藻體部位、藻質(zhì)量、碳源、水流對(duì)鐵釘菜和羊棲菜營(yíng)養(yǎng)鹽吸收的影響*

孟偉杰 王 萍① 桂福坤 吳常文 梁 君

(1.浙江海洋學(xué)院海洋科學(xué)學(xué)院 國(guó)家海洋設(shè)施養(yǎng)殖工程技術(shù)研究中心 舟山 316022;2.浙江省海洋水產(chǎn)研究所 舟山 316004)

大型藻類在人類活動(dòng)中起著非常重要的作用,它們是食物、飼料、肥料、醫(yī)藥等的來(lái)源(Gregory,2005)。大型藻類作為生物過(guò)濾器可以有效地吸收、利用養(yǎng)殖環(huán)境中多余的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),從而減輕養(yǎng)殖廢水對(duì)環(huán)境的影響,是控制水體富營(yíng)養(yǎng)化、增進(jìn)食品安全和對(duì)污染水體進(jìn)行生物修復(fù)的有效措施之一(毛玉澤等,2005)。近幾年這方面的研究方興未艾(Day,2003;Sandneset al;2005;李恒等,2012;陳聚法等,2012)

鐵釘菜(Ishige foliaceaokamurai)在中國(guó)東海、南海分布廣泛,民間用于喉炎、淋巴結(jié)炎、甲狀腺腫的治療,具有清熱解毒、軟堅(jiān)散結(jié)的作用,可食用(張金鼎,1998);羊棲菜(Sargassum fusiforme)系暖溫帶海藻,在民間早已入藥,具有“軟堅(jiān)散結(jié)、消痰、清涼解毒、破血祛淤、利水消腫”之功能,用于治療癭瘤,痰飲水腫等癥(王勤等,2007)。目前針對(duì)鐵釘菜的研究主要是化學(xué)成分分析和提取物生物活性方面的報(bào)道(馮美霞等,2011;林雄平等,2012;湯海峰等,2003;張迪等,2009);而對(duì)羊棲菜的研究主要集中在育種、營(yíng)養(yǎng)與藥用價(jià)值方面(李再亮等,2011)。鑒此,文章主要研究了藻體部位、藻質(zhì)量、碳源濃度和水流流速等因素對(duì)這2種大型海藻氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽吸收的影響,以期為生態(tài)環(huán)境修復(fù)提供科學(xué)參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 海藻的來(lái)源與預(yù)培養(yǎng)

鐵釘菜、羊棲菜采自舟山朱家尖水域,均是成體藻體。選擇健康藻體,除去表面附著物,用過(guò)濾海水沖洗干凈,移到有光照的水族箱中暫養(yǎng),水族箱的容積為 10L,在 12L︰12D,1500μE/(m2*s),20°C 條件下,放入沉淀自然加富消毒海水[c(N)100μmol/L,c(P) 8μmol/L,f/2微量元素及維生素]中暫養(yǎng)1周,每隔2 d添加微量元素1次(包杰等,2008)。

1.2 試驗(yàn)項(xiàng)目

1.2.1 藻體部位對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽吸收的影響 鐵釘菜藻體部位設(shè)為藻體頂端、中部、下部、固著器和全株藻體;羊棲菜藻體部位設(shè)為藻體頂端、中部、下部、固著器、氣囊和全株藻體(陳麗梅等,2008)。試驗(yàn)環(huán)境因子設(shè)為 20°C、1500μE/(m2s)。培養(yǎng)液硝態(tài)氮(NO3-N)、銨態(tài)氮(NH4-N)和無(wú)機(jī)磷(PO4-P)的濃度分別設(shè)為200、120和100μmol/L。用1000 mL的三角燒瓶,內(nèi)裝 1000mL培養(yǎng)液(培養(yǎng)液由過(guò)濾消毒海水添加營(yíng)養(yǎng)鹽配制),每個(gè)三角燒瓶中裝入海藻(用經(jīng)蒸餾水浸泡去除硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮的濾紙擦干張永正等,2012)1g,加蓋蓋玻片,放在有光照的恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。試驗(yàn)前,將海藻置于試驗(yàn)設(shè)定的條件下先適應(yīng)4 h。試驗(yàn)前和試驗(yàn)后分別測(cè)定藻體培養(yǎng)液中的營(yíng)養(yǎng)鹽濃度,試驗(yàn)時(shí)間為8 h。每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)和1個(gè)空白對(duì)照(不加海藻,用來(lái)測(cè)定海水中的營(yíng)養(yǎng)鹽)(包杰等,2008)。

