真江蘺杭州灣海域栽培試驗及生態(tài)因子對藻體生長的影響

霍元子,徐姍婻,張建恒,韓 芳,董 麗,何培民

(上海海洋大學水產與生命學院,水域環(huán)境生態(tài)上海高校工程研究中心,上海 201306)

真江蘺(Gracilaria verrucosa)屬于紅藻門(Rhodophyta),藻體大,生長快,含膠量高,可達 30%以上,是制造瓊膠的重要原料之一[1],除了食用和作為藥材原料外,也可用作鮑魚的餌料[2]。我國北起遼東半島,南到廣東南澳縣、西到廣西防城港市均有分布[3]。近年來以高濃度N、P為主要特征的海域富營養(yǎng)化已成為全球近海海域普遍存在的環(huán)境問題[4]。杭州灣屬我國嚴重污染海域之一,多年來無機氮磷等污染物持續(xù)超標[5]。已有的研究證實[6～9],在近海海域栽培大型海藻,是一種對環(huán)境進行原位修復的有效手段[10]。目前,有關江蘺屬的研究多集中于細基江蘺繁枝變型(G.tenuistipitata)[11～13]、菊花心江蘺(G.lichenoides)[14]和龍須菜(G.lemaneiformis)[15～18]等 3種。在低鹽且含沙量高的杭州灣上海海域試栽培真江蘺并對其適宜生長的環(huán)境因子進行研究尚屬首次。本文研究報道了真江蘺杭州灣海域栽培試驗以及溫度、鹽度和光照強度等生態(tài)因子對真江蘺生長影響的實驗結果,為大規(guī)模栽培及其進一步應用于近海海域富營養(yǎng)化的生物治理提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

真江蘺(G.verrucosa)小苗來自上海海洋大學藻類學實驗室,于2003年5月采自浙江省寧波奉化象山港湖頭渡的網箱養(yǎng)殖區(qū),編號為 YSJ03-01,保種于無菌的培養(yǎng)液中,溫度為 20～25 ℃,鹽度 20,光強 30～50 μmol/(m2·s),光照周期 12L：12D,每隔 1 周左右更換經加富的培養(yǎng)液1次。

1.2 藻體培養(yǎng)

將株系 YSJ03-01進行大量培養(yǎng),培養(yǎng)容器為1～5 L三角燒瓶,培養(yǎng)液為自然海水加富VSE,鹽度20 ± 0.2,pH 8.0。培養(yǎng)條件為：溫度 25 ℃,光強30～50 μmol/(m2·s),光照周期12L：12D,空氣經CuSO4過濾后充于培養(yǎng)瓶中。在實驗前1周培養(yǎng),供實驗用。

1.3 室內生態(tài)因子實驗設計

將旺盛生長真江蘺,切成長度約為 10 cm的藻體,放入盛有200 mLVSE培養(yǎng)液的250 mL三角燒瓶中,每瓶中放置真江蘺的初始質量為0.23 g±0.01 g。溫度設置 10、15、20、25、30、35 ℃共 6個梯度,鹽度設置10、15、20、25、30共5個梯度,光照強度設置 30、60、90、120 μmol/(m2·s)共 4 個梯度,共120個溫度-鹽度-光照強度組合,每組設置3個重復,空氣經CuSO4過濾后充于培養(yǎng)瓶中。實驗時間為7 d,隔天加富營養(yǎng)1次。

1.4 真江蘺海區(qū)栽培實驗

真江蘺的海區(qū)栽培實驗在杭州灣北岸上海市金山區(qū)近岸一圍隔海域內進行,面積為1.72 km2。栽培區(qū)共分 3塊,每塊面積為 250 m×60 m,每塊間隔60～100 m,每塊由21根250 m長纜繩組成,纜繩之間距離為3 m。纜繩兩端用竹樁固定(纜撅),中央部分用 5～6個浮子等距離支撐。采自寧波象山養(yǎng)殖區(qū)的3.5 t 新鮮真江蘺苗種運至海區(qū)后,即按每10 kg平鋪式裝入孔徑為0.5 cm,規(guī)格為0.5 m×10 m,經加工縫合的聚乙烯網袋中。網袋口用聚乙烯繩縫合,間隔將網袋長邊懸掛在 250 m長的纜繩上,每條纜繩懸掛 5～6個裝有真江蘺的網袋,相鄰纜繩上的網袋間隔排掛。通過在纜繩上懸掛重物,調整網袋位置為水面以下1～2 m。栽培時間由2006年8月下旬至2007年7月。

