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氮是湖泊中浮游植物生长的必需营养元素,其含量和形态直接或间接影响着浮游植物的生物量和群落组成。浮游植物能够吸收溶解态无机氮和一些小分子有机氮。国外早在二十世纪五十年代就有对浮游生物氮吸收的研究,但早期主要集中在海洋和河口生态系统,且多针对铵态氮、硝态氮等无机氮,有一些对尿素的研究,但也只局限在细胞和个体水平,而近期的研究则将焦点转移到群落水平。国外已有一些湖泊开展了对氮吸收的研究。近年来,太湖蓝藻频频暴发,水体富营养化引起了人们的关注。氮与蓝藻水华的发生密切相关,而有关不同形态氮对太湖浮游植物影响的研究较少,尤其是关于尿素的影响研究还未见报道,而已有研究表明尿素与浮游植物水华发生有着紧密的联系。因此,本研究针对太湖不同湖区,尤其是水华暴发频繁的梅梁湾,研究浮游植物群落氮吸收特征及其与环境因子的关系,并通过原位氮添加实验揭示太湖不同形态氮对浮游植物生长的影响,以期为进一步揭示蓝藻水华暴发机理和湖泊富营养化控制提供科学依据。
本研究于2010年1、4、7、10月中旬(分别代表冬、春、夏、秋四个季节)测定了梅梁湾浮游植物对铵态氮、硝态氮和尿素态氮吸收的吸收速率,并分析常规理化指标、尿素含量以及浮游植物群落结构。结果表明:浮游植物氮吸收均符合米氏方程(除了秋季对铵态氮的吸收外),冬季和春季三种形态氮最大吸收速率的大小依次为:铵态氮＞硝态氮＞尿素态氮,而夏季为:铵态氮＞尿素态氮＞硝态氮。三种形态氮吸收季节变化规律为夏季＞春季＞冬季。最大吸收速率在不同季节以及不同形态氮之间的差异与浮游植物群落组成关系密切。从半饱和常数可以看出,冬季和春季浮游植物群落最易受硝态氮限制,受尿素态氮的限制的可能性最小;而夏季同样最易受到硝态氮限制,但受铵态氮限制的可能性最小。与硝态氮相比,秋季浮游植物更容易受到尿素态氮的限制。因此,不同季节对浮游植物产生限制作用的氮的形态不同。
为研究太湖不同湖区春季浮游植物群落氮吸收特征及其与浮游植物群落结构和环境因子的关系,本文于2010年5月中旬采集了太湖6个点位的水样,利用15N稳定同位素示踪技术,测定了太湖浮游植物群落对硝态氮,铵态氮和尿素态氮的吸收,结果表明:太湖浮游植物群落对铵态氮的吸收速率均值最高,占几种氮总吸收量ρ(DN)的62.8％,各点位值在0.181-1.575μmol-NL-1h-1之间。各点位浮游植物群落对硝态氮和尿素的吸收速率范围分别为0.004-0.118μmol-NL-1h-1。和0.043-1.116μmol-NL-1h-1。梅梁湾、湖心以及五里湖三个湖区浮游植物群落均优先吸收铵态氮,其次为尿素,对三种氮的吸收速率都是ρ(NH4+)＞ρ(UREA)＞ρ(NO3-)。而胥口浮游植物群落优先吸收尿素,且对尿素的绝对吸收速率最大,其次为铵态氮,硝态氮最低。在可利用氮含量较高的情况下,浮游植物丰度、组成结构等因子可能是影响太湖不同湖区浮游植物群落氮吸收差异的最重要因素。
于2010年9月6日和17日在梅梁湾和胥口湾各布设一点,分别进行了原位氮添加实验。实验设置三个处理,分别添加铵态氮、硝态氮和尿素态氮,每个处理设置四个浓度,三个重复,一个对照。原位培养期间,测定叶绿素含量,并计算生长率。结果表明:梅梁湾三种形态氮添加组的生物量最大值大小依次为:铵态氮＞尿素态氮＞硝态氮。胥口湾则为:硝态氮＞尿素态氮＞铵态氮。导致两个湖区浮游植物最大生物量差异的主要原因是浮游植物群落结构的不同。两个湖区不同浓度添加组浮游植物生长率之间的差异表明,胥口湾浮游植物生长较梅梁湾更容易受到三种形态氮的限制。