吸收速率的計(jì)算公式(Gao,1993):

式中,U為營(yíng)養(yǎng)鹽吸收速率[μmol/(g h)];C0是空白對(duì)照的營(yíng)養(yǎng)鹽濃度(μmol/L);Ct是最終的營(yíng)養(yǎng)鹽濃度(μmol/L);V是培養(yǎng)液體積(L);B是海藻鮮質(zhì)量(g);t是試驗(yàn)時(shí)間(h)。

1.2.2 藻質(zhì)量對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽吸收的影響 2種海藻的藻體均被切割成1cm大小,藻質(zhì)量設(shè)0.5、1.0、1.5、2.0、2.5g 5個(gè)梯度。試驗(yàn)條件同1.2.1。

1.2.3 碳源NaHCO3對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽吸收的影響 2種海藻的藻體均被切割成1cm大小,碳源NaHCO3濃度設(shè)0、100、400、800、1200、1600mg/L6個(gè)梯度。試驗(yàn)條件同1.2.1。

1.2.4 水流對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽吸收的影響 2種海藻的藻體均被切割成 1cm 大小,水流流速設(shè) 0、50、100、150cm/s四個(gè)梯度,水流流速通過(guò)水泵的電機(jī)功率控制,使用便攜式流速測(cè)定儀測(cè)量流速。試驗(yàn)條件同1.2.1。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

測(cè)樣儀器為:Skalar San plus微量自動(dòng)分析系統(tǒng),NO3-N采用Cd-Cu還原后重氮偶氮法,NH4-N采用酚-次氯酸鈉法,PO4-P采用抗壞血酸-磷鉬藍(lán)法(張永正等,2012)。

統(tǒng)計(jì)分析在 SPSS 軟件包下進(jìn)行。逐步回歸變量篩選按概率設(shè)置閾值,P＜0.05引入,P≥0.10剔除。

2 結(jié)果與分析

2.1 藻體部位對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽吸收的影響

把鐵釘菜藻體分成頂端、中部、下部、固著器幾個(gè)部分,研究其對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的吸收速率。鐵釘菜下部對(duì)氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽的吸收速率最大,NO3-N、NH4-N和PO4-P的吸收速率分別為 26.0、15.8和 12.3μmol/(L·h);其次是固著器(圖1)。把羊棲菜藻體分成頂端、中部、下部、固著器、氣囊?guī)讉€(gè)部分,研究其對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的吸收速率。羊棲菜頂部對(duì)氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽的吸收速率最大,NO3-N、NH4-N和PO4-P的吸收速率分別為26.2、15.7和 12.1μmol/(L·h);其次是中部(圖2)。

圖1 鐵釘菜不同藻體部位對(duì)氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽的吸收Fig.1 The uptaking rates in different parts of Ishige foliaceaokamurai

圖2 羊棲菜不同藻體部位對(duì)氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽的吸收Fig.2 The uptaking rates in different parts of Sargassum fusiforme

2.2 藻質(zhì)量對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽吸收的影響

把鐵釘菜和羊棲菜藻體分成 0.5、1.0、1.5、2.0和2.5g共5個(gè)質(zhì)量梯度,研究其對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的吸收。鐵釘菜藻質(zhì)量 1.0g對(duì)氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽的吸收速率最大,NO3-N、NH4-N和PO4-P的吸收速率分別為27.7、16.1和12.0μmol/(L·h);其次是 1.5g;2.0和2.5g吸收速率相差不多(圖3)。羊棲菜藻質(zhì)量0.5g對(duì)氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽的吸收速率最大,NO3-N、NH4-N和PO4-P的吸收速率分別為 26.8、16.9 和 13.0μmol/(L·h);其次是 1.0g;2.0和2.5g吸收速率相差不多(圖4)。

圖3 鐵釘菜不同藻質(zhì)量對(duì)氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽的吸收Fig.3 The uptaking rates of Ishige foliaceaokamurai in different weights

圖4 羊棲菜不同藻質(zhì)量對(duì)氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽的吸收Fig.4 The uptaking rates of Sargassum fusiforme in different weights

