潮间带孔石莼（Ulva pertusa）在“干露-浸没”循环中有机碳释放过程研究
作者单位：大连海洋大学
学位级别：硕士
导师姓名：付晚涛
授予年度：2024年
摘 要：大型海藻是“蓝碳的重要组成部分,分布于大陆沿岸的潮间带和潮下带上部浅水区,主要以溶解有机碳（Dissolved organic carbon,DOC）和颗粒有机碳（Particulate organic carbon,POC）的形式进行有机碳输出,大型海藻有机碳的输出对于海洋碳汇有着重要作用。针对光照和潮间带干露（dehydration）-浸没（rehydration）循环对大型海藻影响的研究主要聚焦于大型海藻的光合生理过程,缺少固碳、储碳过程及化学计量方面的研究。本研究选择孔石莼（Ulva pertusa）为实验样本,通过模拟干露-浸没过程,探究潮间带大型海藻固定碳、释放碳的最优条件,了解不同环境条件下孔石莼的碳汇潜力。主要研究结果如下:1.在潮间带环境变化及其对孔石莼光合固碳能力影响实验中,高潮区、中潮区、低潮区的孔石莼在退潮-涨潮过程中分别干露了约6 h、4 h、2 h,失水率分别达到78.46%、43.34%、17.57%,叶绿素a含量依次为0.32 mg L、0.76 mg L、0.9 mg L,F/F和Y（Ⅱ）依次显著降低,NPQ依次显著升高,说明孔石莼的光合固碳能力与所处潮位的高度呈负相关关系。2.在干露-浸没对孔石莼释放DOC的影响机制实验中,失水率0%、40%、80%的孔石莼在浸没1s时的DOC释放量分别为0.082 mg g、0.22 mg g、0.35 mg g,浸没4h时分别达到了3.95 mg g、10.05 mg g、8.41 mg g,失水率40%的孔石莼DOC释放速率最高;失水率40%的孔石莼释放的DOC分子的S高于失水率0%和80%的;使用Na HCO培养24 h后,失水率0%和80%的孔石莼释放的DOC的C相对丰度无显著性差异并且低于失水率40%的;经过15d降解,失水率0%、40%、80%的孔石莼释放的DOC的剩余DOC（RDOC）浓度依次为1.99、3.22、2.54 mg g;失水率40%和80%的孔石莼的ETR和F/F显著降低,浸没后失水率40%的孔石莼可以完全恢复光合能力,失水率80%的孔石莼则不能。实验结果表明,失水率40%的孔石莼主要释放新固定的小分子DOC,以被动扩散为主,具有最高的DOC释放速率和RDOC形成能力,光合损伤可完全修复;失水率80%的孔石莼主要释放储存的大分子DOC,以主动运输为主,DOC释放速率和RDOC形成能力低,光合损伤不可完全修复。3.在干露和光强对孔石莼释放DOC的影响机制及化学计量实验中,孔石莼在恒定光照强度下,DOC释放速率和S随失水率的升高先上升后降低;在光强120μmol photons m s条件下,藻体的C:N随着失水率升高而先增加后减小,在30μmol photons m s和600μmol photons m s的条件下,藻体的C:N与失水率呈正相关;藻体的F/F和Y（Ⅱ）与失水率呈负相关,NPQ的趋势相反。失水恒定时,孔石莼的DOC释放速率、DOC分子的S和藻体的C:N比值随光强的增加先升高后降低;在失水率80%和30%条件下,藻体的F/F、Y（Ⅱ）与光强呈正相关,NPQ与光强呈负相关,失水率15%条件下孔石莼的光合参数变化无明显差异。实验结果表明,光强120μmol photons m s、失水率30%是孔石莼光合固碳和释放DOC的最优条件。4.在潮汐对孔石莼碳汇能力的影响机制及化学计量实验中,模拟在不同潮位下孔石莼干露、浸没14 d后,潮下带、低潮区、中潮区、高潮区的生物固碳量增量分别为0.45 mg g、0.67 mg g、0.32 mg g、0.17 mg g,DOC释放量分别为1.18 mg g、4.82 mg g、8.73 mg g、7.86 mg g,POC释放量分别为0.04 mg g、1.38 mg g、3.90 mg g、1.00 mg g。实验结果表明,孔石莼的光合固碳能力在低潮区最高,中潮区是孔石莼释放有机碳的最佳区域。本研究发现,光强对孔石莼固碳能力的影响呈“波峰曲线的趋势,不同光强下藻体的光合物质积累量不同,导致孔石莼的有机碳释放速率不同;失水率升高抑制孔石莼光合固碳能力,同时引起胞内渗透压升高,影响藻体的有机碳释放过程;DOC的释放方式由光强和失水率协同控制。以上研究为大型海藻碳汇能力的估算提供参考依据,具有一定的科学价值。
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