姜 緒，李佳蕙，李 斌，白艷艷，喬洪金，馮艷微，曹體宏，劉義豪

( 山東省海洋資源與環(huán)境研究院, 山東省海洋生態(tài)修復(fù)重點實驗室, 山東 煙臺 264006 )

近岸水體作為我國海水養(yǎng)殖池塘用水的主要來源，受到海水養(yǎng)殖活動無序增加、近岸污染情況加劇等因素的影響，水體富營養(yǎng)化程度不斷加深。而在池塘養(yǎng)殖活動中，富營養(yǎng)化水體的重復(fù)利用加劇了水質(zhì)問題，同時嚴(yán)重妨害了池塘養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。如何開展合理的養(yǎng)殖活動，減緩水體富營養(yǎng)化是亟待解決的問題。當(dāng)前防治水體富營養(yǎng)化的主要方法是控制和減少水體中氮、磷的水平[1]，大型海藻因其既可大量吸收水體中氮、磷元素，還可釋放氧氣，提高水體溶解氧含量[2]，并對微藻數(shù)量產(chǎn)生抑制作用[3]，已被認(rèn)為是一種合理有效地防控水體富營養(yǎng)化的措施。

菊花江蘺(Gracilarialichenoides)和脆江蘺(G.chouae)均屬紅藻門、江蘺科，生長速度快、經(jīng)濟價值高，能主動大量吸收外界營養(yǎng)鹽，并在組織內(nèi)貯存[4]，已在我國南方廣泛栽培。目前，菊花江蘺和脆江蘺相關(guān)研究較多，如錢魯閩等[5-6]開展了菊花江蘺吸收效應(yīng)的相關(guān)研究；盧曉等[7-8]研究了溫度和光照對脆江蘺氮、磷吸收速率和生長情況的影響。但針對夏季北方海水養(yǎng)殖池塘水體富營養(yǎng)化的問題，即高溫條件下高含量營養(yǎng)鹽時菊花江蘺和脆江蘺對氮、磷去除效率的影響尚未見報道。因此筆者研究了高溫及高含量營養(yǎng)鹽條件下脆江蘺和菊花江蘺的生長及其對硝態(tài)氮和無機磷的去除情況，旨在為防治池塘海水富營養(yǎng)化提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗用菊花江蘺與脆江蘺購自福建漳州，置于4～8 ℃泡沫箱中，運至試驗地點。挑選健康藻體，去除藻體表面雜質(zhì)，放入室內(nèi)暫養(yǎng)池中暫養(yǎng)7 d。鹽度30±1，水溫(25±2) ℃，光照度3000～5000 lx，每周換水1次。

1.2 試驗方法

試驗時間為2016年7月23日至8月22日。試驗用水為經(jīng)沉淀后砂濾的自然海水，參考養(yǎng)殖廢水可達到的營養(yǎng)鹽含量和其他相關(guān)研究[9-10]，設(shè)置5個營養(yǎng)鹽梯度。通過向水體中添加硝酸鈉和磷酸二氫鉀調(diào)整水體氮(磷)質(zhì)量濃度，即試驗組A：1.65(0.23) mg/L、試驗組B：4.12(0.57) mg/L、試驗組C：8.24(1.14) mg/L、試驗組D：12.35(1.71) mg/L、試驗組E：16.47(2.28) mg/L。將配置好的試驗用水分別注入5 L錐形瓶中，每個試驗組設(shè)置3個平行，每瓶中放入10 g藻體。以自然海水同時放入等量江蘺作為對照組。鹽度30±1，水溫(25±2) ℃，光照度用遮陽網(wǎng)控制為3000～5000 lx，試驗期間不換水。

1.3 分析項目與方法

試驗期間，每隔10 d測定藻類養(yǎng)殖水體硝態(tài)氮和磷的質(zhì)量濃度[11]；每10 d測量藻體質(zhì)量，測量前用吸水紙吸凈藻體表面水分。

1.3.1 相對生長速率的計算

相對生長速率/%·d-1=ln(mt/m0)×1/t×

100%

式中，t為培養(yǎng)時間(d)，m0為各試驗節(jié)點對應(yīng)的江蘺質(zhì)量(g)，mt為相應(yīng)節(jié)點培養(yǎng)t時間后的江蘺質(zhì)量(g)。

1.3.2 營養(yǎng)鹽吸收速率和去除效率的計算

營養(yǎng)鹽的吸收速率/mg·(g·d)-1=(C0V0-CtVt)/(t×G)

