清潔疏浚物對(duì)2種海洋微藻種間競(jìng)爭(zhēng)的影響

董　鵬，費(fèi)岳軍，何東海，張海波*，徐　韌

(1.國(guó)家海洋局 寧波海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，浙江 寧波315040；2.國(guó)家海洋局 東海環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，上海 201206；

3. 國(guó)家海洋局 赤潮災(zāi)害立體監(jiān)測(cè)技術(shù)與應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200090)

?

清潔疏浚物對(duì)2種海洋微藻種間競(jìng)爭(zhēng)的影響

董鵬1，費(fèi)岳軍1，何東海1，張海波*1，徐韌2,3

(1.國(guó)家海洋局 寧波海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，浙江 寧波315040；2.國(guó)家海洋局 東海環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，上海 201206；

3. 國(guó)家海洋局 赤潮災(zāi)害立體監(jiān)測(cè)技術(shù)與應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200090)

摘要:采用實(shí)驗(yàn)生態(tài)學(xué)方法，研究了不同起始密度下懸浮清潔疏浚物對(duì)中肋骨條藻Skeletonema costatum和赤潮異彎藻Heterosigma akashiwo生長(zhǎng)的影響。研究結(jié)果表明，在實(shí)驗(yàn)室單培養(yǎng)條件下，清潔疏浚物培養(yǎng)液中，起始密度不同，微藻生長(zhǎng)狀況明顯不同。起始密度為0.2×104 cells·mL(-1)時(shí)，進(jìn)入指數(shù)生長(zhǎng)期和靜止期的時(shí)間延長(zhǎng)，但生長(zhǎng)所達(dá)到的最大細(xì)胞密度較高；起始密度為0.8×104 cells·mL(-1)時(shí)，進(jìn)入指數(shù)生長(zhǎng)期和靜止期的時(shí)間縮短，但生長(zhǎng)所達(dá)到的種群最大密度較低?；旌吓囵B(yǎng)條件下，清潔疏浚物培養(yǎng)液中，起始密度不同，導(dǎo)致了微藻種間競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系的變化，中肋骨條藻與赤潮異彎藻具有明顯的種間競(jìng)爭(zhēng)，赤潮異彎藻是競(jìng)爭(zhēng)的優(yōu)勝者，中肋骨條藻受到赤潮異彎藻的抑制，整個(gè)實(shí)驗(yàn)周期內(nèi)細(xì)胞密度下降都非常明顯，細(xì)胞密度明顯低于單培養(yǎng)時(shí)的細(xì)胞密度，而赤潮異彎藻細(xì)胞密度并沒(méi)有明顯的減少。在3種不同質(zhì)量濃度組清潔疏浚物培養(yǎng)液中，質(zhì)量濃度最高的1 000 mg·L(-1)培養(yǎng)液中藻細(xì)胞密度顯著低于100 和500 mg·L(-1)質(zhì)量濃度組，而100 mg·L(-1)培養(yǎng)液中藻細(xì)胞密度最高，說(shuō)明清潔疏浚物質(zhì)量濃度越高，對(duì)海洋微藻抑制影響越為明顯，質(zhì)量濃度越低，影響越小。

關(guān)鍵詞:清潔疏浚物；種間競(jìng)爭(zhēng)；起始密度；中肋骨條藻；赤潮異彎藻

0引言

疏浚物是從水下挖掘出的沉積物，包含淤積的沉淀物，例如石塊、沙和泥，可能還包含有機(jī)物和生物組織[1]。根據(jù)疏浚物的特性、污染物含量水平以及對(duì)海洋環(huán)境的影響程度，疏浚物分為清潔疏浚物、沾污疏浚物、污染疏浚物三類[2]。隨著沿海地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，我國(guó)每年產(chǎn)生大量的疏浚物，2010—2013年海洋傾倒區(qū)實(shí)施海洋傾倒的廢物主要為清潔疏浚物，據(jù)2015年3月發(fā)布的2014年中國(guó)海洋環(huán)境狀況公報(bào)結(jié)果表明，2014年全國(guó)海洋傾倒量為14 488萬(wàn) m3，傾倒物質(zhì)同樣主要為清潔疏浚物[3-7]。海洋傾倒作為廢棄物處置的重要方式之一，對(duì)保障經(jīng)濟(jì)發(fā)展、節(jié)約土地資源和保護(hù)海洋大環(huán)境發(fā)揮了重要作用[8]。疏浚物海洋傾倒是人類借助海洋空間及其自凈力來(lái)接納和消減疏浚物的行為，但海洋的接納和自凈能力畢竟有限，過(guò)量的海洋傾廢，會(huì)造成海洋環(huán)境和生物資源的重大損失，甚至?xí)＜叭梭w健康[9]。疏浚物在傾倒區(qū)傾倒后，大部分由于重力作用而沉于海底，但也有一小部分粒徑小、密度小的疏浚物懸浮于水體中，并隨流擴(kuò)散，造成局部海域水體的渾濁、溶解氧下降和透光率降低等，水體的渾濁降低了水體透明度，對(duì)浮游植物的光合作用產(chǎn)生不利影響，進(jìn)而會(huì)阻礙浮游植物的細(xì)胞分裂和生長(zhǎng)，降低單位水體內(nèi)浮游植物的數(shù)量，最終導(dǎo)致傾倒區(qū)初級(jí)生產(chǎn)力水平的下降[10]。初級(jí)生產(chǎn)力水平下降，進(jìn)而會(huì)影響到各級(jí)消費(fèi)者，最終導(dǎo)致水中生物量的下降[11]。傾倒不僅引起疏浚物處理區(qū)內(nèi)生態(tài)環(huán)境的變化，而且隨著海洋水體及海洋生物的運(yùn)動(dòng)，這些影響會(huì)逐漸波及鄰近海域。疏浚物對(duì)浮游植物的影響主要體現(xiàn)在初級(jí)生產(chǎn)力、生長(zhǎng)速率、攝食速率及群落結(jié)構(gòu)等方面[12-15]。海洋傾廢管理?xiàng)l例實(shí)施辦法及疏浚物海洋傾倒生物學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)程明確規(guī)定，疏浚物傾倒必須進(jìn)行生物學(xué)檢驗(yàn)，以評(píng)價(jià)其傾倒物對(duì)傾倒海域海洋生物的影響[16-17]。雖然目前已有相關(guān)研究報(bào)道了在實(shí)驗(yàn)室條件下懸浮疏浚物對(duì)單種藻類生長(zhǎng)的影響[18-20]，但有關(guān)混合培養(yǎng)條件下疏浚物對(duì)不同類型浮游植物生長(zhǎng)和種間競(jìng)爭(zhēng)的影響鮮有報(bào)道。