2.3 碳源對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽吸收的影響

碳源質(zhì)量濃度為 1200mg/L時(shí),鐵釘菜對(duì)氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽的吸收速率最大。NO3-N、NH4-N和PO4-P的吸收速率分別為 25.9、15.3和 13.0μmol/(L·h);其次是碳源800mg/L;對(duì)照組的吸收速率相對(duì)較低,NO3-N、NH4-N和 PO4-P的吸收速率分別為 24.0、12.6和10.1μmol/(L·h)(圖5)。碳源質(zhì)量濃度為 800mg/L時(shí),鐵釘菜對(duì)氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽的吸收速率最大。NO3-N、NH4-N和 PO4-P的吸收速率分別為 26.9、16.3和14.1μmol/(L·h);其次是碳源 400mg/L;對(duì)照組的吸收速率相對(duì)較低,NO3-N、NH4-N和PO4-P的吸收速率分別為 24.1、14.3 和 10.0μmol/(L·h)(圖6)。

圖5 碳源質(zhì)量濃度對(duì)鐵釘菜氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽吸收的影響Fig.5 The uptaking rates of Ishige foliaceaokamurai under different carbon concentrations

圖6 碳源質(zhì)量濃度對(duì)羊棲菜氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽吸收的影響Fig.6 The uptaking rates of Sargassum fusiforme under different carbon concentrations

2.4 水流對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽吸收的影響

水流對(duì)這 2種海藻對(duì)氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽吸收的影響分別見(jiàn)圖7和圖8。鐵釘菜PO4-P的吸收速率以對(duì)照組最大[12.8μmol/(L·h)],其次是 50cm/s;NO3-N、NH4-N的吸收速率以 50cm/s時(shí)最大,分別為 27.1、16.4μmol/(L·h);其次是 100cm/s(圖7)。羊棲菜 PO4-P的吸收速率以對(duì)照組最大[13.3μmol/(L·h)],其次是50cm/s;NO3-N、NH4-N吸收速率在50cm/s時(shí)最大,分別為 27.9、17.3μmol/(L·h);其次是 100cm/s(圖8)。

圖7 不同流速對(duì)鐵釘菜氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽吸收的影響Fig.7 The uptaking rates of Ishige foliaceaokamurai under different flow speeds

圖8 不同流速對(duì)羊棲菜氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽吸收的影響Fig.8 The uptaking rates of Sargassum fusiforme under different flow speeds

3 討論

3.1 藻體部位對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽吸收的影響

試驗(yàn)結(jié)果表明,2種大型海藻不同部位對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的吸收速率不同。鐵釘菜下部對(duì)氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽的吸收速率最大,其次是固著器。羊棲菜頂部對(duì)氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽的吸收速率最大,其次是中部。這主要是因?yàn)殍F釘菜以基部生長(zhǎng)方式為主;羊棲菜以頂端生長(zhǎng)方式為主(王全喜等,2008)。試驗(yàn)結(jié)果還可以看出,從營(yíng)養(yǎng)鹽吸收速率方面來(lái)看,羊棲菜的藻體吸收速率稍高于鐵釘菜,是較好的營(yíng)養(yǎng)鹽生物過(guò)濾器。這與2種藻體的形態(tài)結(jié)構(gòu)相關(guān),鐵釘菜是軟骨狀,體圓柱狀,叉狀分枝,分枝細(xì)圓柱形;羊棲菜藻體黃褐色,肥厚多汁,葉狀體的變異很大。

資料顯示(Flynn,1991),NO3-N和NH4-N都可以作為藻類的氮源,NH4-N的吸收明顯地快于NO3-N。該研究發(fā)現(xiàn),2種大型海藻對(duì)于NO3-N的吸收速率高于 NH4-N。這與某些試驗(yàn)結(jié)果是一致的:巨藻(Nereocystis luetkeana)試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)也是優(yōu)先吸收NO3-N;這可能與NO3-N、NH4-N的吸收和光合作用速率受本身營(yíng)養(yǎng)庫(kù)的大小調(diào)節(jié)有關(guān)。在氮源足夠的環(huán)境中,藻體細(xì)胞內(nèi)的NO3-N的含量是多于NH4-N的,NO3-N較大的存儲(chǔ)能力也會(huì)加快它的吸收速率,而過(guò)多的 NH4-N積累存儲(chǔ)則會(huì)對(duì)藻體細(xì)胞有一定的毒害作用(包杰等,2008)。