式中，C0為各試驗節(jié)點對應(yīng)的營養(yǎng)鹽質(zhì)量濃度(mg/L)，V0為相應(yīng)節(jié)點培養(yǎng)液體積(L),Ct為相應(yīng)節(jié)點培養(yǎng)t時間后的營養(yǎng)鹽質(zhì)量濃度(mg/L)，Vt為相應(yīng)節(jié)點培養(yǎng)t時間后的培養(yǎng)液體積(L)，t為試驗時間(d)，G為各試驗節(jié)點的藻類濕質(zhì)量(g)。

累積去除效率/%=(CsVs-CtVt)/CsVs×

100%

式中，Cs試驗開始時培養(yǎng)液中營養(yǎng)鹽質(zhì)量濃度(mg/L)，Vs為試驗開始時培養(yǎng)液體積(L)；Ct為相應(yīng)節(jié)點培養(yǎng)t時間后的營養(yǎng)鹽質(zhì)量濃度(mg/L)，Vt為相應(yīng)節(jié)點培養(yǎng)液體積(L)。

1.3.3 數(shù)據(jù)分析方法

試驗數(shù)據(jù)用單因素方差分析和獨立樣本t檢驗進行統(tǒng)計分析，以0.05作為差異的顯著性水平。

2 試驗結(jié)果

2.1 營養(yǎng)鹽質(zhì)量濃度對江蘺生長的影響

在試驗過程中，菊花江蘺正常生長；而脆江蘺在20 d后開始衰敗，因此對20 d內(nèi)脆江蘺的數(shù)據(jù)進行了統(tǒng)計分析(下同)，兩種江蘺在0～10 d、10～20 d、20～30 d內(nèi)的分段相對生長速率見圖1，兩種江蘺在10、20、30 d內(nèi)的累積相對生長速率見圖2。

在相同營養(yǎng)鹽質(zhì)量濃度條件下，菊花江蘺和脆江蘺各組相對生長速率均隨著時間的增加出現(xiàn)下降的趨勢。菊花江蘺對照組在0～10 d的相對生長速率顯著高于10～20 d和20～30 d的(P<0.05)，而試驗組在0～10 d的相對生長速率顯著高于20～30 d的(P<0.05)；脆江蘺各組在0～10 d的相對生長速率均顯著高于10～20 d的(P<0.05)(圖1)。

比較相同時段不同營養(yǎng)鹽質(zhì)量濃度條件下菊花江蘺和脆江蘺的相對生長速率發(fā)現(xiàn)，菊花江蘺僅在10～20 d時，對照組相對生長速率顯著低于各試驗組(P<0.05)；脆江蘺在0～10 d時段12.35(1.71) mg/L和16.47(2.28) mg/L試驗組已顯著低于其他各組(P<0.05)，在10～20 d時段8.24(1.14) mg/L、12.35(1.71) mg/L、16.47(2.28) mg/L試驗組均表現(xiàn)出負(fù)增長趨勢，其相對生長速率均顯著低于其他3組(P<0.05)。

圖1 不同營養(yǎng)鹽質(zhì)量濃度下兩種江蘺的分段相對生長速率A：1.65(0.23) mg/L；B：4.12(0.57) mg/L；C：8.24(1.14) mg/L；D：12.35(1.71) mg/L；E：16.47(2.28) mg/L.其他圖同.字母不同表示相同質(zhì)量濃度不同時段條件下相對生長速率存在顯著性差異(P<0.05)；*表示不同質(zhì)量濃度相同時段條件下差異顯著(P<0.05).

菊花江蘺試驗組相對生長速率均高于對照組，但差異不顯著(P>0.05)，其中以8.24(1.14) mg/L試驗組達到最高值，為1.43%/d；對照組相對生長速率最低為0.92%/d(圖2a)。脆江蘺相對生長速率變化為0.03%/d～0.70%/d，12.35(1.71) mg/L和16.47(2.28) mg/L試驗組脆江蘺相對生長速率顯著低于其他各組(P<0.05)，分別為0.06%/d和0.03%/d；而8.24(1.14) mg/L試驗組脆江蘺相對生長速率顯著低于對照組和1.65(0.23) mg/L、4.12(0.57) mg/L試驗組(P<0.05)；4.12(0.57) mg/L試驗組脆江蘺相對生長速率表現(xiàn)為最高，為0.70%/d(圖2b)。

