魯萬橋，李培倫，劉偉，唐富江，王繼隆

（中國水產(chǎn)科學研究院黑龍江水產(chǎn)研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部黑龍江流域漁業(yè)資源環(huán)境科學觀測實驗站，哈爾濱 150070）

大麻哈魚（Oncorhynchus keta）目前由于資源量的枯竭，被規(guī)劃為國家3 級保護動物［1-3］，足以說明大麻哈魚的資源恢復刻不容緩，而大麻哈魚對產(chǎn)卵場的條件要求比較嚴苛，環(huán)境僻靜，水質(zhì)澄清，水流較急，水溫在5～7 ℃為宜，底質(zhì)為沙礫地［4］。呼瑪河段水域因其自身優(yōu)越條件，成為了大麻哈魚少數(shù)天然產(chǎn)卵場之一，由于近些年自然環(huán)境的變遷（洪水倒灌）以及人為所造成的破壞（耕田面積的增加、道橋工程建設(shè)等），導致該河段生境產(chǎn)生了更替的現(xiàn)象［5，6］，并滋生大量藻類等沉水性植物，且其優(yōu)勢種具有季節(jié)性變化趨勢。根據(jù)2018 年下半年多次的實地考察發(fā)現(xiàn)，呼瑪河段水域在秋季期間的優(yōu)勢種為普生輪藻、柔枝水蘚；冬天的絕對優(yōu)勢種為水綿。

在研究大麻哈魚產(chǎn)卵行為的過程中，發(fā)現(xiàn)大麻哈魚會自行清除附于底質(zhì)的其他水生植物，而大麻哈魚因上溯洄游會消耗大量的體力，繼而會嚴重影響其產(chǎn)卵量，最終導致大麻哈魚的繁殖量大幅度下降。因此為了更好地探究呼瑪河段大麻哈魚產(chǎn)卵場的優(yōu)勢水生植物，于2018 年10 月至2019 年1 月進行了多次試驗，探究相關(guān)植物在不同氮磷濃度下的吸收速率，明確其生長機制，為修復呼瑪河段大麻哈魚產(chǎn)卵場提供相關(guān)依據(jù)及理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與預處理

普生輪藻、柔枝水蘚及水棉3 種試驗對象均采自于呼瑪河段，如圖1。準備10 個承裝容器（水族桶），將3 種植物采集洗凈、稱量，并等量地放置于其中9 個容器中（剩余1 個容器為空白對照），進行正式試驗，而在此之前，剔除生長狀況不佳、枝葉泛黃的試驗樣本，并進行拍照保存。

圖1 采樣試驗區(qū)分布

1.2 試驗方法

在容量相同的試驗水族箱（直徑16.2 cm，高46.5 cm）中加入同等的培養(yǎng)液（3 組試驗培養(yǎng)液的N、P 元素來源均不一致）。每日采樣2 次（早、晚各1次），并利用AA3 儀（連續(xù)流動營養(yǎng)鹽分析儀）對其N、P 濃度進行測定，同時分別測量其溫度、溶解氧及電導率等理化指標，對試驗過程可測的理化條件進行實時監(jiān)控，試驗跨度為7 d。每個試驗組均設(shè)定3個平行試驗組外加1 個空白對照組。此外，3 組試驗水溫均保持在（19±2.5）℃，利用日光燈管作為固定光源（自每天第1 次采樣前打開，在第2 次采樣后關(guān)閉，保證了每天的有效光照時間為12 h），其光照度保持在6 680 lx。

利用公式計算N、P 元素吸收速率［7］：

式中，U為營養(yǎng)元素（N、P）平均每天的吸收速率［μmol/（g·d）］；C0為試驗開始時培養(yǎng)液中營養(yǎng)元素的濃度（μmol/L）；Ct為試驗結(jié)束時培養(yǎng)液中營養(yǎng)鹽濃度（μmol/L）；V為所用培養(yǎng)液體積（L）；t為試驗時間（d）；G為所添加試驗對象同濃度梯度的平均生物量（g）。

