浒苔光合固碳影响因子及海区评估研究

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近年来,大气中CO2浓度急剧升高,导致温室效应的同时,还导致海洋酸化。为此,各国都在寻找CO2减排最佳途径。有研究表明,大型海藻对大气CO2减排和减少海水中溶解性无机碳(dissolvedinorganic carbon, DIC)含量起着重要作用。因此,利用绿潮藻进行光合固碳,不失为CO2减排的理想途径之一,同时也可以减少海洋富营养化及海水酸化。但目前关于生态因子对浒苔光合固碳、改变海水pH的影响以及海区暴发绿潮区域海水无机碳体系参数现场测定研究尚未见报道。为此,本文选择黄海绿潮优势种浒苔为研究对象,首先,研究了氮(N)、磷(P)加富对其生长及光合固碳能力的影响。共设置高氮高磷(HNHP)、高氮低磷(HNLP)、低氮高磷(LNHP)、低氮低磷(LNLP)4组N、P水平,分别测定了浒苔生长率、叶绿素荧光参数、光合速率及吸收DIC能力。继而探讨了温度和光照强度对浒苔光合固碳能力及引起海水pH变化的影响。测定了6个温度梯度组(10、15、20、25、30、35°C)、7个光照强度梯度组(20、40、60、80、100、150、200μmol·m-2·s-1)浒苔光合固碳及提升海水pH速率48小时内变化。最后对海区漂浮浒苔Fv/Fm、PSII、Fv/F0、NPQ、rETR等叶绿素荧光参数,叶绿素含量,Rubisco活性及光合速率进行现场测定,并研究了海区绿潮暴发区域海水DIC,包括-、2-及总溶解CO2(CO2(T))含量及pH变化。结合室内研究结果,对大规模暴发的绿潮藻固碳量进行了评估。本文主要结果如下:N、P加富能显著促进浒苔生长,同时也提高了其光合固碳能力及海水pH。1) N、P加富显著增加了浒苔相对生长率(p <0.05),其中HNHP组相对日生长率是LNLP组的1.55倍。2) HNHP组Fv/Fm、Fv/Fm、PSII、Fv/F0、及rETRmax值均最高,且都显著高于LNLP组(p <0.05)。3)加富N或P均能显著提高藻体光合速率(p <0.05),其中HNHP组光合速率最高,达到114.0μmol(C)·g-1(FW)·h-1,是LNLP组的1.52倍。4)N、P加富促进了浒苔对海水中DIC的吸收及提升海水pH的能力,其中HNHP组DIC吸收能力最强,吸收量高达0.70mmol·L-1,是LNLP组的1.63倍(p <0.05),同时HNHP组pH提升能力最强,pH提升量为1.43,是LNLP组的1.40倍(p<0.05)。温度和光照强度对浒苔光合固碳及提升海水pH能力的影响极显著(p <0.01)。光照强度0μmol·m-2·s-1时,温度20~30°C之间浒苔固碳速率较高[.~.01μmol()·g-1(FW)·h-1],其中25°C时固碳速率最高[.01μmol()·g-1(FW)·h-1]、海水pH提升速率最快[0.075g-1·(FW)·h-1]。温度20°C时,浒苔固碳能力最适光照强度为100μmol·m-2·s-1,其固碳速率达. μmol()·g-1(FW)·h-1,海水pH提升速率为0.086g-1·(FW)·h-1。温度和光照强度对浒苔固碳及提升海水pH能力存在极显著交互效应(p <0.05),两者最佳组合为:25°C-100μmol·m-2·s-1。最佳组合条件下,浒苔固碳速率高达53.10μmol(C)·g-1(FW)·h-1,海水pH提升速率达到0.091g-1·(FW)·h-1。浒苔漂浮到江苏滨海海域时藻体状态良好,对DIC的吸收能力较强,能促进海水无机碳体系循环,提高海水pH值。1)藻体Fv/Fm、PSII、Fv/F0、NPQ、rETRmax分别为0.67、0.57、2.16、0.34、88.40;叶绿素a(Ca)、叶绿素b(Cb)、总叶绿素(CT)含量依次为0.91、0.65、1.56mg g-1,Ca/Cb为1.40;Rubisco活性为11. μmol(CO-2)·g1(FW) min-1。2)覆盖区域不同位点海水无机碳体系各参数均出现不同程度的变化,从浒苔覆盖边缘到覆盖中心,海水中DIC、-浓度均逐渐降低(p <0.05),而海水pH却逐渐升高(p <0.05),覆盖中心pH高达8.52。3)2008~2013连续6年暴发的绿潮藻生物量累计约达9832.8×104t湿重,据计算,可固定CO2量达1843.67×104t。如果按照15元/吨CO2征收,将能减少2.76×108元碳税,这将一定程度上降低征收碳税对能源价格、能源供应与需求造成的对经济增长等方面的影响,同时可能减小纳税人的纳税压力,从而将绿潮灾害变为绿色宝贝和绿色财富。
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