谷穗菜对水体净化试验研究

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本文作者：关春江1刘青2赵冬至1李鹏2那杰3徐梦3作者单位：1.国家海洋环境监测中心2.大连海洋大学3.辽宁师范大学

由于海参养殖业的迅猛发展，鼠尾藻作为其育苗和养成阶段的优良饵料供不应求［1］。现在国内已经进行了鼠尾藻筏式养殖试验，在此之前已有学者对其生长和生殖季节进行过调查研究［2］。利用人工繁殖鼠尾藻幼苗，进行养殖水体修复，在降低水体中的N、P等元素含量的同时，既保护了鼠尾藻自然资源，又缓解了海参养殖的饵料供应不足的压力。鼠尾藻在自然海区有性繁殖力较弱，所以因修复行为而引起鼠尾藻生物量暴发，带来生态灾害的可能性极小。已有研究表明，属于大型海藻的鼠尾藻，在自然海区中具有极高的生物生产力，在快速生长的同时能够从周围环境中大量吸收N、P和CO2，而使海水中营养盐浓度下降［3-5］。2004～2005年，山东省威海市邹吉新［6］和原永党等［7］连续2a在海上采用浮筏式养殖鼠尾藻，每667m2其产量为1824kg。根据以上数据计算，养殖鼠尾藻每公顷可以从海洋中吸收C元素为1245kg，吸收N元素126kg，可换算为吸收CO24556kg，吸收NO-3558kg。姜宏波等对威海小石岛附近海区鼠尾藻生长、藻体成分和水体中N、P等营养元素的月份变化进行了初步研究［8］，并在实验室条件下研究了温度、盐度和光照强度对鼠尾藻N、P吸收的影响及藻体生长和生化组成的影响［9-10］。刘静雯等在实验室内对温度和盐度如何影响几种大型海藻生长率和NH4-N吸收进行了研究［11］。由此可见，鼠尾藻是进行富营养化海域环境修复的良好藻类。然而，潮间带生长的鼠尾藻在浮筏式养殖条件下，如何吸收富营养海水中的N、P营养物质未见到报道。本实验在野外长时间围隔条件下，进行了鼠尾藻吸收N、P的实验研究，目的是研究在自然条件下，鼠尾藻吸收富营养化海水中N、P的规律，为海水富营养化防治和水产养殖提供科学依据。

1材料与方法

本实验主要分为两个时间段:秋冬季和春夏季。秋冬季实验于2007年11月10开始，在面积为3hm2的刺参养殖池中，选择鼠尾藻进行N、P吸收的围隔实验。实验中所用围隔袋底部封口，袋圆周长3．0m，深度1．45m，水体积1040L。此实验分为两组:实验组为1、2、3、4、5和6号围隔袋，依次分别放入鼠尾藻543g、387g、480g、496g、787g和854g;对照组7号为未放入鼠尾藻的围隔袋。实验于2008年1月7日结束。从2008年4月23日开始，在野外进行春夏季实验。实验所用围隔袋容积为1074L。同秋冬季实验一样，实验组1、2和3号平均放入鼠尾藻505g，5、6和7号平均放入1020g鼠尾藻;而对照组4号未放入鼠尾藻。实验结束时间为6月16日。在秋冬季实验和春夏季实验中，每个围隔袋同时加入NaNO3和KH2PO4。由于围隔袋中浮游植物生长和死亡，将吸收或释放N、P。在试验中，记录围隔袋中的叶绿素值，并监测对照组水体中N和P浓度的变化情况，记录最低值与最高值，并与此时对照组相应数据进行对比，计算鼠尾藻对N、P的吸收速率，即使用此时对照组水体中P(或N)浓度与实验组P(或N)浓度之差，计算在一定时间内鼠尾藻对P(或N)的平均吸收速率。

2结果

2．1秋冬季围隔实验

为了便于研究，设置鼠尾藻质量为387g的2号袋，为低密度实验组;将实验组中鼠尾藻质量接近的1、3和4号设为一组，鼠尾藻的平均质量为506．3g，为中密度实验组;将5号和6号设为一组，鼠尾藻的平均质量为820．5g，为高密度实验组。

2．1．1围隔实验中鼠尾藻对P的吸收速率

秋冬季实验中P浓度的变化情况请如图1。开始时，测得实验水体中P浓度为2．71μmol/L。实验第14d(2007年11月24日)，对照组P浓度为0．43μmol/L，此时为最低值。实验第30d(2007年12月10日)，对照组中P浓度上升到最大值为2．76μmol/L，以此时对照组水体的P浓度与实验组的P浓度之差，计算鼠尾藻对P的30d平均吸收速率。计算所得，2号(低密度组)吸收速率为0．19μmol/［g(dw)•d］;1、3和4号(中密度组)平均吸收速率为0．15μmol/［g(dw)•d］;5号和6号(高密度组)平均吸收速率为0．09μmol/［g(dw)•d］。