1.3 試驗設(shè)計

1.3.1 普生輪藻、柔枝水蘚在不同N/P 濃度培養(yǎng)液的吸收速率 首先底質(zhì)的模擬，本研究利用上述所用水族桶加入等量的土（同批次大興安嶺營養(yǎng)黑土）及砂石（同款水晶砂），培養(yǎng)液則設(shè)定3 個濃度梯度分別為16∶1、40∶1以及80∶1，其中N的來源為NaNO3、尿 素；P 的來源 為KH2PO3。令NaNO3、KH2PO3為定量，利用尿素來改變N、P 元素的濃度比值，其他成分為MgSO4。保證了培養(yǎng)液P 初始濃度為2.28 mg/L，N 初始濃度則分別為36.48 mg/L（1-3 號缸、低濃度梯度）、91.20 mg/L（4-6 號缸、中濃度梯度）及182.40 mg/L（7-9 號缸、高濃度梯度）。

1.3.2 水綿在不同N/P 濃度培養(yǎng)液的吸收速率 培養(yǎng)液同樣設(shè)定3 個濃度梯度，分別為16∶1、40∶1 以及80∶1，且N、P 來源與上述培養(yǎng)液相同，而不同的是KH2PO3、尿素作為定量，利用NaNO3來改變N、P 元素的濃度比值，使培養(yǎng)液P 初始濃度為0.5 mg/L，N初始濃度則分別為8 mg/L（1-3 號缸、低濃度梯度）、20 mg/L（4-6 號缸、中濃度梯度）及40 mg/L（7-9 號缸、高濃度梯度），并無其他成分。

最后利用式（1），結(jié)合3 個試驗對象的實際生長情況對比其種間、組間對N、P 的吸收速率。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同N/P 濃度下普生輪藻的吸收速率

從試驗結(jié)果（圖2、圖3）來看，在N 吸收效果方面：低濃度試驗組表現(xiàn)相對穩(wěn)定，中、高濃度試驗組起伏變化比較大，不過吸收效果相當，都相比于低濃度試驗組高，其吸收速率（低濃度至高濃度，下同）分別為2.95、21.22、20.86 μmol/（g·d）；P 吸收效果方面：不同濃度試驗組對其吸收效果趨勢比較相似，尤以N/P 為16∶1、氮濃度36.48 mg/L 的低濃度試驗組效果最佳，N/P 為40、氮濃度為91.20 mg/L 次之，吸收速率分別為1.57、0.89、0.61 μmol/（g·d）；此外綜合其生長情況來看，N/P 為80∶1、N 濃度為182.40 mg/L的試驗組，生長效果最佳，N/P 為40∶1，N 濃度為91.20 mg/L 次之，而N/P 為16∶1，N 濃度為36.48 mg/L試驗組出現(xiàn)減重情況。

圖2 普生輪藻在不同濃度梯度下N 濃度變化趨勢

2.2 不同N/P 濃度下柔枝水蘚的吸收速率

從試驗結(jié)果（圖4、圖5）來看，同普生輪藻相似，柔枝水蘚雖然同樣對N 吸收效果組間差異明顯，但是不同濃度試驗組對P 吸收效果均較好，尤以N/P為80∶1、N 濃度為182.40 mg/L 的高濃度試驗組效果最佳，N/P 為40∶1、N 濃度為91.20 mg/L 次之，對N 元素吸收速率分別為4.06、25.83、67.73 μmol/（g·d）；對P 元素吸收速率分別為1.77、1.73、1.83 μmol/（g·d）；此外從其生長情況來看，N/P 為80∶1、N 濃度為182.40 mg/L 的試驗組，生長效果最佳，N/P 為40∶1、N 濃度為91.20 mg/L 次之，而N/P 為16∶1、N 濃度為36.48 mg/L 的試驗組生長效果并不理想，各梯度試驗組出現(xiàn)不同程度減重情況。

