氮磷質(zhì)量濃度對普通小球藻和魚腥藻生長競爭的影響

孟順龍，王菁，裘麗萍，胡庚東，瞿建宏，范立民，宋超，吳偉，陳家長*，徐跑*

1. 中國水產(chǎn)科學(xué)研究院淡水漁業(yè)研究中心//農(nóng)業(yè)部長江下游漁業(yè)資源環(huán)境科學(xué)觀測實(shí)驗(yàn)站//中國水產(chǎn)科學(xué)研究院內(nèi)陸漁業(yè)生態(tài)環(huán)境和資源重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無錫 214081； 2. 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)無錫漁業(yè)學(xué)院，江蘇 無錫 214081

氮磷質(zhì)量濃度對普通小球藻和魚腥藻生長競爭的影響

孟順龍1,2，王菁2，裘麗萍1，胡庚東1，瞿建宏1，范立民1，宋超1，吳偉1,2，陳家長1,2*，徐跑1,2*

1. 中國水產(chǎn)科學(xué)研究院淡水漁業(yè)研究中心//農(nóng)業(yè)部長江下游漁業(yè)資源環(huán)境科學(xué)觀測實(shí)驗(yàn)站//中國水產(chǎn)科學(xué)研究院內(nèi)陸漁業(yè)生態(tài)環(huán)境和資源重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無錫 214081； 2. 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)無錫漁業(yè)學(xué)院，江蘇 無錫 214081

研究氮磷質(zhì)量濃度對藻類生長競爭的影響，對于揭示如何通過控制環(huán)境因子促進(jìn)有益藻類生長繁殖、抑制有害藻類生長繁殖，并利用藻類調(diào)節(jié)養(yǎng)殖環(huán)境和提高水體初級生產(chǎn)力具有重要意義。設(shè)置了4個(gè)氮磷質(zhì)量濃度梯度（N 0.18 μg·mL-1，P 0.025 μg·mL-1；N 0.36 μg·mL-1，P 0.050 μg·mL-1；N 0.72 μg·mL-1，P 0.100 μg·mL-1；N 3.60 μg·mL-1，P 0.500 μg·mL-1），通過測算比生長速率、生長曲線、競爭抑制參數(shù)，研究了不同氮磷質(zhì)量濃度對普通小球藻（Chlorella vulgaris）和魚腥藻（Anabaenasp. strain PCC）生長和種間競爭的影響。結(jié)果表明，在單種培養(yǎng)體系中，普通小球藻和魚腥藻的最大藻細(xì)胞數(shù)量均隨氮磷質(zhì)量濃度的增加而增加，最大藻細(xì)胞數(shù)量分別為198.9×105cells·mL-1和424.8×105cells·mL-1；氮磷質(zhì)量濃度對藻類的競爭能夠產(chǎn)生明顯影響，在共培養(yǎng)體系中，魚腥藻的最大藻細(xì)胞數(shù)量表現(xiàn)為：中高氮磷組（208.9×105cells·mL-1）>中低氮磷組（98.3×105cells·mL-1）>高氮磷組（64.7×105cells·mL-1）>低氮磷組（45.3×105cells·mL-1）。同時(shí)，種間競爭抑制參數(shù)的測算結(jié)果表明，4組氮磷質(zhì)量濃度下魚腥藻對普通小球藻的競爭抑制參數(shù)（α）分別為2.599、0.564、0.772、1.618，普通小球藻對魚腥藻的競爭抑制參數(shù)（β）分別為0.434、0.321、0.466、-8.899，魚腥藻對普通小球藻的競爭抑制參數(shù)（α）均大于普通小球藻對魚腥藻的競爭抑制參數(shù)（β）；低氮磷質(zhì)量濃度時(shí)，魚腥藻對普通小球藻的競爭抑制參數(shù)（α）最大，為2.599；中高氮磷質(zhì)量濃度時(shí)，普通小球藻對魚腥藻的競爭抑制參數(shù)（β）最大，為0.466。根據(jù)Lotka-Volterra競爭模型中的兩物種競爭結(jié)局可初步判斷，低、中高氮磷、高氮磷質(zhì)量濃度時(shí)，魚腥藻在競爭中占優(yōu)勢；中低氮磷質(zhì)量濃度時(shí)，魚腥藻和普通小球藻穩(wěn)定共存。

