浮游植物水華對(duì)溶解態(tài)鋁的清除機(jī)制：現(xiàn)場(chǎng)培養(yǎng)結(jié)果啟示

王召偉，任景玲*，金杰，劉素美，石金輝

（1.中國(guó)海洋大學(xué)海洋化學(xué)理論與工程技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東青島266100；2.中國(guó)海洋大學(xué)海洋環(huán)境與生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東青島266100）

浮游植物水華對(duì)溶解態(tài)鋁的清除機(jī)制：現(xiàn)場(chǎng)培養(yǎng)結(jié)果啟示

王召偉1，任景玲1*，金杰1，劉素美1，石金輝2

（1.中國(guó)海洋大學(xué)海洋化學(xué)理論與工程技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東青島266100；2.中國(guó)海洋大學(xué)海洋環(huán)境與生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東青島266100）

本文通過現(xiàn)場(chǎng)Al加富培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)探討浮游植物細(xì)胞生長(zhǎng)過程對(duì)溶解態(tài)Al的清除機(jī)制。實(shí)驗(yàn)分為4組，分別為對(duì)照組，N/P/Si加富組，N/P/Si/Al加富組和沙塵添加組。結(jié)果表明：對(duì)照組浮游植物細(xì)胞的比生長(zhǎng)率為0.46 d-1，兩個(gè)營(yíng)養(yǎng)鹽加富組的比生長(zhǎng)率增加至0.68 d-1，沙塵添加組的比生長(zhǎng)率介于兩者之間。培養(yǎng)過程中營(yíng)養(yǎng)鹽含量不斷下降，直至消耗殆盡。對(duì)照組和N/P/Si加富組中溶解態(tài)Al濃度緩慢下降，而N/P/Si/Al加富組中溶解態(tài)Al的濃度在指數(shù)增長(zhǎng)期降低約40%，在衰亡期顯著回升，沙塵添加組中溶解態(tài)Al的濃度隨培養(yǎng)時(shí)間不斷升高。利用草酸鹽淋洗試劑區(qū)分指數(shù)增長(zhǎng)期浮游植物細(xì)胞中Al的存在形態(tài)，對(duì)照組“細(xì)胞中總Al”和“細(xì)胞內(nèi)結(jié)合態(tài)Al”的含量分別為（3.6± 0.1）mg/g和（2.1±0.3）mg/g，而N/P/Si/Al加富組“細(xì)胞中總Al”和“細(xì)胞內(nèi)結(jié)合態(tài)Al”的含量分別增加至（5.1±0.3）mg/g和（3.2±0.4）mg/g。浮游植物細(xì)胞的生長(zhǎng)能夠顯著清除海洋中溶解態(tài)Al，其清除機(jī)制是細(xì)胞內(nèi)吸收作用為主，細(xì)胞外吸附作用為輔。

溶解態(tài)鋁；浮游植物水華；細(xì)胞內(nèi)結(jié)合態(tài)Al；現(xiàn)場(chǎng)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)；黃海

王召偉，任景玲，金杰，等.浮游植物水華對(duì)溶解態(tài)鋁的清除機(jī)制：現(xiàn)場(chǎng)培養(yǎng)結(jié)果啟示［J］.海洋學(xué)報(bào)，2014，37（2）：85-92，doi：10.3969/j.issn.0253-4193.2015.02.009

Wang Zhaowei，Ren Jingl ing，Jin Jie，et al.Scavenging mechanism of dissolved Al by phytoplankton：Inspiration from fi led incubation experiments［J］.Haiyang Xuebao，2014，37（2）：85-92，doi：10.3969/j.issn.0253-4193.2015.02.009

