兴凯湖湿地系统铁盐与浮游植物生产力时空耦合及其上行效应研究

Iron is a necessary element of electron transfer, oxygen metabolism, nitrogen uptake and utilization, photosynthesis and respiration in the process of the growth of phytoplankton, its content, speciation and distribution have important influences on the health of wetland ecosystem. Studies of the iron hypothesis for global change research are in the ascendant. In recent years, the synergistic effects of iron and nutrients such as nitrogen, phosphorus and silicon on phytoplankton are hotspots and cutting-edge scientific issues..The research is plan to conduct in wetland ecosystem of Lake Xingkai. Field controlled experiment, the AGP simulated experiment and isotope techniques are conducted under guides of the basic theory of wetland science and ecological stoichiometry.The purpose of the research is to clarify the temporal and spatial variation and coupling relationship of iron and nutrients such as nitrogen, phosphorus and silicon in wetland ecosystem of Lake Xingkai; reveal the synergistic effects of iron and nutrients on phytoplankton growth and community structure; determine the nutrient limitation factor of the dominant phytoplankton in Lake Xingkai and establish wetland iron - nutrients - phytoplankton productivity dynamic model; reveal the potential risk of eutrophication happened in Lake Xingkai by the effects of molysite. The research will further verify iron hypothesis and provide a theoretical basis to the wetland global change study, it will also have theoretical and practical significance for irrigation management, wetlands water quality degradation and restoration management in wetland ecosystem of Lake Xingkai.

铁是浮游植物生长过程中电子传递、氧的新陈代谢、氮的吸收利用、光合作用、呼吸作用的必要元素，它的含量、形态及分布对湿地生态系统健康具有重要影响。基于铁假说及全球变化研究方兴未艾，铁及氮磷硅等营养盐对浮游植物的交互协同作用是近年来研究热点及前沿科学问题。.本课题以兴凯湖流域湿地为研究对象，以湿地科学、生态化学计量学的基本理论为指导，利用野外现场观测及加富实验、AGP实验模拟及同位素技术，阐明流域湿地铁盐与氮磷硅等营养盐时空变化及其耦合关系，揭示铁与营养盐协同作用下的湿地浮游植物生长与群落结构变化，确定兴凯湖湿地系统浮游植物优势种营养盐限制因子，建立湿地界面铁-营养盐及浮游植物生产力动力模型，揭示铁盐作用下兴凯湖湿地富营养化发生的潜在风险，为进一步验证铁假说、开展湿地全球变化研究提供理论基础，对兴凯湖湿地农田用水管理、湿地水质退化及恢复具有理论与实践意义。

利用野外观测、GIS地统计分析、AGP等控制实验模拟技术，研究了兴凯湖流域湿地铁盐与氮磷硅等营养盐时空变化，及其协同作用下的湿地浮游植物生长与群落结构变化特征，具体结果有： .1. 兴凯湖流域Fe2+、Fe3+、浊度、BOD5、TP等在时间尺度和空间尺度上都是强变异，pH值全年在空间上都为弱变异，TOC全年呈中等变异。电导率、Fe2+、Fe3+的空间变异情况受人为因素干扰明显。总氮、总磷、二价铁、三价铁是影响小兴凯湖水质的主要因子。小兴凯湖水质总体表现为北部污染大于南部，沟渠入口、闸口、旅游点集中分布区水质较差。.2. 兴凯湖流域共鉴定浮游植物7门68属108种，其中以绿藻和硅藻为主，其中小兴凯湖96种，大兴凯湖69种, 东北泡子54种，松阿察河50种。绿藻在小兴凯湖、大兴凯湖和松阿察河中所占比例最高，硅藻在东北泡子比例最高。东北泡子和松阿察河的最大浮游植物种类出现在春季，而小兴凯湖和大兴凯湖最大浮游植物种类出现在夏季，以绿藻门为主。.3. 氮磷比是影响兴凯湖流域不同湿地类型浮游植物丰度的关键因子。水温是影响松阿察河浮游植物生长的关键因子。总氮和BOD5对小兴凯湖浮游植物的分布具有重要影响。总磷和Fe2+是影响大兴凯湖浮游植物分布的主要环境因子。而透明度对东北泡子浮游植物的生长起到了关键重要作用。小兴凯湖虽然整体营养盐水平很高，但较高的浊度抑制了浮游植物的生长。.4. 较高浓度氮、磷和Fe促进了浮游植物生长，使浮游植物丰度增大。但铁浓度超过一定范围就会使浮游植物生长受到抑制，施铁浓度为3μmol/L时，浮游植物丰度最大。不同藻类生长对铁浓度响应不同，其中Fe浓度达到9μmol•L-1时硅藻和绿藻生长最旺盛。当铁浓度为3μmol/L、光照强度为12000Lx时，固氮鱼腥藻数量生长最旺盛。发现Fe3+对蛋白核小球藻的生长具有明显促进作用。.5. 初步构建了湿地界面铁-营养盐及浮游植物生产力模型，探讨铁盐作用下兴凯湖湿地富营养化发生的潜在风险，对兴凯湖湿地农田用水管理、湿地水质退化及恢复研究具有理论与实践意义。