黄海生物可利用磷的时空格局及其影响因素

Phosphorus is an essential nutrient for phytoplankton growth and is inextricably linked to marine primary production, carbon and nitrogen cycling. Phosphorus speciation can affect phosphorus bioavailability and its limiting status for phytoplankton growth, which may lead to far-reaching effects on the sustainability of ecosystem. In the Yellow Sea, molar ratio of N/P has been continuously increasing and phosphorus limitation keeps intensifying. As a result, phosphorus plays a more and more important role in the Yellow Sea lower trophic ecosystem. The proposal study, based on an applicant and her research group’s studies on biogeochemistry of nutrients and its ecological significance in the China Sea in the last years, focus on deeper biogeochemical processes of phosphorus in the Yellow Sea. Incubation experiments are used to identify bioavailable dissolved organic phosphorus and its distribution and seasonal variations. Chemical reagent leaching is used to separate phosphate adsorbed directly onto the surface of phytoplankton cells from true cellular phosphorus. We intend to understand key factors affecting spatial and temporal variations of phosphorus speciation and phosphorus bioavailability, the effects of phosphorus speciation change on N/P ratio in the seawater, and the status of nutrient limitation for phytoplankton growth and its role in phytoplankton succession as well. Its successful implementation should promote our understanding of phosphorus cycling and should have strong scientific basis to the sustainability of the Yellow Sea ecosystem production.

磷是海洋浮游植物必需的营养元素，与海洋初级生产力、碳和氮循环密切相关。磷的存在形态将影响磷的生物可利用性以及浮游植物生长磷限制的态势，可对生态系统的可持续发展产生深远的影响。黄海海域N/P比值持续增加，浮游植物生长的磷限制不断加剧，磷的生物地球化学过程在黄海低营养级生态系统中的作用愈加突出。本项目基于多年来研究团队在生源要素的海洋生物地球化学循环及其生态效应方面的研究积累，拟在黄海开展深入的磷生物地球化学过程的研究，采用受控实验手段给出生物可利用溶解有机磷含量的分布特征及季节变化，采用化学试剂淋溶手段定量区分浮游植物细胞表面吸附态磷和细胞内结合态磷，认识海水中磷形态及磷生物可利用性时空变化的主要驱动因子，磷的形态变化对水体中N/P比值的影响，客观分析浮游植物营养盐限制状况及其在浮游植物群落演替中的作用。促进我们对磷海洋生物地球化学循环的认识，为生态系统的可持续利用提供理论依据和技术支撑。

磷是海洋浮游植物必需的营养元素，与海洋初级生产力、碳和氮循环密切相关。磷的存在形态将影响磷的生物可利用性以及浮游植物生长磷限制的态势，对生态系统的健康与可持续发展产生深远的影响。项目基于黄海海域N/P比值持续增加，浮游植物生长的磷限制逐渐加剧，磷的生物地球化学过程在低营养级生态系统中的作用愈加突出。主要研究内容包括：生物可利用磷的含量与组成的分布特征与季节变化；磷在不同形态间分配的时空变化及其对浮游植物生长磷限制状态的影响；调查海区的生物地球化学背景场，以综合分析影响生物可利用磷含量与组成时空变化的主要因素。. 项目实施期间，参加了4个季节5个黄渤海共享航次，在国内外学术刊物上发表论文8 篇（2篇待刊出），其中SCI 论文5篇；合作出版英文专著1本；培养研究生4人。现场观测与受控实验结果表明黄海TDP是TP的主要存在形式，其中DOP从初春到秋季在TP中占比最高，但冬季则以DIP为TP的主要形式。初春至夏末均以<3k MWCO粒级的小分子量DOP为主要存在形式，且在DIP浓度较低时，细菌可利用有机磷的量占总DOP可达25%。黄海叶绿素粒级组成及其浮游植物细胞不同结合态磷呈季节性变化，微型与微微型浮游植物均以细胞内结合态磷为主，细胞表面吸附态磷占总磷的~20-30%。受控实验发现浮游植物细胞内结合态磷及细胞表面吸附态磷的积累速率与海水中磷的去除速率正相关，支撑了浮游植物生物量的积累，且在浮游植物生长期，生物可利用的细胞表面吸附态磷可进入细胞内部。进一步室内培养实验发现，在外界磷充足的情况下，浮游植物可以“奢侈吸收”大量的磷并储备于细胞内部及细胞表面。当环境中磷匮乏时，浮游植物可通过消耗储备在细胞内部及吸附在细胞表面的磷来维持生长且磷在细胞表面的吸附比例随比生长率的下降而降低。分析磷形态与生物可利用磷时空变化的主要控制因子，有助于认识其对研究海域营养盐组成和低营养级生态系统的影响。