普通小球藻；魚腥藻；氮；磷；種間競爭

競爭是生態(tài)學(xué)研究的重要內(nèi)容之一，競爭不僅是群落結(jié)構(gòu)組建的主導(dǎo)因子，而且也是決定物種進(jìn)化模式的重要因素（王剛和張大勇，1996）。有關(guān)競爭在群落組建中的重要性及其作用機(jī)制一直是生態(tài)學(xué)工作者爭論的焦點(diǎn)，并進(jìn)行了多方位研究，但當(dāng)前關(guān)于這方面的報(bào)道多集中在陸地生態(tài)系統(tǒng)（李博等，1998；杜峰等，2004）。浮游植物是水生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)者，其種群變動(dòng)和群落結(jié)構(gòu)直接影響著水生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。浮游植物間也存在明顯的競爭現(xiàn)象，且環(huán)境條件，如營養(yǎng)鹽、細(xì)胞起始密度、鹽度、光照、溫度等，對競爭結(jié)果具有重要影響（由希華等，2007）。

小球藻（Chlorella vulgaris）和魚腥藻（Anabaenasp. strain PCC）是養(yǎng)殖水體中的2種典型藻種。一般而言，小球藻生長旺盛并成為優(yōu)勢種是良好水質(zhì)的重要標(biāo)志，由于小球藻容易被魚類等水生生物消化利用，因此一般認(rèn)為小球藻是養(yǎng)殖水體中的有益藻類。魚腥藻是污染指示種，由于魚腥藻不易被魚類等水生生物消化利用，因此魚腥藻的異常增殖易形成水華，使水質(zhì)惡化、變臭，并導(dǎo)致魚蝦大量死亡，從而給水生生物的生長繁殖帶來嚴(yán)重危害，通常被認(rèn)為是養(yǎng)殖水體中的有害藻類。因此，研究不同環(huán)境因素對小球藻和魚腥藻生長競爭的影響，對于揭示如何控制環(huán)境因子促進(jìn)有益藻類生長繁殖、抑制有害藻類生長繁殖，并最終實(shí)現(xiàn)利用藻類調(diào)節(jié)養(yǎng)殖生態(tài)環(huán)境、獲得高價(jià)值藻細(xì)胞生物質(zhì)（朱樹峰等，2014）、提高水體初級生產(chǎn)力具有重要意義。

水體中N、P等營養(yǎng)元素為藻類進(jìn)行光合作用、合成有機(jī)物提供物質(zhì)基礎(chǔ)，它們通過N、P形態(tài)和N、P質(zhì)量濃度來影響藻類的生長—N、P形態(tài)影響藻類對N、P的吸收速率和利用效率，N、P質(zhì)量濃度則影響藻類細(xì)胞的生長以及胞內(nèi)物質(zhì)的積累，因此，N、P被認(rèn)為是藻類生長競爭的重要影響因子。為此，本實(shí)驗(yàn)在研究pH對魚腥藻和普通小球藻生長競爭影響的基礎(chǔ)上（陳家長等，2014），研究了氮、磷質(zhì)量濃度對魚腥藻和普通小球藻生長競爭的影響，以期揭示養(yǎng)殖水體中的典型藻類的生長過程及其與氮磷質(zhì)量濃度的相互關(guān)系，為養(yǎng)殖水體的精準(zhǔn)培水提供科學(xué)依據(jù)，同時(shí)也為探索富營養(yǎng)化湖泊中浮游植物群落的演替規(guī)律和趨勢提供可資借鑒的資料。

1 材料與方法

1.1 藻種與培養(yǎng)

實(shí)驗(yàn)所用普通小球藻、魚腥藻均購自中國科學(xué)院水生生物研究所。藻種擴(kuò)大培養(yǎng)液使用這2種藻種都適合生長的 BG11培養(yǎng)基。光照強(qiáng)度約為2.2×103lx，光暗比12 h∶12 h，培養(yǎng)溫度25 ℃。在光照期間，每隔2 h手工搖勻錐形瓶1次，暗期則靜置不動(dòng)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)置

本研究設(shè)置4個(gè)質(zhì)量濃度梯度（表1），每個(gè)質(zhì)量濃度梯度均設(shè)置3個(gè)試驗(yàn)組，分別為普通小球藻單獨(dú)培養(yǎng)組（簡稱C組）、魚腥藻單獨(dú)培養(yǎng)組（簡稱A組）、魚腥藻和普通小球藻共同培養(yǎng)組（簡稱CA組）。每組試驗(yàn)設(shè)置3個(gè)平行。實(shí)驗(yàn)所用培養(yǎng)基為根據(jù)實(shí)驗(yàn)質(zhì)量濃度所配制的特定 BG11培養(yǎng)基

表1 實(shí)驗(yàn)組氮磷質(zhì)量濃度Table 1 Mass concentrations of nitrogen and phosphorus