圖2 不同營養(yǎng)鹽質(zhì)量濃度下兩種江蘺的相對生長速率字母不同表示相對生長速率存在顯著性差異(P<0.05)

2.2 營養(yǎng)鹽質(zhì)量濃度對江蘺氮磷累積去除效率的影響

對不同質(zhì)量濃度營養(yǎng)鹽影響下兩種江蘺的氮累積去除效率(表1)的分析發(fā)現(xiàn)，各試驗組氮累積去除效率均顯著高于對照組(P<0.05)；營養(yǎng)鹽質(zhì)量濃度對兩種江蘺氮累積去除效率產(chǎn)生了顯著影響(P<0.05)，10 d時菊花江蘺8.24(1.14) mg/L試驗組顯著低于各試驗組(P<0.05)，12.35(1.71) mg/L、16.47(2.28) mg/L試驗組顯著低于試驗組1.65(0.23) mg/L、4.12(0.57) mg/L(P<0.05)，脆江蘺試驗組8.24(1.14) mg/L、12.35(1.71) mg/L、16.47(2.28) mg/L顯著高于1.65(0.23) mg/L、4.12(0.57) mg/L試驗組(P<0.05)；10 d后菊花江蘺氮累積去除效率在試驗組間差異均不顯著，脆江蘺氮累積去除效率12.35(1.71) mg/L、16.47(2.28) mg/L試驗組顯著低于1.65(0.23) mg/L、4.12(0.57) mg/L、8.24(1.14) mg/L試驗組(P<0.05)。在不同質(zhì)量濃度營養(yǎng)鹽影響下，菊花江蘺和脆江蘺對氮的去除主要集中在前10 d，其中菊花江蘺氮去除效率超過91%，脆江蘺則超過82%。

對比菊花江蘺和脆江蘺的氮累積去除效率發(fā)現(xiàn)，10 d時且氮質(zhì)量濃度為1.65 mg/L和4.12 mg/L條件下，菊花江蘺氮累積去除效率顯著高于脆江蘺(P<0.05)，其他組間差異均不顯著。

不同質(zhì)量濃度營養(yǎng)鹽影響下兩種江蘺的磷累積去除效率見表2。菊花江蘺和脆江蘺各試驗組的磷累積去除效率均顯著高于對照組(P<0.05)。在20 d時，菊花江蘺12.35(1.71) mg/L、16.47(2.28) mg/L試驗組顯著低于1.65(0.23) mg/L、4.12(0.57) mg/L、8.24(1.14) mg/L試驗組(P<0.05)，在其他時段內(nèi)，各組間未出現(xiàn)顯著性差異(P>0.05)。在相同營養(yǎng)鹽質(zhì)量濃度及相同時段的條件下，菊花江蘺對磷的累積去除效率顯著高于脆江蘺(P<0.05)。試驗結(jié)束時菊花江蘺各試驗組磷累積去除效率均超過99%，脆江蘺則集中在86%～90%。

2.3 營養(yǎng)鹽質(zhì)量濃度對江蘺氮、磷吸收速率的影響

菊花江蘺試驗組在0～10 d氮、磷的吸收速率均顯著高于10～20 d及20～30 d(P<0.05)(圖3)；0～10 d氮、磷的吸收速率隨營養(yǎng)鹽質(zhì)量濃度的升高而顯著增大(P<0.05)；在10～20 d內(nèi)，各試驗組氮的吸收速率差異不顯著(P>0.05)，而磷的吸收速率在試驗組間出現(xiàn)顯著差異，8.24(1.14) mg/L和16.47(2.28) mg/L試驗組顯著高于1.65(0.23) mg/L試驗組及對照組的吸收速率(P<0.05)；在20～30 d時，吸收速率16.47(2.28) mg/L試驗組最高，顯著高于對照組、試驗組1.65(0.23) mg/L及4.12(0.57) mg/L的吸收速率(P<0.05)。

脆江蘺在0～10 d同樣表現(xiàn)為較高的吸收速率，試驗組在0～10 d，氮、磷吸收速率均顯著高于10～20 d的吸收速率(P<0.05)，0～10 d內(nèi)氮、磷吸收速率均隨營養(yǎng)鹽質(zhì)量濃度的升高而顯著升高(圖3)。在10～20 d內(nèi)氮吸收率在4.12(0.57) mg/L試驗組中表現(xiàn)為最高，顯著高于1.65(0.23) mg/L、16.47(2.28) mg/L試驗組及對照組(P<0.05)；而磷吸收速率在各組間差異均不顯著(P>0.05)。

表1 不同營養(yǎng)鹽質(zhì)量濃度對江蘺氮累積去除效率的影響 %

注：同列字母不同為差異顯著(P<0.05)，下同.

