温度对5种大型海藻氮磷吸收能力的影响

曾俊，吴翔宇，廖昕星，杨守国，黄敏，唐贤明

(海南省海洋与渔业科学院，海南省热带海水养殖技术重点实验室，海口 571126)

栽培大型海藻是吸收利用水中氮磷元素、延缓水质富营养化以及对海区进行生物修复的有效方法之一[1-4]。研究发现真江蓠(Gracilariaasiatica)[5]、菊花心江蓠(G.lichevoides)[6]能有效降低池塘养殖废水中的无机氮磷含量，且与微藻相比，具有易于存活和易于控制藻生物量的特点。Zhou等[7]在实验室进行了海藻与鱼类共培养研究，结果表明海藻是一种有效的营养泵，可以从系统中除去大部分营养盐。但不同海藻对富营养化水体的修复效率不同，如龙须菜(G.lemaneiformis)、孔石莼(Ulvapertusavar)和海带(Laminariajaponicaaresch)对水体中的营养盐均有去除能力，其中龙须菜在静水培养6周对水体氮、磷的吸收能力明显高于孔石莼和海带[8]。此外，由于海藻对不同生态环境的适应性以及生长能力不同[9]，大型海藻吸收营养盐的效率会受生态环境的影响而存在差异[10]。研究表明，条斑紫菜(Pyropiayezoensis)在温度为15 ℃、光周期为16 h∶8 h(L∶D)的条件下对氮和磷去除效率最大，分别为91.9%和81.6%[11]。李恒等[12]研究发现温度变化对不同大型海藻硝氮吸收速率具有显著的影响，不同海藻在硝氮吸收速率最高时的温度均不相同。因此，了解大型海藻对水体富营养化的修复效率与生态环境的关系,以及针对某一水域的污染情况筛选出合适的大型海藻种类具有十分重要的意义[13-15]。

目前，长茎葡萄蕨藻(Caulerpalentillifera)、齿形蕨藻(Caulerpaserrulata)、线形硬毛藻(Chaetomorphalinum)、缢江蓠(Gracilariasalicornia)及芋根江蓠(Gracilariablodgettii)是海南省常见大型海藻。其中，长茎葡萄蕨藻俗称“海葡萄”，又称“绿色鱼子酱”，原产于日本冲绳、菲律宾、马来西亚和印度尼西亚等地海域[16]。其营养丰富，味道鲜美，主要作为各种美食的配料使用。该品种较为昂贵，为了更好地满足消费需求，近年来中国学者对长茎葡萄蕨藻进行了大量人工养殖试验与科学研究[17]。芋根江蓠多生长在潮间带的泥沙或砾石中，在中国自然分布于福建、台湾、广东和海南沿海地区[18]。芋根江蓠以海水池塘养殖为多，大部分用于生物饵料以及琼胶提取，少量用于食用。齿形蕨藻、线形硬毛藻和缢江蓠大部分都是野生品种，其中齿形蕨藻生长在低潮带岩礁，自然分布于海南地区；线形硬毛藻生长于低潮带的岩礁或附在马尾藻(Scagassum)上，自然分布于山东、福建和广东等地；缢江蓠则生长于低潮带的泥沙滩中，自然分布于广东和海南等地。这3种海藻几乎没有人工养殖，主要用作药用，其市场价值仍在开发和研究阶段。本实验通过比较海南省常见大型海藻在不同温度条件下营养盐的吸收能力，筛选出适合于中国南方高温水域的富营养化修复优势海藻选择种类，为南海海区海水养殖尾水排放及海洋生态环境生物治理提供科学依据，同时为海藻资源的开发利用提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料预处理

长茎葡萄蕨藻、齿形蕨藻、线形硬毛藻、缢江蓠和芋根江蓠等5种大型海藻均由海南热带海水良种繁育中心提供(图1)。将海藻快速运回实验室，挑取颜色正常、生长健康的藻体用毛刷轻轻清除附着生物与杂藻，并用灭菌海水对其进行清洗处理。

将清洗后的藻体置于工厂化循环水养殖水泥池中暂养，水泥池长×宽×高为10.0 m×1.0 m×1.5 m，暂养期海水温度约20～23 ℃，盐度32‰，白天光照强度约100 μmol/(m2·s)，光照周期为12∶12(L∶D)，暂养6 d后开始实验。

A:长茎葡萄蕨藻；B:齿形蕨藻；C:线形硬毛藻；D:缢江蓠；E:芋根江蓠。

A: ; B: ; C: ; D: ; E: .