圖1 真江蘺網袋養(yǎng)殖栽培模式示意圖Fig.1 Scheme of culturing G.verrucosa through mesh bag

1.5 真江蘺生長的測定

1.5.1 室內實驗藻體生長的測定

藻體離水后用吸水紙吸干稱其濕質量,藻體濕質量用10-4g電子天平稱量,按下式計算真江蘺的特定生長率RSG(%/d)[19]和相對生長率RRG(%)[20]：

其中,W0為真江蘺初始鮮質量(g),Wt為實驗進行至第t天時的真江蘺鮮質量(g)。

1.5.2 海區(qū)栽培實驗藻體生長的測定

對網袋中的真江蘺定期稱質量：栽培前,記錄每袋真江蘺的位置和質量; 實驗開始后,每 14天從纜繩上隨機解下3～5袋真江蘺,瀝干水分進行稱量。根據前后稱量結果,按(1)式計算真江蘺的特定生長率RSG(%/d)。

1.6 數據分析

試驗數據用 SPSS 13.0統(tǒng)計分析軟件進行方差分析,再采用Duncan多重比較分析試驗結果均值的差異顯著性(P＜ 0.05)。

2 結果

2.1 真江蘺生長多生態(tài)因子方差分析結果

根據多因素方差分析結果(表 1),溫度、鹽度和光照強度對真江蘺的生長都有極顯著影響(P＜0.01)。從均方值來看,不同溫度造成的組間差異最大,這說明真江蘺生長對溫度的變化最敏感; 其次是鹽度,對真江蘺的生長影響也較明顯; 相對而言,光照強度對其生長的影響沒有前2者強烈。3種生態(tài)因子中,任意2因子之間都具有顯著交互效應(P＜0.05),特別是溫度和鹽度的交互效應極顯著(P＜0.01),且3個生態(tài)因子之間的交互效應也極顯著(P＜0.01),說明這 3個生態(tài)因子對真江蘺生長的影響不是相互獨立的。

表1 溫度、鹽度和光照強度對真江蘺生長影響的方差分析Tab.1 Effects of temperature,salinity and light intensity on the growth of G.verrucosa

2.2 真江蘺生長單因子分析

2.2.1 溫度對真江蘺生長的影響

溫度對真江蘺藻體生長的影響尤其明顯(表2)。在 10℃時,真江蘺藻體生長最慢,顯著低于其他溫度組。在15℃和20℃也存在顯著差異,生長速度隨溫度升高而提高。溫度在20～30℃之間時,生長無顯著差異,生長率較高(128.93 %～141.45 %),也相對比較平穩(wěn),但隨著溫度的繼續(xù)上升,溫度為 35℃時,真江蘺生長率呈現出下降趨勢。由此得知,真江蘺在溫度為20～30 ℃范圍內生長較好,其中25℃時最好。

2.2.2 鹽度對真江蘺生長的影響

鹽度對真江蘺生長影響較大(表3)。真江蘺藻體在低鹽度10和較高鹽度30培養(yǎng)液中時,其生長率均低,與其他鹽度組存在顯著差異; 鹽度為15～25之間時,真江蘺相對生長率明顯提高,均超過100 %,其中鹽度為 20時最高(128.33 %),后隨鹽度升高而降低?？梢娬娼y藻體生長適宜鹽度范圍在 15～25之間。

2.2.3 光照強度對真江蘺生長的影響

光照強度對真江蘺生長的影響見表4,光照強度在30 和 60 μmol/(m2·s)之間時,真江蘺生長差異顯著,而當光強達到 90 μmol/(m2·s)時,生長率最高(120.97 %),顯著大于 30 μmol/(m2·s)和 120 μmol/(m2·s)組的生長情況。因此,適宜真江蘺生長的光照強度應在 90μmol/(m2·s)左右。

表2 不同溫度對真江蘺生長的影響Tab.2 Effect of temperature on the relative growth rate of G.verrucosa

表3 不同鹽度對真江蘺生長的影響Tab.3 Effect of salinity on the relative growth rate of G.verrucosa