表2 不同營養(yǎng)鹽質(zhì)量濃度對江蘺磷累積去除效率的影響 %

圖3 不同營養(yǎng)鹽質(zhì)量濃度下兩種江蘺的分段吸收速率字母不同表示相同時段不同質(zhì)量濃度下試驗組吸收速率差異顯著(P<0.05)；*表示相同質(zhì)量濃度不同時段條件下各組吸收速率差異顯著(P<0.05).

通過對比不同營養(yǎng)鹽質(zhì)量濃度下菊花江蘺和脆江蘺氮、磷的吸收速率(圖4)發(fā)現(xiàn)，兩種江蘺氮、磷的吸收速率均隨營養(yǎng)鹽質(zhì)量濃度的升高而增大，營養(yǎng)鹽質(zhì)量濃度已對菊花江蘺和脆江蘺氮、磷的吸收速率產(chǎn)生顯著影響(P<0.05)。菊花江蘺16.47(2.28) mg/L與12.35(1.71) mg/L試驗組組差異不顯著(P>0.05)，但顯著高于其他各組(P<0.05)；脆江蘺8.24(1.14) mg/L、12.35(1.71) mg/L和16.47(2.28) mg/L試驗組差異不顯著(P>0.05)，但均顯著高于對照組(P<0.05)。

圖4 不同營養(yǎng)鹽質(zhì)量濃度下兩種江蘺的總吸收速率字母不同為差異顯著(P<0.05).

3 討 論

3.1 營養(yǎng)鹽對兩種江蘺生長的影響

氮、磷在藻類體內(nèi)參與了氨基酸和藻紅蛋白的合成、酶的轉(zhuǎn)化及生殖細胞的形成等生理活動，是大型藻類生長的必要成分?，F(xiàn)有研究表明，海水中營養(yǎng)鹽含量對藻類的生長具有重要的影響[10，12]。從本次試驗結(jié)果可以看出，高質(zhì)量濃度營養(yǎng)鹽對菊花江蘺和脆江蘺的生長產(chǎn)生了影響，但由于種類的不同，產(chǎn)生的影響并不相同。

在試驗期間，菊花江蘺保持生長，而脆江蘺在20 d時部分試驗組已出現(xiàn)衰敗現(xiàn)象，在30 d時全部衰敗。相關(guān)報道中，在25 ℃條件下菊花江蘺相對生長速率可達2.3%～3.02%[13]；盧曉等[7]研究表明，25 ℃時脆江蘺相對生長速率約為2.6%；金玉林等[14]研究發(fā)現(xiàn)，26 ℃時脆江蘺相對生長速率達5%以上。而分析本試驗中江蘺的生長數(shù)據(jù)得知，江蘺在10 d時表現(xiàn)出最大相對生長速率，脆江蘺為1.15%，菊花江蘺為2.09%，均低于同類報道中的數(shù)值，且脆江蘺相對生長速率低于菊花江蘺，表明在25 ℃時高質(zhì)量濃度營養(yǎng)鹽對兩種江蘺的生長產(chǎn)生了影響，且在此條件下菊花江蘺的生長能力高于脆江蘺。同時，菊花江蘺和脆江蘺相對生長速率隨試驗時間的增加出現(xiàn)顯著性下降，脆江蘺在10～20 d且氮(磷)質(zhì)量濃度超過8.24(1.14) mg/L時更是出現(xiàn)負(fù)增長，并隨著營養(yǎng)鹽質(zhì)量濃度的升高出現(xiàn)負(fù)增長趨勢上升的現(xiàn)象，表明高質(zhì)量濃度營養(yǎng)鹽對脆江蘺的生長具有顯著的抑制性。

