谷穗菜對水體凈化試驗研究

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本文作者：關(guān)春江1劉青2趙冬至1李鵬2那杰3徐夢3作者單位：1.國家海洋環(huán)境監(jiān)測中心2.大連海洋大學(xué)3.遼寧師范大學(xué)

由于海參養(yǎng)殖業(yè)的迅猛發(fā)展，鼠尾藻作為其育苗和養(yǎng)成階段的優(yōu)良餌料供不應(yīng)求［1］。現(xiàn)在國內(nèi)已經(jīng)進(jìn)行了鼠尾藻筏式養(yǎng)殖試驗，在此之前已有學(xué)者對其生長和生殖季節(jié)進(jìn)行過調(diào)查研究［2］。利用人工繁殖鼠尾藻幼苗，進(jìn)行養(yǎng)殖水體修復(fù)，在降低水體中的N、P等元素含量的同時，既保護(hù)了鼠尾藻自然資源，又緩解了海參養(yǎng)殖的餌料供應(yīng)不足的壓力。鼠尾藻在自然海區(qū)有性繁殖力較弱，所以因修復(fù)行為而引起鼠尾藻生物量暴發(fā)，帶來生態(tài)災(zāi)害的可能性極小。已有研究表明，屬于大型海藻的鼠尾藻，在自然海區(qū)中具有極高的生物生產(chǎn)力，在快速生長的同時能夠從周圍環(huán)境中大量吸收N、P和CO2，而使海水中營養(yǎng)鹽濃度下降［3-5］。2004～2005年，山東省威海市鄒吉新［6］和原永黨等［7］連續(xù)2a在海上采用浮筏式養(yǎng)殖鼠尾藻，每667m2其產(chǎn)量為1824kg。根據(jù)以上數(shù)據(jù)計算，養(yǎng)殖鼠尾藻每公頃可以從海洋中吸收C元素為1245kg，吸收N元素126kg，可換算為吸收CO24556kg，吸收NO-3558kg。姜宏波等對威海小石島附近海區(qū)鼠尾藻生長、藻體成分和水體中N、P等營養(yǎng)元素的月份變化進(jìn)行了初步研究［8］，并在實驗室條件下研究了溫度、鹽度和光照強(qiáng)度對鼠尾藻N、P吸收的影響及藻體生長和生化組成的影響［9-10］。劉靜雯等在實驗室內(nèi)對溫度和鹽度如何影響幾種大型海藻生長率和NH4-N吸收進(jìn)行了研究［11］。由此可見，鼠尾藻是進(jìn)行富營養(yǎng)化海域環(huán)境修復(fù)的良好藻類。然而，潮間帶生長的鼠尾藻在浮筏式養(yǎng)殖條件下，如何吸收富營養(yǎng)海水中的N、P營養(yǎng)物質(zhì)未見到報道。本實驗在野外長時間圍隔條件下，進(jìn)行了鼠尾藻吸收N、P的實驗研究，目的是研究在自然條件下，鼠尾藻吸收富營養(yǎng)化海水中N、P的規(guī)律，為海水富營養(yǎng)化防治和水產(chǎn)養(yǎng)殖提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

本實驗主要分為兩個時間段:秋冬季和春夏季。秋冬季實驗于2007年11月10開始，在面積為3hm2的刺參養(yǎng)殖池中，選擇鼠尾藻進(jìn)行N、P吸收的圍隔實驗。實驗中所用圍隔袋底部封口，袋圓周長3．0m，深度1．45m，水體積1040L。此實驗分為兩組:實驗組為1、2、3、4、5和6號圍隔袋，依次分別放入鼠尾藻543g、387g、480g、496g、787g和854g;對照組7號為未放入鼠尾藻的圍隔袋。實驗于2008年1月7日結(jié)束。從2008年4月23日開始，在野外進(jìn)行春夏季實驗。實驗所用圍隔袋容積為1074L。同秋冬季實驗一樣，實驗組1、2和3號平均放入鼠尾藻505g，5、6和7號平均放入1020g鼠尾藻;而對照組4號未放入鼠尾藻。實驗結(jié)束時間為6月16日。在秋冬季實驗和春夏季實驗中，每個圍隔袋同時加入NaNO3和KH2PO4。由于圍隔袋中浮游植物生長和死亡，將吸收或釋放N、P。在試驗中，記錄圍隔袋中的葉綠素值，并監(jiān)測對照組水體中N和P濃度的變化情況，記錄最低值與最高值，并與此時對照組相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，計算鼠尾藻對N、P的吸收速率，即使用此時對照組水體中P(或N)濃度與實驗組P(或N)濃度之差，計算在一定時間內(nèi)鼠尾藻對P(或N)的平均吸收速率。

2結(jié)果

2．1秋冬季圍隔實驗

為了便于研究，設(shè)置鼠尾藻質(zhì)量為387g的2號袋，為低密度實驗組;將實驗組中鼠尾藻質(zhì)量接近的1、3和4號設(shè)為一組，鼠尾藻的平均質(zhì)量為506．3g，為中密度實驗組;將5號和6號設(shè)為一組，鼠尾藻的平均質(zhì)量為820．5g，為高密度實驗組。

