大型海藻栽培對富營養(yǎng)化海區(qū)的生態(tài)修復功能研究.pdf

1、本文主要研究了大型經(jīng)濟海藻生長、營養(yǎng)鹽吸收與環(huán)境因子的關(guān)系，不同環(huán)境條件下對氮磷營養(yǎng)鹽的吸收動力學特征，大型海藻對赤潮微藻的生長抑制效應(yīng)，從實驗室受控系統(tǒng)結(jié)合現(xiàn)場宏觀試驗研究大型海藻栽培對海區(qū)去富營養(yǎng)化和生態(tài)修復功能，通過在封閉式圍隔海區(qū)、網(wǎng)箱養(yǎng)殖開放海區(qū)和富營養(yǎng)化嚴重的近岸海域現(xiàn)場建立海藻生態(tài)修復功能區(qū)，就大型海藻對富營養(yǎng)化海區(qū)的生態(tài)修復功能進行了研究與評價。主要研究結(jié)果如下： 1.系統(tǒng)研究了大型經(jīng)濟紅藻真江蘺生長、營養(yǎng)吸收

2、動力學及其影響因素 (1)在實驗室條件下，研究了溫度、鹽度和光照強度等生態(tài)因子對真江蘺生長的影響。結(jié)果表明，溫度、鹽度和光強對真江蘺生長的影響極顯著；真江蘺生長適宜溫度范圍為20～30℃，適宜鹽度范圍為15-25 psu，適宜光照強度60～120μmol·m-2·s-1。溫度、鹽度和光照強度3者對真江蘺生長存在顯著交互效應(yīng)，3者的最佳組合為溫度25℃，鹽度20 psu和光強為90 μmol·m-2·s-1。且首次在杭州灣北岸上

3、海金山海域成功進行真江蘺全浮動式網(wǎng)袋栽培，藻體生長速度較快，平均特定生長率SGR為9.2％·d-1。 (2)真江蘺對氮、磷營養(yǎng)鹽的吸收動力學研究表明，4h內(nèi)氮磷饑餓的真江蘺對不同起始濃度的NH4-N、NO3-N、：NO2-N和：PO4-P吸收速率均符合飽和吸收動力學特征，最大吸收速率和半飽和常數(shù)隨著吸收時間的延長而降低。真江蘺在環(huán)境NH4-N、NO3-N、NO2-N和PO4-P濃度分別升高至15μmol·L-1、40μmol·

4、L-1、20μmol·L-1和20μmol·L-1時接近或達到最大吸收速率。進入穩(wěn)定吸收過程后，真江蘺對介質(zhì)NH4.N、NO3-N和NO2-N的最大吸收速率分別為57.97μmol·g-1·h-1、68.99μmol·g-1·h-1和28.06μmol·g-1·h-1，高于已報道的其他種類江蘺的最大吸收速率。 (3)溫度、鹽度、光照強度、pH、氮磷比和氮濃度變化對真江蘺氮磷吸收速率的影響研究表明，溫度、鹽度及其交互作用對真江蘺

5、無機氮磷吸收速率影響極顯著，25℃、鹽度20 psu時無機氮磷吸收速率均最大；光強在60～120μmol·m-2·s-1、pH在7.5～9范圍內(nèi)真江蘺氮磷吸收速率最大；真江蘺對無機氮中NO3-N的吸收速率最大，NH4-N次之，對NO2-N的吸收速率最小；環(huán)境中氮濃度、氮磷比及其交互作用對真江蘺吸收無機磷的影響極顯著。 2.研究了實驗室條件下大型海藻真江蘺和條滸苔對有毒赤潮微藻米氏凱倫藻的抑制效應(yīng) (1)共培養(yǎng)系統(tǒng)中，

6、大型海藻真江蘺與米氏凱倫藻間存在著對營養(yǎng)鹽的互相競爭。分批培養(yǎng)過程中，真江蘺能夠顯著抑制米氏凱倫藻的增殖，且隨著真江蘺初始培養(yǎng)密度(0.5～2 g·L-1)的增加，抑制效果增強，2 g·L-1時抑制率最高，為89.2％。定時添加營養(yǎng)鹽的半連續(xù)過程中，米氏凱倫藻生長受真江蘺抑制率降低，最高降低79.1％，真江蘺生長率則提高8.8～13.5％。無論是分批培養(yǎng)還是半連續(xù)培養(yǎng)，米氏凱倫藻對真江蘺生長均無顯著影響。3種形態(tài)無機氮變化都與真江蘺單獨

