曾俊，吳翔宇，廖昕星，楊守國(guó)，黃敏，唐賢明

(海南省海洋與漁業(yè)科學(xué)院，海南省熱帶海水養(yǎng)殖技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，海口 571126)

栽培大型海藻是吸收利用水中氮磷元素、延緩水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化以及對(duì)海區(qū)進(jìn)行生物修復(fù)的有效方法之一[1-4]。研究發(fā)現(xiàn)真江蘺(Gracilariaasiatica)[5]、菊花心江蘺(G.lichevoides)[6]能有效降低池塘養(yǎng)殖廢水中的無(wú)機(jī)氮磷含量，且與微藻相比，具有易于存活和易于控制藻生物量的特點(diǎn)。Zhou等[7]在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了海藻與魚(yú)類(lèi)共培養(yǎng)研究，結(jié)果表明海藻是一種有效的營(yíng)養(yǎng)泵，可以從系統(tǒng)中除去大部分營(yíng)養(yǎng)鹽。但不同海藻對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體的修復(fù)效率不同，如龍須菜(G.lemaneiformis)、孔石莼(Ulvapertusavar)和海帶(Laminariajaponicaaresch)對(duì)水體中的營(yíng)養(yǎng)鹽均有去除能力，其中龍須菜在靜水培養(yǎng)6周對(duì)水體氮、磷的吸收能力明顯高于孔石莼和海帶[8]。此外，由于海藻對(duì)不同生態(tài)環(huán)境的適應(yīng)性以及生長(zhǎng)能力不同[9]，大型海藻吸收營(yíng)養(yǎng)鹽的效率會(huì)受生態(tài)環(huán)境的影響而存在差異[10]。研究表明，條斑紫菜(Pyropiayezoensis)在溫度為15 ℃、光周期為16 h∶8 h(L∶D)的條件下對(duì)氮和磷去除效率最大，分別為91.9%和81.6%[11]。李恒等[12]研究發(fā)現(xiàn)溫度變化對(duì)不同大型海藻硝氮吸收速率具有顯著的影響，不同海藻在硝氮吸收速率最高時(shí)的溫度均不相同。因此，了解大型海藻對(duì)水體富營(yíng)養(yǎng)化的修復(fù)效率與生態(tài)環(huán)境的關(guān)系,以及針對(duì)某一水域的污染情況篩選出合適的大型海藻種類(lèi)具有十分重要的意義[13-15]。

目前，長(zhǎng)莖葡萄蕨藻(Caulerpalentillifera)、齒形蕨藻(Caulerpaserrulata)、線形硬毛藻(Chaetomorphalinum)、縊江蘺(Gracilariasalicornia)及芋根江蘺(Gracilariablodgettii)是海南省常見(jiàn)大型海藻。其中，長(zhǎng)莖葡萄蕨藻俗稱“海葡萄”，又稱“綠色魚(yú)子醬”，原產(chǎn)于日本沖繩、菲律賓、馬來(lái)西亞和印度尼西亞等地海域[16]。其營(yíng)養(yǎng)豐富，味道鮮美，主要作為各種美食的配料使用。該品種較為昂貴，為了更好地滿足消費(fèi)需求，近年來(lái)中國(guó)學(xué)者對(duì)長(zhǎng)莖葡萄蕨藻進(jìn)行了大量人工養(yǎng)殖試驗(yàn)與科學(xué)研究[17]。芋根江蘺多生長(zhǎng)在潮間帶的泥沙或礫石中，在中國(guó)自然分布于福建、臺(tái)灣、廣東和海南沿海地區(qū)[18]。芋根江蘺以海水池塘養(yǎng)殖為多，大部分用于生物餌料以及瓊膠提取，少量用于食用。齒形蕨藻、線形硬毛藻和縊江蘺大部分都是野生品種，其中齒形蕨藻生長(zhǎng)在低潮帶巖礁，自然分布于海南地區(qū)；線形硬毛藻生長(zhǎng)于低潮帶的巖礁或附在馬尾藻(Scagassum)上，自然分布于山東、福建和廣東等地；縊江蘺則生長(zhǎng)于低潮帶的泥沙灘中，自然分布于廣東和海南等地。這3種海藻幾乎沒(méi)有人工養(yǎng)殖，主要用作藥用，其市場(chǎng)價(jià)值仍在開(kāi)發(fā)和研究階段。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)比較海南省常見(jiàn)大型海藻在不同溫度條件下?tīng)I(yíng)養(yǎng)鹽的吸收能力，篩選出適合于中國(guó)南方高溫水域的富營(yíng)養(yǎng)化修復(fù)優(yōu)勢(shì)海藻選擇種類(lèi)，為南海海區(qū)海水養(yǎng)殖尾水排放及海洋生態(tài)環(huán)境生物治理提供科學(xué)依據(jù)，同時(shí)為海藻資源的開(kāi)發(fā)利用提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料預(yù)處理

