廣東南澳島大型海藻龍須菜與浮游植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的競(jìng)爭(zhēng)利用*

黃銀爽 歐林堅(jiān)① 楊宇峰

(1.暨南大學(xué)赤潮與海洋生物學(xué)研究中心 廣州 510632; 2.暨南大學(xué)水生生物研究所 廣州 510632;3.水體富營(yíng)養(yǎng)化與赤潮防治廣東普通高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 廣州 510632)

廣東南澳島大型海藻龍須菜與浮游植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的競(jìng)爭(zhēng)利用*

黃銀爽1,3歐林堅(jiān)1,3①楊宇峰2,3

(1.暨南大學(xué)赤潮與海洋生物學(xué)研究中心 廣州 510632; 2.暨南大學(xué)水生生物研究所 廣州 510632;3.水體富營(yíng)養(yǎng)化與赤潮防治廣東普通高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 廣州 510632)

廣東南澳島近海是我國(guó)龍須菜養(yǎng)殖的重要基地。為了探究龍須菜養(yǎng)殖對(duì)藻華防治的貢獻(xiàn),分別于2016年3月、5月和6月在廣東南澳島北部海域不同養(yǎng)殖功能海區(qū)進(jìn)行采樣, 研究龍須菜養(yǎng)殖前后海水中營(yíng)養(yǎng)鹽含量和結(jié)構(gòu)的變化, 分析不同粒徑的浮游生物對(duì)有機(jī)營(yíng)養(yǎng)鹽的水解利用, 探討龍須菜養(yǎng)殖對(duì)浮游植物競(jìng)爭(zhēng)利用營(yíng)養(yǎng)鹽和生長(zhǎng)產(chǎn)生的影響。結(jié)果表明, 研究海區(qū)水質(zhì)較清潔, 無機(jī)氮磷含量較低, 春季至夏季, 隨著龍須菜和浮游植物生物量增加, 溶解無機(jī)磷(dissolved inorganic phosphorus, DIP)濃度不斷下降, 至6月南澳海區(qū)成為磷限制海域。在5月龍須菜生長(zhǎng)高峰期, 龍須菜養(yǎng)殖區(qū)和龍須菜鮑魚混養(yǎng)區(qū)的DIP濃度顯著低于鮑魚區(qū)和非養(yǎng)殖區(qū), 龍須菜養(yǎng)殖區(qū)的葉綠素a濃度明顯低于其他區(qū)域, 亮氨酸氨肽酶(leucine amino peptide, LAP)和堿性磷酸酶(alkaline phosphatase,AP)活性顯著升高, 表明龍須菜養(yǎng)殖區(qū)浮游植物受到較為明顯的營(yíng)養(yǎng)脅迫。而龍須菜收割后, 該養(yǎng)殖區(qū)的葉綠素a含量則顯著上升, 甚至高于其他區(qū)域。該結(jié)果表明在南澳島海域, 龍須菜養(yǎng)殖通過營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系(尤其是磷)抑制浮游植物的生長(zhǎng), 大規(guī)模龍須菜養(yǎng)殖可能有助于抑制有害藻華的發(fā)生。

龍須菜; 浮游植物; 營(yíng)養(yǎng)鹽; 亮氨酸氨肽酶; 堿性磷酸酶; 南澳島

無機(jī)態(tài)的氮(nitrogen, N)、磷(phosphorus, P)是浮游植物利用營(yíng)養(yǎng)鹽的主要形式(Burkholderet al,2008)。一般情況下, 當(dāng)無機(jī)態(tài)N、P濃度較低時(shí), 浮游植物會(huì)轉(zhuǎn)為利用有機(jī)形態(tài)的營(yíng)養(yǎng)鹽(Glibertet al,2011)。浮游植物通過誘導(dǎo)合成胞外酶將有機(jī)物分解成其能直接利用的無機(jī)態(tài)營(yíng)養(yǎng)鹽, 亮氨酸氨肽酶(leucine amino peptide, LAP)和堿性磷酸酶(alkaline phsophatase, AP)分別是水解有機(jī)態(tài)N、P的最重要的酶類(Bergeset al, 2008; Duhamelet al, 2010)。海水中胞外酶活性的大小可指示浮游植物是否受到N、P脅迫及浮游植物對(duì)有機(jī)營(yíng)養(yǎng)鹽的利用情況(Dyhrmanet al, 2006)。