7、培養(yǎng)時的N變化顯著相關(guān)，而無機磷濃度變化則與大藻和微藻單獨培養(yǎng)時的P變化同時顯著相關(guān)；真江蘺對NH4-N、NO3-N和NO2-N的平均吸收速率均顯著大于米氏凱倫藻，隨著共培養(yǎng)介質(zhì)中NH4-N、NO3-N和NO2-N的耗盡，真江蘺對米氏凱倫藻細胞生長的抑制率也達到最大，表明當環(huán)境中氮磷營養(yǎng)濃度較高(DIN濃度為150μmol·L-1，DIP濃度為15μmol·L-1)，真江蘺比米氏凱倫藻對介質(zhì)中的無機氮更具吸收優(yōu)勢。 (2)新鮮

8、條滸苔與米氏凱倫藻共培養(yǎng)、在培養(yǎng)介質(zhì)中添加條滸苔干粉或水溶性抽提液均可對米氏凱倫藻生長產(chǎn)生顯著抑制作用，并在高濃度下產(chǎn)生致死作用。當米氏凱倫藻初始細胞密度約為1×104 cells·ml-1，10 g·L-1、5 g·L-1和2 g·L-1初始密度新鮮條滸苔可分別在72h、96h和168h使與其共培養(yǎng)的米氏凱倫藻完全致死；2 g·L-1和1 g·L-1的條滸苔水溶性抽提液可使米氏凱倫藻細胞在120h和168h后死亡；而條滸苔干粉末克生效

9、應(yīng)最強，添加2.4 g·L-1和1.2g·L-1便可使米氏凱倫藻細胞48h和72h后即完全死亡。分批培養(yǎng)過程中一次性添加條滸苔濾液，只能在前72h內(nèi)抑制米氏凱倫藻增殖：而半連續(xù)添加條滸苔培養(yǎng)濾液，其克藻效應(yīng)增強，與對照組相比抑制率達99.69％；但條滸苔培養(yǎng)濾液經(jīng)高溫高壓處理后，對米氏凱倫藻生長無顯著抑制作用。 3.開展了大型海藻大規(guī)模栽培對3種類型富營養(yǎng)化海區(qū)生態(tài)修復作用的研究與評估 (1)定量研究了真江蘺網(wǎng)箱養(yǎng)殖

10、海域生態(tài)修復模式。在浙江象山港花鱸養(yǎng)殖網(wǎng)箱中吊養(yǎng)真江蘺，對網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)富營養(yǎng)化海水具有較好的修復效果。真江蘺生態(tài)修復區(qū)及其相鄰網(wǎng)箱中水體PO4-P、NO2-N、NH4-N和NO3-N含量顯著低于非修復區(qū)，修復區(qū)海水PO4-P、NO2-N、NH4-N和NO3-N濃度比非修復區(qū)分別降低22～58％、24～48％、22～61％和24～47％。養(yǎng)殖真江蘺45d后，修復區(qū)水體DO濃度和透明度顯著高于非修復區(qū)，DO平均提高28％，透明度平均提高30％

11、；而修復區(qū)水體Chl-α濃度顯著低于非修復區(qū)，平均降低49％。建立了基于N平衡的魚藻生態(tài)養(yǎng)殖模式：每收獲1kg花鱸至少需要匹配江蘺4.7 kg·wet wt才可實現(xiàn)對魚類排放N的完全吸收。 (2)開展了大型海藻紫菜大規(guī)模養(yǎng)殖對開放型海域環(huán)境生態(tài)修復作用的評估。300 ha半浮動筏式條斑紫菜栽培使沿岸海水無機氮磷含量顯著下降。非栽培季期間(5～8月)，大洋、海豐、茅家和塘蘆4港水體NH4-N、NO2-N、NP3-N和PO4-P濃