2．1．1圍隔實驗中鼠尾藻對P的吸收速率

秋冬季實驗中P濃度的變化情況請如圖1。開始時，測得實驗水體中P濃度為2．71μmol/L。實驗第14d(2007年11月24日)，對照組P濃度為0．43μmol/L，此時為最低值。實驗第30d(2007年12月10日)，對照組中P濃度上升到最大值為2．76μmol/L，以此時對照組水體的P濃度與實驗組的P濃度之差，計算鼠尾藻對P的30d平均吸收速率。計算所得，2號(低密度組)吸收速率為0．19μmol/［g(dw)•d］;1、3和4號(中密度組)平均吸收速率為0．15μmol/［g(dw)•d］;5號和6號(高密度組)平均吸收速率為0．09μmol/［g(dw)•d］。

2．1．2圍隔實驗中鼠尾藻對N的吸收速率

開始時，實驗水體中N濃度為103．70μmol/L。實驗進(jìn)行到第23d(12月3日)，對照組7#的N濃度出現(xiàn)最高值116．64μmol/L，用此時對照組的N濃度與實驗組的N濃度的差值，計算23d的N平均吸收速率。各組N濃度如圖2所示，計算得出鼠尾藻對N的平均吸收速率:2號為3．65μmol/［g(dw)•d］;1、3和4號為2．50μmol/［g(dw)•d］;5號和6號平均為1．47μmol/［g(dw)•d］。實驗結(jié)果顯示，在低溫期的降溫過程中(9．9～0℃)鼠尾藻對水體中的N、P具有較好的吸收作用;鼠尾藻高密度組(5號和6號)的吸收率偏低。2．2春夏季圍隔實驗

2．2．1圍隔實驗中鼠尾藻對P的吸收速率

春夏季實驗中，高密度組從2008年4月23日進(jìn)行到5月5日，各個實驗組P濃度從開始的降到最低值，至6月16日實驗結(jié)束，對照組P濃度沒有回升，所以計算高密度鼠尾藻對P的吸收速率使用4月23日至5月5日的時間間隔。高密度組用此時對照組圍隔袋水體的P濃度與5月5日實驗組P濃度差值計算鼠尾藻對磷這13d的平均吸收速率。同理，低密度組使用4月23日至5月13日的時間間隔，即計算21d鼠尾藻對P的平均吸收速率。其中實驗期間P濃度變化如圖3所示，計算得出，低密度組1、2和3號對P的平均吸收速率為0．34μmol/［g(dw)•d］，高密度組5、6和7號對P的平均吸收速率為0．43μmol/［g(dw)•d］。在相同密度條件下，鼠尾藻春夏季對P的吸收速率是秋冬季的4倍。

2．2．2圍隔實驗中鼠尾藻對N的吸收速率

從2008年4月23日至5月19日，N濃度幾乎沒有變化，只有較小的波動。到6月16日對照組與實驗組N的濃度出現(xiàn)較大峰值差異。此時對照組水體中的N濃度恢復(fù)到與4月23日實驗開始時的初始值基本一致，用對照組與實驗組此時的N濃度差值，計算鼠尾藻從5月19日至6月16日對N元素28d的平均吸收速率。各組N濃度如圖4所示，計算得出鼠尾藻對N的平均吸收速率:低密度組1、2和3號為2．70μmol/［g(dw)•d］，高密度組5、6和7號為1．88μmol/［g(dw)•d］。在相同密度條件下，鼠尾藻對N的吸收速率，春夏季比秋冬季略高。

2．3圍隔實驗中葉綠素的變化情況

在春夏季的圍隔實驗中，對照組葉綠素含量均高于實驗組(圖5)。對照組中葉綠素的含量在1．19～35．07μg/L之間變化;實驗組中，低密度組葉綠素含量的在1．87～10．75μg/L之間變化，而高密度組在1．52～10．10μg/L之間變化，實驗組中葉綠素的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于對照組，由此可以推測實驗組中的鼠尾藻大量吸收N和P，抑制了浮游植物的增殖，導(dǎo)致葉綠素含量降低。

3討論

環(huán)境因子(溫度、鹽度和光照強(qiáng)度)對鼠尾藻N、P吸收速率均有顯著影響［9-10］。包杰等在實驗室實驗得出，鼠尾藻對水體中的N、P均具有較高的吸收速率:在鹽度20、溫度25℃條件下和鹽度30、溫度30℃條件下，鼠尾藻對N有較高吸收速率，分別可達(dá)11．26μmol/［g(dw)•h］和11．01μmol/［g(dw)•h］［9］。本研究中鼠尾藻對N、P的吸收速率偏低，是因為圍隔實驗在養(yǎng)殖池自然條件下進(jìn)行，溫度在0～18℃之間，在秋冬季和春夏季分別進(jìn)行了2個月實驗。實驗中，隨著鼠尾藻密度的升高，對N和P的吸收速率總體呈現(xiàn)下降的趨勢，主要是由于單位體積水中的營養(yǎng)鹽含量一定，鼠尾藻數(shù)量的增大，導(dǎo)致水中營養(yǎng)鹽不能滿足藻類的生長需求，表現(xiàn)出N和P的吸收速率降低。例如，由秋冬季鼠尾藻對N吸收的實驗可發(fā)現(xiàn)，在低溫期的降溫過程中(9．9～0℃)，鼠尾藻高密度組(5號和6號)的吸收率比中、低密度組(1、2、3和4號)偏低。本研究中使用同一時間點的對照組水體中P(或N)濃度與實驗組P(或N)濃度之差，計算在一段時間內(nèi)鼠尾藻對P(或N)的平均吸收速率，而不是使用起始時對照組水體中的P(或N)濃度與實驗組P(或N)濃度之差，主要考慮在實驗過程中有多次降水，而降水中也含有一定量的P和N。采用此方法，較好地回避了降水的影響。