1　引言

鋁（Al），地殼中含量第三的元素［1］，在海水中的濃度僅在nmol/L水平［2］，屬于痕量金屬元素。溶解態(tài)Al在海洋中的分布和行為在過去幾十年的研究已較為充分，表現(xiàn)出較大的時(shí)空差異。早期研究結(jié)果表明：海洋中溶解態(tài)Al的源主要包括河流輸入［3］，大氣沙塵沉降［4］，沉積物溶解擴(kuò)散［5］和顆粒物（包括生源顆粒）表面釋放［6］。其在海洋中的匯主要包括顆粒物表面吸附［7］，河口混合過程的絮凝沉降［8］，生物吸收［9］等。大部分海區(qū)調(diào)查結(jié)果表明，溶解態(tài)Al是非營(yíng)養(yǎng)型分布的痕量元素［10—11］，且其在水體中存留時(shí)間相對(duì)較短（幾個(gè)星期到幾年），故通常將Al作為示蹤劑，示蹤水團(tuán)混合［12—13］、大氣沙塵沉降［7］等過程。但在地中海［14］、北冰洋［15］、黃海［16—17］和實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的研究［18—19］等結(jié)果均發(fā)現(xiàn)浮游植物主動(dòng)吸收溶解態(tài)Al的過程，故前期以海水中溶解態(tài)Al為示蹤因子的估算應(yīng)加以適當(dāng)修正，特別是在受浮游植物水華影響顯著的陸架邊緣海。為了有效地研究浮游植物對(duì)金屬離子的清除機(jī)制，H udson和M orel于［20］1989年提出利用Ti（Ⅲ）-E D TA-檸檬酸鹽作為淋洗試劑洗脫“細(xì)胞外吸附”的金屬離子以區(qū)分“細(xì)胞內(nèi)結(jié)合態(tài)”和“細(xì)胞外吸附態(tài)”的金屬離子含量的方法，Tovar-Sanchez等［21］人于2003年對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)，用草酸鹽代替Ti（Ⅲ）對(duì)細(xì)胞外吸附態(tài)的痕量金屬鐵進(jìn)行淋洗，結(jié)果表明細(xì)胞外吸附態(tài)鐵占細(xì)胞中總鐵的比例為16%～86%。

黃海是中國(guó)陸架邊緣海的主要組成部分，大氣沙塵輸送是黃海中部營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和痕量金屬Al的主要來源［22—23］。例如，2000-2002年，在影響中國(guó)邊緣海的亞洲沙塵事件中，接近30.9%的沙塵到達(dá)黃海海域［24］。黃海葉綠素的平均含量夏、秋高，冬、春低，且黃海中部每年春季都會(huì)暴發(fā)季節(jié)性水華［25］。黃海的這些特點(diǎn)為研究溶解態(tài)Al的生物行為提供了良好的場(chǎng)所。本文主要通過船上現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件進(jìn)行Al加富/沙塵加富培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，以期驗(yàn)證浮游植物的生長(zhǎng)對(duì)溶解態(tài)Al的清除行為，并利用痕量元素淋洗試劑區(qū)分浮游植物細(xì)胞中Al的存在形態(tài)，初步探討其清除機(jī)制，深化對(duì)海洋中Al的生物地球化學(xué)行為的認(rèn)識(shí)。

2　材料與方法

2.1采樣站位及方法

于2009年3-4月乘坐“北斗”號(hào)科研調(diào)查船在黃海進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，在B26站（36.028°N，124.041°E；水深79 m）采集表層海水樣品（表層溫度為5.6℃）。海水采集后立即通過200μm篩絹濾除浮游動(dòng)物后，分裝入酸洗凈的19 L聚碳酸酯桶中，用于現(xiàn)場(chǎng)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)分為4組，分別為對(duì)照組、氮磷硅（N/P/Si）加富組、氮磷硅鋁（N/P/Si/Al）加富組和沙塵添加組，各組加標(biāo)情況如表1所示。每組平行培養(yǎng)2份，以保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性。培養(yǎng)液中加入的Al標(biāo)準(zhǔn)液由K Al（SO4）2·12 H2O配制，為防止加富的Al在海水中形成氫氧化鋁絮凝沉降，按1∶2的比例同時(shí)加入E D TA。所有培養(yǎng)用聚碳酸酯桶置于后甲板大水箱中，現(xiàn)場(chǎng)海水浴條件下培養(yǎng)20 d，每天搖桶3～4次，以減少浮游植物沉降及保證其呼吸。每隔1～2 d定時(shí)取樣，培養(yǎng)液經(jīng)針頭濾器（德國(guó)，M E M BR A N A公司，0.45μm）過濾后，營(yíng)養(yǎng)鹽樣品滴加飽和H gCl2常溫避光保存，溶解態(tài)Al樣品置于冰箱冷凍保存（-18℃）。葉綠素樣品用0.45μm醋酸纖維膜過濾，過濾時(shí)加入飽和碳酸鎂溶液防止鎂離子流失和p H的改變，膜樣冷凍保存。

