腐爛滸苔對(duì)海洋生態(tài)的影響

劉牧?xí)r

腐爛滸苔對(duì)海洋生態(tài)的影響

劉牧?xí)r

北京大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院, 北京 100871

為探討腐爛滸苔對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境的影響，本文通過(guò)次溴酸鹽氧化法對(duì)滸苔腐爛過(guò)程中水體營(yíng)養(yǎng)鹽和小分子等元素含量的具體變化進(jìn)行測(cè)試，分析在自然海水環(huán)境中滸苔的腐爛過(guò)程、分解速度以及對(duì)水體生態(tài)環(huán)境的影響和變化，從而研究滸苔腐爛對(duì)海水生態(tài)環(huán)境的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，生物量最高的組別（5.0 g/L）最先進(jìn)入腐爛分解狀態(tài)，需要分解的時(shí)間最長(zhǎng)，一般為80 d。同時(shí)，滸苔會(huì)對(duì)海水的含氧量和pH值產(chǎn)生影響，會(huì)導(dǎo)致水體出現(xiàn)缺氧和偏酸的狀態(tài)，需要后續(xù)進(jìn)行大力治理，保證生態(tài)環(huán)境的完善。

滸苔; 海水; 生態(tài)環(huán)境

多年來(lái)，隨著地球生態(tài)環(huán)境的日益惡化，其出現(xiàn)的頻率和對(duì)海域的影響也逐年增長(zhǎng)。一般來(lái)說(shuō)，綠潮常發(fā)生在春季和夏季[1]。主要發(fā)生在中國(guó)、日本、西班牙、法國(guó)、韓國(guó)等營(yíng)養(yǎng)成分較高的沿岸海域。我國(guó)的黃海地區(qū)是當(dāng)前綠潮出現(xiàn)規(guī)模最大、波及范圍最廣的地區(qū)。綠潮災(zāi)害的出現(xiàn)對(duì)黃海地區(qū)沿岸海域的海水生態(tài)環(huán)境造成了巨大的影響。同時(shí)，也破壞了在沿海城市從事水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的人員的正常工作和生活。

滸苔是我國(guó)黃海地區(qū)綠潮發(fā)生的主要海藻品種。盡管當(dāng)前對(duì)于綠潮有許多的研究，但是對(duì)于滸苔腐爛仍缺乏相關(guān)的研究[2]。所以，研究綠潮滸苔腐爛對(duì)海水生態(tài)環(huán)境的影響，能夠進(jìn)一步掌握綠潮滸苔腐爛的內(nèi)在和外在因素，從而為綠潮環(huán)境治理提供相關(guān)的理論依據(jù)。

1 材料與方法

本研究的主要目的是在模擬在自然海水環(huán)境中滸苔的腐爛過(guò)程、分解速度以及對(duì)水體生態(tài)環(huán)境的影響和變化。

1.1 材料來(lái)源

本實(shí)驗(yàn)使用的滸苔采自山東省日照市嵐山港附近。在實(shí)驗(yàn)室中，首先用滅菌的海水對(duì)滸苔進(jìn)行沖洗去除雜質(zhì)后，將其保存在錐形瓶中。實(shí)驗(yàn)中使用的海水經(jīng)過(guò)濾、蒸汽滅菌、冷卻后放置在潔凈的玻璃瓶?jī)?nèi)。在進(jìn)行正式實(shí)驗(yàn)前，需要用準(zhǔn)備好的過(guò)濾海水對(duì)滸苔連續(xù)培養(yǎng)7 d。其中，過(guò)濾海水需要每24 h更換1次。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的主要目的有兩個(gè)。首先，該實(shí)驗(yàn)旨在測(cè)試實(shí)驗(yàn)中滸苔的腐爛速度，以及水中的溶氧含量和pH值的具體變化情況。將4個(gè)不同生物量的滸苔分別放置在1 L海水的燒杯里。以0.5 g/L為基礎(chǔ)，第二組和第三組依次增加1 g/L，第四組添加2.5 g/L至5 g/L。實(shí)驗(yàn)總計(jì)時(shí)長(zhǎng)為35 d。其中分7次測(cè)試水體中的滸苔含量、溶氧含量和pH值變化。其次，該實(shí)驗(yàn)旨在分析實(shí)驗(yàn)中滸苔腐爛過(guò)程中海水內(nèi)營(yíng)養(yǎng)鹽濃度的具體變化情況。在實(shí)驗(yàn)中將生物量為2.5 g/L的實(shí)驗(yàn)對(duì)象放置在1.5 L過(guò)濾后的海水中，總計(jì)12組標(biāo)本。同樣分7次測(cè)試水體中的營(yíng)養(yǎng)鹽和小分子等元素含量的變化。

1.3 測(cè)試方法

根據(jù)行業(yè)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，將使用次溴酸鹽氧化法對(duì)滸苔腐爛過(guò)程中，水體營(yíng)養(yǎng)鹽和小分子等元素含量的具體變化進(jìn)行測(cè)試。在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試前，需要提前對(duì)海水樣品進(jìn)行過(guò)濾測(cè)樣，確定水體中本來(lái)營(yíng)養(yǎng)鹽和小分子等元素含量。

