE的现状，本研究在南海三种典型环境中开展了培养实验，包括陆架海、海盆区和岛礁区。西沙永兴岛海域表层海水培养实验结果显示:经过25天的培养，营养盐和碳源同时添加处理组的总有机碳浓度显著低于对照组(Paired-Sample T test，p＜0.05)，降低了约3.0μmol C kg-1，表明此环境中存在PE。而仅添加营养盐或碳源处理组的总有机碳浓度和对照组相比，无显著差异(ANOVA test，p＞0.05)。南海陆架区表层海水培养实验结果显示:经过120天的培养，所有处理组（营养盐和（或）碳源添加）的总有机碳浓度和对照组相比，均无显著差异(ANOVA test，p＞0.05)。南海海盆区表层海水培养实验结果显示:经过120天的培养，营养盐添加组的总有机碳浓度显著低于对照组(ANOVA test，p＜0.05)，降低约3.2μmol C kg-1，表明此环境中存在PE。而同时添加碳源和营养盐以及单独添加碳源处理组的总有机碳浓度和对照组相比，无显著差异(ANOVA test，p＞0.05)。本研究结果表明:在不同营养盐和碳源环境的海洋表层海水中，海洋微型生物可以通过改变胞外酶活性的方式，实现不同的生存策略:或者是为了获得环境中的碳源，或者是为了获得环境中的限制性营养元素，供给生长和代谢需要。这可能是决定环境中惰性有机物是否能够被降解，海洋环境是否存在PE的关键因素。
海洋微型生物;营养盐;有机碳;碳利用;激发效应
厦门大学
博士
海洋生物学
焦念志
2015
中文
Q178.53
133
2016-06-23（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）