圖4 柔枝水蘚在不同濃度梯度下N 濃度變化趨勢

圖5 柔枝水蘚在不同濃度梯度下P 濃度變化趨勢

2.3 不同N/P 濃度下水綿的吸收速率

水棉對N、P 的吸收效果都比較明顯，如圖6、圖7 所示。首先在N 吸收效果方面：低濃度試驗組＜高濃度試驗組＜中濃度試驗組，而吸收速率分別為9.79、15.13、11.11 μmol/（g·d）；P 吸收效果方面：不同濃度試驗組的吸收效果也都十分理想，尤以N/P為80∶1、氮濃度為40 mg/L 的高濃度試驗組效果最佳，N/P 為40∶1、N 濃度為20 mg/L 次之，且2 個組別差異并不明顯，3 個組別的P 元素吸收速率分別為0.60、1.13、1.14 μmol/（g·d）；此外從其生長情況來看，在本次試驗結(jié)束后，稱取的為代謝完已經(jīng)死亡的水棉，從整體來看，中濃度梯度試驗組死亡量最少，表明其生長情況相比于其他2 個試驗組要好（圖8）。

圖6 水綿在不同濃度梯度下N 濃度變化趨勢

圖7 水綿在不同濃度梯度下P 濃度變化趨勢

圖8 水棉損耗情況

3 小結(jié)與討論

3.1 不同N/P 濃度對植物吸收速度的對比

3 種水生植物在不同N/P 濃度的情況下，對N、P元素的最佳吸收速率均有所不同，如表1 所示。

表1 各吸收速率情況分布 ［單位：μmol/（g·d）］

1）N 濃度在36.48～182.40 mg/L 范圍之內(nèi)，普生輪藻及柔枝水蘚均可對N、P 元素進行有效的吸收，但是N、P 的不同比例之間，3 種試驗樣本的日均吸收速率均不盡相同［8，9］。

2）在N吸收速率方面，普生輪藻最快吸收速率發(fā)生在N/P為40∶1時，此時日均速率為21.22 μmol/（g·d）；柔枝水蘚最快吸收速率發(fā)生在N/P 為80∶1時，此時日均速率為67.73 μmol/（g·d）；而水綿最快吸收速率則同樣發(fā)生在N/P 為40∶1時，此時日均速率為15.13 μmol/（g·d），而當N 濃度達到一定程度時，也會導致植物對其吸收產(chǎn)生一定影響［10］。

3）在P吸收速率方面，普生輪藻最快吸收速率發(fā)生在N/P為16∶1時，此時日均速率為1.57 μmol/（g·d）；而柔枝水蘚最快吸收速率則發(fā)生在N/P 為80∶1時，此時日均速率為1.83 μmol/（g·d）；同樣水綿最快吸收速率也發(fā)生在N/P 為80∶1時，此時日均速率為1.14 μmol/（g·d）。

4）從整體來看，N 濃度日均吸收速率均遠大于P濃度日均吸收速率；此外，從上述植物試驗后的生長情況來看，均有不同程度的減重損耗現(xiàn)象。

3.2 不同N/P 濃度對植物吸收速度的影響因素

基于上述試驗的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)進行到試驗后期底質(zhì)的釋放量以及人為擾動因素，諸如攪動等操作，會對試驗有一定程度的影響，因此，在試驗結(jié)束后針對所用底質(zhì)進行了下述驗證性試驗：準備上述相同的暫養(yǎng)水族桶7個，分別為1 號缸：大興安嶺營養(yǎng)黑土；2 號缸：大興安嶺營養(yǎng)黑土，采樣前進行攪拌，使水質(zhì)中的各種元素分布均勻；3 號缸：大興安嶺營養(yǎng)黑土加水晶砂石；4 號缸：大興安嶺營養(yǎng)黑土加水晶砂石，采樣前同樣進行攪拌；5 號缸：呼瑪河段底質(zhì)土；6 號缸：呼瑪河段底質(zhì)砂石；7 號缸：水（空白對照）。試驗為期7 d，采樣頻率為1 次/d。結(jié)果表明，所有樣本中所測磷濃度均處于極低狀態(tài)下，因此可忽略不記，而N 濃度結(jié)果如圖9 所示。