表4 不同光照強度對真江蘺生長的影響Tab.4 Effect of light intensity on the relative growth rate of G.verrucosa

2.3 真江蘺生長多因子交互效應分析

2.3.1 溫度和鹽度的交互效應

溫度和鹽度交互作用對真江蘺生長的影響見圖2。結果表明,在 10～35℃范圍內,鹽度為 10時,真江蘺生長率均為最低,而鹽度為 20時,真江蘺生長率均為最高,鹽度為15和25時,真江蘺生長率均次于鹽度20。生長最好組合為溫度為25℃和鹽度為20。

圖2 溫度和鹽度對真江蘺生長的影響Fig.2 Combined effect of temperature and salinity on the relative growth rate of G.verrucosa

圖3 鹽度和光強對真江蘺生長的影響Fig.3 Combined effect of salinity and light intensity on the relative growth rate of G.verrucosa

2.3.2 鹽度和光強的交互效應

鹽度和光照強度交互作用對真江蘺生長的影響見圖 3。由圖可知,在鹽度 10～30,光照強度 30～90μmol/(m2·s)范圍內,真江蘺生長率均隨光照強度提高而逐步提高,光照強度為 90 μmol/(m2·s)時,生長率最高。最佳鹽度和光強組合為鹽度20和光照強度90 μmol/(m2·s)。

2.3.3 溫度和光強的交互效應

溫度和光照強度交互作用對真江蘺生長的影響(圖 4)表明,在光照強度 30～90 μmol/(m2·s)和 10～25℃范圍內,真江蘺生長率均隨溫度上升和光強增加而提高,超過該范圍后生長速率急速下降,35 ℃時生長最慢。對真江蘺而言,生長的光照強度和溫度最佳組合為 90 μmol/(m2·s)和 25 ℃。

圖4 溫度和光強對真江蘺生長的影響Fig.4 Combined effect of temperature and light intensity on the relative growth rate of G.verrucosa

2.4 真江蘺在杭州灣海域的生長情況

2006年8月～2007年7月,夏季圍隔海區(qū)平均水溫在 28.93～31.80℃之間,冬季平均水溫為 5.20～11.80℃(圖 5)。2006 年 9～11 月和 2007 年 4～6 月真江蘺在金山城市沙灘圍隔海區(qū)的生長率顯著高于其他月份(P＜0.05),最高生長率出現在9月和5月,RSG分別為15.88 %/d和15.16 %/d。2006年12月底采收了 5.3 t真江蘺(以鮮質量計),僅保留少部分真江蘺在圍隔海區(qū)栽培筏架上繼續(xù)栽培,以觀察越冬生長情況。1月圍隔海區(qū)水溫最低為0～1 ℃,真江蘺生長曾出現停滯或負增長狀況,但隨著2月氣溫上升,栽培越冬的真江蘺生物量增長了近 1倍,并將其作為苗種繼續(xù)進行擴大面積栽培。實驗結果表明真江蘺可以在上海金山圍隔海區(qū)度夏和越冬。

圖5 真江蘺在大型圍隔海區(qū)的生長率變化Fig.5 Variation of the specific growth rate of G.verrucosa in a large enclosed sea area

3 討論

上海曾在80年代末和 90年代初從福建引進過江蘺,但栽培未獲得成功,本研究為首次在杭州灣上海金山海域成功實現真江蘺的栽培。金山海域位于杭州灣北岸,受錢塘江涌潮影響,平均潮差2.5～3.4 m,最大潮差達7.5 m; 水體泥沙含量高,平均含沙量達到0.5～1.0 kg/m3,2006年3月實測的海水鹽度平均為 10。一般江蘺栽培通常選擇水色澄清、透明度較大的海區(qū)以保證適宜的光照強度。本研究最初在杭州灣上海金山海域進行真江蘺移栽時,曾采用粗繩夾苗的栽培方式,但由于受到強光照射和敵害生物附生等因素影響,首批真江蘺苗斷落或生長不佳,死亡率大于 80 %; 設計并實施全浮動式網袋栽培后,可有效防止上述生長不利因素。真江蘺在金山圍隔海區(qū)全年平均特定生長率(RSG)為9.42 %/d。生長率受水溫影響顯著,當水溫在 16～29 ℃時,生長最快,RSG最高出現在 9月和 5月,分別為15.88 %/d 和 15.16 %/d; 而低溫(＜15 ℃)和高溫(＞30℃)下其生長率均顯著下降; 受到冬季 1月圍隔海區(qū)較低水溫的(最低為 0～1 ℃)影響,真江蘺生長雖曾出現停滯或負增長狀況,但仍可在氣溫上升后繼續(xù)生長和作為苗種進行擴大面積栽培。真江蘺全年平均生長率略低于作者 2006年夏季在象山港網箱區(qū)養(yǎng)殖的真江蘺生長率(平均RSG為 11.52 %/d)[21],以及 Zhou等[22],Yang等[16]報道龍須菜的生長率(11～13 %/d),但高于Troell等[23]在鮭魚網箱養(yǎng)殖區(qū)的結果(7 %/d)。本實驗結果表明,真江蘺在杭州灣上海海域已能正常生長。