本次培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)添加的沙塵為2008年5月沙塵暴期間在青島采集的自然沉降的亞洲沙塵，沙塵采集后，用20μm的篩絹分級(jí)處理并分析了其主要營(yíng)養(yǎng)成分及微量金屬元素，單位質(zhì)量的沙塵在寡營(yíng)養(yǎng)的大洋水中溶出N O-3、N H+4、P O3-4、SiO2-3的濃度分別為7.00μmol/g、3.97μmol/g、0.26μmol/g、7.33μmol/ g，而微量金屬元素Ee、Zn的溶出量為0.687 mg/g、0.219 mg/g，為后續(xù)的沙塵添加實(shí)驗(yàn)提供參考數(shù)據(jù)［］。

表1　船上各培養(yǎng)組中元素的添加量（單位：μmol/L）Tab.1 Concentration of the elements added during the culture experiments on board（units：μmol/L）

2.2測(cè)定方法

溶解態(tài)Al的分析方法采用Zhang等［27］于2000年改進(jìn)的鋁-熒光鎵（Al-L M G）熒光光度法，其檢出限是0.25 nmol/L，在40 n mol/L和1.0 nmol/L時(shí)檢測(cè)精密度分別為5%和6.7%。葉綠素a（Chla）的分析方法采用熒光法測(cè)定，膜樣先用90%丙酮萃取，然后采用Trilogy實(shí)驗(yàn)室型熒光儀（Turner Designs）測(cè)定。培養(yǎng)液中各種營(yíng)養(yǎng)鹽的濃度采用營(yíng)養(yǎng)鹽自動(dòng)分析儀（Skalar SA Nplus）測(cè)定。浮游植物細(xì)胞中不同結(jié)合態(tài)Al的測(cè)定方法：每組取4份平行的培養(yǎng)液樣品進(jìn)行過濾（真空泵負(fù)壓低于3 kPa，保證浮游植物細(xì)胞不破碎），其中2份用草酸鹽淋洗試劑（草酸-E D TA-檸檬酸鹽）將“細(xì)胞外吸附態(tài)Al”淋洗下來，測(cè)定淋洗后浮游植物細(xì)胞中“細(xì)胞內(nèi)結(jié)合態(tài)Al”的量，另2份不加淋洗試劑，直接測(cè)定細(xì)胞中總Al的量，二者之差即為“細(xì)胞外吸附態(tài)Al”。濾膜烘干稱重后在聚四氟乙烯消化罐中用濃H N O3-H ClO4（10∶2，體積比）消解36 h，采用上述方法測(cè)定消解液中Al的含量。實(shí)驗(yàn)對(duì)滸苔消解的精密度為5.2%（n=7），對(duì)威氏海鏈藻進(jìn)行淋洗實(shí)驗(yàn)，非淋洗的精密度為3.8%，淋洗的精密度為19.3%（n=5）［19］。

3　結(jié)果與討論

3.1浮游植物生長(zhǎng)對(duì)水體中溶解態(tài)Al的清除行為

在B26站位采集的海水，由于海水初始溫度較低，初始細(xì)胞豐度也較低，優(yōu)勢(shì)種主要有隱藻、中肋骨條藻、雙鞭毛藻、海鏈藻和角毛藻組成，且細(xì)胞豐度依次降低。表2給出了現(xiàn)場(chǎng)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)過程中在指數(shù)增長(zhǎng)期各組的浮游植物細(xì)胞種類數(shù)、細(xì)胞豐度和比生長(zhǎng)率。由于營(yíng)養(yǎng)鹽的加入，使得N/P/Si和N/P/Si/Al加富組的浮游植物細(xì)胞生長(zhǎng)較快，且細(xì)胞豐度較對(duì)照組增加3個(gè)數(shù)量級(jí)。沙塵添加組中由于沙塵的加入，其攜帶的營(yíng)養(yǎng)鹽進(jìn)入培養(yǎng)液，促使浮游植物細(xì)胞的生長(zhǎng)，但其比生長(zhǎng)率和細(xì)胞豐度都介于對(duì)照組和營(yíng)養(yǎng)鹽加富組之間。培養(yǎng)過程中浮游植物優(yōu)勢(shì)種的變化情況如圖1，營(yíng)養(yǎng)鹽加富組的優(yōu)勢(shì)種由原來的5種變?yōu)楹ｆ溤搴椭欣吖菞l藻兩種，細(xì)胞豐度各占約50%，而沙塵添加組的優(yōu)勢(shì)種還出現(xiàn)角毛藻，約占20%。