1.2 培养液配制

1.3 实验设计

1.4 测定方法

水样中各项营养盐浓度采用不间断化学分析仪(CleverChem 200，德国DeChemTech)测定。营养盐吸收速率[NUR, μmol / (g ·h)]和营养盐去除效率(NRE, %)计算公式见式(1)和式(2)[19]。

NUR=(C0×V0-Ct×Vt)/(t×G)

式(1)

NRE=[1 - (Ct×Vt)/(C0×V0)]×100%

式(2)

式中：C0为实验结束时空白对照营养盐浓度(μmol/L)，Ct为实验结束时实验组营养盐浓度(μmol/L)，V0为初始的培养液体积(L)，Vt为时间t的培养液体积(L)，t为实验时间(h)，G为海藻鲜重(g)。

1.5 数据处理

应用Excel 和SPSS 17.0软件对实验数据进行处理与统计分析，并采用单变量方差分析和最小显著差异法(LSD)比较不同数据组间的差异，P<0.05表示有显著性差异。

2 结果

2.1 不同温度下5种大型海藻对DIN的吸收速率

不同温度下5种大型海藻对DIN的吸收速率的比较结果见图2，结果显示，温度变化对长茎葡萄蕨藻、齿形蕨藻和缢江蓠DIN吸收速率有显著的影响。其中，长茎葡萄蕨藻和缢江蓠在30 ℃时DIN吸收速率达到最高值，分别为(1.804±0.310)和(2.325±0.370) μmol/(g·h)。齿形蕨藻对DIN的吸收速率随温度增加而增加，35 ℃时达到最高为(2.055±0.220) μmol/(g·h)，并显著高于其他温度时DIN的吸收速率(P<0.05)。芋根江蓠和线形硬毛藻的DIN吸收速率随温度变化均呈现先增后减的趋势，但温度变化对芋根江蓠和线形硬毛藻DIN吸收速率无显著差异(P>0.05)，30 ℃时芋根江蓠和线形硬毛藻的DIN吸收速率达到最高，分别为(4.846±0.354)和(5.078±0.666) μmol/(g·h)。此外，不同海藻之间DIN吸收速率也具有显著性差异。其中，芋根江蓠和线形硬毛藻在任一温度组的DIN吸收速率均显著高于同条件下的其他3种海藻(P<0.05)。

不同小写字母代表相同温度下不同海藻种类间
吸收速率有显著性差异(<0.05)。不同大写字母
代表同一海藻不同温度间吸收速率有
显著性差异( < 0.05)。图3同。

(=)
Different lowercase letters indicate significance level at
<0.05 among species of seaweed under the same
temperature. Different capital letters indicate significance
level at <0.05 among temperatures under the same
species of seaweed. The same case in the Fig. 3.

2.2 不同温度下5种大型海藻对DIP的吸收速率

不同温度下5种大型海藻对DIP的吸收速率比较结果见图3，结果显示，温度变化对长茎葡萄蕨藻、齿形蕨藻、芋根江蓠和线形硬毛藻DIP吸收速率有显著的影响。其中，长茎葡萄蕨藻、芋根江蓠和线形硬毛藻在35 ℃时DIP吸收速率达到最高值，分别为(0.089±0.011)、(0.561±0.053)和(0.502±0.012) μmol/(g·h)，并显著高于其他温度时DIP的吸收速率(P<0.05)。齿形蕨藻在25 ℃和30 ℃时DIP吸收速率显著高于20 ℃和35 ℃(P<0.05)。温度变化对缢江蓠DIP吸收速率无显著差异(P>0.05)，30 ℃时缢江蓠DIP吸收速率最高为(0.156±0.070) μmol/(g·h)。不同海藻之间DIP吸收速率也具有显著性差异。其中，芋根江蓠和线形硬毛藻在20、30和35 ℃时的DIP吸收速率均显著高于同条件下的其他3种海藻(P<0.05)。线形硬毛藻在25 ℃时的DIP吸收速率显著高于同条件下的其他4种海藻(P<0.05)。