2．1．2围隔实验中鼠尾藻对N的吸收速率

开始时，实验水体中N浓度为103．70μmol/L。实验进行到第23d(12月3日)，对照组7#的N浓度出现最高值116．64μmol/L，用此时对照组的N浓度与实验组的N浓度的差值，计算23d的N平均吸收速率。各组N浓度如图2所示，计算得出鼠尾藻对N的平均吸收速率:2号为3．65μmol/［g(dw)•d］;1、3和4号为2．50μmol/［g(dw)•d］;5号和6号平均为1．47μmol/［g(dw)•d］。实验结果显示，在低温期的降温过程中(9．9～0℃)鼠尾藻对水体中的N、P具有较好的吸收作用;鼠尾藻高密度组(5号和6号)的吸收率偏低。2．2春夏季围隔实验

2．2．1围隔实验中鼠尾藻对P的吸收速率

春夏季实验中，高密度组从2008年4月23日进行到5月5日，各个实验组P浓度从开始的降到最低值，至6月16日实验结束，对照组P浓度没有回升，所以计算高密度鼠尾藻对P的吸收速率使用4月23日至5月5日的时间间隔。高密度组用此时对照组围隔袋水体的P浓度与5月5日实验组P浓度差值计算鼠尾藻对磷这13d的平均吸收速率。同理，低密度组使用4月23日至5月13日的时间间隔，即计算21d鼠尾藻对P的平均吸收速率。其中实验期间P浓度变化如图3所示，计算得出，低密度组1、2和3号对P的平均吸收速率为0．34μmol/［g(dw)•d］，高密度组5、6和7号对P的平均吸收速率为0．43μmol/［g(dw)•d］。在相同密度条件下，鼠尾藻春夏季对P的吸收速率是秋冬季的4倍。

2．2．2围隔实验中鼠尾藻对N的吸收速率

从2008年4月23日至5月19日，N浓度几乎没有变化，只有较小的波动。到6月16日对照组与实验组N的浓度出现较大峰值差异。此时对照组水体中的N浓度恢复到与4月23日实验开始时的初始值基本一致，用对照组与实验组此时的N浓度差值，计算鼠尾藻从5月19日至6月16日对N元素28d的平均吸收速率。各组N浓度如图4所示，计算得出鼠尾藻对N的平均吸收速率:低密度组1、2和3号为2．70μmol/［g(dw)•d］，高密度组5、6和7号为1．88μmol/［g(dw)•d］。在相同密度条件下，鼠尾藻对N的吸收速率，春夏季比秋冬季略高。

2．3围隔实验中叶绿素的变化情况

在春夏季的围隔实验中，对照组叶绿素含量均高于实验组(图5)。对照组中叶绿素的含量在1．19～35．07μg/L之间变化;实验组中，低密度组叶绿素含量的在1．87～10．75μg/L之间变化，而高密度组在1．52～10．10μg/L之间变化，实验组中叶绿素的含量远远低于对照组，由此可以推测实验组中的鼠尾藻大量吸收N和P，抑制了浮游植物的增殖，导致叶绿素含量降低。

3讨论

环境因子(温度、盐度和光照强度)对鼠尾藻N、P吸收速率均有显著影响［9-10］。包杰等在实验室实验得出，鼠尾藻对水体中的N、P均具有较高的吸收速率:在盐度20、温度25℃条件下和盐度30、温度30℃条件下，鼠尾藻对N有较高吸收速率，分别可达11．26μmol/［g(dw)•h］和11．01μmol/［g(dw)•h］［9］。本研究中鼠尾藻对N、P的吸收速率偏低，是因为围隔实验在养殖池自然条件下进行，温度在0～18℃之间，在秋冬季和春夏季分别进行了2个月实验。实验中，随着鼠尾藻密度的升高，对N和P的吸收速率总体呈现下降的趋势，主要是由于单位体积水中的营养盐含量一定，鼠尾藻数量的增大，导致水中营养盐不能满足藻类的生长需求，表现出N和P的吸收速率降低。例如，由秋冬季鼠尾藻对N吸收的实验可发现，在低温期的降温过程中(9．9～0℃)，鼠尾藻高密度组(5号和6号)的吸收率比中、低密度组(1、2、3和4号)偏低。本研究中使用同一时间点的对照组水体中P(或N)浓度与实验组P(或N)浓度之差，计算在一段时间内鼠尾藻对P(或N)的平均吸收速率，而不是使用起始时对照组水体中的P(或N)浓度与实验组P(或N)浓度之差，主要考虑在实验过程中有多次降水，而降水中也含有一定量的P和N。采用此方法，较好地回避了降水的影响。