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随着全球CO2浓度不断上升的,科学家对“遗失碳汇”研究取得一系列进展,大量研究表明:岩溶过程有巨大的碳汇作用,其中水生植物通过一系列的生命代谢活动对岩溶碳汇起到积极作用。钙镁硅酸盐岩的风化是重要的碳汇途径,微藻作为地球上最古老、最重要的初级生产力,能利用水体中的碳酸氢根,所以对“微藻生长受岩石风化影响、其对岩石风化作用的影响及其调节机制”进行研究,把微环境的研究成果扩大到大的地球化学环境中,更近一步讨论微藻对岩石溶蚀作用的地质意义,对整个碳循环的影响将具有深远的意义。开展微藻对硅酸盐岩(以橄榄岩为例)生物溶蚀的研究,探讨微藻对硅酸盐岩溶蚀效应的影响及其硅酸盐岩溶蚀过程中对微藻碳汇的影响,为寻找“遗失碳汇”提出科学依据,发掘生物增汇技术。 4,4-二异硫氰-2,2-二黄酸芪(4,4-diisothiocyanatostilbene-2,2-disulfonate,DIDS)能特异性抑制微藻的阴离子通道。乙酰唑胺(Acetazolamide,AZ)是碳酸酐酶胞外酶(CA ex)抑制剂,能特异性抑制胞外碳酸酐酶的活性。两种抑制剂影响着微藻的无机碳代谢途径,因此论文通过向实验处理中添加DIDS、AZ以探究微藻对橄榄岩的生物溶蚀效应及其过程中的碳汇效应。 本论文选取莱茵衣藻、蛋白核小球藻两种微藻为实验材料,通过实验室控制的方法,研究了贫富镁营养环境中两种微藻对含镁较高的橄榄岩的风化作用、AZ影响下微藻对橄榄岩的风化作用、DIDS影响下微藻对橄榄岩的风化作用、不同pH梯度下微藻对橄榄岩的风化作用,同时利用无机碳利用途径份额的计算方法探究了微藻在各个处理情况下碳汇效应的响应机理。得到以下的研究成果: (1)本论文建立了微藻CO2同化过程中的稳定碳同位素分馏值方法,并以此探讨了微藻的无机碳利用份额。以莱茵衣藻、蛋白核小球藻,及野外红枫湖混合藻三种岩溶湖泊微藻为例,定量出其CO2同化过程中的碳同位素分馏值分别为15.3‰、14.8‰、21.7‰。三种藻分馏值差异主要与藻种细胞体积大小有关。利用此分馏值计算出衣藻、小球藻、混合藻自然培养下的碳酸氢根离子途径利用份额分别为100%、81.1%、97.8%,表明了生长在岩溶湖泊的微藻利用无机碳的途径主要为碳酸氢根离子途径。 (2)橄榄岩的风化作用促进了微藻的生物碳汇的增加,并且不管外界环境是否缺镁,微藻生长都会增加橄榄岩的风化量。在缺镁培养液的处理添加下,添加橄榄岩使得衣藻和小球藻的生物量分别增加了0.97mg/L、0.65mg/L,在不缺镁培养液的处理添加下,添加橄榄岩使得衣藻和小球藻的生物量分别增加了0.26mg/L、2.42mg/L。微藻能吸收利用橄榄岩风化产生的离子,为自身生命活动提供营养物质,促进其生长,增加微藻的生物碳汇作用;其中莱茵衣藻的生长情况在外界贫镁营养时依然保持正常的生长,保持较高的生物碳汇作用。结合前人对全球碳汇的估算模型,忽略岩溶风化地区各水体流域中微藻的对岩石的溶蚀作用,会使得岩石风化的碳汇效应被低估,此结论为“遗失碳汇”的寻找带来新的方向。 (3)微藻在贫镁处理后受到AZ作用时生物碳汇增加。处理7d时,缺镁营养液在不添加橄榄岩的处理中,添加AZ与不添加AZ的处理组相比衣藻和小球藻的生物量分别增加了0.38mg/L、0.40mg/L,缺镁营养液在添加橄榄岩的处理中,衣藻和小球藻的生物量分别增加了0.49mg/L、0.57mg/L。 (4)微藻的CAex活性是微藻对橄榄岩风化作用的重要影响因子,对橄榄岩风化作用为促进作用。阴离子通道是微藻对橄榄岩的风化作用的重要影响因子,微藻的阴离子通道的畅通对橄榄岩风化起到促进作用。贫镁处理后,DIDS能促进微藻的生物量的增加,增加微藻的生物碳汇。当微藻阴离子通道受到DIDS抑制时,两种微藻的碳酸氢根离子利用途径份额值变化表现不一致,这与两种藻的胞外碳酸酐酶活力,密切相关。衣藻受到DIDS抑制时,碳酸氢根离子利用途径份额值明显降低。小球藻受到DIDS抑制时反而表现出更高的碳酸氢根离子利用途径份额值。 (5)随着pH增加,衣藻的碳酸氢根离子途径利用份额逐渐降低,小球藻的碳酸氢根离子途径利用份额先增加后降低,添加橄榄岩不会改变这种规律,表明此时微藻的无机碳利用途径份额主要与pH值相关。