北部湾近海工程疏浚磷释放对浮游植物群落结构的影响及其机理研究

There has been an increasing number of large-scale dredging in the coastal waters of the Beibu Gulf. These dredging activities may cause sudden massive release of phosphorus (P) from sediments into water, which may have significant effects on the structure of phytoplankton community. This study will include field investigation, long-term monitoring of typical coastal engineering, field enclosure experiments, and laboratory culture experiments. Single cell molecular probe, flow cytometry, high performance liquid chromatography and other advanced technologies will be applied to investigate the P effects of the coastal dredging. The P speciation and concentrations, as well as alkaline phosphatase activity in phytoplankton, will be measured to study the mechanisms underlying the regulation of phytoplankton community. The long-term monitoring of large-scale coastal dredging will help to estimate the flux and mass of P released from sediments and its possible effects on phytoplankton community. The field mesocosm and laboratory experiments will provide detailed data on the process of P release. The response of phytoplankton community to P stress or limitation will be indicated by the changes of their alkaline phosphatase activity, population growth, and competitive strategy. This study will greatly improve our understanding of the effects of coastal dredging on the structure and function of coastal ecosystems, and the biogeochemical cycle of nutrients in the coastal waters.

北部湾近岸海域有众多的航道、港池等大型海洋疏浚工程，会导致沉积物中磷的急剧释放，可能对浮游植物群落结构起重要的影响作用。本项目以北部湾的铁山港湾、钦州湾和防城港湾等主要海湾为研究海域，采用现场海区调查和典型疏浚工程的跟踪监测相结合，查明工程疏浚磷释放对水体磷的形态和浓度的影响和贡献；应用传统显微镜鉴定与高效液相色谱等先进技术相结合，比较系统的开展北部湾工程疏浚磷释放对浮游植物群落结构的影响机制；研究北部湾近海浮游植物碱性磷酸酶活性，评估海区浮游植物磷胁迫状态，结合对疏浚海区与对照海区的比较研究结果、典型大型疏浚工程的跟踪观测结果的水体磷状态与浓度、浮游植物群落结构、浮游植物磷胁迫状态等变化之间的相互关系，揭示沉积物磷释放对浮游植物类群结构的影响及机理。该研究对大型海洋工程对近海生态系统结构与功能的影响以及生源要素的生物地球化学循环研究具有重要意义。

近海工程的疏浚是沿海港口建设和航运开发的一个重要活动，其对底泥的剧烈搅动，对海洋生源要素的生物地球化学循环有重要影响。在本项目之前，工程疏浚主要关注悬浮物对水质的影响，缺乏沉积物营养盐释放对生态环境影响的研究。本项目针对“近海工程疏浚磷释放对浮游植物影响”这一科学问题，以北部湾近海为主要研究海区，采用现场调查、跟踪观测和室内实验相结合的策略，对不同环境（疏浚集中海区和对照海区）中底泥磷释放强度、对水体磷浓度和形态的影响、对浮游植物生物量和群落结构的影响及其主要机理等进行了研究。取得的主要成果如下：（1）海洋沉积物是一个重要磷库。北部湾表层沉积物总磷的含量为125.9~1033.2μg/g，模拟实验表明北部湾沉积物中约10%的磷在搅动后释放到水体中，受疏浚扰动后层沉积物中的总磷浓度和生物有效态磷比例明显降低。（2）近海工程疏浚导致的沉积物磷释放改变了水体中磷的浓度、形态、营养盐结构比例以及时空分布格局，疏浚较多的海区磷的浓度相对周边较高。防城港码头施工点的活性磷酸盐浓度是周边对照点浓度的6倍，钦州港疏浚施工期也明显改变了磷酸盐分布格局。（3）北部湾浮游植物的时空分布特征受海水中磷的影响明显，浮游植物丰度高值区主要分布河口以及疏浚影响较多的港湾附近海区。浮游植物主要优势种的分布格局与疏浚活动密切相关，疏浚施工期附近海域硅藻类群生物量较高。疏浚搅动底栖硅藻再悬浮也可能是导致疏浚区硅藻比例增加的因素之一。（4）在相对靠外海域水体磷酸盐浓度较低，疏浚活动使底泥磷释放以及底部磷酸盐补充，水体得到磷有效补给，氮磷比降低，浮游植物态总碱性磷酸酶活性和细胞个体水平的碱性磷酸酶活性较低，表明浮游植物受磷限制/胁迫程度降低。实验室培养结果表明硅藻在低营养条件下获得磷补充过程中具有较强的利用效率和竞争优势。项目研究为加强大型海洋工程对近海生态系统结构与功能的影响以及生源要素的生物地球化学循环的认识具有重要意义。