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近年来,随着近海污染的加剧,局部海域富营养化问题日益突出,赤潮和绿潮事件频频发生,特别是绿潮在我国爆发的频率和规模迅速增加,其危害己引起社会的广泛重视。绿潮藻生长、爆发机制,绿潮对生态环境的影响及其预防、控制和资源化利用已成为亟待解决的问题。本文主要研究了绿潮藻的生长、营养盐吸收及其与环境因子的关系,绿潮藻对赤潮微藻的生长抑制效应,以期为绿潮藻爆发的机制、预警预测和对海洋生态系统的影响评价提出科学的依据。
主要研究结果如下:
1.绿潮藻生长特征研究
研究了浒苔(Ulva prolifera)和条浒苔(Ulva clathrata)幼苗和成熟藻体的生长,在绿藻浒苔爆发期,同步研究了浒苔的生长爆发周期。结果表明:在室内条件下浒苔和条浒苔成熟藻体体重生长率分别为17.30%d-1和16.82%d-1;浒苔和条浒苔藻体幼苗在25℃和140μimol.m-2.s-1的条件下有最大体长生长率,分别为78.9%d-1和82.1%d-1;绿潮藻爆发生长期分为四个阶段:急速增长期(丝状体)、缓慢增长期(管状体)、平稳期(泡状体)、下降期(褶皱体)。其中在急速增长期最大日生长率达到80.5%。
2.绿潮藻的营养盐吸收
(1)浒苔(U.prolifera)的营养吸收动力学特征。浒苔对NH4+-N吸收速率与介质中NH4+-N浓度呈显著的线性关系,在400μmol·L-1时,30min后浒苔的吸收速率为421μmol.g-2.h-1,说明浒苔吸收氨氮的方式以被动扩散为主。在400μmol·L-1的起始浓度下,浒苔对NH4-N的吸收速率随时间变化呈现3个不同阶段:在75min内呈快速吸收阶段,75-185min为内部NH4+-N控制的吸收阶段,250min后为外界NH4+-N浓度控制的吸收阶段;在700min后,浒苔的吸收速率为41.3μmol·gDW-1·h-1。浒苔对NO3--N和PO4+-P吸收速率随时间变化的曲线与NH4+-N类似,呈现3个不同阶段:快速吸收阶段,内部控制阶段和外部控制阶段。在相对高浓度下,浒苔对No3--N和Po4+-P最大吸收速率分别达到了250·43μmol·gDw-1·h-1和5.82μmol·gDW-1·h1,平稳期吸收速率为36.72μmol·gDW-11·h-1和1.32μmol·gDW-1·h-1。
(2)环境因子对绿潮藻氮磷吸收的影响
光强对浒苔(U.prolifera)NH4+-N与NO3--N的吸收速率影响显著,光强为120μmol·m-2·s-1时,对两者的吸收速率达到最大值,光强增加至200μmol·m-2·s-1时,对NH4+-N的吸收速率略微降低,浒苔对NO3--N吸收速率显著降低。与NH4+-N与NO3--N不同,光照强度为30μmol·m-2·S-1时,浒苔对PO4-P的吸收速率最大。
温度对浒苔NH4+-N、NO3--N和PO4+-P吸收速率均具有极显著影响,不同温度造成的组间差异大,表明浒苔氮磷的吸收速率对温度变化最敏感;而盐度、温度与盐度交互作用的影响则比较小。当温度为20℃和25℃时,浒苔对氮磷的吸收速率较大,其中温度为25℃、盐度为25时吸收速率最大。
不同氮磷比对浒苔吸收NH4+-N与NO3--N速度的影响不显著,各不同氮磷比下,浒苔对NH4+-N与NO3--N的吸收速率随着浓度的增加而增加。氮浓度与氮磷比没有显著的交互作用。而氮浓度和氮磷比对浒苔吸收PO4+-P的影响极显著,两者的交互作用对PO4+-P吸收速率的影响也极显著。浒苔对PO4+-P的吸收速率随氮磷比的增加而呈现增高趋势,其中DIN为50μmol·L-1、N:P=100时的P吸收速率最高,达到4.47±0.135μmo1.gDW-1.h-1。各组氮磷比下,浒苔对PO4+-P的吸收速率均随DIN浓度的升高而显著降低,当DIN浓度达到150μmol·L-1和200μmo1·L-1,N:P=1时,对P吸收速率最低。
浒苔具有同时利用水体中较高浓度的NH4+-N和NO3--N的能力,浒苔对NH4+-N的吸收速率远高于对NO3--N的吸收速率,当两种氮源同时存在时高浓度的NH4+-N将抑制NO3+-N的吸收。一方面,浒苔能够快速、大量的吸收水体中氮源,为爆发性增殖贮备物质条件;另一方面,控制NH4+-N的大量输入是预防浒苔绿潮爆发的关键。
(3)绿潮藻对微藻的克生效应研究
在实验室内研究了Ulva linza新鲜组织、干粉末、培养水过滤液和水溶液抽提液对球等鞭金藻(Isochrysis galbana)生长的克生作用。结果表明,Ulva linza新鲜组织、干粉术和水溶性抽提液对球等鞭金藻的生长具有强烈的克生效应。当培养液中Ulva linza新鲜组织、干粉术和水溶性抽提液的浓度为5.0g·L-1、1.2g·L-1和1.0g·L-1时,球等鞭金藻不能够维持正常的生长或全部死亡。在Ulva linza培养水过滤液培养实验中,一次性添加Ulva linza培养滤液,不能持久地抑制球等鞭金藻增殖;而半连续添加Ulva linza培养滤液,其克藻效应较强,说明克生物质的连续分泌是有效克制球等鞭金藻生长的关键;经高温高压处理后的Ulva linza培养滤液对球等鞭金藻无显著地抑制作用,说明克生物质在高温高压下不稳定和易分解。
新鲜浒苔(U. prolifera)与米氏凯伦藻(Karenia mikimotoi)共培养、在培养介质中添加浒苔干粉或水溶性抽提液均可对米氏凯伦藻生长产生显著抑制作用,并在高浓度下产生致死作用。当米氏凯伦藻初始细胞密度约为1×104cells·ml-1,10g.L-1、5g·L-1和2g·L-1初始密度新鲜浒苔可分别在72h、96h和168h使与其共培养的米氏凯伦藻完全致死;2g·L-1和1g·L-1的浒苔水溶性抽提液可使米氏凯伦藻细胞在120h和168h后死亡;而浒苔干粉末克生效应最强,添加2.4g·L-1和1.2g·L-1便可使米氏凯伦藻细胞48h和72h后即完全死亡。分批培养过程中一次性添加浒苔滤液,只能在前72h内抑制米氏凯伦藻增殖;而半连续添加浒苔培养滤液,其克藻效应增强,与对照组相比抑制率达99.69%;但浒苔培养滤液经高温高压处理后,对米氏凯伦藻生长无显著抑制作用。
该研究结果为理解浒苔绿潮的爆发机制及评价绿潮爆发对海洋生态系统的影响提供了理论依据。