营养物质氮磷与藻类的关系.docVIP

氮、磷与藻类间相互关系 藻类是原生生物界一类真核生物(有些也为原核生物，如蓝藻门的藻类）。主要水生，无维管束，能进行光合作用。体型大小各异，小至长1微米的单细胞的鞭毛藻，大至长达60公尺的大型褐藻。一些权威专家继续将藻类归入植物或植物样生物，但藻类没有真正的根、茎、叶，也没有维管束。藻类分布的范围极广，对环境条件要求不严，适应性较强，在只有极低的营养浓度、极微弱的光照强度和相当低的温度下也能生活。不仅能生长在江河、溪流、湖泊和海洋，而且也能生长在短暂积水或潮湿的地方。从热带到两极，从积雪的高山到温热的泉水，从潮湿的地面到不很深的土壤内，几乎到处都有藻类分布。 藻类生长受物理、化学、生物等多方面因素的影响[1]。大量营养元素可以促进叶绿素a和浮游藻类生物量的剧增，其中氮、磷是影响水中藻类生长的主要因素，在水生生态系统中，氮磷比作为关键因子，常被用来预测藻细胞密度的变化和季节演替[2]。它同时作为一项指标，能代表营养盐对藻类生长的限制水平。有研究表明，适当的营养盐可以控制藻类的生长，生物量以及种群结构，但就氮或磷哪种营养元素作为浮游植物生长的限制因子，目前尚没有统一的结论。在南太平洋，初级生产者通常被认为是氮限制因子[3]。越来越多的研究表明，在其它生态系统中，如东、西地中海，磷可能是最主要的限制因子[3]。在中国，据调查已经有相当数量的湖泊已处于富营养化水平，如巢湖、 太湖等。 1.藻类与营养物质N、P 丹麦著名生态学家Jorgensen(1983年)指出浮游藻类的生长是富营养化的关键过程，因此着重研究氮磷负荷与浮游藻类生产力的相互作用和关系，是揭示湖泊富营养化形成机理的主要途径[4]。通常认为，营养元素P和N能够促进藻类的增殖。而大量的研究也表明，总氮、总磷浓度在一定的范围内，叶绿素ａ浓度与总氮、总磷浓度呈正相关[5]。 1.1 藻类与P 磷是生命活动绝对必须的元素，存在于一切核苷酸结构中，三磷酸腺苷 (ATP)与生物体内能量转化密切相关。自然界中的磷主要来源于磷酸盐矿、动物粪便以及化石等天然磷酸盐沉积物中。众所周知，自然界的磷循环只是一个单向流动过程，由于过度的人为活动（如矿山开采、土地开发等），储藏在地球表面的磷通过食物链进入水循环中，使水体中的磷负荷增加。由于环境因素造成磷浓度的增加又通过藻类生物量表现出看来，当环境中供给的磷总量减少时，则水体中磷浓度降低影响藻类的生长，相反，当环境中连续不断地增加磷的供给时藻类便大量的迅速繁殖。在生物圈内, 磷主要以3种状态存在, 即以可 溶解状 态存在于水溶液中；在生物体内与大分子结合；不溶解的磷酸盐大部分存在于沉积物 内。微生物对磷的转化着重要作用。天然水体中可溶性磷酸盐浓度过大会造成水体富营养化[6]。由于天然水体中的磷含量不高，因此它往往是限制水体生产者发展的因素之一。 1.2 藻类与N 氮也是生物生长必须的元素。与磷不同的是，自然界中的氮主要储存在大气中。大气中的氮气为具有固氮作用的植物与藻类提供了丰富的氮源。由于水体中有一些藻类具有固氮能力，可以把大气中的氮转化为能被水生植物吸收利用的硝酸盐类，从而使藻类能够获得充足的氮源。已有研究表明，生物固氮作用在氮素的自然循环中扮演着重要角色它甚至是很多氮限制水体(例如海洋和贫营养湖泊) 中氮素的重要来源[7]。另外，由于化肥的大量使用，使排入水体的氮素大大的增加。从一定程度上来说，水体富营养化形成的一个重要原因就是由于自然界中氮素循环的固氮过程被强化而造成水体中氮负荷的增加。与磷元素相比，氮素作为水体富营养化的限制因素处于次要地位。 1.3 藻类与N/P 在研究氮、磷物质的过程中，大量的研究还表明，氮磷比值与藻类增值有密切的关系。根据Redfield的假设[8]，一个典型藻类的分子式应为C106H263O110N16P，这就是说，临界的氮磷比按元素计应为16:1，按重量计应为7.2:1从理论上讲，如果氮磷比小于该比值，氮将限制藻类的增长；如果氮磷比大于该比值，则可认为磷是藻类增长的限制因素。 在实际应用中，藻类增长所需的氮磷均为可溶性的NO3、NH4或 PO4，按照Redfield分子式计算出来的比值并不实际。有人认为，藻类生长对氮磷比的要求是10-17最为合适[9]。而唐汇娟在比较了国内35个湖泊（23个发生蓝藻水华）后发现，发生蓝藻水华的湖泊中N/P在13-35间，而没有发生蓝藻水华的湖泊中N/P则13[10]。这说明在合适的N/P比值范围内，有利于藻类的增殖，而大超出这个范围将不利于藻类的生长。 2 藻类生长的限制因子 相关研究表明，限制藻类植物生长的主要营养元素为N、P[11]。关于氮磷营养限制对藻类生长的影响已有许多研究，但就氮或磷哪种营养元素作为浮游植物生长的限制因子，目前尚没有统一的结论。如Michael Ne