广东省海域大型海藻对海洋化学环境变化的响应及其生态服务价值评估

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大型海藻是近岸海域主要的初级生产者,它们为人类提供了固碳释氧、去除N、Pi营养盐、吸收重金属、维持海洋生物多样性等多种生态服务。许多海藻种类也是人们栽培的对象。但是,近岸海域富营养化使得海水中NH4+浓度升高,进而影响大型海藻的生长、生理特性及生态功能。因此,大型海藻的生态服务价值评估及其对近岸海域富营养化等海洋化学环境变化的响应得到全世界学者的普遍关注。广东省拥有丰富的大型海藻资源,栽培海藻及天然海藻资源量均位于全国前列。本文首先以广东省海域中的一个重要区域——粤港澳大湾区近岸海域潮间带的14种大型海藻(4种褐藻(草叶马尾藻、半叶马尾藻、亨氏马尾藻、粉叶马尾藻)、4种绿藻(蛎菜、裂片石莼、缘管浒苔、总状蕨藻)、6种红藻(芋根江蓠、冈村凹顶藻、角叉菜、拟鸡毛菜、鹿角沙菜、裸干沙菜))为研究材料,设置4种NH4+浓度,探究大型海藻的生长和生理特性对NH4+浓度升高的响应。同时,论文采用市场价值法、替代成本法、条件价值法等方法对近20年内广东省栽培海藻的生态服务功能价值、2019年广东省海域自然海藻场及其局部海域——深圳东部海域海藻场中大型海藻的生态服务价值进行评估。主要研究结果如下:1.在4种NH4+浓度(自然海水(对照组)、120μmol·L-1 NH4+、600μmol·L-1 NH4+、1800μmol·L-1 NH4+)条件下培养14种大型海藻。实验结果表明:120μmol·L-1 NH4+促进了草叶马尾藻、半叶马尾藻、蛎菜、裂片石莼、缘管浒苔、拟鸡毛菜、芋根江蓠、冈村凹顶藻的生长以及光合色素的合成,增强了光合活性,尽管不显著;1800μmol·L-1 NH4+显著抑制了除蛎菜、裂片石莼、拟鸡毛菜外11种大型海藻的生长代谢,影响了亨氏马尾藻、裂片石莼、鹿角沙菜的光合色素合成以及草叶马尾藻、亨氏马尾藻、粉叶马尾藻、总状蕨藻、冈村凹顶藻、角叉菜、裸干沙菜的光合活性,光系统Ⅱ中光化学反应的最大光化学效率(ΦPo)下降,电子传递的量子产额(ΦEo)下降,单位反应中心热耗散的能量(DIo/RC)增加。在实验选取的14种大型海藻中,褐藻门类的草叶马尾藻、半叶马尾藻较亨氏马尾藻和粉叶马尾藻更能耐受铵胁迫;绿藻门类的蛎菜、裂片石莼、缘管浒苔较总状蕨藻更能耐受铵胁迫;红藻门类的芋根江蓠、拟鸡毛菜较冈村凹顶藻、角叉菜、鹿角沙菜、裸干沙菜更能耐受铵胁迫。2.依托近20年广东省栽培海藻的产量对其生态服务价值进行评估。结果表明:近20年来广东省栽培海藻的生态服务功能价值呈增长趋势,每年平均增长约8.41%,2019年其生态服务价值约为51,050.71亿元。其中固碳释氧、去除N、Pi营养盐、吸收重金属生态价值年均占比约为16.78%、75.44%、7.78%。在2018年广东省栽培的6种海藻中,海带、江蓠、麒麟菜的生态服务功能价值均高于其经济效益。若使三者的经济效益与其生态服务功能价值持平,则需分别给予10.49元·kg-1、10.82元·kg-1、9.85元·kg-1的生态补偿。3.依托2019年广东省海域海藻场中大型海藻的资源调查结果对其生态服务价值进行评估。结果表明:2019年,广东省海域海藻场中大型海藻的生态服务功能总价值为103.50亿元,单位面积生态价值约为509.35万元·(hm~2·a)-1。供给服务、调节服务、支持服务和文化服务价值分别为37.79亿元·a-1、21.05亿元·a-1、44.63亿元·a-1、393.36万元·a-1。论文同时也对深圳东部海域海藻场局部海域中的大型海藻进行了生态服务价值评估。结果表明:2020年深圳东部4片海域(小梅沙、七星湾、杨梅坑-鹿嘴、东涌-西涌)海藻场中大型海藻的生态服务总价值为24.92亿元,单位面积生态服务价值为1.71亿元·(hm~2·a)-1。小梅沙、七星湾、杨梅坑-鹿嘴、东涌-西涌4片海域海藻场中大型海藻的生态服务总价值分别为7.14亿元·a-1、5.88亿元·a-1、5.54亿元·a-1、6.37亿元·a-1。综上所述,NH4+对大型海藻的生长和光合活性等生理特性的影响不仅与浓度有关,并且存在显著的门类及种类差异。长时间暴露于过高浓度的NH4+环境条件下,大型海藻的生长和光合活性均受到显著抑制,抑制程度因海藻种类而异。另一方面,近20年来广东省栽培海藻的生态服务功能价值呈持续增长态势;同时,广东省海域自然海藻场中大型海藻的支持服务价值高于供给服务、调节服务和文化服务价值。研究结果有助于探究富营养化条件下大型海藻的群落演替规律,也为近岸富营养化海域进行生物修复的藻种提供选择依据;同时为我国海藻场生态系统服务价值评估标准的制定提供理论支撑,以期推动海藻栽培生态补偿机制的完善和天然海藻场的保护。
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