中肋骨條藻Skeletonemacostatum和赤潮異彎藻Heterosigmaakashiwo為廣溫廣鹽性的單細(xì)胞生物，在世界各海域均易成活，也是我國(guó)東部沿海浮游植物群落常年優(yōu)勢(shì)種之一，屬于海洋微藻中具有代表性的物種[21-23]。本研究在實(shí)驗(yàn)生態(tài)條件下，通過(guò)模擬清潔疏浚物再懸浮狀態(tài)，探討了不同起始密度對(duì)海洋微藻種間競(jìng)爭(zhēng)的影響，旨在為我國(guó)疏浚物傾倒活動(dòng)的評(píng)估技術(shù)研究和科學(xué)利用海洋資源提供一定的現(xiàn)實(shí)依據(jù)和技術(shù)支撐。

1材料與方法

1.1受試生物

實(shí)驗(yàn)用中肋骨條藻S.costatum和赤潮異彎藻H.akashiwo取自上海海洋大學(xué)水域環(huán)境生態(tài)上海高校工程研究中心，用鹽度為33的海水在實(shí)驗(yàn)室馴化后，取指數(shù)生長(zhǎng)期的健康藻種。

1.2實(shí)驗(yàn)海水

取長(zhǎng)江口外海水，經(jīng)0.45 μm醋酸纖維濾膜(濾膜使用前用1∶3HCI浸泡1 h，用蒸餾水沖洗至中性后在蒸餾水里浸泡24 h以上備用)過(guò)濾后，用f/2配方培養(yǎng)液[24]加富(按照滅菌海水∶培養(yǎng)基母液=1 000∶1的比例加入f/2配方培養(yǎng)液)，海水鹽度與pH值分別調(diào)至33和7.9，實(shí)驗(yàn)所用玻璃器皿在10%HCI中浸泡24 h后，用蒸餾水沖洗3遍，高壓蒸汽滅菌(121 ℃、105 kPa)后冷卻備用。

1.3清潔疏浚物培養(yǎng)液

取長(zhǎng)江口及黃浦江沿岸疏浚物，混合后于烘箱中105 ℃烘至恒重。用濕篩法在水中過(guò)1 600目不銹鋼標(biāo)準(zhǔn)篩(上海宜昌儀器紗篩廠制)，取粒徑為0～16 μm的細(xì)粉砂和黏土，烘干存于干燥皿內(nèi)備用。用電子天平定量稱取疏浚物干樣，加入實(shí)驗(yàn)海水配制成不同質(zhì)量濃度組的疏浚物培養(yǎng)液。

1.4清潔疏浚物中污染物的測(cè)定與含量

所測(cè)疏浚物各項(xiàng)指標(biāo)的獲取及實(shí)驗(yàn)室處理均嚴(yán)格按照《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》[25]進(jìn)行,Cu、Pb和Zn測(cè)定采用火焰原子吸收分光光度法；Cd和Cr測(cè)定采用無(wú)火焰原子吸收分光光度法；As和Hg測(cè)定采用原子熒光法；有機(jī)碳測(cè)定采用重鉻酸鉀氧化-還原容量法；硫化物測(cè)定采用碘量法；PCBs、666和DDT測(cè)定采用氣相色譜法；油類測(cè)定采用紫外分光光度法。

所含污染物的分析結(jié)果見(jiàn)表1。疏浚物中各種污染物含量的分析結(jié)果均低于疏浚物檢測(cè)指標(biāo)限值及分類標(biāo)準(zhǔn)中的下限[26]，為清潔疏浚物。

表1　實(shí)驗(yàn)用清潔疏浚物污染物含量

1.5實(shí)驗(yàn)方法

1.5.1單培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)

疏浚物培養(yǎng)液共設(shè)3種質(zhì)量濃度組，分別為100、500 和1 000 mg·L-1，將處于指數(shù)生長(zhǎng)期的微藻按照0.2×104、0.4×104和0.8×104cells·mL-1的起始密度分別接種于上述疏浚物培養(yǎng)液中，150 mL三角燒瓶中疏浚物培養(yǎng)液與接種藻液總量為100 mL。接種后將三角燒瓶放入全溫振蕩器，不間斷振蕩通風(fēng)培養(yǎng)，以保持懸浮和減少附壁，轉(zhuǎn)速為150 r/min，培養(yǎng)溫度為23 ℃，光照強(qiáng)度3 000 lx，光暗比12 h∶12 h。每組設(shè)3個(gè)平行，所有處理每隔24 h取樣一次，在1 mL浮游植物計(jì)數(shù)框中計(jì)數(shù)，熒光顯微鏡(OLYMPUS BX51)下觀察其生長(zhǎng)及細(xì)胞密度變化情況。每個(gè)樣品計(jì)數(shù)3次，取其平均值。

1.5.2混合培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)

疏浚物培養(yǎng)液共設(shè)3種質(zhì)量濃度組，分別為100、500 和1 000 mg·L-1，將處于指數(shù)生長(zhǎng)期的微藻按照中肋骨條藻(簡(jiǎn)稱S)為0.2×104cells·mL-1、赤潮異彎藻(簡(jiǎn)稱H)為0.8×104cells·mL-1，接種比例為S∶H=1∶4; 中肋骨條藻為0.4×104cells·mL-1、赤潮異彎藻為0.4×104cells·mL-1，接種比例為S∶H=1∶1; 中肋骨條藻為0.8×104cells·mL-1、赤潮異彎藻為0.2×104cells·mL-1，接種比例為S∶H=4∶1的起始密度分別接種于上述疏浚物培養(yǎng)液中,其余處理同1.5.1。