龍須菜(Gracilaria lemaneiformis)是江蘺屬(Gracilaria)的一種大型海藻。近年來, 我國(guó)近海諸如廣東、福建、浙江、山東和遼寧大規(guī)模發(fā)展龍須菜養(yǎng)殖(Yanget al, 2015a)。龍須菜養(yǎng)殖對(duì)周邊海區(qū)環(huán)境造成的影響已成為生態(tài)學(xué)家關(guān)注的問題之一。有研究認(rèn)為, 龍須菜會(huì)大量吸收海水中的無機(jī)態(tài)N、P, 從而降低海水中的營(yíng)養(yǎng)鹽含量(Yanget al, 2006; Maoet al,2009)。龍須菜和浮游植物間存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系, 可能通過營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)和他感效應(yīng)抑制浮游植物的生長(zhǎng)(雷光英等,2010; 孫穎穎等, 2011)。Lürling 等(2006)認(rèn)為營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)是大型海藻對(duì)浮游植物發(fā)揮抑制作用的主導(dǎo)因子。然而, 目前關(guān)于自然海域龍須菜與浮游植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽(尤其是有機(jī)態(tài)營(yíng)養(yǎng)鹽)的競(jìng)爭(zhēng)利用的研究鮮有報(bào)道,相關(guān)工作有待開展。

南澳島位于廣東省汕頭市, 其北部是我國(guó)龍須菜養(yǎng)殖的重要基地, 龍須菜的養(yǎng)殖面積由 2000年剛引進(jìn)時(shí)的 0.13hm2已經(jīng)擴(kuò)大到 2011年的 1500hm2(Yanget al, 2015a)。為了探究現(xiàn)場(chǎng)海區(qū)龍須菜對(duì)浮游植物生長(zhǎng)的影響, 本文通過分析南澳島北部海域龍須菜養(yǎng)殖前后海水中營(yíng)養(yǎng)鹽含量和結(jié)構(gòu)的變化, 結(jié)合浮游植物對(duì)有機(jī)營(yíng)養(yǎng)鹽利用的胞外酶活性變化分析, 研究龍須菜和浮游植物對(duì)海水中營(yíng)養(yǎng)鹽的競(jìng)爭(zhēng)利用, 探討龍須菜養(yǎng)殖是否對(duì)浮游植物生物量存在一定的抑制作用。

1 材料與方法

1.1 采樣位置與時(shí)間

研究海域位于南澳島北部, 該海域面積為13.3km2, 水深1.1—6.3m, 無較大的地表徑流(王亮根等, 2010)。針對(duì)該海域的養(yǎng)殖功能區(qū)劃, 共設(shè)置 14個(gè)采樣點(diǎn)(圖 1)。其中 G1—G3站位于龍須菜養(yǎng)殖區(qū)(G區(qū)), GA1—GA3站位于龍須菜與鮑魚混養(yǎng)區(qū)(GA區(qū)), A1—A3站位于鮑魚養(yǎng)殖區(qū)(A區(qū)), N1—N5站位于非龍須菜鮑魚養(yǎng)殖區(qū)(N區(qū), 簡(jiǎn)寫為非養(yǎng)殖區(qū))。分別于2016年3月23日(此時(shí)龍須菜剛完成播種, 為龍須菜生長(zhǎng)初期)、5月25日(龍須菜生長(zhǎng)高峰期, 養(yǎng)殖戶計(jì)劃收割龍須菜)和6月22日(此時(shí)龍須菜已收割完)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)采樣。需要指出的是, 在5月份調(diào)查時(shí), G3站的龍須菜剛收割完。