表2　指數(shù)增長(zhǎng)期各培養(yǎng)組浮游植物種類數(shù)、細(xì)胞豐度和比生長(zhǎng)率Tab.2 The amount of phytoplankton species，cell abundance and growth rate during the exponential growth phase

圖1　指數(shù)增長(zhǎng)期各培養(yǎng)組中浮游植物的比例組成Eig.1 The percentage of phytoplankton species in different culture groups during the exponential growth phase

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示，整個(gè)培養(yǎng)過程，各組浮游植物生長(zhǎng)狀況良好（見圖2a），潛伏期（0～4 d）、指數(shù)增長(zhǎng)期（4～8 d）、穩(wěn)定期（8～12 d）、衰亡期（12 d以后）。添加的Al會(huì)使浮游植物細(xì)胞在指數(shù)增長(zhǎng)期比生長(zhǎng)率減小，但并沒有對(duì)浮游植物的生長(zhǎng)表現(xiàn)出明顯的生長(zhǎng)抑制（表2）。各個(gè)培養(yǎng)組的營(yíng)養(yǎng)鹽含量均在第4天開始急劇下降，至第8天左右降到0.1μmol/L以下，營(yíng)養(yǎng)鹽的匱乏導(dǎo)致浮游植物細(xì)胞逐漸死亡，進(jìn)入衰亡期（見圖2b～d）。圖2e指示培養(yǎng)過程溶解態(tài)Al的變化趨勢(shì)，對(duì)照組和N/P/Si加富組的趨勢(shì)基本相似，溶解態(tài)Al的濃度在培養(yǎng)初期即緩慢下降，而后基本保持不變。N/P/Si加富組中由于營(yíng)養(yǎng)鹽的加入浮游植物細(xì)胞生長(zhǎng)更加旺盛，消耗培養(yǎng)液中更多的溶解態(tài)Al，故其溶解態(tài)Al的濃度在指數(shù)增長(zhǎng)期顯著低于對(duì)照組海水（t檢驗(yàn)，α=0.05）。

圖2　培養(yǎng)過程中葉綠素a、營(yíng)養(yǎng)鹽及溶解態(tài)Al含量的變化Eig.2 Variation of the concentration of chlorophya，nutrients and dissolved Al during the culture process

在N/P/Si/Al加富組中，添加溶解態(tài)Al的含量為500 nmol/L，并按1∶2的比例同時(shí)加入E D TA是為了保證加入的Al能以溶解態(tài)的形式存在于海水中，但在零時(shí)刻實(shí)測(cè)的溶解態(tài)Al含量只有121 nmol/L。造成現(xiàn)場(chǎng)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)初期實(shí)測(cè)的溶解態(tài)Al含量低于添加的Al的濃度原因，可能是由于培養(yǎng)用的現(xiàn)場(chǎng)海水只用孔徑200μm的篩絹濾除浮游動(dòng)物，海水中仍含有大量的藻類和顆粒物（初始海水中Al：26 n mol/L；SP M：2.6 mg/L；Chla：0.47μg/L），添加的Al可能被快速的吸附在顆粒物或藻細(xì)胞表面而被清除出水體。N/P/Si/Al加富組中溶解態(tài)Al的濃度較初始時(shí)刻在指數(shù)增長(zhǎng)期降低約40%，然后溶解態(tài)Al的濃度又顯著增加。浮游植物的旺盛生長(zhǎng)能夠明顯清除水體中溶解態(tài)Al，而衰亡期大量藻體細(xì)胞死亡后降解又會(huì)釋放出大量的溶解態(tài)Al。浮游植物細(xì)胞死亡后降解產(chǎn)生的碎屑既可以是溶解態(tài)Al的源又可以是溶解態(tài)Al的匯。一方面表現(xiàn)為，浮游植物細(xì)胞死亡后降解，細(xì)胞吸附/吸收的Al重新釋放回水體，從而造成溶解態(tài)Al濃度的升高［6］。另一方面生源顆粒物表面富含羥基、羧基，這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了它容易吸附Al，成為溶解態(tài)Al清除的重要載體［28］。由圖2e的結(jié)果看，N/P/Si/Al加富組在細(xì)胞死亡后營(yíng)養(yǎng)鹽無明顯增加，而溶解態(tài)Al的濃度增加，主要原因在于浮游植物細(xì)胞生長(zhǎng)過程中磷能夠吸附在細(xì)胞表面，而碳、氮、硅無明顯的吸附現(xiàn)象，且“細(xì)胞表面吸附態(tài)磷”占細(xì)胞中總磷的比例不足20%［29］，而Al能夠快速的吸附在細(xì)胞的表面。故細(xì)胞死亡后降解，導(dǎo)致吸附在細(xì)胞表面的Al重新釋放回水體，而營(yíng)養(yǎng)鹽則不明顯。其次，浮游植物細(xì)胞死亡后并未完全降解，細(xì)胞內(nèi)有機(jī)態(tài)的營(yíng)養(yǎng)鹽還未轉(zhuǎn)化為無機(jī)態(tài)，故營(yíng)養(yǎng)鹽未看到明顯增加。最后，細(xì)胞死亡后降解，培養(yǎng)液的p H降低，懸浮顆粒物溶出Al的能力加強(qiáng)［30］，導(dǎo)致培養(yǎng)后期溶解態(tài)Al的濃度高于初始濃度。