12、度分別為43.0～61.4μmol·L-1、1.1～2.8μmol·L-1、33.3～43.8μmol·L-1和1.2～2.8μmol·L-1。而在紫菜養(yǎng)殖期間，栽培區(qū)內(nèi)水體NH4-N、NO2-N、：NO3-N和PO4-P平均濃度分別為20.5μmol·L-1、1.1μmol·L-1、27.9μmol·L-1和0.96μmol·L-1，顯著低于非栽培季的平均濃度。與未栽培紫菜的對照區(qū)(塘蘆港)相比，紫菜栽培對水體NH4-N、NO2-N、

13、NO3-N和PO4-P的降低率分別為50～94％、42～91％、21～38％和42～67％。呂泗海區(qū)收獲的條斑紫菜平均組織氮含量為6.3％，組織磷含量為1.0％。通過箱式模型估算，建立了近岸海域大型海藻生態(tài)修復匹配模式：每凈化1km2海域面積至均值Ⅰ類水質(zhì)，需要養(yǎng)殖條斑紫菜222.2 ha；每凈化1km2海域面積至Ⅱ類均值水質(zhì)，需要養(yǎng)殖條斑紫菜202.4 ha，表明大規(guī)模紫菜栽培可有效吸收富營養(yǎng)化水體的過剩營養(yǎng)鹽，有利于減輕近岸海域富營

14、養(yǎng)化。 (3)應(yīng)用大型海藻真江蘺對富營養(yǎng)化封閉海域進行生態(tài)治理。在杭州灣北岸金山區(qū)城市沙灘圍隔海區(qū)栽培真江蘺，對富營養(yǎng)化的封閉海區(qū)具有顯著的生態(tài)修復效果。金山圍隔海區(qū)海水水質(zhì)從2006年8～10月的超Ⅳ類轉(zhuǎn)變?yōu)?006年12月～2007年7月的Ⅱ～Ⅲ類，營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)E也顯著降低至2.84～1.21。而以未進行真江蘺栽培的奉賢碧海金沙圍隔海區(qū)作為對照，該處圍隔海區(qū)海水水質(zhì)始終處于超Ⅳ類水平，E值為19.02～45.45，全年均呈

15、現(xiàn)嚴重富營養(yǎng)化狀態(tài)。通過真江蘺栽培對金山圍隔內(nèi)修復區(qū)的水質(zhì)改善效果更為明顯：修復區(qū)NH4-N水平比對照區(qū)降低30.8～92.8％，NO3-N降低34.7～78.7％，NO2-N降低46.5～88.3％，無機磷降低49.8～100％，CODMn降低19.4～28.9％，BOD5降低18.0～39.4％，Chl-α含量降低22.6～70.3％，同時，DO含量比對照區(qū)增加6.8～19.4％，水體透明度增加2.7～12.6％。金山圍隔海區(qū)內(nèi)修復

16、區(qū)海水水質(zhì)自2006年11月起均轉(zhuǎn)變?yōu)棰瘛蝾?，其?006年12月～2007年2月間均為Ⅰ類海水，2006年10月～2007年5月間營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)E均小于1，即未富營養(yǎng)化。 (4)利用EwE軟件構(gòu)建了生態(tài)修復后的圍隔海區(qū)人工生態(tài)系統(tǒng)能量流動模型。根據(jù)2007年在杭州灣北岸金山城市沙灘大型圍隔海區(qū)的生態(tài)調(diào)查數(shù)據(jù)，用13個功能組構(gòu)成模型，分別是肉食性魚類、底棲捕食魚類、浮游動物性魚類、草食性魚類、蟹類、蝦類、軟體動物、底棲動物、肉

17、食性浮游動物、植食性浮游動物、大型藻類、浮游植物和有機碎屑，每一組都代表在生態(tài)系統(tǒng)中具有相似地位的有機體，基本覆蓋了該人工生態(tài)系統(tǒng)能量流動的主要過程。能量流動分析表明，金山圍隔海區(qū)人工生態(tài)系統(tǒng)中能量流動主要以碎屑食物鏈途徑為主，其中植食性浮游動物在能量從低級向高層次轉(zhuǎn)換中起關(guān)鍵作用。人工生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)級范圍為1.00～3.90級，系統(tǒng)的能量流動主要有6級，來自初級生產(chǎn)者的能流效率為9.4％，來自碎屑的轉(zhuǎn)換效率為9.8％，平均能量轉(zhuǎn)換效率