大规模藻华区低氧对海洋生物的影响研究

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随着世界经济的发展,河口和近岸水域富营养化愈演愈烈,赤潮频发,低氧现象呈现逐年加剧的趋势,对海洋生物的生存、繁殖甚至生态系统结构等造成了越来越严重的影响。因此,本文就赤潮微藻与低氧关系、低氧对海洋生物的影响展开了实验研究。实验结果如下:模拟赤潮消亡过程,研究了我国常见赤潮藻链状亚历山大藻(A.catenella)、东海原甲藻(P.donghaiense)和中肋骨条藻(S.costatum),在黑暗条件下溶解氧(dissolvedoxygen,DO)、藻密度和氨氮随时间的变化。实验发现,三种藻的分解过程都会造成溶解氧的下降。其中链状亚历山大藻(7400cells/mL,55ug/mL)DO降低速度最快,其对DO的消耗也最大,4天内基本达到DO最低值3mg/L。相同生物量的东海原甲藻(79000cells/mL,55ug/mL)对DO的消耗速度和消耗量明显低于链状亚历山大藻,但显著高于中肋骨条藻,东海原甲藻在5天内基本达到DO最低值5mg/L。中肋骨条藻(275000cells/mL,55ug/mL)对DO的消耗速度最慢,消耗量最小,前期耗氧不明显,在16天后,底层DO才开始明显降低,可低至4mg/L。链状亚历山大藻和东海原甲藻DO分层现象不明显,水体表中底层DO均维持较低水平;中肋骨条藻16天后底层DO迅速降低,出现DO分层。DO出现分层现象,具体表现为:表层>中层>底层。另外,三种藻进入黑暗环境后均释放氨氮,氨氮随时间的变化基本呈线性增加的趋势,且有明显的分层现象,表层>中层>底层。15天时链状亚历山大藻表层氨氮含量可达0.97mg/L-N,东海原甲藻为0.51mg/L-N,中肋骨条藻仅为0.18mg/L-N。大规模赤潮与水体低氧可能存在一定关系;甲藻赤潮可能比硅藻赤潮更易造成低氧,且危害更为严重。研究了低溶解氧浓度对中华哲水蚤(Calanus sinicus)、褶皱臂尾轮虫(Brachionusplicatilis)、卤虫(Artemiasalina)幼体、栉孔扇贝(Chlamys farreri)、紫贻贝(Mytilus edulis)和小黄鱼(Pseudosciaena polyactis)96h内的致死率,测定了栉孔扇贝、紫贻贝、小黄鱼的耗氧率以及低氧对中华哲水蚤和卤虫的产卵和孵化的影响。研究发现,当DO低至2mg/L左右时,小黄鱼和中华哲水蚤会在4h内完全死亡,栉孔扇贝会在30h内完全死亡,而轮虫、卤虫和紫贻贝96h内无死亡,以上各种生物的耐低氧程度大致为:小黄鱼<中华哲水蚤<栉孔扇贝<紫贻贝、轮虫、卤虫。各种生物的耗氧率差异很大,紫贻贝的最大耗氧率为0.00295ug/g·h,小黄鱼为0.222mg/g·h,耗氧率与生物的耐低氧程度呈负相关关系,即:小黄鱼>栉孔扇贝>紫贻贝。低氧对中华哲水蚤的产卵有明显抑制作用,对中华哲水蚤和卤虫的孵化率也有一定影响。可见,低氧对海洋生物的存活和繁殖均有抑制作用,不同生物对低氧的耐受能力有很大差异,像中华哲水蚤等浮游动物关键种耐低氧能力较差。长时间低氧很可能会改变海洋生态系统结构和功能。研究了低溶解氧浓度对黑褐新糠虾(Neomysis awatschensis)成体和幼体96h内的急性致死率、和对黑褐新糠虾30d生长、繁殖和24h酶活性的慢性影响。研究发现,黑褐新糠虾幼体的耐低氧能力比成体强,当DO为3mg/L时,糠虾成体会在70h内全部死亡,而糠虾幼体无死亡。当DO为5mg/L时,黑褐新糠虾的生长便会受到影响,其体长较常氧(8.5mg/L)环境下生活的糠虾减少了1.4%,湿重减少了15.7%,蛋白含量减少了1.1%,脂肪酸含量减少了32.6%,其中湿重和脂肪酸含量有明显降低。低氧会显著抑制黑褐新糠虾的产虾,首次产虾时间推迟,产虾时间缩短。当DO为4mg/L时的产虾总量仅为常氧时的7%,当DO为6mg/L时的产虾总量也仅为常氧时的65%。在轻度低氧环境下(4-6mg/L)糠虾体内的保护酶(过氧化氢酶、总超氧化物歧化酶)的活性明显提高,但当溶氧继续降低至2mg/L时,保护酶的活性随之降低;乳酸脱氢酶也随着DO的降低先升高后降低;脂肪酶和胰蛋白酶活力随DO降低也有一定程度的增强,表明黑褐新糠虾会通过改变体内酶活性来适应低氧环境,但当DO降至一定程度时,黑褐新糠虾的自身调节失衡,酶活性也随之改变。以上结果可见低氧会导致黑褐新糠虾存活、繁殖受到抑制,酶活性发生改变,营养价值降低,从而可能会对高营养级生物的生长发育产生不利影响,进而可能导致海洋生态系统结构和功能的改变。总之,大量赤潮藻在分解腐败过程中消耗水中氧气,可能造成水体低氧,其中甲藻赤潮可能比硅藻赤潮更易造成水体低氧,且危害更为严重。低氧对海洋生物的存活、生长、繁殖和酶活性均有不利影响,不同生物对低氧的耐受程度有很大差异,长时间低氧可能会改变海洋生态系统的结构和功能。
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