1.6數(shù)據(jù)處理

本文運(yùn)用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與作圖，數(shù)據(jù)結(jié)果以3個(gè)平行組數(shù)據(jù)的平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(Mean±SD)表示。

2結(jié)果與分析

2.1單培養(yǎng)條件下清潔疏浚物對(duì)2種海洋微藻生長(zhǎng)的影響

單培養(yǎng)條件下，不同起始密度的中肋骨條藻生長(zhǎng)曲線見(jiàn)圖1，不同起始密度的赤潮異彎藻生長(zhǎng)曲線見(jiàn)圖2。結(jié)果顯示，無(wú)論是中肋骨條藻還是赤潮異彎藻，疏浚物培養(yǎng)液質(zhì)量濃度不同直接導(dǎo)致藻細(xì)胞的生長(zhǎng)情況有所差異。比較兩者生長(zhǎng)情況，發(fā)現(xiàn)2種藻細(xì)胞的生長(zhǎng)情況表現(xiàn)出一定的規(guī)律性，也顯示出了一定的差異性。其規(guī)律性在于隨著清潔疏浚物質(zhì)量濃度的升高，2種微藻的細(xì)胞密度呈下降趨勢(shì)，延緩了微藻進(jìn)入指數(shù)生長(zhǎng)期的時(shí)間；并且隨著起始密度的增加，2種微藻在生長(zhǎng)過(guò)程中進(jìn)入指數(shù)生長(zhǎng)期和靜止期的時(shí)間逐漸縮短，所達(dá)到的最大細(xì)胞密度依次減少。

圖1　單培養(yǎng)條件下清潔疏浚物對(duì)不同起始密度的中肋骨條藻生長(zhǎng)的影響Fig.1　Effects of cleaning dredged materials in unialgal culture on the growth of different initial cell density for S. costatum

圖2　單培養(yǎng)條件下清潔疏浚物對(duì)不同起始密度的赤潮異彎藻生長(zhǎng)的影響Fig.2　Effects of cleaning dredged materials in unialgal culture on the growth of different initial cell density for H. Akashiwo

起始密度對(duì)2種微藻種群的生長(zhǎng)都有影響，在起始密度為0.2×104和0.4×104cells·mL-1時(shí)，中肋骨條藻均比赤潮異彎藻提前1 d顯示出不同質(zhì)量濃度組之間的差異性，可能是中肋骨條藻對(duì)清潔疏浚物的反應(yīng)更加迅速，敏感性更高。不同的海洋微藻細(xì)胞結(jié)構(gòu)、生理特征和生態(tài)習(xí)性不同，導(dǎo)致了其對(duì)清潔疏浚物等外界影響因子的響應(yīng)存在差異。一方面藻細(xì)胞在繁殖過(guò)程中遵循著阿利氏規(guī)律(Allee’s law)，即種群密度過(guò)疏和過(guò)密對(duì)種群的生存與發(fā)展都是不利的，每一種生物種群都有自己的最適密度[27]。另一方面種群密度作為種群最基本的特征，除了受到出生率、死亡率、遷入和遷出的影響外，還受到其他多種理化環(huán)境因素的影響[28]，本實(shí)驗(yàn)中統(tǒng)一溫度、營(yíng)養(yǎng)鹽、光照、pH值等條件，使其不成為限制微藻正常生長(zhǎng)的因素。

2.2混合培養(yǎng)條件下清潔疏浚物對(duì)2種海洋微藻種間競(jìng)爭(zhēng)的影響

圖3為混合培養(yǎng)條件下，1 000 mg·L-1質(zhì)量濃度清潔疏浚物中2種海洋微藻種間競(jìng)爭(zhēng)的生長(zhǎng)情況。當(dāng)接種比例S∶H=1∶4時(shí)，赤潮異彎藻進(jìn)入指數(shù)生長(zhǎng)期的時(shí)間是8 d，進(jìn)入靜止期的時(shí)間為18 d，種群所達(dá)到的最大細(xì)胞密度是77.23 cells·mL-1；中肋骨條藻種群增長(zhǎng)緩慢，沒(méi)有出現(xiàn)明顯的指數(shù)生長(zhǎng)期和靜止期，最大細(xì)胞密度僅為17.07 cells·mL-1。接種比例S∶H=1∶1時(shí)，赤潮異彎藻進(jìn)入指數(shù)生長(zhǎng)期的時(shí)間是9 d，進(jìn)入靜止期的時(shí)間為21 d，最大細(xì)胞密度是83.97 cells·mL-1；中肋骨條藻進(jìn)入指數(shù)生長(zhǎng)期的時(shí)間是11 d，進(jìn)入靜止期的時(shí)間為21 d，最大細(xì)胞密度是34.33 cells·mL-1。接種比例S∶H=4∶1時(shí)，赤潮異彎藻進(jìn)入指數(shù)生長(zhǎng)期的時(shí)間是11 d，進(jìn)入靜止期的時(shí)間為25 d，最大細(xì)胞密度是76.87 cells·mL-1；中肋骨條藻進(jìn)入指數(shù)生長(zhǎng)期的時(shí)間是9 d，進(jìn)入靜止期的時(shí)間為20 d，最大細(xì)胞密度是37.24 cells·mL-1。與500和100 mg·L-1質(zhì)量濃度組相比，1 000 mg·L-1質(zhì)量濃度組中的微藻在3種接種比例下受到的抑制影響均較為明顯,延緩了微藻進(jìn)入指數(shù)生長(zhǎng)期的時(shí)間，并且赤潮異彎藻最大細(xì)胞密度相較于500和100 mg·L-1質(zhì)量濃度組同接種比例，分別下降9.18%、12.95%(接種比例為S∶H=1∶4)，5.50%、8.78%(接種比例為S∶H=1∶1)，5.08%、7.44% (接種比例為S∶H=4∶1)。與單培養(yǎng)時(shí)相比，赤潮異彎藻最大細(xì)胞密度則分別上升了4.40%(起始密度為0.8×104cells·mL-1)、10.90%(起始密度為0.4×104cells·mL-1)、6.93%(起始密度為0.2×104cells·mL-1)，說(shuō)明赤潮異彎藻在與中肋骨條藻的種間競(jìng)爭(zhēng)中生長(zhǎng)沒(méi)有受到抑制，處于優(yōu)勢(shì)地位。中肋骨條藻最大細(xì)胞密度與500和100 mg·L-1質(zhì)量濃度組同接種比例相比也略有下降，而與單培養(yǎng)時(shí)相比，因?yàn)槭艿匠喑碑悘澰逡种朴绊懙脑?，整個(gè)實(shí)驗(yàn)周期內(nèi)細(xì)胞密度下降都非常明顯。