圖1 南澳島北部近海采樣站位圖Fig.1 Sampling stations in coastal water of the northern Nan’ao Island

1.2 生物與理化環(huán)境參數(shù)

使用有機(jī)玻璃采水器在水深0.5m處采集表層海水, 水溫(temperature, T)、鹽度(salinity, S)、溶解氧(dissolved oxygen, DO)、酸堿度(potential of hydrogen,pH)用多參數(shù)水質(zhì)分析儀(YSI pro plus, 維賽, 美國(guó))現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定。其余水樣避光冷藏帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析。水樣經(jīng) GF/F濾膜(450°C, 煅燒 2h)過濾, 硝氮(NO3-N)、亞硝氮(NO2-N)、銨氮(NH4-N)和溶解無機(jī)磷(dissolved inorganic phosphorus, DIP)和活性硅酸鹽(SiO3-Si)根據(jù) Valderrama(1995)的方法檢測(cè)。溶解無機(jī)氮(dissolved inorganic nitrogen, DIN)值為NO3-N、NO2-N和 NH4-N三者之和。總?cè)芙鈶B(tài)磷(total dissolved phosphorus, TDP)和總?cè)芙鈶B(tài)氮(total dissolved nitrogen, TDN)依據(jù) Jeffries等(1979)的方法采用酸性過硫酸鉀(K2S2O8)氧化法進(jìn)行測(cè)定。溶解態(tài)有機(jī)磷(dissolved organic phosphorus, DOP)的濃度為TDP和 DIP之差, 溶解態(tài)有機(jī)氮(dissolved organic nitrogen, DON)的濃度為TDN和DIN之差。每個(gè)樣品設(shè)三個(gè)平行樣。

取 200mL經(jīng) 120μm 篩絹過濾的海水, 用 GF/F膜過濾, 采用丙酮萃取法測(cè)定葉綠素a(chla)(Jespersenet al, 1987)。每個(gè)樣品設(shè)三個(gè)平行樣。

1.3 胞外酶活性的測(cè)定

LAP和 AP活性分別采用熒光底物 L-leucine-7-amido-4-MCA hydrochloride(Sigma L2145, Sigma, 美國(guó))和4-MUF-phosphate(Sigma M8883, Sigma, 美國(guó))在熒光分光光度計(jì)(HITACHI F-4600, 日本日立有限公司, 日本)下進(jìn)行檢測(cè)(Hoppeet al, 1983)。

用經(jīng) 0.22μm 孔徑的水系微孔濾膜(混合纖維濾膜, 直徑 25mm, 上海興亞凈化材料廠, 中國(guó)上海)過濾的滅菌海水作為空白對(duì)照。采用0.22μm或3μm孔徑的水系微孔濾膜(混合纖維濾膜, 直徑25mm, 上海興亞凈化材料廠)過濾或不過濾水樣的方式, 進(jìn)一步將胞外酶劃分為溶解態(tài)(＜0.22μm), pico級(jí)(0.22—3μm), nano 級(jí)(＞3μm)及總態(tài)(不過濾)粒徑。每個(gè)樣品設(shè)三個(gè)平行樣。分別用相對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)7-amino-4-methyoxyethanol (Sigma A9891)和4-methylumbelliferone(Sigma M1381)制作LAP和AP的標(biāo)準(zhǔn)曲線, 胞外酶活性的表示單位是nmol/(L·h)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

所有的數(shù)據(jù)分析都是在SPSS 22.0軟件中完成。Kolmogorov-Smirnov檢驗(yàn)變量是否正態(tài)分布, 對(duì)非正態(tài)分布變量進(jìn)行對(duì)數(shù)(以10為底數(shù))或三角函數(shù)(cos)轉(zhuǎn)換。采用單因素方差分析(One way ANOVA)分析同一因子隨時(shí)空變化的差異,P＜0.05表明存在顯著差異。使用雙變量相關(guān)性分析葉綠素、LAP、AP與各環(huán)境因子的相關(guān)性, 實(shí)行雙尾檢驗(yàn)。通過F檢驗(yàn), 進(jìn)一步使用逐步線性回歸方法分析其相關(guān)性。