3.2 藻質(zhì)量對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽吸收的影響

試驗(yàn)中設(shè)了海藻的藻質(zhì)量梯度對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽吸收的影響,這是因?yàn)樵遒|(zhì)量的增加即增加了環(huán)境中大型海藻的密度,在相同的營(yíng)養(yǎng)鹽濃度環(huán)境中,大型海藻密度的增加,即增加了對(duì)環(huán)境中營(yíng)養(yǎng)鹽的吸收作用。但是該試驗(yàn)結(jié)果可以看出,鐵釘菜藻質(zhì)量 1.0g對(duì)氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽的吸收速率最大;其次是 1.5g;2.0和 2.5g吸收速率相差不多。羊棲菜藻質(zhì)量 0.5g對(duì)氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽的吸收速率最大;其次是1.0g;2.0和2.5g吸收速率相差不多。由此可以看出,藻質(zhì)量對(duì)2種大型海藻氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽的吸收有一定的作用,每種藻體都有最適宜的添加藻質(zhì)量;超過(guò)了這個(gè)藻質(zhì)量范圍,藻體添加再多,吸收速率也不會(huì)明顯增大。這主要是因?yàn)?養(yǎng)殖環(huán)境容量是一定的,如果加入大量的藻體,會(huì)影響藻體進(jìn)行光合作用;因?yàn)樵弩w的光合作用受光照的影響很大,如果加入大量的藻體,在有限的水體環(huán)境中,藻體的相互遮擋影響了它們對(duì)光的吸收,光合作用率下降,從而影響了對(duì)氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽的吸收,所以沒(méi)有體現(xiàn)出藻質(zhì)量的影響優(yōu)勢(shì)(王萍等,2010)。

3.3 碳源對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽吸收的影響

資料顯示,高 CO2濃度促進(jìn)了石莼(Ulva lactuca)對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的吸收,特別是NO3-N的吸收,這可能與硝酸還原酶活性有關(guān)。在高 CO2濃度下,Porphyra leucosticta的硝酸還原酶活性增高;但在高 CO2濃度生長(zhǎng)條件下的海藻,NO3-N的吸收與同化作用并不相偶聯(lián)(鄒定輝等,2001)。這與筆者試驗(yàn)結(jié)果相一致。此試驗(yàn)結(jié)果表明,在碳源質(zhì)量濃度為 1200mg/L時(shí),鐵釘菜對(duì)氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽的吸收速率最大,其次是碳源800mg/L,對(duì)照組的吸收速率相對(duì)較低;在碳源質(zhì)量濃度為800mg/L時(shí),羊棲菜對(duì)氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽的吸收速率最大,其次是碳源 400mg/L;對(duì)照組的吸收速率相對(duì)較低。

3.4 水流對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽吸收的影響

在低水流區(qū)域,任何溶解物質(zhì)的吸收能導(dǎo)致巖礁周圍的水位枯竭,從而產(chǎn)生折射邊界層;水流增加導(dǎo)致這個(gè)折射邊界層變薄或者破裂,從而增加巖礁附近可溶性營(yíng)養(yǎng)鹽和氣體的數(shù)量,因此增加營(yíng)養(yǎng)鹽的吸收率(Patterson,1992;Shasharet al,1996;Thomaset al,1997)。該試驗(yàn)結(jié)果表明,鐵釘菜和羊棲菜對(duì)氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽的吸收,PO4-P的吸收速率對(duì)照組的最大;NO3-N、NH4-N吸收速率在 50cm/s時(shí)最大。這說(shuō)明PO4-P的吸收不依賴水流的存在,靜止時(shí)的吸收速率最大。而NO3-N、NH4-N的吸收需要水流,但是水流的流速不是很高,50cm/s是最適合的。這主要是因?yàn)樵谧匀缓^(qū),鐵釘菜和羊棲菜都生長(zhǎng)在低潮帶的巖礁上,有一定的水流,但是水流的流速都不大,這和它們的生長(zhǎng)環(huán)境息息相關(guān)。過(guò)大的水流流速對(duì)鐵釘菜和羊棲菜對(duì)氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽的吸收有一定的影響。

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