實(shí)驗(yàn)時(shí)，將經(jīng)室內(nèi)擴(kuò)大培養(yǎng)的普通小球藻、魚腥藻在5000 r·min-1轉(zhuǎn)速下離心5 min，去掉上清液，用15 mg·L-1NaHCO3溶液洗滌離心，重復(fù)2次。用無氨水稀釋到實(shí)驗(yàn)所需質(zhì)量濃度。各組普通小球藻、魚腥藻的初始接種密度均設(shè)置為 5×105cell·mL-1。在容積為 250 mL錐形瓶中配制培養(yǎng)液200 mL，然后置于光照恒溫培養(yǎng)箱內(nèi)，在溫度25 ℃、光照強(qiáng)度2.2×103lx、光暗比12 h∶12 h的條件下進(jìn)行培養(yǎng)。在培養(yǎng)過程中，每天固定時(shí)間用孔徑為0.45 μm的針式濾器從各試驗(yàn)組中取水，用于測定氮、磷質(zhì)量濃度，并用NaNO3、KH2PO4和無氨水補(bǔ)足氮、磷、水至初始水平。

1.3 細(xì)胞計(jì)數(shù)

自實(shí)驗(yàn)開始后每24 h計(jì)數(shù)藻類數(shù)量。計(jì)數(shù)方法參照《水和廢水監(jiān)測分析方法》（第4版。王心芳等，2002）直至所有藻類均出現(xiàn)負(fù)增長時(shí)試驗(yàn)結(jié)束，負(fù)增長前1 d所得藻細(xì)胞數(shù)量即為其最大生長數(shù)量。

1.4 數(shù)據(jù)整理

1.4.1 比生長速率

特定增長率由藻類現(xiàn)存量的對數(shù)對培養(yǎng)時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)回歸方程計(jì)算（孟順龍等，2012）：

式中：μn表示第n天的比生長速率；N表示細(xì)胞數(shù)量（cells·mL-1）；t表示培養(yǎng)時(shí)間（d）。平均比生長速率（μ）即為藻類從試驗(yàn)開始至最大數(shù)量期間比生長速率的平均值，用于比較藻類生長速率的大小。

1.4.2 生長曲線擬合

藻類的增長過程利用Logistic方程對數(shù)形式

進(jìn)行擬合。式中：N表示藻類生長數(shù)量；K表示最大生長數(shù)量；r為內(nèi)稟增長率；t為生長時(shí)間。

1.4.3 競爭抑制參數(shù)的計(jì)算

利用Lotka-Volterra競爭模型的差分形式（孟順龍等，2012）（式3、式4）：

式中：Na和 Nc分別為共同培養(yǎng)時(shí)的魚腥藻和普通小球藻在對應(yīng)培養(yǎng)時(shí)間 t時(shí)的數(shù)量（104cells·mL-1）；ra和 rc分別為魚腥藻和普通小球藻的單種培養(yǎng)時(shí)計(jì)算得出的內(nèi)稟增長率；Ka和 Kc分別為魚腥藻和普通小球藻的單種培養(yǎng)時(shí)藻細(xì)胞最大生長數(shù)量；α和β分別為共同培養(yǎng)時(shí)魚腥藻對普通小球藻和普通小球藻對魚腥藻的競爭抑制參數(shù)。應(yīng)用Logistic方程二階導(dǎo)數(shù)推算出藻類增長過程中的抑制起點(diǎn)，并計(jì)算拐點(diǎn)以后單位時(shí)間內(nèi)的所有競爭抑制參數(shù)，取其均值，作為該種藻類對另一種藻類的競爭抑制參數(shù)估計(jì)值（陳德輝等，1999）。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

采用單因素方差分析對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，并用 t檢驗(yàn)方法對回歸方程進(jìn)行回歸顯著性檢驗(yàn)；P<0.05時(shí)，差異顯著。

圖1 不同氮磷質(zhì)量濃度下普通小球藻和魚腥藻單種培養(yǎng)組及共同培養(yǎng)組的生長曲線Fig. 1 Growth curves of Chlorella vulgaris and Anabaenasp. strain PCC in pure culture and mixed culture systems at different mass concentration of nitrogen and phosphorus