2 結(jié)果

2.1 理化環(huán)境因子的變化

如表1所示, 從3月到6月, 南澳島近海表層海水的溫度顯著上升(P＜0.05), 鹽度顯著下降(P＜0.05),海水的 pH逐漸升高(P＜0.05)。三次采樣期間溶解氧先顯著下降, 后顯著上升(P＜0.05)。不同月份間 DIN濃度平均值變化不大(P＞0.05), 整體平均值為12.34±2.37μmol/L。DIP濃度呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)(P＜0.05), 至 6月份時(shí), DIP濃度已低于檢出限(0.12μmol/L)。SiO3-Si的濃度在 5月份比較高, 測(cè)站濃度最高可達(dá) 27.05μmol/L, 顯著高于 3月和 6月(P＜0.05)。海水中的無機(jī)態(tài)N/P比值隨著DIP濃度降低逐漸上升, 從 3月的 27.7±5.7上升到 5月的34.1±9.6, 海區(qū)逐漸演化為P限制海域。

表1 不同月份南澳島近海理化因子的變化Tab.1 Variations of environmental parameters in the coastal water of Nan’ao Island in March, May, and June 2016

DON從3月至5月明顯減少(P＜0.05), 6月龍須菜收割之后又略有回升(P＜0.05)。DIN占TDN的比值由3月份的50%上升到80%左右, DIN一直是浮游植物生長(zhǎng)的主要N源。DOP濃度變化則是先顯著下降,再顯著上升, 恢復(fù)到與3月差不多的濃度。3月和 5月, DOP占TDP的比例為40%左右, 至6月份, DOP成為浮游植物生長(zhǎng)的主要P源。

比較同一月份不同區(qū)域間理化環(huán)境因子變化(表2), 發(fā)現(xiàn)在3月和6月, 各區(qū)域之間的理化因子不存在顯著差異(P＞0.05)。在 5月份, 龍須菜養(yǎng)殖區(qū) DO顯著高于其他區(qū)(P＜0.05), DIP濃度顯著低于鮑魚養(yǎng)殖區(qū)(P＜0.05)(表2)?；祓B(yǎng)區(qū)的DIP與龍須菜養(yǎng)殖區(qū)無顯著差異(P＞0.05), 但與非養(yǎng)殖區(qū)和鮑魚區(qū)有極顯著差異(P＜0.01)。

表2 2016年5月份南澳島近海各區(qū)域理化因子的比較Tab.2 Variations of environmental parameters in the coastal water of Nan’ao Island in different aquaculture areas in May, 2016

2.2 浮游植物葉綠素a含量的變化

如圖2所示, 3月份研究海域chla濃度平均值為1.64±1.45μg/L, 顯著低于5月份的3.79±1.81μg/L和6月份的 20.85±7.37μg/L(P＜0.05)。在 5 月份, 龍須菜養(yǎng)殖區(qū)(G區(qū))的 chla濃度為 0.91±0.90μg/L, 顯著低于其他區(qū)域(P＜0.05); 至 6月份, 龍須菜養(yǎng)殖區(qū)和混養(yǎng)區(qū)(GA 區(qū))的 chla濃度分別為 25.26±6.91和 26.36±7.70μg/L, 顯著高于其他區(qū)域(16.31±3.36μg/L)(P＜0.05)。將chla和其他理化因子進(jìn)行相關(guān)性分析, chla與溫度正相關(guān)(R2=0.82,n=40,P＜0.01), 與DIP負(fù)相關(guān)(R2=-0.67,n=40,P＜0.01), 用逐步回歸法分析發(fā)現(xiàn),DIP可以解釋海區(qū)chla69.1%的變化(P＜0.01)。