1.4 試驗(yàn)結(jié)果分析方法

在進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析時(shí)，將使用SPSS軟件進(jìn)行相關(guān)性分析和線(xiàn)性回歸分析。通過(guò)建立分解模型對(duì)滸苔生物量的變化進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算公式為：

W=0×-kt(1)

其中，代表滸苔腐敗分解的天數(shù)，0代表試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)滸苔的生物量，W代表滸苔腐敗分解天后剩余的生物量。

通過(guò)建立釋放計(jì)算模型對(duì)水中物質(zhì)濃度變化進(jìn)行計(jì)算：

釋放含量=（C-0）×/(×) (2)

其中，C代表樣本取樣時(shí)水中物質(zhì)的初始濃度。0代表試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)水中物質(zhì)的濃度，代表試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)滸苔的生物量，代表滸苔腐敗分解的天數(shù)。

2 結(jié)果與分析

下面將對(duì)實(shí)驗(yàn)中就樣品中滸苔腐敗過(guò)程中出現(xiàn)的各種樣本、分子和元素變化進(jìn)行總結(jié)，并就試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行具體分析。

2.1 滸苔的腐爛分解過(guò)程分析

通過(guò)分析可以發(fā)現(xiàn)，不同組別滸苔的腐爛分解過(guò)程剩余生物量和剩余濕重比例呈現(xiàn)出相似的變化趨勢(shì)（見(jiàn)表1和表2）。在放置第5 d進(jìn)行檢測(cè)后，發(fā)現(xiàn)不同組別滸苔的剩余生物量達(dá)到了峰值，之后開(kāi)始逐步減少。這說(shuō)明滸苔產(chǎn)生在海水中后會(huì)生長(zhǎng)大概5 d時(shí)間，然后開(kāi)始逐漸開(kāi)始腐爛。從第35 d剩余生物量的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，初始滸苔的生物量越多，最后在腐爛過(guò)程中被分解的會(huì)越多。

表1 滸苔的腐爛分解過(guò)程中剩余生物量/g

以第5 d的四組滸苔生物量作為初始數(shù)據(jù)，對(duì)剩余物質(zhì)進(jìn)行了百分比計(jì)算（見(jiàn)表2）。根據(jù)數(shù)據(jù)變化可知，第8 d 5.0g/L組的百分比從100%下降至90%，是四組樣本中變化最大的。這表明生物量較高的組別已經(jīng)開(kāi)始出現(xiàn)腐敗的現(xiàn)象，而其他組別還沒(méi)有出現(xiàn)明顯的腐敗現(xiàn)象。在第35 d，5.0g/L組剩余濕重比例最高，達(dá)到了48%。而生物量越低的組別，呈現(xiàn)出剩余比例越低的狀態(tài)。

表2 滸苔的腐爛分解過(guò)程中剩余濕重比例

根據(jù)檢測(cè)時(shí)間將實(shí)驗(yàn)過(guò)程分為5個(gè)階段，可以得出滸苔的腐爛分解速率（見(jiàn)表3）。其中，速率越高表明改組別的腐爛分解速度越快。通過(guò)觀(guān)察各組的腐爛分解速率可知，所有組別的腐爛分解速率都呈現(xiàn)出先快后慢的狀態(tài)。其中，初始生物量越高的組別出現(xiàn)分解速率峰值的天數(shù)越早。以2.5g/L組為例，出現(xiàn)分解速率峰值的天數(shù)在13 d～17 d。而0.5g/L出現(xiàn)分解速率峰值的天數(shù)在18 d～25 d，相對(duì)較晚。以上結(jié)果表明，生物量越高的組別會(huì)越早開(kāi)始出現(xiàn)腐爛狀態(tài)，但是分解的速率相對(duì)較低。

表3 滸苔的腐爛分解速率

將滸苔的腐爛分解過(guò)程中剩余生物量取自然對(duì)數(shù)和分解時(shí)間建立線(xiàn)性回歸方程，其結(jié)果在下表4中。根據(jù)表中結(jié)果可知，5.0g/L組別的常數(shù)值最大，分解時(shí)間為80 d。0.5g/L組別的常數(shù)值最小，分解時(shí)間為45 d。這表明初始生物量較高的組別，相對(duì)的分解的時(shí)間會(huì)更長(zhǎng)一點(diǎn)。初始的生物量會(huì)直接影響到最終的分解時(shí)間和速率。

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表4 滸苔的腐爛分解過(guò)程中剩余生物量和分解時(shí)間的分析結(jié)果

