珠江口紅樹種植-養(yǎng)殖耦合系統(tǒng)浮游藻類及水質(zhì)氮磷營養(yǎng)研究*

李 策，劉 玉,黃少峰，黃齊欣，鄭杏雯

(1. 中山大學環(huán)境科學與工程學院，廣東 廣州 510275；2. 溫州市環(huán)境保護設(shè)計科學研究院，浙江 溫州 325000)

紅樹林是一類生長在熱帶及亞熱帶海岸潮間帶的濕地植物，具有凈化水體的功能，主要表現(xiàn)在促進懸浮物沉降[1～2]、促進有機污染物降解[3～5]、吸收重金屬和營養(yǎng)鹽等的作用[6～11]，但對藻類的影響及與富營養(yǎng)化的相互關(guān)系則很少見有報道。而目前海水養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的廢物在引起養(yǎng)殖水體水質(zhì)惡化的同時還會引起養(yǎng)殖水體的重富營養(yǎng)化現(xiàn)象，影響水產(chǎn)品的質(zhì)量[12]。如何降低水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的水污染和處理養(yǎng)殖廢水已經(jīng)成為沿海水產(chǎn)養(yǎng)殖亟需解決的重要問題。

國家863計劃項目“灘涂紅樹林種植-養(yǎng)殖系統(tǒng)耦驗示范研究”直接將紅樹植物種植在養(yǎng)殖塘內(nèi)，目的是通過種植紅樹植物的凈化作用以達到降低養(yǎng)殖水體水質(zhì)污染和提高水產(chǎn)品質(zhì)量的雙重功效。本文對紅樹林種植-養(yǎng)殖耦合系統(tǒng)在養(yǎng)殖水產(chǎn)品投放之前各塘水體的N、P營養(yǎng)鹽及浮游藻類在1年內(nèi)的變化動態(tài)進行了綜合生態(tài)調(diào)查，分析和比較了各種植塘的藻類狀況和不同種紅樹植物對水質(zhì)的凈化能力，以期評價不同紅樹植物方式對水質(zhì)的凈化作用和對藻類富營養(yǎng)化作用的影響，為紅樹在實踐中推廣應(yīng)用提供理論分析依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 養(yǎng)殖塘的構(gòu)建

選取珠江口海上田園風景旅游區(qū)東1號涌和2號涌之間的灘涂濕地，構(gòu)建3個系統(tǒng)共12個種養(yǎng)塘，各塘的構(gòu)建情況如表1，位置分布如圖1。外供水系統(tǒng)為引入1號涌水先經(jīng)過紅樹植物預處理后再排入養(yǎng)殖塘，原位水系統(tǒng)的污水則直接由河涌排入，這樣設(shè)置的目的是比較紅樹植物對不同濃度污水的凈化效果。污水排入后便成為獨立封閉的系統(tǒng)，紅樹種植面積占養(yǎng)殖塘面積的15%。

表1 紅樹林種植-養(yǎng)殖耦合系統(tǒng)構(gòu)建表

圖1 紅樹林種植塘位置分布圖

1.2 營養(yǎng)鹽和浮游藻類的采樣和分析

在每塘四角及中心設(shè)5個采樣點，距水面0.5 m處采1 L水樣，均勻混合水樣進行浮游藻類和營養(yǎng)鹽分析。采樣時間為2008年6月3日，9月11日，11月9日以及2009年1月14日。

魯哥試液固定和虹吸法濃縮，用0.1 mL的浮游生物計數(shù)框進行藻類定量鏡檢。0.45 μmGF/C玻璃纖維濾紙過濾水樣250 mL，90%丙酮萃取24 h，用10-Au熒光計測定葉綠素a含量。濾液用于營養(yǎng)鹽的測定，氨氮采用靛酚藍分光光度法，硝態(tài)氮鎘柱還原法，亞硝態(tài)氮N-(1-萘基)-乙二胺光度法，正磷酸鹽磷鉬藍分光光度法。

