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

1、本文主要研究了大型經(jīng)濟(jì)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(duì)氮磷營養(yǎng)鹽的吸收動(dòng)力學(xué)特征，大型海藻對(duì)赤潮微藻的生長抑制效應(yīng)，從實(shí)驗(yàn)室受控系統(tǒng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)宏觀試驗(yàn)研究大型海藻栽培對(duì)海區(qū)去富營養(yǎng)化和生態(tài)修復(fù)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(yán)重的近岸海域現(xiàn)場(chǎng)建立海藻生態(tài)修復(fù)功能區(qū)，就大型海藻對(duì)富營養(yǎng)化海區(qū)的生態(tài)修復(fù)功能進(jìn)行了研究與評(píng)價(jià)。主要研究結(jié)果如下： 1.系統(tǒng)研究了大型經(jīng)濟(jì)紅藻真江蘺生長、營養(yǎng)吸收

2、動(dòng)力學(xué)及其影響因素 (1)在實(shí)驗(yàn)室條件下，研究了溫度、鹽度和光照強(qiáng)度等生態(tài)因子對(duì)真江蘺生長的影響。結(jié)果表明，溫度、鹽度和光強(qiáng)對(duì)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(qiáng)度60～120μmol·m-2·s-1。溫度、鹽度和光照強(qiáng)度3者對(duì)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(qiáng)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(jìn)行真江蘺全浮動(dòng)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(duì)氮、磷營養(yǎng)鹽的吸收動(dòng)力學(xué)研究表明，4h內(nèi)氮磷饑餓的真江蘺對(duì)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(dòng)力學(xué)特征，最大吸收速率和半飽和常數(shù)隨著吸收時(shí)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(shí)接近或達(dá)到最大吸收速率。進(jìn)入穩(wěn)定吸收過程后，真江蘺對(duì)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(bào)道的其他種類江蘺的最大吸收速率。 (3)溫度、鹽度、光照強(qiáng)度、pH、氮磷比和氮濃度變化對(duì)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(duì)真江蘺

5、無機(jī)氮磷吸收速率影響極顯著，25℃、鹽度20 psu時(shí)無機(jī)氮磷吸收速率均最大；光強(qiáng)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(duì)無機(jī)氮中NO3-N的吸收速率最大，NH4-N次之，對(duì)NO2-N的吸收速率最?。画h(huán)境中氮濃度、氮磷比及其交互作用對(duì)真江蘺吸收無機(jī)磷的影響極顯著。 2.研究了實(shí)驗(yàn)室條件下大型海藻真江蘺和條滸苔對(duì)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(duì)營養(yǎng)鹽的互相競(jìng)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(qiáng)，2 g·L-1時(shí)抑制率最高，為89.2％。定時(shí)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(duì)真江蘺生長均無顯著影響。3種形態(tài)無機(jī)氮變化都與真江蘺單獨(dú)

7、培養(yǎng)時(shí)的N變化顯著相關(guān)，而無機(jī)磷濃度變化則與大藻和微藻單獨(dú)培養(yǎng)時(shí)的P變化同時(shí)顯著相關(guān)；真江蘺對(duì)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(duì)米氏凱倫藻細(xì)胞生長的抑制率也達(dá)到最大，表明當(dāng)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(duì)介質(zhì)中的無機(jī)氮更具吸收優(yōu)勢(shì)。 (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(duì)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(dāng)米氏凱倫藻初始細(xì)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(xì)胞在120h和168h后死亡；而條滸苔干粉末克生效

9、應(yīng)最強(qiáng)，添加2.4 g·L-1和1.2g·L-1便可使米氏凱倫藻細(xì)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(qiáng)，與對(duì)照組相比抑制率達(dá)99.69％；但條滸苔培養(yǎng)濾液經(jīng)高溫高壓處理后，對(duì)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(duì)3種類型富營養(yǎng)化海區(qū)生態(tài)修復(fù)作用的研究與評(píng)估 (1)定量研究了真江蘺網(wǎng)箱養(yǎng)殖

10、海域生態(tài)修復(fù)模式。在浙江象山港花鱸養(yǎng)殖網(wǎng)箱中吊養(yǎng)真江蘺，對(duì)網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)富營養(yǎng)化海水具有較好的修復(fù)效果。真江蘺生態(tài)修復(fù)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(fù)區(qū)，修復(fù)區(qū)海水PO4-P、NO2-N、NH4-N和NO3-N濃度比非修復(fù)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(fù)區(qū)水體DO濃度和透明度顯著高于非修復(fù)區(qū)，DO平均提高28％，透明度平均提高30％

11、；而修復(fù)區(qū)水體Chl-α濃度顯著低于非修復(fù)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(duì)開放型海域環(huán)境生態(tài)修復(fù)作用的評(píng)估。300 ha半浮動(dòng)筏式條斑紫菜栽培使沿岸海水無機(jī)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(duì)照區(qū)(塘蘆港)相比，紫菜栽培對(duì)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(fù)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(duì)富營養(yǎng)化封閉海域進(jìn)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(duì)富營養(yǎng)化的封閉海區(qū)具有顯著的生態(tài)修復(fù)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(jìn)行真江蘺栽培的奉賢碧海金沙圍隔海區(qū)作為對(duì)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(yán)重富營養(yǎng)化狀態(tài)。通過真江蘺栽培對(duì)金山圍隔內(nèi)修復(fù)區(qū)的水質(zhì)改善效果更為明顯：修復(fù)區(qū)NH4-N水平比對(duì)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(jī)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(shí)，DO含量比對(duì)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(fù)

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(fù)后的圍隔海區(qū)人工生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)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(gè)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(dòng)物性魚類、草食性魚類、蟹類、蝦類、軟體動(dòng)物、底棲動(dòng)物、肉

17、食性浮游動(dòng)物、植食性浮游動(dòng)物、大型藻類、浮游植物和有機(jī)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(jī)體，基本覆蓋了該人工生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的主要過程。能量流動(dòng)分析表明，金山圍隔海區(qū)人工生態(tài)系統(tǒng)中能量流動(dòng)主要以碎屑食物鏈途徑為主，其中植食性浮游動(dòng)物在能量從低級(jí)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(jí)范圍為1.00～3.90級(jí)，系統(tǒng)的能量流動(dòng)主要有6級(jí)，來自初級(jí)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