沙塵添加組中由于添加的沙塵量較大（150 mg/L），浮游植物細(xì)胞生長(zhǎng)較為緩慢，且沙塵中Al的溶出量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過浮游植物的生長(zhǎng)對(duì)溶解態(tài)Al的清除量，故沙塵添加組中溶解態(tài)Al的濃度隨培養(yǎng)時(shí)間不斷升高。但是沙塵添加組培養(yǎng)液中溶解態(tài)Al的濃度在指數(shù)增長(zhǎng)期（4～8 d）顯著低于沙塵溶出Al的線性回歸（圖2e），間接證實(shí)浮游植物細(xì)胞在指數(shù)增長(zhǎng)期對(duì)溶解態(tài)Al的清除作用。浮游植物的生長(zhǎng)對(duì)溶解態(tài)Al的清除機(jī)制可能是浮游植物細(xì)胞的表面吸附，也可是浮游植物細(xì)胞的內(nèi)部吸收［19］，具體討論見下節(jié)。

3.2浮游植物細(xì)胞中Al的存在形態(tài)

M ackenzie等于1978年在地中海發(fā)現(xiàn)溶解態(tài)Al和Si的相似行為，并提出海洋中鋁和硅的循環(huán)通過硅藻的代謝活動(dòng)聯(lián)系在一起的假設(shè)［9］。Stoffyn在1979年通過實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)中肋骨條藻驗(yàn)證了海洋中溶解態(tài)Al受生物活動(dòng)控制［18］。船上現(xiàn)場(chǎng)培養(yǎng)過程中，N/P/Si/Al加富組在指數(shù)增長(zhǎng)期細(xì)胞培養(yǎng)液中溶解態(tài)Al和Chla的關(guān)系如圖3a所示，其負(fù)相關(guān)的關(guān)系（r2=0.93）表明浮游植物的生長(zhǎng)活動(dòng)對(duì)溶解態(tài)Al的清除。溶解態(tài)Al的濃度與硅酸鹽之間呈線性相關(guān)（圖3b，r2=0.89），揭示了浮游植物的生長(zhǎng)對(duì)溶解態(tài)Al的清除和硅酸鹽具有相類似的行為。Koning等在2007年利用實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)和X射線吸收光譜等手段驗(yàn)證了環(huán)境中Al迅速與硅藻細(xì)胞膜結(jié)合，并將Al的結(jié)構(gòu)合并到Si的結(jié)構(gòu)框架中，形成鋁硅酸鹽［31］。Han等2008年估算了硅藻吸收溶解態(tài)Al形成硅質(zhì)外殼約占30%。他們認(rèn)為水體中浮游植物的主動(dòng)吸收/吸附將超過被動(dòng)的顆粒物清除，尤其在暴發(fā)硅藻水華，而且懸浮顆粒物的濃度相對(duì)較低的近岸海域［32］。

圖3　指數(shù)增長(zhǎng)期溶解態(tài)Al與葉綠素a、溶解態(tài)硅酸鹽的關(guān)系Eig.3 Relationship between dissolved Al，Chlaand dissolved si l icate during exponential growth