圖4為混合培養(yǎng)條件下，500 mg·L-1質(zhì)量濃度清潔疏浚物中2種海洋微藻種間競(jìng)爭(zhēng)的生長(zhǎng)情況。接種比例S∶H=1∶4時(shí)，赤潮異彎藻進(jìn)入指數(shù)生長(zhǎng)期的時(shí)間是7 d，進(jìn)入靜止期的時(shí)間為17 d，最大細(xì)胞密度是85.04 cells·mL-1；中肋骨條藻種群同樣增長(zhǎng)緩慢，沒(méi)有出現(xiàn)明顯的指數(shù)生長(zhǎng)期和靜止期，最大細(xì)胞密度是17.73 cells·mL-1。接種比例S∶H=1∶1時(shí)，赤潮異彎藻進(jìn)入指數(shù)生長(zhǎng)期的時(shí)間是8 d，進(jìn)入靜止期的時(shí)間為20 d，最大細(xì)胞密度是88.86 cells·mL-1；中肋骨條藻進(jìn)入指數(shù)生長(zhǎng)期的時(shí)間是10 d，進(jìn)入靜止期的時(shí)間為20 d，最大細(xì)胞密度是35.23 cells·mL-1。接種比例S∶H=4∶1時(shí)，赤潮異彎藻進(jìn)入指數(shù)生長(zhǎng)期的時(shí)間是10 d，進(jìn)入靜止期的時(shí)間為24 d，最大細(xì)胞密度是80.98 cells·mL-1；中肋骨條藻進(jìn)入指數(shù)生長(zhǎng)期的時(shí)間是8 d，進(jìn)入靜止期的時(shí)間為19 d，最大細(xì)胞密度是40.13 cells·mL-1。500 mg·L-1質(zhì)量濃度組中的微藻在3種接種比例下受到的抑制影響小于1 000 mg·L-1質(zhì)量濃度組，但大于100 mg·L-1質(zhì)量濃度組。赤潮異彎藻最大細(xì)胞密度相較于100 mg·L-1質(zhì)量濃度組同接種比例，分別下降8.46%(接種比例為S∶H=1∶4)、8. 87%(接種比例為S∶H=1∶1)、9.78% (接種比例為S∶H=4∶1)。與單培養(yǎng)時(shí)相比，赤潮異彎藻最大細(xì)胞密度則分別上升了6.80%(起始密度為0.8×104cells·mL-1)、7.08%(起始密度為0.4×104cells·mL-1)、5.33%(起始密度為0.2×104cells·mL-1)，同樣說(shuō)明赤潮異彎藻在與中肋骨條藻的種間競(jìng)爭(zhēng)中生長(zhǎng)沒(méi)有受到抑制，處于優(yōu)勢(shì)地位。中肋骨條藻最大細(xì)胞密度與100 mg·L-1質(zhì)量濃度組同接種比例相比略有下降，而與單培養(yǎng)時(shí)相比，也因?yàn)槭艿匠喑碑悘澰逡种朴绊懙脑颍麄€(gè)實(shí)驗(yàn)周期內(nèi)細(xì)胞密度下降都非常明顯。

圖5為混合培養(yǎng)條件下，100 mg·L-1質(zhì)量濃度清潔疏浚物中2種海洋微藻種間競(jìng)爭(zhēng)的生長(zhǎng)情況。接種比例S∶H=1∶4時(shí)，赤潮異彎藻進(jìn)入指數(shù)生長(zhǎng)期的時(shí)間是6 d，進(jìn)入靜止期的時(shí)間為16 d，種群所達(dá)到的最大細(xì)胞密度是88.72 cells·mL-1；中肋骨條藻種群依舊增長(zhǎng)緩慢，沒(méi)有出現(xiàn)明顯的指數(shù)生長(zhǎng)期和靜止期，最大細(xì)胞密度是18.67 cells·mL-1。接種比例S∶H=1∶1時(shí)，赤潮異彎藻進(jìn)入指數(shù)生長(zhǎng)期的時(shí)間是7 d，進(jìn)入靜止期的時(shí)間為19 d，最大細(xì)胞密度是92.05 cells·mL-1；中肋骨條藻進(jìn)入指數(shù)生長(zhǎng)期的時(shí)間是9 d，進(jìn)入靜止期的時(shí)間為19 d，種群所達(dá)到的最大細(xì)胞密度是39.27 cells·mL-1。接種比例S∶H=4∶1時(shí)，赤潮異彎藻進(jìn)入指數(shù)生長(zhǎng)期的時(shí)間是9 d，進(jìn)入靜止期的時(shí)間為23 d，最大細(xì)胞密度是83.05 cells·mL-1；中肋骨條藻進(jìn)入指數(shù)生長(zhǎng)期的時(shí)間是7 d，進(jìn)入靜止期的時(shí)間為18 d，種群所達(dá)到的最大細(xì)胞密度是43.24 cells·mL-1。100 mg·L-1質(zhì)量濃度組中的微藻在3種接種比例下受到的抑制影響與1 000和500 mg·L-1質(zhì)量濃度組相比，影響最小。與單培養(yǎng)時(shí)相比，赤潮異彎藻最大細(xì)胞密度則分別下降了8.02%(起始密度為0.8×104cells·mL-1)、7.91%(起始密度為0.4×104cells·mL-1)、10.94%(起始密度為0.2×104cells·mL-1)，說(shuō)明赤潮異彎藻雖然在種間競(jìng)爭(zhēng)中處于優(yōu)勢(shì)，但與1 000和500 mg·L-1質(zhì)量濃度組不同的是，其生長(zhǎng)同樣也在一定程度上受到中肋骨條藻的影響。中肋骨條藻最大細(xì)胞密度與1 000和500 mg·L-1質(zhì)量濃度組同接種比例相比有所上升，而與單培養(yǎng)時(shí)相比，結(jié)果與1 000和500 mg·L-1質(zhì)量濃度組相同，受到赤潮異彎藻抑制的影響，整個(gè)實(shí)驗(yàn)周期內(nèi)細(xì)胞密度下降都非常明顯。