圖2 2016年3月(a)、5月(b)和6月(c)南澳島近海表層海水中葉綠素a濃度(單位: μg/L)的分布Fig.2 Distribution of Chl a in the coastal waters of Nan’ao Island in (a) March, (b) May and (c) June, 2016 (unit: μg/L)

2.3 亮氨酸氨肽酶活性的變化

3月份, 海水中 LAP活性變化范圍為 6.06—145.19nmol/(L·h), 平均值為 74.38±44.69nmol/(L·h),LAP活性的低值區(qū)位于龍須菜養(yǎng)殖區(qū)(圖3)。至5月份, 海水中LAP活性顯著升高(P＜0.01), 平均值達(dá)到628.84±457.29nmol/(L·h), 龍須菜養(yǎng)殖區(qū)的 LAP高于其他區(qū)域(P＜0.05)。至6月份, 海水中LAP平均值為666.34±412.36nmol/(L·h), 與 5 月不存在顯著差異(P＞0.05), 不同區(qū)域之間的 LAP活性無明顯差異(P＞0.05)。

LAP活性的變化與chla和硅酸鹽濃度, 呈正相關(guān) 關(guān) 系 (R2=0.52,n=40,P＜0.01;R2=0.52,n=40,P＜0.01), 與 DIP濃度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系(R2=-0.50,n=40,P＜0.01)。進(jìn)一步采用逐步回歸分析可知, DIP和硅酸鹽是影響LAP的主要因子, 用它們可以解釋LAP活性33.7%的變化(P＜0.01)。

分析不同粒徑浮游生物對(duì) LAP的貢獻(xiàn), 結(jié)果表明, 各月份中, LAP活性主要都是以細(xì)胞結(jié)合形態(tài)存在(圖4)。其中, 3月份的nano-和pico-粒徑的LAP分別占57.1%和31.5%。5月份, nano-和pico-粒徑對(duì)LAP活性的貢獻(xiàn)分別上升至 60.6%和 38.7%。至 6月份,pico-粒徑對(duì) LAP活性的貢獻(xiàn)進(jìn)一步增大, 達(dá)到44.5%。

2.4 堿性磷酸酶活性的變化

整個(gè)海區(qū)的AP活性在3、5、6月的平均值分別為 16.11±9.24、92.78±60.44 和 149.01±118.85nmol/(L·h)。龍須菜養(yǎng)殖區(qū)和混養(yǎng)區(qū)的AP活性從3月至5月顯著升高(P＜0.01), 此后無明顯變化(P＞0.05)(圖5)。而非養(yǎng)殖區(qū)和鮑魚區(qū)的AP活性則是在5月至6月份時(shí)顯著升高(P＜0.01)。在收獲時(shí)和收獲后龍須菜養(yǎng)殖區(qū)的AP活性顯著高于其他區(qū)域(P均小于0.05)。

AP活性與 chla呈顯著正相關(guān)關(guān)系(R2=0.44,n=40,P＜0.01), 與 DIP呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(R2=-0.58,n=40,P＜0.01)。逐步回歸分析結(jié)果表明在3個(gè)月份中,DIP是影響AP活性的主要貢獻(xiàn)者(R2=0.320,P＜0.05)。在5月份, DIP濃度的變化可解釋AP活性36.3%的變量。

3月時(shí), 游離態(tài)和細(xì)胞結(jié)合態(tài) AP活性分別占到37.5%和45.2%(圖6)。到了5月和6月, nano-粒徑的AP活性顯著上升, 對(duì)AP活性的貢獻(xiàn)分別達(dá)到72.2%和77.7%。

圖3 2016年3月(a)、5月(b)和6月(c)南澳島近海表層海水中亮氨酸氨肽酶活性的分布[單位: nmol/(L·h)]Fig.3 Distribution of leucine amino peptide activities in the coastal waters of Nan’ao Island in (a) March, (b) May and (c) June, 2016[unit: nmol/(L·h)]