取指數(shù)增長(zhǎng)期（第6天）的浮游植物細(xì)胞樣品用草酸鹽淋洗試劑進(jìn)行淋洗，以區(qū)分浮游植物細(xì)胞中Al的存在形態(tài)，結(jié)果如圖4所示。指數(shù)增長(zhǎng)期對(duì)照組細(xì)胞中總Al的含量為（3.6±0.1）mg/g，細(xì)胞內(nèi)結(jié)合態(tài)Al的含量為（2.1±0.3）mg/g，細(xì)胞內(nèi)結(jié)合態(tài)Al占細(xì)胞中總Al的比例為58%。而N/P/Si加富組和N/P/Si/Al加富組細(xì)胞中總Al含量分別為（4.0± 0.2）mg/g，（5.1±0.3）mg/g，細(xì)胞內(nèi)結(jié)合態(tài)Al的含量分別為（2.3±0.5）mg/g，（3.2±0.4）mg/g。為驗(yàn)證整個(gè)培養(yǎng)過程Al的質(zhì)量是否守恒，引入“顆?；钚訟l”來估算懸浮顆粒物解析的潛在貢獻(xiàn)。在海洋中，Al在顆粒物-水界面的分配通常用一個(gè)分配系數(shù)Kd（單位：m L/g）表示，其中，Cp代表顆?；钚訟l（nmol/L），Cd代表溶解態(tài)Al（n mol/L），S P M是懸浮顆粒物的濃度（g/m L）?；谖覈?guó)近海已發(fā)表的數(shù)據(jù)，Kd的范圍在105～107m L/g之間，平均值約106m L/g［16，33—34］。依據(jù)指數(shù)增長(zhǎng)期溶解態(tài)Al和SP M的濃度，可計(jì)算出Cp=224 nmol/ L，此為懸浮顆粒物溶解釋放Al的潛在貢獻(xiàn)量。培養(yǎng)液中溶解態(tài)Al的減少量為440 n mol/L。指數(shù)增長(zhǎng)期培養(yǎng)液體積為15 L，故培養(yǎng)液中Al的總減少量為269μg。依據(jù)N/P/Si加富組和N/P/Si/Al加富組“細(xì)胞中總Al”的差異（1.1 mg/g）和藻細(xì)胞濃度（16 mg/L），可計(jì)算出細(xì)胞中Al的增加量為264μg。由以上計(jì)算可見，N/P/Si/Al加富組在指數(shù)增長(zhǎng)期培養(yǎng)液中溶解態(tài)Al濃度的下降由浮游植物細(xì)胞的生長(zhǎng)清除導(dǎo)致。細(xì)胞淋洗結(jié)果證明了浮游植物的生長(zhǎng)能夠明顯清除水體中的溶解態(tài)Al，其中被清除的溶解態(tài)Al中73%被浮游植物細(xì)胞內(nèi)部吸收利用，其余的27%被浮游植物細(xì)胞表面吸附，浮游植物細(xì)胞中Al的存在形態(tài)以“細(xì)胞內(nèi)結(jié)合態(tài)”為主。

3.3沙塵添加培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中Al的溶出行為

黃海春季大面積浮游植物水華的發(fā)生與春季頻發(fā)的沙塵暴密切相關(guān)［35］，大氣沙塵攜帶的營(yíng)養(yǎng)鹽或者鐵能夠促進(jìn)浮游植物生長(zhǎng)［36-37］，從而提高初級(jí)生產(chǎn)力，特別是在高營(yíng)養(yǎng)鹽低葉綠素海區(qū)（H N LC）。由圖2a可見，沙塵的添加對(duì)浮游植物的生長(zhǎng)起到顯著的調(diào)控作用。沙塵為浮游植物細(xì)胞的生長(zhǎng)提供了一定量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和微量營(yíng)養(yǎng)元素（如鐵），其葉綠素的含量相比于對(duì)照組也有顯著增加（t檢驗(yàn)，α=0.05），且沙塵釋放的營(yíng)養(yǎng)鹽對(duì)葉綠素的支持效率高于營(yíng)養(yǎng)鹽加富組。培養(yǎng)液中溶解態(tài)Al的不斷增加表明大氣沙塵沉降及其溶解是影響海洋中溶解態(tài)Al循環(huán)的重要途徑［38］。沙塵添加組中初始添加的沙塵量為150 mg/L，通過20 d的培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)液中溶解態(tài)Al的濃度高達(dá)4 073.6 n mol/L，假設(shè)沙塵中Al的含量為8.1%［1］，忽略浮游植物細(xì)胞生長(zhǎng)對(duì)溶解態(tài)Al的清除作用，估算沙塵中Al的溶解度約為0.9%，低于Shi等2013年報(bào)道的沙塵的溶解度范圍在1.5%～5.1%之間［39］，分析其原因，主要是培養(yǎng)過程浮游植物細(xì)胞的生長(zhǎng)對(duì)溶解態(tài)Al的清除導(dǎo)致。