1.3 數(shù)據(jù)分析

用雙因素無重復方差分析(LSD多重比較檢驗)在SPSS17.0中進行。使用Excel軟件建立“養(yǎng)殖塘-藻類種類”二維矩陣數(shù)據(jù)庫，導入Pc-ord軟件進行群落等級聚類分析(CLUSTER)和非度量多維測度排序(NMDS)[13]。首先是將各個塘的藻類豐度經(jīng)4次方根轉(zhuǎn)化及標準化，然后在Bray-Curtis相似性系數(shù)[14]測量的基礎(chǔ)上，組合使用CLUSTER和NMDS兩種技術(shù)。CLUSTER通常根據(jù)不同樣本間的相似系數(shù)按等級建立樹狀圖，而NMDS根據(jù)樣本間的相似程度，在二維平面圖上通過距離遠近反映出來，用脅強系數(shù)(stress)來判斷一個二維NMDS的分析結(jié)果：stress<5，結(jié)果極好地表達了群落間的相似性；520，排序結(jié)果不可信。它們在低維空間可以較好的反映相似矩陣的信息[15]，因而通過這兩種技術(shù)能更充分地展示各個塘藻類群落結(jié)構(gòu)格局，進而分析比較各個塘浮游藻類群落結(jié)構(gòu)的相似性。

2 結(jié)果與分析

2.1 營養(yǎng)鹽

各個塘4次調(diào)查DIN均介于0.076～5.66 mg/L之間(見圖2)。A2塘在2009年1月達到了國家海水水質(zhì)一類標準。B系統(tǒng)特別是B1和B2塘均達到了海水一類標準，而對照塘B4在2009年1月反而明顯上升，超出了四類標準。C系統(tǒng)基本均超出四類標準，但種植紅樹的3個塘DIN濃度隨時間呈明顯的下降趨勢，4個塘的DIN濃度平均值大小為C2

磷的變化見圖3，2008年6月各塘的PO4-P濃度相對較高，而2008年9和11月各塘的濃度均在檢出限0.01 mg/L以下。A系統(tǒng)A3塘的PO4-P濃度一直維持在較低的濃度，4次調(diào)查均符合一類標準，對照塘A4在2009年1月份明顯升高，超出了四類標準。B系統(tǒng)3個紅樹種植塘從2008年9月開始濃度一直維持在一類-二類標準之間，但對照塘B4卻在2009年1月份明顯升高，超出四類標準。C系統(tǒng)的C2和C3塘對于保持PO4-P在較低濃度也具有較好的效果，從2008年9月開始一直維持在一類-二類標準，而對照塘在2009年1月卻明顯上升，處于二類-三類級標準。

2.2 浮游藻類豐度及葉綠素a值

浮游藻類豐度介于1.34×106～1.43×108個/L之間，均超過了湖泊富營養(yǎng)化時浮游藻類豐度的閾值10×105個/L，表明在目前階段各紅樹種植塘的浮游藻類數(shù)量仍處在很高的水平。通過計算各個塘4次采樣的藻類豐度平均值，可以發(fā)現(xiàn)，C2塘的藻類豐度最低，但其均值仍高達9.93×106個/L，而B4塘的藻類豐度最高，4次均值為5.06×107個/L?？傮w來看，A系統(tǒng)和B系統(tǒng)的8個塘藻類豐度相對較高，C系統(tǒng)4個塘藻類豐度相對較低。三系統(tǒng)藻類豐度平均值大小為：A30.05)。

圖2 各種養(yǎng)塘內(nèi)的DIN濃度

圖3 各種養(yǎng)塘內(nèi)的PO4-P濃度

葉綠素a是反映水體中浮游藻類生物量的一個綜合指標。各塘之間葉綠素a值的變化較大，介于26.52～664.69 μg/L之間，最大值出現(xiàn)在2009年1月的A1塘，最小值出現(xiàn)在2009年1月的C1塘，結(jié)果如圖5所示。參照葉綠素a的劃分標準[16]，各個塘均處于富營養(yǎng)和重富營養(yǎng)的階段，同浮游藻類豐度反映的結(jié)果相同，三系統(tǒng)葉綠素a的均值大小為：A30.05)，只有C2塘顯著低于C4塘(p=0.035<0.05)。

圖4 各種養(yǎng)塘內(nèi)浮游藻類豐度

圖5 各種養(yǎng)塘內(nèi)葉綠素a含量

2.3 浮游藻類群落結(jié)構(gòu)分布格局分析

利用Pc-ord軟件進行藻類群落聚類分析和非度量多維測度排序(NMDS)，得到藻類群落聚類分析樹狀圖和NMDS散點圖，如圖6所示。

圖6 浮游藻類的UPGMA聚類分析樹狀圖

2008年6月(見圖6a)，在15%左右的相似性水平上，基于Bray-Curtis距離的等級聚類分析將12個塘的藻類劃分為2組：第一組的7個塘均屬于秋茄-桐花樹系統(tǒng)，相似性程度達到了50%。第二組屬于木欖-紅海欖系統(tǒng)的四個塘。A1、A2、A3、B1、B2、B3和B4種類相對較多，介于14～23種，都由藍藻、裸藻、硅藻、綠藻和隱藻門5大門類組成且藍藻門的種類數(shù)較多。而A4和C1、C2、C3和C4種類數(shù)相對較少，介于9～19種之間，主要由藍藻、裸藻、硅藻和綠藻門類組成，因而相似性較高。