圖4 2016年3月(a)、5月(b)和6月(c)不同粒徑亮氨酸氨肽酶活性所占的比例Fig.4 Percentages of leucine amino peptide activities in different-sized fractions

3 討論

3.1 南澳島近海養(yǎng)殖區(qū)營(yíng)養(yǎng)鹽含量及結(jié)構(gòu)的變化

調(diào)查期間, 除N1站之外, 整個(gè)海區(qū)的DIN、DIP濃度平均值均達(dá)到《GB3097-1997》中國(guó)家一類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求, 這與近年來汕頭市環(huán)境質(zhì)量公報(bào)的調(diào)查結(jié)果一致。南澳島海區(qū)總體水質(zhì)良好, 適合水產(chǎn)養(yǎng)殖(汕頭海洋與漁業(yè)局, 2005—2015)。N1站主要受魚類養(yǎng)殖的影響, DIN濃度偏高, 符合國(guó)家二類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。從春季至夏季, 調(diào)查海域的 DIP含量逐漸降低,至6月份時(shí)甚至低于檢出限, 海水中無機(jī)N/P比值高于30, 該結(jié)果表明隨著浮游植物的生長(zhǎng), 磷酸鹽將成為營(yíng)養(yǎng)限制因子(Beardallet al, 2001; 孫元敏等,2010)。至海區(qū)磷酸鹽限制時(shí), DOP成為浮游植物生長(zhǎng)的主要P源。海區(qū)DIN含量穩(wěn)定在12.34±2.37μmol/L, 濃度較高, 表明DIN一直是浮游植物的主要可利用N源。

3.2 龍須菜和浮游植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽P的競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)

圖5 2016年3月(a)、5月(b)和6月(c)南澳島近海表層海水中堿性磷酸酶活性的分布[單位: nmol/(L·h)]Fig.5 Distribution of alkaline phosphatase activities in the coastal waters of Nan’ao Island in March (a), May (b) and June (c), 2016[unit: nmol/(L·h)]

圖6 2016年3月(a)、5月(b)和6月(c)不同粒徑堿性磷酸酶活性所占的比例Fig.6 Percentages of alkaline phosphatase activities in different-sized fractions

近年來研究顯示, 龍須菜通過營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)、化感作用和遮蔽作用能抑制浮游植物的生長(zhǎng)。相比較浮游植物, 龍須菜對(duì)無機(jī)營(yíng)養(yǎng)鹽的吸收有優(yōu)勢(shì), 這使龍須菜在與浮游植物競(jìng)爭(zhēng)時(shí)更勝一籌(徐永健等, 2005)。龍須菜能分泌克生物質(zhì), 抑制多種藻華生物生長(zhǎng), 這種化感作用在營(yíng)養(yǎng)鹽充足的條件下也仍然存在(Yanget al, 2015b)。遮蔽作用雖然存在, 但貢獻(xiàn)較小(Yangetal, 2015b), 龍須菜對(duì)浮游植物的抑制主要受營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)和化感作用的影響。研究者發(fā)現(xiàn), 5月份龍須菜生長(zhǎng)量達(dá)到高峰時(shí), 龍須菜養(yǎng)殖區(qū)內(nèi)浮游植物的 chla濃度顯著低于其他區(qū)域; 而當(dāng)龍須菜收割后, 龍須菜養(yǎng)殖區(qū)內(nèi)浮游植物的chla含量明顯升高, 且龍須菜養(yǎng)殖區(qū)和混養(yǎng)區(qū)的chla濃度甚至高于其他區(qū)域。此外, 5月份, 龍須菜區(qū)和混養(yǎng)區(qū)DIP的濃度顯著低于無龍須菜生長(zhǎng)的海區(qū), 表明龍須菜對(duì)水體中的DIP具有顯著吸收作用。在整個(gè)調(diào)查期間, 浮游植物的chla濃度與水溫正相關(guān), 與DIP負(fù)相關(guān)。南澳島近海為潛在的P限制海區(qū), 隨著水溫升高, 浮游植物大量生長(zhǎng)消耗水體中的DIP, 至6月份, 海區(qū)呈現(xiàn)無機(jī)P限制。張善東等(2005a, b)對(duì)龍須菜和赤潮微藻的營(yíng)養(yǎng)鹽競(jìng)爭(zhēng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示, 龍須菜對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的吸收能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于微藻, 這一點(diǎn)使龍須菜在共培養(yǎng)體系中占據(jù)優(yōu)勢(shì), 能抑制微藻的生長(zhǎng)密度。而且大型海藻的這種抑制能力會(huì)隨著生物量的增大而加強(qiáng)(杜錦, 2014)。因此, 在南澳島近海, 當(dāng)龍須菜大規(guī)模生長(zhǎng)時(shí), 可能通過與微藻競(jìng)爭(zhēng)利用DIP, 抑制浮游植物的生長(zhǎng)。