圖3　混合培養(yǎng)條件下1 000 mg·L-1質(zhì)量濃度清潔疏浚物對(duì)不同起始密度的2種海洋微藻種間競(jìng)爭(zhēng)的影響Fig.3　Effects of cleaning dredged materials in mixed culture of 1 000 mg·L-1on the interspecific competition betweentwo species of microalgae with different initial cell density

圖4　混合培養(yǎng)條件下500 mg·L-1質(zhì)量濃度清潔疏浚物對(duì)不同起始密度的2種海洋微藻種間競(jìng)爭(zhēng)的影響Fig.4　Effects of cleaning dredged materials in mixed culture of 500 mg·L-1 on the interspecific competition betweentwo species of microalgae with different initial cell density

綜上所述，混合培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，接種比例不同導(dǎo)致了海洋微藻種群之間競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系的變化，中肋骨條藻的細(xì)胞密度明顯低于單培養(yǎng)時(shí)的細(xì)胞密度，中肋骨條藻的生長(zhǎng)受到抑制，而赤潮異彎藻細(xì)胞密度并沒(méi)有明顯的減少。中肋骨條藻與赤潮異彎藻具有明顯的種間競(jìng)爭(zhēng)，赤潮異彎藻是競(jìng)爭(zhēng)的優(yōu)勝者。

圖5　混合培養(yǎng)條件下100 mg·L-1質(zhì)量濃度清潔疏浚物對(duì)不同起始密度的2種海洋微藻種間競(jìng)爭(zhēng)的影響Fig.5　Effects of cleaning dredged materials in mixed culture of 100 mg·L-1 on the interspecific competition betweentwo species of microalgae with different initial cell density

3討論

種間競(jìng)爭(zhēng)是兩種或兩種以上生物共同利用同一資源而產(chǎn)生的相互作用，是生物群落中普遍存在的物種間相互產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)的一種作用方式[29]。微藻群落結(jié)構(gòu)的多樣性和穩(wěn)定性對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)影響甚遠(yuǎn)，同時(shí)，藻類種間競(jìng)爭(zhēng)是微藻種群更替的關(guān)鍵問(wèn)題[30]。海洋微藻間存在著明顯的競(jìng)爭(zhēng)作用，微藻種群密度對(duì)競(jìng)爭(zhēng)結(jié)果具有重要的影響，不同接種比例代表了微藻種群密度的不同，它使得種群的相對(duì)增長(zhǎng)速率不同,對(duì)微藻的生長(zhǎng)和繁殖產(chǎn)生一定的影響，進(jìn)而導(dǎo)致了種間競(jìng)爭(zhēng)過(guò)程中優(yōu)勢(shì)種的更迭。陳燁 等[31]的研究同樣發(fā)現(xiàn)，微藻的消長(zhǎng)與多種因素有關(guān)，藻間的相生或相克作用必定受到其他因子的影響，藻密度是重要因素，因?yàn)樗P(guān)系到代謝外泌物的積累程度。一般而言，微藻種間競(jìng)爭(zhēng)方式主要有兩種，一種是通過(guò)對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的消耗速率來(lái)引起種間競(jìng)爭(zhēng)改變的資源利用型競(jìng)爭(zhēng),另一種是直接的細(xì)胞接觸抑制或間接的分泌化感物質(zhì)的相互干擾型競(jìng)爭(zhēng)[32]。INDER et al[33]首次對(duì)微藻的化感作用進(jìn)行了定義，認(rèn)為藻類分泌的胞外產(chǎn)物不僅能影響自身，還能影響微環(huán)境中其它藻類、微生物及高等植物的生長(zhǎng)，或者影響營(yíng)養(yǎng)鹽離子的聚集和利用以干擾其他藻類、微生物或高等植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的利用。近年來(lái)，已有研究證明，赤潮異彎藻能分泌具有細(xì)胞毒性的化感物質(zhì)。ANDERSON et al[34]研究表明，赤潮異彎藻在一定條件下可以產(chǎn)生大量的次生代謝物，如多糖類、二甲基丙磺酸(DMSP/DMS) 等，這些物質(zhì)排放到胞外環(huán)境，會(huì)具有一定的毒性。顏天 等[35]在研究了赤潮異彎藻對(duì)鹵蟲的毒性作用后認(rèn)為赤潮異彎藻毒性物質(zhì)來(lái)源于藻細(xì)胞表面多糖類分子。由希華 等[36]在對(duì)浮游植物種間競(jìng)爭(zhēng)研究進(jìn)展綜述中也提到，赤潮異彎藻能產(chǎn)生或分泌一種多糖，強(qiáng)烈抑制以中肋骨條藻為優(yōu)勢(shì)種的中心硅藻的增殖。所以，當(dāng)赤潮異彎藻分泌的多糖類物質(zhì)積累到一定程度，就會(huì)對(duì)中肋骨條藻有致死作用，使其快速衰敗。并且微藻處于100、500 和1 000 mg·L-1質(zhì)量濃度的清潔疏浚物培養(yǎng)液中，會(huì)產(chǎn)生不同程度的遮光效應(yīng)、降低透明度，對(duì)微藻的光合作用產(chǎn)生不利影響，進(jìn)而阻礙藻細(xì)胞分裂和生長(zhǎng)，降低單位水體內(nèi)微藻的豐度，疏浚物質(zhì)量濃度越高，對(duì)微藻種群增長(zhǎng)抑制效應(yīng)越大。0～16 μm的細(xì)粉砂和黏土是長(zhǎng)江口懸沙粒徑中的兩個(gè)主要粒級(jí)，它們的均值之和超過(guò)85%[37]，對(duì)海洋微藻的影響較之砂和礫石更大。因此，為準(zhǔn)確評(píng)估懸浮清潔疏浚物對(duì)海洋微藻生長(zhǎng)的影響，基于藻細(xì)胞密度與清潔疏浚物質(zhì)量濃度和粒徑之間的關(guān)系，必須建立種間競(jìng)爭(zhēng)、起始密度、清潔疏浚物質(zhì)量濃度、清潔疏浚物粒徑四者之間的關(guān)系模型，這也是今后進(jìn)一步加強(qiáng)研究的方向。