江蘺屬于廣溫性種類[16]。本實驗結果表明,在10～35 ℃真江蘺均能存活和生長,在15～25 ℃的范圍內隨溫度升高真江蘺生長率增加,大于30 ℃以后生長率下降,這表明其最適生長溫度在 25 ℃左右,過高或過低的溫度都不利于真江蘺的生長。該結果與劉靜雯等[12]、劉思儉[3]等對細基江蘺繁枝變型生長適宜溫度范圍的研究結果較為接近。但在研究溫度、鹽度和光照強度 3因子交互效應時,真江蘺 30℃時平均相對生長率仍高達 128.93 %,藻體無明顯異?，F象; 而 35 ℃時藻體顏色加深且生長趨緩,平均相對生長率亦達84.60 %,表明真江蘺在短期高溫下生長減緩,但仍能存活,有利于種苗在栽培海區(qū)安全渡夏。

江蘺也屬廣鹽性種類[2],喜生長在有淡水流入和水質肥沃的內灣中。本實驗中真江蘺能夠在鹽度為10下存活和生長,鹽度為15～25為真江蘺適宜生長的范圍,說明真江蘺耐低鹽性較好。因此在河口附近海域,由于海水鹽度較低,真江蘺能夠大量旺盛生長。比細基江蘺繁枝變型的耐鹽范圍更廣,但在純淡水中和該種一樣,20天后即全部死亡[2]。

江蘺喜生長于光線充足的潮間帶石沼中,主要營固著生活,可固定在巖石和石礫等各種基質上,不能主動通過垂直移動來適應光強變化,因此光強也是決定其分布區(qū)域的主要因素之一[1]。光照強度對真江蘺生長的影響沒有溫度和鹽度大,本實驗表明真江蘺在光強 30～90 μmol/(m2·s)之間,隨光強增加,生長呈增快趨勢。

總體來看,溫度、鹽度和光照強度對真江蘺的生長影響顯著,且具有顯著的交互作用。本實驗結果得出,真江蘺生長最適條件為溫度25 ℃,鹽度20和光強為90 μmol/(m2·s)的組合。真江蘺對溫度、鹽度和光強等生態(tài)因子的耐受范圍比較廣,具有較強的生存能力,可作為候選的生態(tài)修復藻種施用于近岸海域的富營養(yǎng)化治理。但除了溫度、鹽度和光照強度外,其他生態(tài)因子,如營養(yǎng)鹽[24,25]、捕食者[26],對江蘺屬大型海藻的生長亦有顯著的影響。因此,關于這些生態(tài)因子對真江蘺生長的影響還有待于進一步研究。

[1]曾呈奎,王素娟,劉思儉,等.海藻栽培學[M].上海：科技出版社,1985.225-250.

[2]劉思儉.我國江蘺的種類和人工栽培[J].湛江海洋大學學報,2001,21(3)：71-79.

[3]劉思儉.江蘺養(yǎng)殖[M].北京：農業(yè)出版社,1988.36-68.

[4]Nixon S W,Ammerman J W,Atkinson L P,et al.The fate of nitrogen and phosphorus at the land-sea margin of the North Atlantic Ocean [J].Biogeochemistry,1996,35：141-180.

[5]國家海洋局.2000～2009年中國海洋環(huán)境質量公報.http：//www.soa.gov.cn/hyjww/hygb/hyhjzlgb/A020707 index_1.htm,2010-06-10.

