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湖光岩玛珥湖(21°09N,110°17E)位于中国广东省湛江市,是由16万年前玛珥火山爆炸后冷却下沉,后来积水形成,是世界上最大且保存完整的玛珥湖,也是一个典型的亚热带湖泊,可作为研究玛珥湖现代生态学的理想场所。湖泊生态系统中,水体氮磷营养水平、环境理化因子以及浮游植物之间存在着相互联系相互影响的复杂关系,通过现代生态学方法对它们进行定性定量的研究,是当前湖泊科学研究的热点。湖泊生态系统中氮的生物地球化学循环是生物圈物质能量循环的重要组成部分,浮游植物对溶解态氮的吸收、转化是湖泊中氮生物循环的关键环节。本文对湖光岩玛珥湖中溶解态氮与其它理化因子进行了周年的调查研究,并对浮游植物种群结构进行了季节性调查,利用15N稳定同位素标记技术测定了玛珥湖浮游植物对溶解态氮的吸收速率,研究了浮游植物氮吸收及其动力学特征。主要的研究结果如下: 1.湖光岩玛珥湖水体中溶解态氮含量表现出季节变化特点。其中,溶解态总氮、溶解态无机氮、溶解态有机氮的浓度变化范围分别为0.224～0.942 mg/L、0.150~0.860 mg/L、0.045~0.123mg/L,全年均值分别为0.445 mg/L、0.365 mg/L、0.080mg/L。在不同形式的溶解态氮中,硝态氮浓度的变化范围为0.114～0.726 mg/L,均值为0.315 mg/L;亚硝态氮浓度变化范围为0.0010~0.0060 mg/L,均值为0.0027 mg/L;氨氮浓度变化范围为0.022～0.128 mg/L,均值为0.048 mg/L;尿素浓度变化范围为0.026～0.075 mg/L,均值为0.041mg/L。 2.湖光岩玛珥湖水体中其它主要理化因子呈现季节变化特点。其中,水温全年变化范围为18.7～31.1℃,均值为24.5℃;pH值变化范围为7.50~8.24,均值为7.97,呈弱碱性;溶解氧含量变化范围为6.61～8.10 mg/L,均值为7.30 mg/L;透明度变化范围为3.4～4.0 m,均值为3.7 m;CODMn浓度变化范围为2.58～4.85 mg/L,均值为3.57 mg/L。 3.叶绿素 a含量是反映水体浮游植物生物量的关键指标。水体叶绿素 a含量全年变化范围为1.08～4.22μg/L,均值为2.33μg/L。通过对叶绿素a与其它理化因子的周年变化的相关性分析,叶绿素 a浓度与溶解态总氮浓度变化之间呈显著正相关关系,其相关系数为0.529。其中,叶绿素a浓度与氨氮浓度之间呈高度正相关关系,其相关系数达0.907,显著高于叶绿素a浓度与亚硝态氮、硝态氮、尿素浓度的相关系数。 4.湖光岩玛珥湖全年氮磷比的平均值20.9,表现为磷是营养限制因子;从氮、磷含量的绝对值分析,氮和磷均为该湖营养限制因子,其营养状态尚未构成发生水华的营养条件。因此,湖泊中氮、磷的含量是该湖泊水质自净能力的关键。 5.湖光岩玛珥湖水体卡尔森营养状态指数均值TSI为42.1,根据评价标准,其水质属于中营养;从单一Chl a含量评价,叶绿素a分指数TSIM(Chla)年平均值属于贫营养。 6.共检出浮游植物8门135种(包括变种和变型),以绿藻门、蓝藻门、硅藻门种类数为主,其种数所占比例分别为33.3％、30.4%、22.2%。不同季节各不同站位的浮游植物细胞密度变化范围为35.1×104～95.2×104 ind/L,从细胞密度上看,蓝藻、硅藻、绿藻为湖光岩玛珥湖浮游植物群落的主要组成部分。湖光岩玛珥湖浮游植物群落存在季节演替,除绿藻和隐藻外,硅藻和蓝藻的季节演替规律比较符合PEG模型。发现浮游植物优势种5门30种,其中,水花微囊藻(Microcystis flos-aquae)、铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)、颗粒直链藻(Melosira granulata)、小球藻(Chlorella vulgaris)等为全年广布优势种。浮游植物多样性指数范围为3.68～5.22,均匀度指数范围为0.62～0.83,从浮游植物多样性的角度来看,湖光岩玛珥湖浮游植物多样性好,生态系统稳定性强。 7.利用15N稳定同位素标记技术对浮游植物氮吸收研究的结果表明,浮游植物对氨氮、硝态氮、尿素的绝对吸收速率分别为0.211μmol/(L·h)、0.034μmol/(L·h)、0.043μmol/(L·h),浮游植物对氨氮吸收速率最高。浮游植物氮吸收相对优先指数是氨氮>尿素>硝态氮,分别为2.907、0.190、1.192。氨氮、尿素、硝态氮都是可被浮游植物吸收的,而湖光岩玛珥湖中浮游植物对氨氮表现出高吸收速率,更喜好吸收利用氨氮。 8.浮游植物群落对3种溶解态氮(氨氮、硝态氮、尿素)吸收动力学曲线可通过Michaelis-Menten方程进行描述。动力学参数为:氨氮、硝态氮、尿素的最大吸收速率(Vmax)分别是2.943 h-1,0.109 h-1、1.465 h-1,米氏常数(Ks)分别是1.927μmol/L、0.837μmol/L、3.911μmol/L。