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氮磷質(zhì)量濃度下普通小球藻、魚腥藻的生長情況

不同氮磷質(zhì)量濃度條件下，普通小球藻、魚腥藻的生長情況如圖1所示。從對魚腥藻的研究結(jié)果來看，單種培養(yǎng)體系中，魚腥藻的最大藻細(xì)胞數(shù)量隨著氮磷質(zhì)量濃度的增加而增加，4個(gè)質(zhì)量濃度梯度下的最大藻細(xì)胞數(shù)量分別為51.3×105、149.2×105、244.7×105、424.8×105cells·mL-1；且除了低氮磷組和中低氮磷組最大藻細(xì)胞數(shù)量差異不顯著以及中低氮磷組和中高氮磷組最大藻細(xì)胞數(shù)量差異不顯著外，其他氮磷組的最大藻細(xì)胞數(shù)量之間兩兩差異顯著。共同培養(yǎng)體系中，魚腥藻的最大藻細(xì)胞數(shù)量表現(xiàn)為：中高氮磷組（208.9×105cells·mL-1）>中低氮磷組（98.3×105cells·mL-1）>高氮磷組（64.7×105cells·mL-1）>低氮磷組（45.3×105cells·mL-1）。從對普通小球藻的研究結(jié)果來看，無論在單種培養(yǎng)體系還是共同培養(yǎng)體系中，普通小球藻的最大藻細(xì)胞數(shù)量隨著氮磷質(zhì)量濃度的增加而增加；其中在單種培養(yǎng)體系中4個(gè)質(zhì)量濃度梯度下的最大藻細(xì)胞數(shù)量分別為 93.0×105、131.6×105、175.5×105、199.0×105cells·mL-1，在共同培養(yǎng)體系中4個(gè)質(zhì)量濃度梯度下的最大藻細(xì)胞數(shù)量分別為 12.3×105、44.5×105、62.0×105、79.5×105cells·mL-1。

由表2可見，氮磷質(zhì)量濃度能夠?qū)?種藻的平均比生長速率產(chǎn)生影響。單種培養(yǎng)條件下，普通小球藻的平均比生長速率表現(xiàn)為：高氮磷組（0.283）>低氮磷組（0.225）>中高氮磷組（0.218）>中低氮磷組（0.190），魚腥藻的平均比生長速率表現(xiàn)為：中高氮磷組（0.313）>高氮磷組（0.296）>中低氮磷組（0.243）>低氮磷組（0.194）；在共同培養(yǎng)條件下，普通小球藻的平均比生長速率表現(xiàn)為：高氮磷組（0.224）>中高氮磷組（0.200）>低氮磷組（0.199）>中低氮磷組（0.184），魚腥藻的平均比生長速率表現(xiàn)為：中高氮磷組（0.287）>中低氮磷組（0.241）>高氮磷組（0.240）>低氮磷組（0.184）。單種培養(yǎng)體系中，魚腥藻和普通小球藻在不同氮磷質(zhì)量濃度下的生長曲線基本符合 S型生長曲線（圖 1），說明不同氮磷質(zhì)量濃度條件下，單種培養(yǎng)藻類的生長曲線均可用Logistic模型擬合，并可以根據(jù)Logistic方程計(jì)算拐點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)間（表3）。同時(shí)，為計(jì)算拐點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)間，共同培養(yǎng)體系中的普通小球藻、魚腥藻的生長也用Logistic方程進(jìn)行了擬合，并由此得到各生長曲線的拐點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)間（表3）。

表2 不同氮磷質(zhì)量濃度下普通小球藻、魚腥藻的平均比生長速率Table 2 Mean specific growth rate of Chlorella vulgaris and Anabaenasp. strain PCC at different mass concentrations of nitrogen and phosphorus

表3 不同氮磷質(zhì)量濃度下普通小球藻和魚腥藻的Logistic模型擬合參數(shù)及拐點(diǎn)出現(xiàn)的時(shí)間Table 3 Parameters of Chlorella vulgaris and Anabaenasp. strain PCC regression coefficients of Logistic model and the inflection points at different mass concentration of nitrogen and phosphorus

2.2 普通小球藻、魚腥藻種間競爭抑制參數(shù)

以單種培養(yǎng)體系中擬合得到的 K、r值和共同培養(yǎng)體系中魚腥藻和普通小球藻的細(xì)胞數(shù)帶入式（3）、（4），計(jì)算共同培養(yǎng)體系中普通小球藻對魚腥藻以及魚腥藻對普通小球藻競爭抑制參數(shù)（表4）。

表4 不同氮磷質(zhì)量濃度下普通小球藻和魚腥藻的競爭抑制參數(shù)Table 4 Inhibition parameters of Chlorella vulgaris and Anabaenasp. strain PCC after inflection point at different mass concentrations of nitrogen and phosphorus