(=)

2.3 不同温度下5种大型海藻营养盐去除率的比较

A:20 ℃；B:25 ℃；C:30 ℃；D:35 ℃。不同小写字母
代表同一海藻对不同形态的营养盐去除率有显著性差异(<0.05)。
不同大写字母代表不同海藻对同一形态的营养盐去除率有
显著性差异(<0.05)。

(=)
A: 20 ℃; B: 25 ℃; C: 30 ℃; D: 35 ℃. Different lowercase
letters indicate significance level at <0.05 among nutrients
under the same species of seaweed. Different capital letters
indicate significance level at <0.05 among species of
seaweed under the same form of nutrients.

3 讨论

在本研究中，30 ℃时芋根江蓠和线形硬毛藻的DIN吸收速率达到最高，分别为(4.846 ± 0.354)和(5.078 ± 0.666)μmol/(g ·h)，35 ℃时芋根江蓠和线形硬毛藻DIP的吸收速率达到最高，分别为(0.561±0.053)和(0.502 ± 0.012)μmol/(g ·h)，说明海藻吸收不同营养盐的最适温度范围不一样，这与郑晓婷等[25]研究结果相似。线形硬毛藻和芋根江蓠对DIN和DIP的吸收速率均明显高于长茎葡萄蕨藻、齿形蕨藻和缢江蓠，表明海藻种类之间营养盐吸收速率具有显著差异，这与目前大多数研究报道保持一致[29-32]。同时也说明这两种海藻具有较强的营养盐吸收能力，可以作为海南省高效修复富营养化水域的优选海藻。参考SC/T 9103—2007《海水养殖水排放要求》中“养殖尾水二级排放标准要求DIN浓度不大于2.00 mg/L，DIP浓度不大于0.10 mg/L”的条件要求，本研究中实验海水的DIN浓度设定为3.860 mg/L，DIP浓度为1.650 mg/L，以芋根江蓠为例，在温度为30 ℃和光照强度180 μmol/ (m2·s)的条件下，DIN和DIP 吸收速率分别为(4.846 ± 0.354)和(0.476±0.022) μmol/(g ·h)，故可以推算每立方实验海水中添加5.48 kg或21.01 kg芋根江蓠可使DIN或DIP浓度在5 h内达到二级标准。以线形硬毛藻为例，在温度为30 ℃和光照强度180 μmol/ (m2·s)的条件下，DIN和DIP 吸收速率分别为(5.078 ± 0.666)和(0.336 ± 0.107) μmol/(g ·h)，故可以推算每立方实验海水中添加5.23 kg或29.76 kg线形硬毛藻可使DIN或DIP浓度分别在5 h内达到二级标准。因此，利用大型海藻开展海水养殖尾水处理及海洋生态环境治理在理论上可行，可把大型海藻作为核心净化生物之一，尤其是可以为DIP处理难的问题提供一条有效解决途径。

虽然线形硬毛藻和芋根江蓠对DIN、DIP有较强的吸收能力，理论上可以在水质净化方面起到重要作用，但同时也面临一些问题。首先，实验是在小型水体条件下进行的，不同于自然条件下，故对营养盐的吸收效果有待于进一步的验证。其次，大型海藻的生活史具有局限性，尤其在夏季高温或管理不善的时候大多数海藻会腐烂流失，导致生物量大大减少而影响了利用效果。因此，今后还应该针对大型海藻在自然条件下的氮磷吸收效率、利用模式、利用管理以及混合利用不同生长期的海藻实现全年种植等方面进行更加深入的研究。

致谢

感谢在实验室给予宝贵帮助和技术支持的专家。感谢相关的编辑和匿名的审稿人，同时，感谢他们对手稿的评论与辛勤付出。