青岛近海浮游植物中金属元素组成及铜、锌影响的研究

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海洋是地球物质循环的重要通道,海洋浮游植物是海洋中金属元素循环的主要载体,浮游植物中元素的组成变化又与海洋浮游植物的物种数量以及环境等诸多因素有关,研究海洋生物中元素的迁移转化对于研究海洋生物地球化学循环具有重要作用。研究浮游植物中金属元素含量的变化,对探讨海洋生物生产以及金属元素在在海洋中的迁移转化具有重要意义。本文通过2013年3月在青岛近海现场拖网采集浮游植物样品,对样品进行全样消解后用等离子体发射光谱法(ICP-AES)测定金属元素含量,分析探讨浮游植物中金属元素的分布特征和影响因素;并通过近海优势藻种的实验室模拟培养,设定不同的Cu、Zn浓度水平来研究环境中金属元素含量的变化对浮游植物生长的影响以及其对金属元素组成的影响。此外,为解决网采及培养浮游植物样品量较少问题,在ICP-AES分析中采用了微量雾化器,对其工作条件进行了优化,解决ICP-AES测定时少量生物样品试样不足的问题。主要结果与结论如下:(1)在ICP-AES中使用微量雾化器可降低试样用量,仅为常量雾化器的1/3或更少,分析效率得以提高。优化实验获微量雾化器的最佳工作条件为,雾化器压力0.2MPa,射频发生器功率1150W,输出泵速25r/min,辅助气流量0.5Lmin-1。使用微量雾化器时,元素的信号值有所降低,但背景值降低更加明显,检出限与常量雾化器相当,部分元素的检出限优于常量雾化器,对浮游植物消解样以及海洋沉积物提取样、悬浮颗粒物消解样测定获得了良好的分析质量。(2)青岛近海冬末春初网采浮游植物样品中金属元素含量总体上呈现出近岸站点略高,离岸较远的站点降低的分布趋势。就单位质量样品中元素含量而言,Al、Ca、Fe、Mg元素的含量相对较高,而Mn、Ti、Ba、Cr、Cu、Sr、V、Zn、Co、Ni元素以及P的含量则相对较低;胶州湾内站点样品中Fe、Ba、Cr、Cu、Zn元素的含量均明显高于其他站,各站点样品中Zn的含量均相对较高。(3)网采浮游植物样品受到海水中共存的黏土矿物粘附的影响。由于采样区域为青岛近海,且冬末春初生物量仍处于较低水平,黏土粘附对网采浮游植物样品的影响更加显著。为了解和校正黏土粘附对各测定元素的影响,选择Al为陆源物质的指示元素进行了讨论,发现粘土矿物粘附是Fe、Mn、Ti、Ba、Co、Sr和V等元素含量的主要影响因素,而对Cr、Ni、Zn等元素的影响不大,Ca、Mg、Cr、Cu、Ni和Zn元素受生物生产和粘土矿物粘附两种因素的影响。对Ca、Mg、Cr、Cu、Ni等元素的黏土粘附影响进行了校正,得到冬末春初青岛近海网采浮游植物的元素的平均组成为(P1Mg0.97Ca0.32)1000Zn10.4Cu0.16Cr6.1Ni4.0。富集因子分析表明,网采浮游植物对Cr、Cu、Ni、Zn等元素有明显的生物富集作用。(4)选择青岛近海的优势种类中肋骨条藻以及两种饵料藻三角褐指藻和亚心形扁藻,选择在上述观测中生物富集明显的两种金属元素Cu和Zn进行培养实验,研究金属元素浓度水平对浮游植物藻体金属含量的影响。结果表明,不同Cu、Zn浓度水平对藻细胞的生长影响不大,藻细胞干重、叶绿素含量变化均不显著。不同Cu、Zn浓度水平下,浮游植物对金属元素的吸收变化规律不明显,藻细胞对金属元素的吸收基本不受Cu、Zn浓度水平变化的影响。藻细胞对金属元素的吸收受Cu浓度水平影响较轻微的有:随Cu浓度的增加,亚心形扁藻对Ca元素的吸收受到轻微抑制,中肋骨条藻随Cu元素本身的吸收受到轻微抑制。而不同Zn浓度水平会影响藻细胞对Fe、Sr、Cu、Ca、Zn元素的吸收,较高浓度和较低浓度的Zn都会抑制中肋骨条藻对Fe元素的吸收、亚心形扁藻对Sr元素的吸收、三角褐指藻对Cu元素的吸收;Zn元素浓度的增加会抑制中肋骨条藻对Ca元素的吸收,以及抑制中肋骨条藻对Zn本身的吸收。三种藻在不同Cu、Zn浓度水平下,各金属元素的含量变化范围均小于不同营养盐条件下金属元素含量范围,说明Cu、Zn浓度水平的改变对金属元素吸收的影响较营养盐的影响为轻。(5)培养实验得到三种浮游植物元素组成的计量关系为(P1Fe0.38Mg14Ca0.36)1000Zn6.9Mn19Cu0.63V0.56Cr3.0Ni2.5Ba3.4Co0.21,与现场采集的浮游植物元素组成整体上差异不大。因此,浮游植物金属元素的组成具有一定的稳定性,预示着在某一环境中长期生长和繁殖所形成的结果。
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