長(zhǎng)莖葡萄蕨藻、齒形蕨藻、線形硬毛藻、縊江蘺和芋根江蘺等5種大型海藻均由海南熱帶海水良種繁育中心提供(圖1)。將海藻快速運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，挑取顏色正常、生長(zhǎng)健康的藻體用毛刷輕輕清除附著生物與雜藻，并用滅菌海水對(duì)其進(jìn)行清洗處理。

將清洗后的藻體置于工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖水泥池中暫養(yǎng)，水泥池長(zhǎng)×寬×高為10.0 m×1.0 m×1.5 m，暫養(yǎng)期海水溫度約20～23 ℃，鹽度32‰，白天光照強(qiáng)度約100 μmol/(m2·s)，光照周期為12∶12(L∶D)，暫養(yǎng)6 d后開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。

A:長(zhǎng)莖葡萄蕨藻；B:齒形蕨藻；C:線形硬毛藻；D:縊江蘺；E:芋根江蘺。

A: ; B: ; C: ; D: ; E: .

1.2 培養(yǎng)液配制

1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.4 測(cè)定方法

水樣中各項(xiàng)營(yíng)養(yǎng)鹽濃度采用不間斷化學(xué)分析儀(CleverChem 200，德國(guó)DeChemTech)測(cè)定。營(yíng)養(yǎng)鹽吸收速率[NUR, μmol / (g ·h)]和營(yíng)養(yǎng)鹽去除效率(NRE, %)計(jì)算公式見(jiàn)式(1)和式(2)[19]。

NUR=(C0×V0-Ct×Vt)/(t×G)

式(1)

NRE=[1 - (Ct×Vt)/(C0×V0)]×100%

式(2)

式中：C0為實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)空白對(duì)照營(yíng)養(yǎng)鹽濃度(μmol/L)，Ct為實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)實(shí)驗(yàn)組營(yíng)養(yǎng)鹽濃度(μmol/L)，V0為初始的培養(yǎng)液體積(L)，Vt為時(shí)間t的培養(yǎng)液體積(L)，t為實(shí)驗(yàn)時(shí)間(h)，G為海藻鮮重(g)。

1.5 數(shù)據(jù)處理

應(yīng)用Excel 和SPSS 17.0軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與統(tǒng)計(jì)分析，并采用單變量方差分析和最小顯著差異法(LSD)比較不同數(shù)據(jù)組間的差異，P<0.05表示有顯著性差異。