[6]Chopin T,Yarish C,Wilkes R,et al.DevelopingPorphyra/salmon integrated aquaculture for bioremediation and diversification of the aquaculture industry [J].Journal of Applied Phycology,1999,11：463-472.

[7]Chapman A R O,Craigie J S.Seasonal growth inLaminaria longicruris：Relations with dissolved inorganic nutrients and internal reserves of nitrogen [J].Marine Biology,1997,40：197-205.

[8]Neori A,Cohen I,Gordin H.Ulva lactucabiofilters for marine fishpond effluents：II.Growth rate,yield and C：N ratio [J].Botanica Marina,1991,34：483-489.

[9]Martinez-Aragon J F,Hernandez I,Perez-Llorens J L,et al.Biofiltering efficiency in removal of dissolved nutrients by three species of estuarine macroalgae cultivated with sea bass (Dicentrarchus labrax) waste waters I.Phosphate [J].Journal of Applied Phycology,2002,14(5)：365-374.

[10]楊宇峰,宋金明,林小濤,等.大型海藻栽培及其在近海環(huán)境的生態(tài)作用[J].海洋環(huán)境科學,2005,24(2)：78-80.

[11]吳超元,李紉芷,林光恒,等.細基江蘺繁枝變型生長適宜環(huán)境條件的研究[J].海洋與湖沼,1994,25(1)：60-66.

[12]劉靜雯,董雙林.光照和溫度對細基江蘺繁枝變型的生長及生化組成影響[J].青島海洋大學學報,2001,31(3)：332-338.

[13]劉靜雯,董雙林,馬.溫度和鹽度對幾種大型海藻生長率和 NH4-N吸收的影響[J].海洋學報,2001,23(2)：109-116.

[14]牛化欣,馬,田相利,等.菊花心江蘺對中國明對蝦養(yǎng)殖環(huán)境凈化作用的研究[J].中國海洋大學學報,2006,36(Sup.)：45-48.

[15]Fei X G.Solving the coastal eutrophication problem by large scale seaweed cultivation [J].Hydrobiologia,2004,512：145-151.

[16]Yang Y F,Fei X G,Song J M,et al.Growth ofGracilaria lemaneiformisunder different cultivation conditions and its effects on nutrient removal in Chinese coastal waters[J].Aquaculture,2006,254：248-255.

[17]湯坤賢,游秀萍,林亞森,等.龍須菜對富營養(yǎng)化海水的生物修復[J].生態(tài)學報,2005,25(11)：3044-3051.

[18]湯坤賢.龍須菜在網箱養(yǎng)殖區(qū)的生物修復研究[J].中國水產科學,2007,14(3)：488-492.

[19]Metaxa E,Deviller G,Pagand P,et al.High rate algal pond treatment for water reuse in a marine fish recirculation system：Water purification and fish health [J].Aquaculture,2006,252：92-101.

[20]張寒野,吳望星,宋麗珍,等.條滸苔海區(qū)試栽培及外界因子對藻體生長的影響[J].中國水產科學,2006,13(5)：781-786.

[21]徐姍楠,溫珊珊,吳望星,何培民.真江蘺(Gracilaria verrucosa)對網箱養(yǎng)殖海區(qū)的生態(tài)修復及生態(tài)養(yǎng)殖匹配模式[J].生態(tài)學報,2008,28(4)：1466-1475.

[22]Zhou Y,Yang H S,Hu H Y,et al.Bioremediation potential of the macroalgaGracilaria lemaneiformis(Rhodophyta) integrated into fed fish culture in coastal waters of north China [J].Aquaculture,2006,252：264-276.

[23]Troell M,Halling C,Nilsson A,et al.Integrated marine cultivation ofGracilaria chilensis(Gracilariales,Rhodophyta) and salmon cages for reduced environmental impact and increased economic output[J].Aquaculture,1997,156：45-61.

[24]林貞賢,宮相忠,李大鵬.光照和營養(yǎng)鹽脅迫對龍須菜生長及生化組成的影響[J].海洋科學,2007,31(11)：22-26.

[25]黃鶴忠,孫菊燕,申 華,等.無機氮濃度及其配比對細基江蘺繁枝變型生長及生化組成的影響[J].海洋科學,2006,30(9)：23-27.

[26]鄭新慶,姚雪芬,黃凌風,等.廈門 湖龍須菜生長的主要影響因素[J].海洋科學,2008,32(12)：47-51.