珠江口红树种植-养殖耦合系统浮游藻类及水质氮磷营养研究*

李 策，刘 玉,黄少峰，黄齐欣，郑杏雯

(1. 中山大学环境科学与工程学院，广东 广州 510275；2. 温州市环境保护设计科学研究院，浙江 温州 325000)

红树林是一类生长在热带及亚热带海岸潮间带的湿地植物，具有净化水体的功能，主要表现在促进悬浮物沉降[1～2]、促进有机污染物降解[3～5]、吸收重金属和营养盐等的作用[6～11]，但对藻类的影响及与富营养化的相互关系则很少见有报道。而目前海水养殖过程中产生的废物在引起养殖水体水质恶化的同时还会引起养殖水体的重富营养化现象，影响水产品的质量[12]。如何降低水产养殖过程中产生的水污染和处理养殖废水已经成为沿海水产养殖亟需解决的重要问题。

国家863计划项目“滩涂红树林种植-养殖系统耦验示范研究”直接将红树植物种植在养殖塘内，目的是通过种植红树植物的净化作用以达到降低养殖水体水质污染和提高水产品质量的双重功效。本文对红树林种植-养殖耦合系统在养殖水产品投放之前各塘水体的N、P营养盐及浮游藻类在1年内的变化动态进行了综合生态调查，分析和比较了各种植塘的藻类状况和不同种红树植物对水质的净化能力，以期评价不同红树植物方式对水质的净化作用和对藻类富营养化作用的影响，为红树在实践中推广应用提供理论分析依据。

1 材料与方法

1.1 养殖塘的构建

选取珠江口海上田园风景旅游区东1号涌和2号涌之间的滩涂湿地，构建3个系统共12个种养塘，各塘的构建情况如表1，位置分布如图1。外供水系统为引入1号涌水先经过红树植物预处理后再排入养殖塘，原位水系统的污水则直接由河涌排入，这样设置的目的是比较红树植物对不同浓度污水的净化效果。污水排入后便成为独立封闭的系统，红树种植面积占养殖塘面积的15%。

表1 红树林种植-养殖耦合系统构建表

图1 红树林种植塘位置分布图

1.2 营养盐和浮游藻类的采样和分析

在每塘四角及中心设5个采样点，距水面0.5 m处采1 L水样，均匀混合水样进行浮游藻类和营养盐分析。采样时间为2008年6月3日，9月11日，11月9日以及2009年1月14日。

鲁哥试液固定和虹吸法浓缩，用0.1 mL的浮游生物计数框进行藻类定量镜检。0.45 μmGF/C玻璃纤维滤纸过滤水样250 mL，90%丙酮萃取24 h，用10-Au荧光计测定叶绿素a含量。滤液用于营养盐的测定，氨氮采用靛酚蓝分光光度法，硝态氮镉柱还原法，亚硝态氮N-(1-萘基)-乙二胺光度法，正磷酸盐磷钼蓝分光光度法。

1.3 数据分析

用双因素无重复方差分析(LSD多重比较检验)在SPSS17.0中进行。使用Excel软件建立“养殖塘-藻类种类”二维矩阵数据库，导入Pc-ord软件进行群落等级聚类分析(CLUSTER)和非度量多维测度排序(NMDS)[13]。首先是将各个塘的藻类丰度经4次方根转化及标准化，然后在Bray-Curtis相似性系数[14]测量的基础上，组合使用CLUSTER和NMDS两种技术。CLUSTER通常根据不同样本间的相似系数按等级建立树状图，而NMDS根据样本间的相似程度，在二维平面图上通过距离远近反映出来，用胁强系数(stress)来判断一个二维NMDS的分析结果：stress<5，结果极好地表达了群落间的相似性；520，排序结果不可信。它们在低维空间可以较好的反映相似矩阵的信息[15]，因而通过这两种技术能更充分地展示各个塘藻类群落结构格局，进而分析比较各个塘浮游藻类群落结构的相似性。

2 结果与分析

2.1 营养盐

各个塘4次调查DIN均介于0.076～5.66 mg/L之间(见图2)。A2塘在2009年1月达到了国家海水水质一类标准。B系统特别是B1和B2塘均达到了海水一类标准，而对照塘B4在2009年1月反而明显上升，超出了四类标准。C系统基本均超出四类标准，但种植红树的3个塘DIN浓度随时间呈明显的下降趋势，4个塘的DIN浓度平均值大小为C2

磷的变化见图3，2008年6月各塘的PO4-P浓度相对较高，而2008年9和11月各塘的浓度均在检出限0.01 mg/L以下。A系统A3塘的PO4-P浓度一直维持在较低的浓度，4次调查均符合一类标准，对照塘A4在2009年1月份明显升高，超出了四类标准。B系统3个红树种植塘从2008年9月开始浓度一直维持在一类-二类标准之间，但对照塘B4却在2009年1月份明显升高，超出四类标准。C系统的C2和C3塘对于保持PO4-P在较低浓度也具有较好的效果，从2008年9月开始一直维持在一类-二类标准，而对照塘在2009年1月却明显上升，处于二类-三类级标准。