2 結(jié)果

2.1 不同溫度下5種大型海藻對(duì)DIN的吸收速率

不同溫度下5種大型海藻對(duì)DIN的吸收速率的比較結(jié)果見(jiàn)圖2，結(jié)果顯示，溫度變化對(duì)長(zhǎng)莖葡萄蕨藻、齒形蕨藻和縊江蘺DIN吸收速率有顯著的影響。其中，長(zhǎng)莖葡萄蕨藻和縊江蘺在30 ℃時(shí)DIN吸收速率達(dá)到最高值，分別為(1.804±0.310)和(2.325±0.370) μmol/(g·h)。齒形蕨藻對(duì)DIN的吸收速率隨溫度增加而增加，35 ℃時(shí)達(dá)到最高為(2.055±0.220) μmol/(g·h)，并顯著高于其他溫度時(shí)DIN的吸收速率(P<0.05)。芋根江蘺和線形硬毛藻的DIN吸收速率隨溫度變化均呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)，但溫度變化對(duì)芋根江蘺和線形硬毛藻DIN吸收速率無(wú)顯著差異(P>0.05)，30 ℃時(shí)芋根江蘺和線形硬毛藻的DIN吸收速率達(dá)到最高，分別為(4.846±0.354)和(5.078±0.666) μmol/(g·h)。此外，不同海藻之間DIN吸收速率也具有顯著性差異。其中，芋根江蘺和線形硬毛藻在任一溫度組的DIN吸收速率均顯著高于同條件下的其他3種海藻(P<0.05)。

不同小寫(xiě)字母代表相同溫度下不同海藻種類(lèi)間
吸收速率有顯著性差異(<0.05)。不同大寫(xiě)字母
代表同一海藻不同溫度間吸收速率有
顯著性差異( < 0.05)。圖3同。

(=)
Different lowercase letters indicate significance level at
<0.05 among species of seaweed under the same
temperature. Different capital letters indicate significance
level at <0.05 among temperatures under the same
species of seaweed. The same case in the Fig. 3.

2.2 不同溫度下5種大型海藻對(duì)DIP的吸收速率

不同溫度下5種大型海藻對(duì)DIP的吸收速率比較結(jié)果見(jiàn)圖3，結(jié)果顯示，溫度變化對(duì)長(zhǎng)莖葡萄蕨藻、齒形蕨藻、芋根江蘺和線形硬毛藻DIP吸收速率有顯著的影響。其中，長(zhǎng)莖葡萄蕨藻、芋根江蘺和線形硬毛藻在35 ℃時(shí)DIP吸收速率達(dá)到最高值，分別為(0.089±0.011)、(0.561±0.053)和(0.502±0.012) μmol/(g·h)，并顯著高于其他溫度時(shí)DIP的吸收速率(P<0.05)。齒形蕨藻在25 ℃和30 ℃時(shí)DIP吸收速率顯著高于20 ℃和35 ℃(P<0.05)。溫度變化對(duì)縊江蘺DIP吸收速率無(wú)顯著差異(P>0.05)，30 ℃時(shí)縊江蘺DIP吸收速率最高為(0.156±0.070) μmol/(g·h)。不同海藻之間DIP吸收速率也具有顯著性差異。其中，芋根江蘺和線形硬毛藻在20、30和35 ℃時(shí)的DIP吸收速率均顯著高于同條件下的其他3種海藻(P<0.05)。線形硬毛藻在25 ℃時(shí)的DIP吸收速率顯著高于同條件下的其他4種海藻(P<0.05)。

(=)

2.3 不同溫度下5種大型海藻營(yíng)養(yǎng)鹽去除率的比較

A:20 ℃；B:25 ℃；C:30 ℃；D:35 ℃。不同小寫(xiě)字母
代表同一海藻對(duì)不同形態(tài)的營(yíng)養(yǎng)鹽去除率有顯著性差異(<0.05)。
不同大寫(xiě)字母代表不同海藻對(duì)同一形態(tài)的營(yíng)養(yǎng)鹽去除率有
顯著性差異(<0.05)。

(=)
A: 20 ℃; B: 25 ℃; C: 30 ℃; D: 35 ℃. Different lowercase
letters indicate significance level at <0.05 among nutrients
under the same species of seaweed. Different capital letters
indicate significance level at <0.05 among species of
seaweed under the same form of nutrients.