4結(jié)論

在本實(shí)驗(yàn)3種不同質(zhì)量濃度組清潔疏浚物培養(yǎng)液中，質(zhì)量濃度最高的1 000 mg·L-1培養(yǎng)液中藻細(xì)胞密度顯著低于100 和500 mg·L-1質(zhì)量濃度組，而100 mg·L-1培養(yǎng)液中藻細(xì)胞密度則是最高的。清潔疏浚物質(zhì)量濃度越高，對(duì)海洋微藻抑制影響越為明顯，質(zhì)量濃度越低，影響越小。

單培養(yǎng)條件下，清潔疏浚物培養(yǎng)液中，海洋微藻的起始密度不同，直接影響著微藻的生長(zhǎng)狀況。在不同的起始密度下，它們的生長(zhǎng)狀況明顯不同。起始密度為0.2×104cells·mL-1時(shí)，進(jìn)入指數(shù)生長(zhǎng)期和靜止期的時(shí)間延長(zhǎng)，但生長(zhǎng)所達(dá)到的最大細(xì)胞密度較高；起始密度為0.8×104cells·mL-1時(shí)，進(jìn)入指數(shù)生長(zhǎng)期和靜止期的時(shí)間縮短，但生長(zhǎng)所達(dá)到的種群最大密度較低。

混合培養(yǎng)條件下清潔疏浚物培養(yǎng)液中，海洋微藻的起始密度不同，導(dǎo)致了海洋微藻種間競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系的變化。中肋骨條藻與赤潮異彎藻具有明顯的種間競(jìng)爭(zhēng)，赤潮異彎藻是競(jìng)爭(zhēng)的優(yōu)勝者。中肋骨條藻受到赤潮異彎藻的抑制，整個(gè)實(shí)驗(yàn)周期內(nèi)細(xì)胞密度下降都非常明顯，細(xì)胞密度明顯低于單培養(yǎng)時(shí)的細(xì)胞密度，而赤潮異彎藻細(xì)胞密度并沒(méi)有明顯的減少。

參考文獻(xiàn)(References)：

[1] The Office for the London Dumping Convention. Specific guidelines for the assessment of dredged material[M]. London: The Office for the London Dumping Convention,2001:1-18.

[2] State Oceanic Administration. Marine dumping classification and assessment procedure for dredged material[S].Beijing: State Oceanic Administration,2002.

國(guó)家海洋局.疏浚物海洋傾倒分類和評(píng)價(jià)程序[S].北京:國(guó)家海洋局,2002.

[3] State Oceanic Administration.Bulletin of marine environmental quality of China,2010[R]. Beijing: State Oceanic Administration,2011.

國(guó)家海洋局.2010年中國(guó)海洋環(huán)境質(zhì)量公報(bào)[R].北京:國(guó)家海洋局,2011.

[4] State Oceanic Administration. Bulletin of marine environmental quality of China,2011[R]. Beijing: State Oceanic Administration,2012.

國(guó)家海洋局.2011年中國(guó)海洋環(huán)境質(zhì)量公報(bào)[R].北京:國(guó)家海洋局,2012.

[5] State Oceanic Administration. Bulletin of marine environmental quality of China,2012[R]. Beijing: State Oceanic Administration,2013.

國(guó)家海洋局.2012年中國(guó)海洋環(huán)境質(zhì)量公報(bào)[R].北京:國(guó)家海洋局,2013.

[6] State Oceanic Administration. Bulletin of marine environmental quality of China,2013[R]. Beijing: State Oceanic Administration,2014.

國(guó)家海洋局.2013年中國(guó)海洋環(huán)境質(zhì)量公報(bào)[R].北京:國(guó)家海洋局,2014.

[7] State Oceanic Administration. Bulletin of marine environmental quality of China,2014[R]. Beijing: State Oceanic Administration,2015.

國(guó)家海洋局.2014年中國(guó)海洋環(huán)境質(zhì)量公報(bào)[R].北京:國(guó)家海洋局,2015.

[8] KE Li-na, WANG Quan-ming, ZHOU Hui-cheng. Assessment model of seawater environment quality based on variable fuzzy set theory [J].Resources Science,2012,34(4):734-739.

柯麗娜,王權(quán)明,周惠成.基于可變模糊集的海洋水質(zhì)環(huán)境綜合評(píng)價(jià)模型——以青島疏浚物海洋傾倒區(qū)為例[J].資源科學(xué),2012,34(4):734-739.

[9] HE Gui-fang, XIE Jian, TIAN Hai-tao, et al. Explore the ocean dredged mud road of comprehensive utilization of industrial[J].Ocean Development and Management,2008,25(9):60-62.

何桂芳,謝健,田海濤,等.海洋疏浚泥綜合利用產(chǎn)業(yè)化道路的探索[J].海洋開(kāi)發(fā)與管理,2008,25(9):60-62.