2.2 浮游藻类丰度及叶绿素a值

浮游藻类丰度介于1.34×106～1.43×108个/L之间，均超过了湖泊富营养化时浮游藻类丰度的阈值10×105个/L，表明在目前阶段各红树种植塘的浮游藻类数量仍处在很高的水平。通过计算各个塘4次采样的藻类丰度平均值，可以发现，C2塘的藻类丰度最低，但其均值仍高达9.93×106个/L，而B4塘的藻类丰度最高，4次均值为5.06×107个/L。总体来看，A系统和B系统的8个塘藻类丰度相对较高，C系统4个塘藻类丰度相对较低。三系统藻类丰度平均值大小为：A30.05)。

图2 各种养塘内的DIN浓度

图3 各种养塘内的PO4-P浓度

叶绿素a是反映水体中浮游藻类生物量的一个综合指标。各塘之间叶绿素a值的变化较大，介于26.52～664.69 μg/L之间，最大值出现在2009年1月的A1塘，最小值出现在2009年1月的C1塘，结果如图5所示。参照叶绿素a的划分标准[16]，各个塘均处于富营养和重富营养的阶段，同浮游藻类丰度反映的结果相同，三系统叶绿素a的均值大小为：A30.05)，只有C2塘显著低于C4塘(p=0.035<0.05)。

图4 各种养塘内浮游藻类丰度

图5 各种养塘内叶绿素a含量

2.3 浮游藻类群落结构分布格局分析

利用Pc-ord软件进行藻类群落聚类分析和非度量多维测度排序(NMDS)，得到藻类群落聚类分析树状图和NMDS散点图，如图6所示。

图6 浮游藻类的UPGMA聚类分析树状图

2008年6月(见图6a)，在15%左右的相似性水平上，基于Bray-Curtis距离的等级聚类分析将12个塘的藻类划分为2组：第一组的7个塘均属于秋茄-桐花树系统，相似性程度达到了50%。第二组属于木榄-红海榄系统的四个塘。A1、A2、A3、B1、B2、B3和B4种类相对较多，介于14～23种，都由蓝藻、裸藻、硅藻、绿藻和隐藻门5大门类组成且蓝藻门的种类数较多。而A4和C1、C2、C3和C4种类数相对较少，介于9～19种之间，主要由蓝藻、裸藻、硅藻和绿藻门类组成，因而相似性较高。

2008年9月(见图6b)，同样地也可以分为2组：A1～A4、B1～B4种类相对较多，因而独立为一组，C1～C4种类较少的为一组。C系统4个塘能够和A、B两系统的藻类组成明显区别开来自成一个系统，并且红树种植塘与对照塘组成明显不同，主要是由于C4出现了较多的多污性指示种鱼腥藻(Anabaenaconstricta)和α中污性指示种梅尼小环藻(Cyclotellameneghiniana)。

2008年11月(见图6c)12个塘也可分为两个组：A、B两系统的8个塘为一组，种类介于60～83种。C系统的4个塘为一组。C系统的4个塘藻类种数以及各门藻类的丰度均较A、B系统少，介于43～61种。C系统的4个塘在50%左右的相似性水平上可以归为一类。C2和C3主要以α中污性指示种卵形隐藻(Cryptomonasovata)为优势，C4则是以α中污性指示种反曲隐藻(Campylomonasreflexa)为优势，同时C4和C1还均有较多的α中污性指示种梅尼小环藻。

2009年1月(见图6d)12个塘同样可以分为2个组：A、B两系统的8个塘为一个组，C系统的4个塘为一组。C系统红树种植的3个塘在75%左右的相似性水平上聚为一类，对照塘的浮游藻类组成与这3个塘的相似性较低，其中，C1、C2和C3这三个塘分别以棕鞭藻sp.1(Ochromonassp.1)和单独型并基角毛藻(Chaetocerosdecipiensf.singularis)为优势，而C4有较多的小型月牙藻 (Selenastrumminutum)。

NMDS排序分析和聚类分析相互验证。NMDS序列分析法把样本间复杂的生物相似性关系转变成图上样本点间的距离来表示。如果两样本间生物组成相似，则代表这两个样本的点在NMDS图上的距离就越近，反之，距离就越远。对4次样品的NMDS排序分析结果见图7，其结果与等级聚类分析结果基本一致。

图7 浮游藻类的NMDS散点图

总体来讲，从浮游藻类群落结构聚类分析和排序表明，系统构建初始时A、B两系统塘的浮游藻类相似性达到了50%，从2008年9月开始，这两个系统只能达到15%的相似性，表明这两个系统浮游藻类群落结构出现了一定的差异。C系统的红海榄塘(C2)和木榄-红海榄塘(C3)浮游藻类群落结构在四次调查期间均同对照塘(C4)区别开来，这可能是由于红树植物的种植改变了浮游藻类的生境，而生境的改变又可能导致浮游藻类群落结构的改变[17-18]。

3 结 论

红树种植对DIN和PO4-P都有不同程度的净化作用，但是从藻类丰度和叶绿素a 标准判断，各个红树种植塘仍均处于富营养化和重富营养化状态。红树种植可以降低水体中氮和磷的浓度，但即使是较低的氮或磷浓度仍可能是超出了藻类的生长阈值，所以红树种植有可能会改变浮游藻类的群落结构，但红树种植不能控制水体中藻类的生长丰度，也即红树种植不能降低水体的富营养化程度。水生系统中红树植物和藻类间的关系非常复杂，比如，红树植物根的分泌物是否对藻类生长有影响，有待今后更加细致的机理分析与研究。

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