3 討論

在本研究中，30 ℃時(shí)芋根江蘺和線形硬毛藻的DIN吸收速率達(dá)到最高，分別為(4.846 ± 0.354)和(5.078 ± 0.666)μmol/(g ·h)，35 ℃時(shí)芋根江蘺和線形硬毛藻DIP的吸收速率達(dá)到最高，分別為(0.561±0.053)和(0.502 ± 0.012)μmol/(g ·h)，說(shuō)明海藻吸收不同營(yíng)養(yǎng)鹽的最適溫度范圍不一樣，這與鄭曉婷等[25]研究結(jié)果相似。線形硬毛藻和芋根江蘺對(duì)DIN和DIP的吸收速率均明顯高于長(zhǎng)莖葡萄蕨藻、齒形蕨藻和縊江蘺，表明海藻種類(lèi)之間營(yíng)養(yǎng)鹽吸收速率具有顯著差異，這與目前大多數(shù)研究報(bào)道保持一致[29-32]。同時(shí)也說(shuō)明這兩種海藻具有較強(qiáng)的營(yíng)養(yǎng)鹽吸收能力，可以作為海南省高效修復(fù)富營(yíng)養(yǎng)化水域的優(yōu)選海藻。參考SC/T 9103—2007《海水養(yǎng)殖水排放要求》中“養(yǎng)殖尾水二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)要求DIN濃度不大于2.00 mg/L，DIP濃度不大于0.10 mg/L”的條件要求，本研究中實(shí)驗(yàn)海水的DIN濃度設(shè)定為3.860 mg/L，DIP濃度為1.650 mg/L，以芋根江蘺為例，在溫度為30 ℃和光照強(qiáng)度180 μmol/ (m2·s)的條件下，DIN和DIP 吸收速率分別為(4.846 ± 0.354)和(0.476±0.022) μmol/(g ·h)，故可以推算每立方實(shí)驗(yàn)海水中添加5.48 kg或21.01 kg芋根江蘺可使DIN或DIP濃度在5 h內(nèi)達(dá)到二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。以線形硬毛藻為例，在溫度為30 ℃和光照強(qiáng)度180 μmol/ (m2·s)的條件下，DIN和DIP 吸收速率分別為(5.078 ± 0.666)和(0.336 ± 0.107) μmol/(g ·h)，故可以推算每立方實(shí)驗(yàn)海水中添加5.23 kg或29.76 kg線形硬毛藻可使DIN或DIP濃度分別在5 h內(nèi)達(dá)到二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。因此，利用大型海藻開(kāi)展海水養(yǎng)殖尾水處理及海洋生態(tài)環(huán)境治理在理論上可行，可把大型海藻作為核心凈化生物之一，尤其是可以為DIP處理難的問(wèn)題提供一條有效解決途徑。

雖然線形硬毛藻和芋根江蘺對(duì)DIN、DIP有較強(qiáng)的吸收能力，理論上可以在水質(zhì)凈化方面起到重要作用，但同時(shí)也面臨一些問(wèn)題。首先，實(shí)驗(yàn)是在小型水體條件下進(jìn)行的，不同于自然條件下，故對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的吸收效果有待于進(jìn)一步的驗(yàn)證。其次，大型海藻的生活史具有局限性，尤其在夏季高溫或管理不善的時(shí)候大多數(shù)海藻會(huì)腐爛流失，導(dǎo)致生物量大大減少而影響了利用效果。因此，今后還應(yīng)該針對(duì)大型海藻在自然條件下的氮磷吸收效率、利用模式、利用管理以及混合利用不同生長(zhǎng)期的海藻實(shí)現(xiàn)全年種植等方面進(jìn)行更加深入的研究。

致謝

感謝在實(shí)驗(yàn)室給予寶貴幫助和技術(shù)支持的專(zhuān)家。感謝相關(guān)的編輯和匿名的審稿人，同時(shí)，感謝他們對(duì)手稿的評(píng)論與辛勤付出。