[10] LI Guang-mei. Study on the marine on environment impact of dredged materials disposal sites in the estuary of Daya Bay[D].Qingdao: Ocean University of China,2004.

黎廣媚.疏浚泥海洋傾倒對(duì)大亞灣口海域環(huán)境影響的研究[D].青島:中國(guó)海洋大學(xué),2004.

[11] CAI Wei-xu. Environmental impact and recovery at the marine dumping site for long-term dumping dredged material in the southeast of the Neilingding Island, Zhujiang estuary[D]. Qingdao: Ocean University of China,2006.

蔡偉敘.琉浚物的長(zhǎng)期傾倒對(duì)珠江口內(nèi)伶仃島東南傾倒區(qū)的環(huán)境影響研究[D].青島:中國(guó)海洋大學(xué),2006.

[12] STRONKHORST J, ARIESE F, VAN H B, et al.Environmental impact and recovery at two dumping sites for dredged material in the North Sea[J].Environmental Pollution,2003,124(1):17-31.

[13] ROBERTS R D,FORREST B M.Minimal impact from longterm dredge spoil disposal at a dispersive site in Tasman Bay, New Zealand[J].Journal of Marine and Freshwater Research,2007,33(4):623-633.

[14] POWILLEIT M, GRAF G, KLEINE J, et al. Experiments on the survival of six brackish macro-invertebratesfrom the Baltic Sea after dredged spoilcoverage and its implications for thefield[J].Journal of MarineSystems,2009,75(3-4):441-451.

[15] JAMES A B, NANCY J M, ALLAN Y,et al.Long-term benthic infaunal monitoring at a deep-ocean dredged materials disposal site off Northern California[J]. Deep Sea Research Part II:Topical Studies in Oceanography,2009,56(19-20):1 775-1 803.

[16] State Oceanic Administration. People’s Republic of China ocean dumping regulations implementation measures[S]. Beijing: State Oceanic Administration,1990.

國(guó)家海洋局.中華人民共和國(guó)海洋傾廢管理?xiàng)l例實(shí)施辦法[S].北京:國(guó)家海洋局,1990.

[17] State Oceanic Administration. Ocean dumping of dredged materials biology test technical regulations[S]. Beijing: State Oceanic Administration,2002.

國(guó)家海洋局.疏浚物海洋傾倒生物學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)程[S].北京:國(guó)家海洋局,2002.

[18] NAYAR S, GOH B P L, CHOU L M.Environmental impact of heavy metals from dredged and resuspended sediments on phytoplankton and bacteria assessed in situ mesocosms[J].Ecotoxicology and Environmental Safety,2004,59(3):349-369.

[19] NAYAR S, GOH B P L, CHOU L M. Dynamics in the size structure ofSkeletonemacostatum(Greville) Cleve under conditions of reduced photosynthetically available radiation in a dredged tropical estuary[J].Journal of Experimental Marine Biology and Ecology,2005,318(2):163-182.

[20] WETZEL M A, WAHRENDORF D S, VONDEROHE P C.Sediment pollution in the Elbe estuary and its potential toxicity at different trophic levels[J].Science of the Total Environment,2013,449(1):199-207.

[21] ZOU Jing-zhong, DONG Li-ping.Skeletonemacostatumphysiological and ecological characteristicsresearch [C]∥China offshore red tide biological research.Beijing:China Ocean Press,1989.

鄒景忠,董麗萍.中肋骨條藻生理生態(tài)特性研究[C]∥中國(guó)近海赤潮生物研究——赤潮研究學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集.北京:海洋出版社,1989.

[22] ZOU Jing-zhong, DONG Li-ping. Bohai Bay red tide species succession and proliferation competition [C]∥China offshore red tide biological research.Beijing:China Ocean Press,1989.

鄒景忠,董麗萍.渤海灣赤潮生物種類演替及其增殖競(jìng)爭(zhēng)[C]∥中國(guó)近海赤潮生物研究——赤潮研究學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集.北京:海洋出版社,1989.

[23] GAO Li-jie, CHEN Ping, GAO Jun-hai. Research process forHeterosigmaakashiwo[J]. Science and Technology Information, 2010,30:225-226.

高麗潔,陳萍,高俊海.赤潮異彎藻研究進(jìn)展[J].科技資訊,2010,30:225-226.

[24] GUILLARD R R L, RYTHER J H.Studies of marine planktonic diatoms:I.CyclotellananaHustedt,andDetonulaconfervacea(cleve)Gran[J].Canadian Journal of Microbiology,1962,8(2):229-239.

[25] GB/T 17378.5-2007 The specification for marine monitoring part 5: sediment analysis[S].2007.

GB/T 17378.5-2007海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范[S].2007.

[26] GAI Guang-sheng, YANG Sui-hua, LIU Tao, et al. Compilation of marine environmental protection legislation[M].Beijing:China Ocean Press, 2004:427-428.

蓋廣生,楊綏華,劉濤,等.海洋環(huán)境保護(hù)法規(guī)文件匯編[M].北京:海洋出版社,2004:427-428.

[27] SHENG Guo-ying, SHI Bing-zhang. Marine ecology[M]. Beijing: Science Press, 2002.

沈國(guó)英,施并章.海洋生態(tài)學(xué)[M].北京:科學(xué)出版社,2002.

[28] CAI Heng-jiang, TANG Xue-xi, ZHANG Pei-yu, et al. Effects of initial density on the population growth of three species of red tide microalgae[J].Marine Environment Science,2005,24(3):37-39.

蔡恒江,唐學(xué)璽,張培玉,等.不同起始密度對(duì)3種赤潮微藻種群增長(zhǎng)的影響[J].海洋環(huán)境科學(xué),2005,24(3):37-39.

[29] WEI Jie, ZHAO Wen, YANG Wei-dong, et al. Effects of initial biomass ratio on the interspecific competition outcome between three marine microalgae species[J]. Acta Ecologica Sinica,2012,32(4):1 124-1 132.