從氮磷質(zhì)量濃度對競爭抑制參數(shù)的影響來看（表 4），4個(gè)氮磷質(zhì)量濃度條件下魚腥藻對普通小球藻的競爭抑制參數(shù)（α）分別為2.599、0.564、0.772、1.618，普通小球藻對魚腥藻的競爭抑制參數(shù)（β）分別為0.434、0.321、0.466、-8.899；可見，4個(gè)氮磷質(zhì)量濃度條件下魚腥藻對普通小球藻的競爭抑制參數(shù)（α）均大于普通小球藻對魚腥藻的競爭抑制參數(shù)（β）。且低氮磷質(zhì)量濃度時(shí)魚腥藻對普通小球藻的競爭抑制參數(shù)（α）最大，為2.599；中高氮磷質(zhì)量濃度時(shí)普通小球藻對魚腥藻的競爭抑制參數(shù)（β）最大，為0.466。

3 討論

3.1 氮磷質(zhì)量濃度對單種培養(yǎng)體系中普通小球藻、魚腥藻生長的影響

研究表明，植物對不同形態(tài)的氮、磷的吸收能力不同（袁征，2003）。本試驗(yàn)培養(yǎng)基中所用氮、磷均為無機(jī)氮、磷。在試驗(yàn)所設(shè)條件下，魚腥藻和普通小球藻的最大藻細(xì)胞數(shù)隨著氮磷質(zhì)量濃度的增加而上升，高氮磷組（N 3.60 μg·mL-1，P 0.500 μg·mL-1）最適合生長，這說明一定范圍內(nèi)，高質(zhì)量濃度的營養(yǎng)鹽適合魚腥藻和普通小球藻的生長。這與江懷真等（2011）在一定范圍內(nèi)，隨著氮源質(zhì)量濃度的提高，小球藻生長速率增大的研究結(jié)果一致。王亞超等（2013）研究表明，魚腥藻在高磷質(zhì)量濃度下生長良好，低磷質(zhì)量濃度下生長受到抑制，這與本試驗(yàn)結(jié)果一致。此外，萬蕾（2007）等研究表明，適宜微囊藻和柵藻生長的N、P質(zhì)量濃度分別為2～4、0.2 mg·L-1；梁恒等（2010）研究表明，總磷對魚腥藻的生長影響顯著；常鋒毅等（2009）研究表明，洱海螺旋魚腥藻生長的最佳磷質(zhì)量濃度為0.38 mg·L-1。

3.2 氮磷質(zhì)量濃度對普通小球藻、魚腥藻生長競爭的影響

顧啟華等（2007）研究表明，在魚腥藻和微囊藻的共培養(yǎng)體系中，魚腥藻在高磷質(zhì)量濃度條件下生長占優(yōu)。從不同氮磷質(zhì)量濃度下同一藻種競爭抑制參數(shù)的對比來看，在試驗(yàn)所設(shè)氮磷質(zhì)量濃度下，魚腥藻對普通小球藻的競爭抑制參數(shù)在低氮磷質(zhì)量濃度時(shí)最大，分別是中低氮磷組、中高氮磷組和高氮磷組的4.61、3.37和1.61倍；而普通小球藻對魚腥藻的競爭抑制參數(shù)則在中高氮磷濃度時(shí)最大，分別是低氮磷組、中低氮磷組的1.07、1.45倍，而高氮磷組中普通小球藻對魚腥藻的抑制參數(shù)為負(fù)值。這種現(xiàn)象說明，藻類的競爭抑制參數(shù)受氮磷質(zhì)量濃度的影響較大，不同氮磷質(zhì)量濃度條件下，相同的2種藻處于不同的競爭優(yōu)勢地位。

研究表明，許多藻種之間都存在著相互作用（馬祖友，2005；張坤，2012）。它們間的作用大致被分為2類：一是因環(huán)境中營養(yǎng)鹽的改變而促使種間競爭導(dǎo)致的優(yōu)勢種的改變；二是藻種間的克生關(guān)系所引起的競爭。而克生關(guān)系一般又通過2種方式進(jìn)行：一是化感作用（王志強(qiáng)，2013）；二是藻細(xì)胞間直接接觸抑制。有關(guān)微囊藻與其他藻類種間競爭的研究表明，微囊藻能分泌微囊藻毒素而使其在生物競爭中抑制對方生長，特別是微囊藻在資源競爭中處于劣勢而生長緩慢時(shí)，主要是通過分泌微囊藻毒素及化感物質(zhì)來抑制對方（鄭忠明等，2008）。從共同培養(yǎng)體系中魚腥藻和普通小球藻的拐點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)間（表 3）看，在低氮磷質(zhì)量濃度、中高氮磷質(zhì)量濃度、高氮磷質(zhì)量濃度條件下，普通小球藻的拐點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)間均早于魚腥藻，而中低氮磷質(zhì)量濃度下魚腥藻的拐點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)間早于普通小球藻。這說明不同氮磷質(zhì)量濃度條件下，魚腥藻和普通小球藻相互抑制對方的先后順序也不同。4個(gè)氮磷質(zhì)量濃度條件下，魚腥藻對普通小球藻的競爭抑制參數(shù)（α）均大于普通小球藻對魚腥藻的競爭抑制參數(shù)（β），這可能是因?yàn)轸~腥藻的細(xì)胞較普通小球藻小，有更大的表面積可以吸收更多的營養(yǎng)物質(zhì)，同時(shí)研究表明魚腥藻細(xì)胞可以分泌藻毒素（蔡俊鵬等，2006），藻毒素對其他藻種產(chǎn)生抑制作用。