相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，在外界營養(yǎng)鹽水平過高時，部分藻類能夠吸收過量的營養(yǎng)鹽，以藻紅蛋白和聚磷酸顆粒的形式貯存[15-16]；而藻體利用硝態(tài)氮是經(jīng)酶作用先后轉(zhuǎn)化為亞硝態(tài)氮及氨氮，當(dāng)藻紅蛋白釋放過多的硝態(tài)氮時，細胞內(nèi)亞硝態(tài)氮或氨氮水平過高，對藻體產(chǎn)生毒害作用，影響藻類正常生長[17]。同時，盧曉等[7]研究發(fā)現(xiàn)，25 ℃時脆江蘺細胞受害程度較高，而高質(zhì)量濃度營養(yǎng)鹽引起的藻體內(nèi)亞硝態(tài)氮或氨氮離子水平過高這一問題，加劇了對脆江蘺的損害，致使脆江蘺最終全部衰??；而菊花江蘺則以較低的相對生長速率維持正常生長。綜合分析試驗結(jié)果，在25 ℃及高質(zhì)量濃度營養(yǎng)鹽的條件下，菊花江蘺能夠在較長時間內(nèi)維持正常生長。

3.2 營養(yǎng)鹽對兩種江蘺氮、磷吸收去除的影響

大型藻類吸收環(huán)境中的氮和磷，用于自身的生長及生理活動的消耗，最終通過大型海藻的收獲去除了水環(huán)境中的氮、磷，達到了凈化水體的目的。利用大型海藻凈化吸收水體中的營養(yǎng)鹽，提高水體環(huán)境質(zhì)量已有較多研究，如邵飛等[18]發(fā)現(xiàn)，條斑紫菜(Porphyrayezoensis)對氮、磷的去除率分別超過95%和90%；在鄭輝[19]的研究中，經(jīng)6周的靜態(tài)培養(yǎng)試驗，龍須菜(Gracilarialemaneiformis)對硝態(tài)氮的凈化率約為90%，磷的凈化率為88.34%。而本次試驗中，在25 ℃及高質(zhì)量濃度氮、磷水平影響下，菊花江蘺氮、磷累積去除效率均超過99%，而脆江蘺氮累積去除效率則為95%～99%，磷累積去除效率為86%～89%。研究結(jié)果還發(fā)現(xiàn)，兩種江蘺對氮、磷的吸收速率均隨著底物含量的增加而增大，這一研究與詹冬梅等[8,20-21]對大型藻類的研究結(jié)果一致。但在試驗過程中，脆江蘺全部死亡，并未達到有效去除氮、磷的作用。

通過對不同時段的研究發(fā)現(xiàn)，江蘺對氮、磷的吸收主要在前10 d內(nèi)完成，這一試驗結(jié)果符合江蘺機會種這一特性，即當(dāng)環(huán)境中有大量的營養(yǎng)物質(zhì)如氮、磷存在時，能快速地吸收，并在體內(nèi)貯存[5]。研究發(fā)現(xiàn)，菊花江蘺對氮、磷的最大吸收速率為0.458 μmol/(g·h)和0.03 μmol/(g·h)[5]；脆江蘺對氮、磷的最大吸收速率分別為0.648 μmol/(g·h)和0.018 μmol/(g·h)[12]。本研究中，當(dāng)營養(yǎng)鹽質(zhì)量濃度超過8.24(1.14) mg/L時，兩種江蘺在0～10 d的氮、磷吸收速率全部高于上述數(shù)值，推測在試驗初期受大量離子存在的影響，江蘺細胞內(nèi)外離子含量差過大，如鈉離子等大量進入細胞內(nèi)，破壞了細胞膜完整性，對離子的選擇透過性變差[22]，表現(xiàn)為菊花江蘺在0～10 d時氮去除率在營養(yǎng)鹽質(zhì)量濃度為8.24(1.14) mg/L時出現(xiàn)最低值，但營養(yǎng)鹽質(zhì)量濃度超過8.24 mg/L時氮去除效率仍繼續(xù)提高，其生理狀況應(yīng)處于非正常狀態(tài)；脆江蘺在25 ℃條件下，受高含量營養(yǎng)鹽的影響，細胞受損程度進一步加深，因此在0～10 d時氮、磷去除率均隨營養(yǎng)鹽含量的升高而升高。10 d后受環(huán)境中營養(yǎng)鹽被大量吸收去除的影響，兩種江蘺的吸收速率和去除效率均明顯降低。綜合以上研究結(jié)果表明，在25 ℃及營養(yǎng)鹽質(zhì)量濃度低于8.24(1.14) mg/L時菊花江蘺對水體中的氮、磷營養(yǎng)鹽有很好的去除效果，且能維持正常生長。