魏杰,趙文,楊為東,等.起始生物量比對(duì)3種海洋微藻種間競(jìng)爭(zhēng)的影響[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2012,32(4):1 124-1 132.

[30] PHAM T N N, HUISMAN J, SOMMEIJER B P. Simulation of three-dimensional phytoplankton dynamics: competition inlight-limited enviroments[J]. Journal of Computational and Applied Mathematics,2005,174(1):57-77.

[31] CHEN Ye, FENG Jing, YAN Xiao-jun. Study on interaction among three speciesof red tide algae[J]. Journal of Ningbo University:NSEE,2007,20(3):311-314.

陳燁,馮婧,嚴(yán)小軍.3種常見(jiàn)赤潮藻間相互作用的研究[J].寧波大學(xué)學(xué)報(bào):理工版,2007,20(3):311-314.

[32] LAMPERT W, SOMMER U. Limnoecology: The ecology of lakes and streams[M].New York:Oxford University Press,2007:89-147.

[33] INDER J I T, DAKSHINI K M M. Algal allelopathy[J].Botanical Reviews,1994,60(2):182-196.

[34] ANDERSON D M, KULIS D M, QI Y Z, et al. Paralytic shellfish poisoning in Southern China[J].Toxicon,1996,34(5):579-590.

[35] YAN Tian, ZHOU Ming-Jiang, FU Meng,et al. The preliminary study on toxicity ofHeterosigmaakashiwoand thetoxicitysource[J]. Oceanologia et Limnologia Sinica,2003,34(1):50-55.

顏天,周名江,傅萌,等.赤潮異彎藻毒性及毒性來(lái)源的初步研究[J].海洋與湖沼,2003,34(1):50-55.

[36] YOU Xi-hua,WANG Zong-ling,SHI Xiao-yong,et al. Advances in the studies of phytoplankton interspecific competition[J].Transactions of Oceanology and Limnology,2007(4):161-166.

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

[37] ZHANG Zhi-zhong, XU Zhi-gang. Suspended sediments and its transport in the area of Changjiang River estuary[J]. Marine Science,1983(5):6-11.

張志忠,徐志剛.長(zhǎng)江口懸沙及其運(yùn)移[J].海洋科學(xué),1983(5):6-11.

Effects of cleaning dredged materials on the interspecific competition between two species of microalgae

DONG Peng1, FEI Yue-jun1, HE Dong-hai1, ZHANG Hai-bo*1, XU Ren2,3

(1.MarineEnvironmentalMonitoringCenterofNingbo,SOA,Ningbo315040,China; 2.EastChinaSeaEnvironmentalMonitoringCenter,SOA,Shanghai201206,China; 3.KeyLaboratoryofIntegratedMonitoringandAppliedTechnologyforMarineHarmfulAlgalBlooms,SOA,Shanghai200090,China)

Abstract:The effects of cleaning dredged materials on the growth of two marine microalgae species with different initial cell density:Skeletonema costatum and Heterosigma akashiwo, were investigated by using the measures of experimental ecology. The results show that at the unialgal culture medium of cleaning dredged materials in laboratory, the different initial cell density has apparent effects on the growth of microalgae. At the initial cell density of 0.2×104 cells·mL(-1), the time of entering exponential phase and stationary phase can be extended, and reaching the maximum cell density is higher; at the initial cell density of 0.8×104 cells·mL(-1), the time of entering exponential phase and stationary phase could be shortened, and reaching the maximum cell density is reduced. For the mixed cleaning dredged materials culture medium, the different initial cell density has apparent effects on the relation of interspecific competition between two species of microalgae. There is obvious interspecific competition between S. costatum and H. akashiwo. H. akashiwo has predominance in this competition, and S. costatum suffers from H. Akashiwo inhibition, within the entire experimental period, cell density reduces very significantly and is lower than that in the unialgal culture, while H. akashiwo cell density is not significantly reduced. Among these three different medium concentrations of cleaning dredged materials, the cell density in the highest culture medium concentrations of 1 000 mg·L(-1 )is significantly lower than those in 100 mg·L(-1 )and 500 mg·L(-1) culture medium, and the cell density is the highest in 100 mg·L(-1) culture medium. This indicates that the greater of clean dredged materials concentrations, the greater effects on the growth of microalgae, while the lower of clean dredged materials concentrations, the smaller effects on the growth of microalgae.

Key words:cleaning dredged materials； interspecific competition； initial cell density； Skeletonema costatum；Heterosigma akashiwo

Doi:10.3969/j.issn.1001-909X.2016.01.007

中圖分類號(hào):Q948.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1001-909X(2016)01-0052-09

作者簡(jiǎn)介:董鵬(1988-)，男，江蘇徐州市人，助理工程師，主要從事海洋生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)方面的研究。E-mail:dongpeng@eastsea.gov.cn*通訊作者:張海波(1978-)，男，高級(jí)工程師，主要從事海洋生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)方面的研究。E-mail:zhanghb@eastsea.gov.cn

基金項(xiàng)目:2012年中央分成海域使用金支出項(xiàng)目資助(環(huán)保類，國(guó)海辦字(2013)551號(hào))；農(nóng)業(yè)部東海與遠(yuǎn)洋漁業(yè)資源開(kāi)發(fā)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目資助(2013K05);2013年國(guó)家海洋局東海分局青年科技基金項(xiàng)目資助(201324)

收稿日期:2015-04-22修回日期:2015-10-19

董鵬，費(fèi)岳軍，何東海，等.清潔疏浚物對(duì)2種海洋微藻種間競(jìng)爭(zhēng)的影響[J].海洋學(xué)研究,2016,34(1):52-60, doi:10.3969/j.issn.1001-909X.2016.01.007.

DONG Peng, FEI Yue-jun, HE Dong-hai, et al. Effects of cleaning dredged materials on the interspecific competition between two species of microalgae[J].Journal of Marine Sciences,2016,34(1):52-60, doi:10.3969/j.issn.1001-909X.2016.01.007.