3.3 不同氮磷質(zhì)量濃度下普通小球藻和魚腥藻的競爭結(jié)果

參照 Lotka-Volterra競爭模型（孟順龍等，2012），2物種（物種 1和物種2，α12代表物種 2對物種1的競爭系數(shù)，α21代表物種1對物種2的競爭系數(shù)，K1和K2分別為物種1和物種2的最大環(huán)境容量）的競爭結(jié)局有 4種：當(dāng) 1/K1<α21/K2且1/K2>α12/K1時(shí)，說明物種1的種內(nèi)競爭強(qiáng)度小于種間競爭強(qiáng)度，物種2的種內(nèi)競爭強(qiáng)度則大于種間競爭強(qiáng)度，此時(shí)物種 1占優(yōu)勢；當(dāng) 1/K2<α12/K1且1/K1>α21/K2時(shí)，說明物種1的種內(nèi)競爭強(qiáng)度大于種間競爭強(qiáng)度，物種2的種內(nèi)競爭強(qiáng)度則小于種間競爭強(qiáng)度，此時(shí)物種 2占優(yōu)勢；當(dāng) 1/K1<α21/K2且1/K2<α12/K1時(shí)，說明物種1和物種2的種內(nèi)競爭強(qiáng)度都小于種間競爭強(qiáng)度，此時(shí)2物種不穩(wěn)定共存；當(dāng)1/K1>α21/K2且1/K2>α12/K1時(shí)，說明物種1和物種2的種內(nèi)競爭強(qiáng)度都大于種間競爭強(qiáng)度，此時(shí)2物種穩(wěn)定共存。本試驗(yàn)中，低、中高氮磷、高氮磷質(zhì)量濃度時(shí)，1/Kc>β/Ka且1/Ka<α/Kc；中低氮磷質(zhì)量濃度時(shí)，1/Kc>β/Ka且1/Ka>α/Kc；說明低、中高氮磷、高氮磷質(zhì)量濃度時(shí)，魚腥藻在競爭中占優(yōu)勢；中低氮磷質(zhì)量濃度時(shí)，魚腥藻和普通小球藻穩(wěn)定共存。

4 結(jié)論

在試驗(yàn)所設(shè)氮磷質(zhì)量濃度下，無論單種培養(yǎng)還是共同培養(yǎng)時(shí)，普通小球藻的最大藻細(xì)胞數(shù)均隨著氮磷質(zhì)量濃度的增加而升高，在N為3.60 μg·mL-1、P為0.500 μg·mL-1時(shí)最大藻細(xì)胞數(shù)達(dá)到最大。而魚腥藻在單種培養(yǎng)條件下，最大藻細(xì)胞數(shù)隨著氮磷質(zhì)量濃度的增加而升高；在共同培養(yǎng)時(shí)，中高氮磷質(zhì)量濃度（N 0.72 μg·mL-1，P 0.050 μg·mL-1）條件為最適生長氮磷質(zhì)量濃度。

氮磷質(zhì)量濃度對藻類的競爭抑制參數(shù)影響顯著，低氮磷質(zhì)量濃度時(shí)魚腥藻對普通小球藻的競爭抑制參數(shù)最大；中高氮磷質(zhì)量濃度時(shí)普通小球藻對魚腥藻的競爭抑制參數(shù)最大。4個(gè)氮磷質(zhì)量濃度條件下魚腥藻對普通小球藻的競爭抑制參數(shù)（α）均大于普通小球藻對魚腥藻的競爭抑制參數(shù)（β）。根據(jù) Lotka-Volterra競爭模型可知，低、中高氮磷、高氮磷質(zhì)量濃度時(shí)，魚腥藻在競爭中占優(yōu)勢；中低氮磷質(zhì)量濃度時(shí)，魚腥藻和普通小球藻穩(wěn)定共存。

陳家長, 王菁, 裘麗萍, 等. 2014. pH對魚腥藻和普通小球藻生長競爭的影響[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 23(2): 289-294.