3.3 浮游生物的胞外酶受水體中營(yíng)養(yǎng)鹽變化的調(diào)控

大型海藻和浮游植物在無機(jī)N、P匱乏時(shí)能轉(zhuǎn)為對(duì)有機(jī)N、P進(jìn)行水解利用, 以此滿足植物對(duì)生長(zhǎng)的需要。在本研究中, 采用分粒徑的方式研究不同類群浮游生物的LAP和AP活性, 未分析細(xì)胞表面來源的龍須菜的酶活性。在溶解態(tài)的胞外酶活性中, 可能有部分來源于龍須菜。然而, 溶解態(tài)LAP的比例在整個(gè)調(diào)查階段都相對(duì)較低, 溶解態(tài)胞外酶對(duì)總態(tài)胞外酶的結(jié)果影響可基本忽略, 因此, 可以認(rèn)為, 本文中檢測(cè)到的胞外酶活性基本來源于浮游生物, 未研究龍須菜對(duì)胞外酶的貢獻(xiàn)。

海區(qū)的 DIN濃度相對(duì)較高, 對(duì)龍須菜和浮游植物的脅迫小, 與LAP活性變化無相關(guān)性(Nauschet al,2000)。相同月份間龍須菜養(yǎng)殖區(qū)的DIN濃度及DON濃度與其他區(qū)域間無顯著差異, 但5月, 龍須菜養(yǎng)殖區(qū)LAP活性顯著高于其他區(qū)域, 表明在該區(qū)域DON的水解利用高于其他區(qū)域。LAP分粒徑分析顯示LAP活性主要是由nano-和pico-級(jí)浮游生物構(gòu)成, 相關(guān)性分析表明LAP活性與chla濃度成正比, 這顯示LAP活性與浮游植物關(guān)系密切。此外, LAP活性與DIP濃度成反比, 這個(gè)發(fā)現(xiàn)與 Salerno等(2009)在野外對(duì)LAP活性的研究結(jié)果一致。浮游植物吸收海水中N、P的比例是按照 16∶1的比例進(jìn)行(Redfieldet al,1963)。海水中的 P脅迫或限制可能也會(huì)誘導(dǎo)浮游植物表達(dá)更多的 LAP來水解利用有機(jī)營(yíng)養(yǎng)鹽。南澳島AP活性主要由nano-級(jí)浮游植物構(gòu)成, 5、6月份海水中磷酸鹽濃度的下降及浮游植物AP活性的大量表達(dá),表明5、6月份的南澳島浮游植物受到嚴(yán)重的P限制。在 5、6月, 龍須菜養(yǎng)殖區(qū)的 AP活性顯著升高, 暗示著浮游植物對(duì) DOP的水解利用能力增強(qiáng), 隨著海水中DIP含量的下降甚至限制, DOP逐漸成為浮游植物可利用的主要P源。南澳海區(qū)的AP活性主要受到DIP和浮游植物影響, DIP濃度的下降或chla濃度的升高皆能提高AP活性, 此結(jié)果與Dyhrman等(2006)和Meseck等(2009)的研究結(jié)果一致, DIP濃度對(duì)AP活性的影響較大。在5月份盡管龍須菜養(yǎng)殖區(qū)chla濃度較低, 但在低濃度 DIP(相對(duì)于其他區(qū))的影響下,AP活性顯著高于其他區(qū)。