圖9 底質(zhì)N 濃度變化

從圖9 可以看出，首先，底質(zhì)為營養(yǎng)黑土的樣本缸的N 濃度有明顯上升趨勢，表明其釋放量比較大，而從呼瑪所采集的樣本土則變化不明顯，略有起伏，幾乎與空白對照組一樣表現(xiàn)平穩(wěn)；其次，根據(jù)1、3 號與2、4 號對比可以看出有人為攪動采樣的樣本上升趨勢相比較于沒有攪動的樣本更趨于穩(wěn)定上升，反之，沒有攪動采樣的樣本，上升波動十分明顯，這也表明1、2 號中的濃度變化波動幅度較大。

此外，培養(yǎng)液的配比也是重要影響因子之一，根據(jù)目前所配比出的溶液濃度來看，整體濃度均過大，遠超過國家所規(guī)定的Ⅴ等水體質(zhì)量要求（水綿含量雖然相對接近指標，但也超過該標準）［11］，因此不難排除植物可能是由于培養(yǎng)液的濃度過大而影響其吸收生長。

最后，即研究對象的自身生長情況，由于采樣地點比較偏遠，所以自采樣至正式試驗的開始，所有試驗樣本均經(jīng)過了暫養(yǎng)至運輸至2 次暫養(yǎng)的過程，其本身健康狀態(tài)難以保證，因此，也會對試驗產(chǎn)生一定程度的影響。

3.3 關(guān)于大麻哈魚產(chǎn)卵場修復——沉水性植物去除的策略

目前，經(jīng)過多年的調(diào)查，可保留使用的大麻哈魚產(chǎn)卵場已經(jīng)不多，多個產(chǎn)卵場亟待恢復［12］，而所面臨的問題并不相同，有人為破壞（修壩、沿岸工廠的設(shè)立以及農(nóng)田的擴建等），還有自然因素的干擾，尤以呼瑪河段產(chǎn)卵場的沉水性植物最為嚴重，而針對其去除目前并沒有太好的方法，大多利用物理方法［13，14］去除（如超聲波管控、人工清除等），人工清除的方法優(yōu)勢是收效較快，在短時間內(nèi)，可以讓問題得到一定程度的解決，但是其劣勢就是無法根本去除，一段時間后，問題依舊存在，而高頻超聲波整體控藻效果并不是特別明顯［15］，這樣會耗費大量的人力、物力。后有學者提出利用化學方法進行去除，已經(jīng)有開展相關(guān)方面的研究，主要利用除草劑等化學物質(zhì)進行管控［16］，但極易破壞當前的生態(tài)系統(tǒng)，針對目前呼瑪河的環(huán)境現(xiàn)狀并不可取，目前有專家提出利用生物方法，可通過增加食物鏈中消費者的“消費能力”，譬如放養(yǎng)魚類等方式［16，17］，或增加分解者的“分解能力”，諸如釋放菌群等手段［18］，以此達到刺激其對水生植物的去除目的，且相關(guān)方法早在20 世紀70 年代中葉就已經(jīng)進行使用［19］，技術(shù)手段趨于成熟，安全穩(wěn)定。

根據(jù)目前呼瑪河段的狀況，適當?shù)胤硼B(yǎng)鰱魚、鳙魚等植食性魚類，無法對其水域進行實時監(jiān)測，繼而可能誘導“生物入侵”等現(xiàn)象的發(fā)生，結(jié)合目前試驗結(jié)果來看，通過投放無害氮磷的鹽類物質(zhì)，在噴灑適量濃度的前提下，可對相關(guān)水域的水質(zhì)起到大面積高效率的“清洗”作用，進而達到大麻哈魚產(chǎn)卵場修復的目的。