蔡俊鵬, 程璐, 吳冰, 等. 2006. 魚腥藻毒素及其檢測、去除方法研究進(jìn)展[J]. 水利漁業(yè), 26(3): 3-6.

陳德輝, 劉永定, 袁峻峰, 等. 1999. 微囊藻和柵藻共培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)及其競爭參數(shù)的計(jì)算[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 19(6): 908-913.

常鋒毅, 潘曉潔, 康麗娟, 等. 2009. 洱海螺旋魚腥藻生長生理特性的初步研究[J]. 水生生物學(xué)報(bào), 33(3): 385-390.

杜峰, 梁宗鎖, 胡麗娟. 2004. 植物競爭研究綜述[J]. 生態(tài)學(xué)雜志, 23(4): 157-163.

顧啟華, 趙林, 譚欣. 2007. 銅綠微囊藻·螺旋魚腥藻和水華束絲藻競爭優(yōu)勢的研究[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 35(7): 1990-1991, 2031.

江懷真, 張維, 劉天中, 等. 2011. 氮、磷濃度對小球藻生長及油脂積累的影響[J]. 食品工業(yè)科技, 32(6): 204-207.

李博, 陳家寬, A R 沃金森. 1998. 植物競爭研究進(jìn)展[J]. 植物學(xué)通報(bào), 15(4): 18-29.

梁恒, 陳忠林, 瞿芳術(shù), 等. 2010. 微宇宙環(huán)境下藻類生長與理化因子回歸研究[J]. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 42(6): 841-844.

孟順龍, 裘麗萍, 胡庚東, 等. 2012. 氮磷比對兩種藍(lán)藻生長及競爭的影響[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 31(7): 1438-1444.

馬祖友. 2005. 藍(lán)藻的生長生理特征及其競爭優(yōu)勢研究[D]. 楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué).

王剛, 張大勇. 1996. 生物競爭理論[M]. 西安: 陜西科學(xué)技術(shù)出版社: 1-70.

王心芳, 魏復(fù)盛, 齊文啟. 2002. 水和廢水監(jiān)測分析方法 [M]. 4版. 北京:中國環(huán)境出版社: 704.

王亞超, 徐恒省, 王國祥, 等. 2013. 氮、磷等環(huán)境因子對太湖微囊藻與水華魚腥藻生長的影響[J]. 環(huán)境監(jiān)控與預(yù)警, 5(1): 7-10.

王志強(qiáng). 2013. 4種水生植物水浸提液對水華微囊藻的化感抑制作用研究[D]. 太原: 山西大學(xué).

萬蕾, 朱偉, 趙聯(lián)芳. 2007. 氮磷對微囊藻和柵藻生長及競爭的影響[J].環(huán)境科學(xué), 28(6): 1230-1235.

由希華, 王宗靈, 石曉勇, 等. 2007. 浮游植物種間競爭研究進(jìn)展[J]. 海洋湖沼通報(bào), (4): 161-166.

袁征. 2003. 鐵、不同氮源和光強(qiáng)對海洋微藻生長的交互影響[D]. 青島:中國海洋大學(xué).

張坤. 2012. 競爭條件下環(huán)境因子對銅綠微囊藻影響的研究[D]. 上海:上海海洋大學(xué).

鄭忠明, 白培峰, 陸開宏, 等. 2008. 銅綠微囊藻和四尾柵藻在不同溫度下的生長特性及競爭參數(shù)計(jì)算[J]. 水生生物學(xué)報(bào), 32(5): 721-727.

朱樹峰, 于茵, 胡洪營. 2014. 混合培養(yǎng)對城市污水廠二級出水培養(yǎng)能源微藻的生長促進(jìn)作用[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 23(4): 642-648.

