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胶州湾生物固氮作用研究

2020-12-02阅读(591)

胶州湾生物固氮作用研究

论文摘要

本研究针对15N2同位素示踪法测定生物固氮速率中引入示踪剂操作方法的不足,通过实验室实验,对同位素（15N2）示踪法测定固氮速率中引入15N2的操作进行改进,找到了一种更理想的15N2示踪剂引入操作方法。另一方面中国近岸海域有关生物固氮的相关报导较少,而与黄海毗邻的半封闭海湾-胶州湾没有生物固氮作用方面的相关报导,因此通过胶州湾海区的现场调查实验,测定胶州湾海区的水体生物固氮速率,并结合现场其他要素,分析胶州湾生物固氮速率可能受到的影响因素,填补胶州湾在生物固氮作用方面研究的历史空白,显得十分必要。同位素示踪测定固氮速率对示踪剂引入操作的改进实验中,结果表明海水脱气与否,对15N2的溶解没有影响,没有脱气的海水中14N2本底会稀释15N原子百分数。使用漩涡混合器对加入15N2标记气体涡旋混合,10 min即可使15N2浓度达到饱和,加入的15N2气体超过溶解度时,15N2的利用率随气体体积的增加越来越低。对直接注入15N2气体引入示踪剂的操作改进后,15N的原子百分数相较于通过预溶解海水引入示踪剂提高了约一倍。而且操作简便,降低了现在普遍使用的富15N海水引入示踪剂可能带来的痕量金属和营养盐沾污风险,同时,相比于直接注入15N2气体引入示踪剂,改进后气泡法能够准确测定培养水体初始时刻的15N2浓度,避免固氮速率被低估。改进气泡法的现场应用中,大亚湾样品中15N原子丰度为10.8±1.95%（n=59）,胶州湾的15N原子丰度为8.00±1.25%（n=46）,比报导的预溶解海水引入示踪剂更高,并且流程操作简便,现场培养体系中15N原子丰度受14N2背景浓度及实验操作的影响。基于2015年7月至2016年11月对胶州湾春夏秋冬4个航次的调查、采样及分析,首次系统地测定了胶州湾的生物固氮速率,揭示了胶州湾生物固氮速率的时空分布特征,填补了胶州湾在生物固氮作用方面研究的历史空白。并通过同航次的初级生产力的培养实验,估算了各个航次生物固氮作用对初级生产力的贡献。同时通过文献资料估算了胶州湾生物固氮作用对胶州湾新氮输入的贡献。结合物理水文参数以及化学等相关要素,探讨了固氮作用可能的调控机制。经过4个航次的生物固氮速率的调查研究,得到了以下结论:1.胶州湾不同季节航次的固氮速率为:夏季（3.1 μmol N/m3/d）>冬季（2.2 μmol N/m3/d）≈春季（2.14μmolN/m3/d）>秋季（0.9μmolN/m3/d）,积分固氮速率:夏季（36.0 μmolN/m2/d）>冬季（25.2μmolN/m2/d）>春季（17.2 μmolN/m2/d）>秋季（7.5μmolN/m2/d）,各站位的体积固氮速率与中国近海的报导值相当。2.春季、夏季、秋季的固氮速率湾内高于湾外,并且与初级生产力有较好的正相关关系,固氮速率受到初级生产者释放的DOC影响的可能性较大,秋季统计分析发现固氮速率与DOC的相关性显著,同样在2015年7月至2016年10月大亚湾航次调查表明固氮速率同样受DOC调控,在近岸海域,固氮速率受DOC的影响可能是普遍现象。而冬季的固氮速率湾内低于湾外,固氮速率的分布与水温的分布有较好的一致性,受水温的影响明显。3.胶州湾进行的预溶解海水与15N2气泡引入示踪剂的对比实验表明:预溶解海水引入示踪剂测定的生物固氮速率高于15N2气泡引入示踪剂,与国外的报导相一致。4.对胶州湾秋季的生物基因样品分析发现,胶州湾的固氮生物主要以变形菌为主。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  •   1.1 海洋氮循环
  •   1.2 海洋生物固氮作用
  •   1.3 研究现状
  •   1.4 固氮作用的影响因素
  •   1.5 本文研究的内容与目标
  • 第二章 材料与方法
  •   2.1 样品采集
  •     2.1.1 生物固氮样品采集
  •     2.1.2 固氮基因样品采集
  •     2.1.3 颗粒有机物（POM）的采集
  •   2.2 生物固氮样品的分析
  • 15N值的测定'>    2.2.1 氮含量与δ15N值的测定
  •     2.2.2 生物固氮速率
  •   2.3 固氮基因序列的测定
  •   2.4 初级生产力
  •   2.5 其他要素
  • 15N2的引入'>第三章 同位素示踪法测定生物固氮速率中15N2的引入
  •   3.1 引言
  •   3.2 材料与方法
  •     3.2.1 同位素标记气体的纯化
  •     3.2.2 预溶解海水的制备
  •     3.2.3 气泡与预溶解海水引入示踪剂的对比实验
  •     3.2.4 改进气泡法
  •     3.2.5 标准溶液的配制
  • 14N2与15N2浓度'>    3.2.6 膜进样质谱仪测定14N2与15N2浓度
  •   3.3 结果与讨论
  •     3.3.1 工作曲线
  •     3.3.2 预溶解海水制备中氮气去除效率
  • 15N2的溶解'>    3.3.3 预溶解海水制备中15N2的溶解
  • 15N2气泡引入示踪剂测定固氮速率的差异'>    3.3.4 预溶解海水与15N2气泡引入示踪剂测定固氮速率的差异
  •     3.3.5 改进气泡法的优势
  •   3.4 小结
  • 第四章 胶州湾的生物固氮作用
  •   4.1 样品采集
  •   4.2 胶州湾的理化参数
  •     4.2.1 海水的温度和盐度
  •     4.2.2 溶解无机营养盐
  •     4.2.3 叶绿素a
  •   4.3 生物固氮作用
  •     4.3.1 生物固氮速率的分布
  •     4.3.2 生物固氮速率的粒级分布
  •     4.3.3 胶州湾秋季航次的固氮基因分析
  •   4.4 溶解无机氮未必抑制生物固氮作用
  •   4.5 溶解无机磷与生物固氮速率
  •   4.6 溶解有机碳促进生物固氮
  •   4.7 初级生产力与生物固氮速率
  •   4.8 胶州湾生物固氮模型
  •   4.9 固氮作用对初级生产力的贡献
  •   4.10 固氮作用对新氮的贡献
  • 第五章 结论与展望
  •   5.1 改进气泡法的结论
  •   5.2 胶州湾生物固氮作用的结论
  •   5.3 创新点
  •   5.4 不足与展望
  • 参考文献
  • 硕士研究生期间的主要工作
  •   1 发表（投稿中）论文
  •   2 参加的科研项目
  •   3 参加的科学考察航次
  • 致谢

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 陈盛保

    导师: 张润

    关键词: 胶州湾,生物固氮,示踪吸收,初级生产力

    来源: 厦门大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

    专业: 海洋学,环境科学与资源利用

    单位: 厦门大学

    基金: “973”

    分类号: X55

    总页数: 97

    文件大小: 8503K

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