4 結(jié)論

(1) 南澳島近海從春季至夏季, 隨著海水中的chla含量顯著升高, P酸鹽成為限制浮游植物生長(zhǎng)的主要營(yíng)養(yǎng)限制因子, 有機(jī)P成為浮游植物生長(zhǎng)的主要P源。

(2) nano-級(jí)浮游植物是 LAP和 AP的主要貢獻(xiàn)者。浮游植物L(fēng)AP和AP表達(dá)受到海水中DIP濃度的調(diào)控。浮游植物通過水解利用有機(jī)營(yíng)養(yǎng)鹽, 緩解 P脅迫。

(3) 龍須菜會(huì)和浮游植物競(jìng)爭(zhēng)利用水體中的營(yíng)養(yǎng)鹽, 并在一定程度上抑制浮游植物的生長(zhǎng)。龍須菜的養(yǎng)殖可能對(duì)凈化水質(zhì), 預(yù)防有害藻華的發(fā)生起到一定程度的作用。

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NUTRIENT COMPETITION BETWEEN MACROALGAEGRACILARIA LEMANEIFORMISAND PHYTOPLANKTON IN COASTAL WATERS OF NAN’AO ISLAND, GUANGDONG

HUANG Yin-Shuang1,3, OU Lin-Jian1,3, YANG Yu-Feng2,3
(1.Research Center for Harmful Algae and Marine Biology,Guangzhou510632,China; 2.Institute of Hydrobiology,Jinan University,Guangzhou510632,China; 3.Key Laboratory of Aquatic Eutrophication and Control of Harmful Algal Blooms of Guangdong Higher Education Institutes,Guangzhou510632,China)

The coastal area of Nan’ao Island, Guangdong, is one of the most important cultural base ofGracilaria lemaneiformisin China.To explore the possible effect of culture ofG.lemaneiformison algal blooms, field investigations were conducted at different functional cultural zones in this area in March, May and June, 2016.The changes in nutrient contents and compositions were compared before and after the cultivation ofG.lemaneiformisand the utilization of organic nutrients by phytoplankton in different-sized fractions were determined through analysis of extracellular enzyme hydrolysis.Results show that the concentration of dissolved inorganic nutrient was low, thus the water quality of the studied area was good.The concentration of dissolved inorganic phosphorus (DIP) decreased with the increase of the phytoplankton biomass from spring to summer, which in turn changed the studied area into a phosphorus-limited area finally.In May, the DIP concentrations inG.lemaneiformismono-culture zone andG.lemaneiformisabalone co-culture zones were significantly lower than that in abalone mono-culture and non-culture zone.Furthermore, compared with any of the other zones, the chlorophylla(chla) concentration was significantly lower whereas the activities of leucine amino peptidase (LAP) and alkaline phosphatase (AP) were much higher in theG.lemaneiformismono-culture zone, suggesting that the phytoplankton in this zone suffered from much more nutrient stress.Moreever,chlacontent inG.lemaneiformismono-culture zone increased rapidly after the harvest ofG.lemaneiformis.All these results indicate thatG.lemaneiformismight inhibit phytoplankton growth by nutrient competition, especially in phosphorus, and thus may depress harmful algal blooms from happening.

Gracilaria lemaneiformis; phytoplankton; nutrient; leucine amino peptidase; alkaline phosphatase;Nan’ao island

P735

10.11693/hyhz20170200031

* 國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目, U1301235號(hào), 41176087號(hào)。黃銀爽, 碩士研究生, E-mail: 529384787@qq.com

① 通訊作者: 歐林堅(jiān), 碩士生導(dǎo)師, E-mail: torangeou@jnu.edu.cn

2017-02-16, 收

2017-04-17