圖4　浮游植物細(xì)胞中總Al和細(xì)胞內(nèi)結(jié)合態(tài)Al的含量Eig.4 The content of total Al and intra-cellular Alin the phytoplankton cells

4　結(jié)論

本文通過現(xiàn)場(chǎng)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)得出的主要結(jié)論如下：

（1）浮游植物的生長(zhǎng)（尤其是硅藻）對(duì)水體中溶解態(tài)Al存在明顯的清除行為，在指數(shù)增長(zhǎng)期的清除量約占40%，細(xì)胞衰亡后又會(huì)釋放Al。

（2）浮游植物細(xì)胞的生長(zhǎng)對(duì)溶解態(tài)Al的清除機(jī)制包括細(xì)胞外吸附和細(xì)胞內(nèi)吸收轉(zhuǎn)化兩個(gè)過程，其中細(xì)胞內(nèi)吸收轉(zhuǎn)化的貢獻(xiàn)約占73%，細(xì)胞中Al的存在形態(tài)以“細(xì)胞內(nèi)結(jié)合態(tài)”為主。

致謝：本研究在采樣過程中，得到了中國(guó)海洋大學(xué)海洋生物地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)室人員的熱情幫助，浮游植物種類鑒定由國(guó)家海洋局第一海洋研究所李艷老師完成，謹(jǐn)致謝忱！

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Scavenging mechanism of dissolved Al by phytoplankton：Inspiration from filed incubation experiments

Wang Zhaowei1，Ren Jingl ing1，Jin Jie1，Liu Su mei1，Shi Jinhui2
（1.Key Laboratory ofM arine Chemistry Theory and Technology，Ministry of Education，Ocean University of China，Qingdao 266100，China；2.Key Laboratory of M arine Environmental Science and Ecology，Ocean University of China，Ministry of Education of China，Qingdao266010，China）

The scavenging mechanism of dissolved Al by the growth of phytoplankton wasinvestigated through field incubation experiments in the present study.The experiments were allocated into 4 groups：control group，N/P/ Si-enrich ment group，N/P/Si/Al-enrich ment group and dust-enrich ment group.The results showed that the phytoplankton cell's growth rate ofthe control group was 0.48 d-1，the two enrich ment groupsincreased to 0.68 d-1，the growth rate ofthe dust-enrich ment group was between them.Nutrients were decl ining unti l exhausted in each groups during the incubation period.The concentration of dissolved Al decreased slowly in the control group and N/P/Si-enrich ment group.Dissolved Al concentrations decreased 40%during the exponential growth phase ofthe N/P/Si/Al-enrich ment group，and increased during decl ine phase.The concentration of dissolved Al increased steadily with timein the dust-enrich ment group.Total and intra-cellular Al was differentiated using oxalate reagent（Oxalate-ED TA-Citrate）.Results showed that the total Al and the intra-cellular Al content in the phytoplankton cells of the control group was（3.6±0.1）mg/g and（2.1±0.3）mg/g，respectively.In the N/P/Si/Al-enrichment group，it was increased to（5.1±0.3）mg/g and（3.2±0.4）mg/g.The growth of phytoplankton can remove dissolved Al in the ocean significantly，and its primary removal mechanism is absorption by phytoplankton cells，supplemented by adsorption by phytoplankton cells.

dissolved Al；phytoplankton bloom；intra-cellular Al；fi led incubation experiments；Yellow Sea

X173

A

0253-4193（2015）02-0085-08

2014-07-01；

2014-08-22。

國(guó)家基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃（2011CB409801）；國(guó)家自然科學(xué)基金（41176096）。

王召偉（1988—），男，山東省濟(jì)南市人，博士，主要從事痕量金屬元素的海洋生物地球化學(xué)循環(huán)研究。E-mai l：weida4585@126.com

任景玲，教授，主要從事痕量元素的生物地球化學(xué)循環(huán)研究。E-mai l：renj ingl@ouc.edu.cn