Effect of Nitrogen and Phosphorus Mass Concentrations on the Growth and Competition of Chlorella vulgaris and Anabaenasp. strain PCC

MENG Shunlong1,2, WANG Jing2, QIU Liping1, HU Gengdong1, QU Jianhong1, FAN Limin1, SONG Chao1, WU Wei1,2, CHEN Jiazhang1,2, XU Pao1,2
1. Freshwater Fisheries Research Center, Chinese Academy of Fishery Sciences//Scientific Observing and Experimental Station of Fishery Resources and Environment in the Lower Reaches of the Changjiang River, Ministry of Agriculture//Key Open Laboratory of Ecological Environment and Resources of Inland Fisheries, Chinese Academy of Fishery Sciences, Wuxi 214081, China; 2. Wuxi Fishery College, Nanjing Agricultural University, Wuxi 214081, China

Chlorella vulgaris and Anabaenasp are the most common algae in eutrophication ponds. In order to know the growth process of the two species of algae in eutrophication ponds and the relationship between algae growth and concentrations of nitrogen and phosphorus, the experiment was carried out to research the interspecies competition between Chlorella vulgaris and Anabaenasp at different nitrogen and phosphorus concentrations (N 0.18 μg·mL-1, P 0.025 μg·mL-1; N 0.36 μg·mL-1, P 0.050 μg·mL-1; N 0.72 μg·mL-1, P 0.100 μg·mL-1; N 3.60 μg·mL-1, P 0.500 μg·mL-1) by the methods of special growth rate, growth curve and inhibition parameters through indoors experiment. For the experiment could help clarify how to promote the growth of useful algae and restrain the growth of harmful algae by the way of regulating the environment factors, so the study is very important for regulating aquaculture eco-environment and improving primary productivity of water body. The results indicated that maximum biomass of both Chlorella vulgaris and Anabaenasp increased with the increase of nitrogen and phosphorus concentrations in the uni-culture system, and the maximum biomass of Chlorella vulgaris and Anabaenasp were 198.9×105and 424.8×105cells·mL-1respectively. Nitrogen and phosphorus concentrations could influence the competition between Chlorella vulgaris and Anabaenasp significantly. The maximum biomasses of Anabaenasp in co-culture system were as follows: (TN 0.72 μg·mL-1, TP 0.100 μg·mL-1) group> (TN 0.36 μg·mL-1, TP 0.050 μg·mL-1) group> (TN 3.60 μg·mL-1, TP 0.500 μg·mL-1) group> (TN 0.18 μg·mL-1, TP 0.025 μg·mL-1) group, and maximum biomasses were 208.9×105, 98.3×105, 64.7×105, 45.3×105cells·mL-1respectively. The results of inhibition parameter of interspecies competition showed that the inhibition parameters of Anabaenasp against Chlorella vulgaris were 2.599, 0.564, 0.772, 1.618 respectively and that of Chlorella vulgaris against Anabaenasp were 0.434, 0.321, 0.466, -8.899 respectively, that is to say, the inhibition parameters of Anabaenasp against Chlorella vulgaris were all larger than that of Chlorella vulgaris against Anabaenasp at the experiment conditions. The inhibition parameter of Anabaenasp against Chlorella vulgaris reached the peak at the (TN 0.18 μg·mL-1, TP 0.025 μg·mL-1) group, and the maximum was 2.599. The inhibition parameter of Chlorella vulgaris against Anabaenasp reached the peak at the (TN 0.72 μg·mL-1, TP 0.100 μg·mL-1) group, and the maximum was 0.466. Anabaenasp dominated in the (TN 0.18 μg·mL-1, TP 0.025 μg·mL-1), (TN 0.72 μg·mL-1, TP 0.100 μg·mL-1) and (TN 3.60 μg·mL-1, TP 0.500 μg·mL-1) groups, and Chlorella vulgaris and Anabaenasp could stably coexist in the (TN 0.36 μg·mL-1, TP 0.050 μg·mL-1) group based on the competition model of Lotka-Volterra.

Chlorella vulgaris; Anabaenasp. strain PCC; nitrogen; phosphorus; interspecies competition

10.16258/j.cnki.1674-5906.2015.04.017

X173

A

1674-5906（2015）04-0658-07

孟順龍，王菁，裘麗萍，胡庚東，瞿建宏，范立民，宋超，吳偉，陳家長，徐跑. 氮磷質(zhì)量濃度對普通小球藻和魚腥藻生長競爭的影響[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2015, 24(4): 658-664.

MENG Shunlong, WANG Jing, QIU Liping, HU Gengdong, QU Jianhong, FAN Limin, SONG Chao, WU Wei, CHEN Jiazhang, XU Pao. Effect of Nitrogen and Phosphorus Mass Concentrations on the Growth and Competition of Chlorella vulgaris and Anabaenasp. strain PCC [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2015, 24(4): 658-664.

國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)（CARS-49）；中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)（2013JBFM06）

孟順龍（1982年生），男，副研究員，博士，主要從事漁業(yè)環(huán)境保護(hù)和水生生物學(xué)研究。E-mail: mengsl@ffrc.cn *通訊作者。陳家長，E-mail: chenjz@ffrc.cn。徐跑，E-mail: xup@ffrc.cn

2015-01-03