2008年9月(見圖6b)，同樣地也可以分為2組：A1～A4、B1～B4種類相對較多，因而獨立為一組，C1～C4種類較少的為一組。C系統(tǒng)4個塘能夠和A、B兩系統(tǒng)的藻類組成明顯區(qū)別開來自成一個系統(tǒng)，并且紅樹種植塘與對照塘組成明顯不同，主要是由于C4出現(xiàn)了較多的多污性指示種魚腥藻(Anabaenaconstricta)和α中污性指示種梅尼小環(huán)藻(Cyclotellameneghiniana)。

2008年11月(見圖6c)12個塘也可分為兩個組：A、B兩系統(tǒng)的8個塘為一組，種類介于60～83種。C系統(tǒng)的4個塘為一組。C系統(tǒng)的4個塘藻類種數(shù)以及各門藻類的豐度均較A、B系統(tǒng)少，介于43～61種。C系統(tǒng)的4個塘在50%左右的相似性水平上可以歸為一類。C2和C3主要以α中污性指示種卵形隱藻(Cryptomonasovata)為優(yōu)勢，C4則是以α中污性指示種反曲隱藻(Campylomonasreflexa)為優(yōu)勢，同時C4和C1還均有較多的α中污性指示種梅尼小環(huán)藻。

2009年1月(見圖6d)12個塘同樣可以分為2個組：A、B兩系統(tǒng)的8個塘為一個組，C系統(tǒng)的4個塘為一組。C系統(tǒng)紅樹種植的3個塘在75%左右的相似性水平上聚為一類，對照塘的浮游藻類組成與這3個塘的相似性較低，其中，C1、C2和C3這三個塘分別以棕鞭藻sp.1(Ochromonassp.1)和單獨型并基角毛藻(Chaetocerosdecipiensf.singularis)為優(yōu)勢，而C4有較多的小型月牙藻 (Selenastrumminutum)。

NMDS排序分析和聚類分析相互驗證。NMDS序列分析法把樣本間復雜的生物相似性關(guān)系轉(zhuǎn)變成圖上樣本點間的距離來表示。如果兩樣本間生物組成相似，則代表這兩個樣本的點在NMDS圖上的距離就越近，反之，距離就越遠。對4次樣品的NMDS排序分析結(jié)果見圖7，其結(jié)果與等級聚類分析結(jié)果基本一致。

圖7 浮游藻類的NMDS散點圖

總體來講，從浮游藻類群落結(jié)構(gòu)聚類分析和排序表明，系統(tǒng)構(gòu)建初始時A、B兩系統(tǒng)塘的浮游藻類相似性達到了50%，從2008年9月開始，這兩個系統(tǒng)只能達到15%的相似性，表明這兩個系統(tǒng)浮游藻類群落結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了一定的差異。C系統(tǒng)的紅海欖塘(C2)和木欖-紅海欖塘(C3)浮游藻類群落結(jié)構(gòu)在四次調(diào)查期間均同對照塘(C4)區(qū)別開來，這可能是由于紅樹植物的種植改變了浮游藻類的生境，而生境的改變又可能導致浮游藻類群落結(jié)構(gòu)的改變[17-18]。

3 結(jié) 論

紅樹種植對DIN和PO4-P都有不同程度的凈化作用，但是從藻類豐度和葉綠素a 標準判斷，各個紅樹種植塘仍均處于富營養(yǎng)化和重富營養(yǎng)化狀態(tài)。紅樹種植可以降低水體中氮和磷的濃度，但即使是較低的氮或磷濃度仍可能是超出了藻類的生長閾值，所以紅樹種植有可能會改變浮游藻類的群落結(jié)構(gòu)，但紅樹種植不能控制水體中藻類的生長豐度，也即紅樹種植不能降低水體的富營養(yǎng)化程度。水生系統(tǒng)中紅樹植物和藻類間的關(guān)系非常復雜，比如，紅樹植物根的分泌物是否對藻類生長有影響，有待今后更加細致的機理分析與研究。

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