2.2 滸苔的腐爛分解過(guò)程中溶氧含量和pH值變化

對(duì)2.5 g/L組和5.0 g/L組的溶氧含量和pH值進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，結(jié)果顯示在表6中?？梢园l(fā)現(xiàn)，在第8 d之前，2.5 g/L組的氧含量一直呈現(xiàn)出飽和狀態(tài)（大于9 mg/L）。從第17 d開(kāi)始，2.5 g/L組的氧含量開(kāi)始明顯低于2 mg/L，呈現(xiàn)出缺氧狀態(tài)。從5.0 g/L組的結(jié)果來(lái)看，該組樣本比2.5 g/L組進(jìn)入缺氧狀態(tài)更早。從第12 d開(kāi)始就明顯低于2 mg/L。同時(shí)，兩組的pH值變化也呈現(xiàn)出相似的狀態(tài)。第8 d的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，兩組的pH值都比初始pH值低了很多。從第12 d后，兩組的pH值都低于7.5。這表明當(dāng)滸苔開(kāi)始進(jìn)入快速腐爛分解過(guò)程時(shí)，海水會(huì)呈現(xiàn)出缺氧狀態(tài)和整體偏酸的狀態(tài)。

表6 滸苔的腐爛分解過(guò)程中溶氧含量和pH值變化結(jié)果

對(duì)滸苔的生物量、溶氧含量和pH值進(jìn)行相關(guān)性分析（見(jiàn)表7）。溶氧含量和pH值呈現(xiàn)出顯著正相關(guān)的狀態(tài)，系數(shù)為0.901。生物量和pH值同樣呈現(xiàn)出顯著正相關(guān)的狀態(tài)。同時(shí)，生物量和溶氧含量呈現(xiàn)出極顯著的正相關(guān)。

表7 滸苔的生物量、溶氧含量和pH值的相關(guān)性分析

2.3 滸苔腐爛過(guò)程中海水內(nèi)營(yíng)養(yǎng)鹽濃度分析

在滸苔腐爛過(guò)程中，水中營(yíng)養(yǎng)鹽的各種成分含量如下表8顯示?？梢园l(fā)現(xiàn)，No3從第2 d開(kāi)始，分子濃度開(kāi)始隨時(shí)間變化略有增加。NH4的含量在第35 d時(shí)，呈現(xiàn)了濃度的峰值。SiO3在12 d之后開(kāi)始呈現(xiàn)顯著下降的狀態(tài)。這表明，由于滸苔在腐爛過(guò)程中吸收了No3、PO4、SiO3，導(dǎo)致海水中營(yíng)養(yǎng)鹽濃度明顯下降。

表8 滸苔腐爛過(guò)程中海水內(nèi)營(yíng)養(yǎng)鹽濃度變化/μmol/L

3 結(jié) 論

生物的腐爛過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的變化過(guò)程。從以上分析結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，含有不同生物量的滸苔具有不同的腐爛分解時(shí)間。生物量最高的組別（5.0g/L）最先進(jìn)入腐爛分解狀態(tài)。其主要原因是由于滸苔能吸收的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)有限，會(huì)加速其腐爛死亡。而生物量最低的組別（0.5g/L）因?yàn)樾枰盏奈镔|(zhì)相對(duì)較少，所以進(jìn)入腐爛的時(shí)間相對(duì)緩慢[3]。生物量最高的組別（5.0g/L）需要分解的時(shí)間最長(zhǎng)，為80 d。由于綠潮多出現(xiàn)在7月至8月之間，所以可以推斷出相對(duì)生物量較高的綠潮可能會(huì)在11月左右才開(kāi)始消失[4]。同時(shí)，滸苔會(huì)對(duì)海水的含氧量和pH值產(chǎn)生影響，會(huì)導(dǎo)致水體出現(xiàn)缺氧和偏酸的狀態(tài)，需要后續(xù)進(jìn)行大力治理，保證生態(tài)環(huán)境的完善。

[1] 劉金林,楊曉倩,李繼業(yè),等.黃海綠潮暴發(fā)期間滸苔沉降研究進(jìn)展[J].環(huán)境污染與防治,2020,42(5):614-618

[2] 王林項(xiàng),李修竹,唐新宇,等.滸苔綠潮暴發(fā)對(duì)南黃海海域溶解有機(jī)物的影響[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué),2020,40(2):806-815

[3] 單菁竹,李京梅,林雨霏,等.雙邊界二分式引導(dǎo)技術(shù)的起點(diǎn)偏差及其修正——以膠州灣滸苔生態(tài)損害評(píng)估為例[J]. 統(tǒng)計(jì)與信息論壇,2019,34(2):35-41

[4] 高紅,周飛飛,唐洪杰,等.黃海綠潮滸苔提取物的化感效應(yīng)及化感物質(zhì)的分離鑒定[J].海洋學(xué)報(bào),2018,40(12):11-20

The Effect of Decayon Seawater Ecological Environment

LIU Mu-shi

100871,

To explore the influence of rottingon the marine ecological environment. The specific changes of nutrients and small molecules in the water body during the rotting process ofwere tested by hypobromate oxidation method, and the rotting process, decomposition speed, and the influence and changes on the water ecological environment ofin the natural seawater environment were analyzed, so as to study the influence ofrotting on the marine ecological environment. The results showed that the group with the highest biomass (5.0 g/L) was the first to enter the decomposition state, and the decomposition time was the longest, generally 80 days. At the same time,will have an impact on the oxygen content and pH value of seawater, which will lead to the state of hypoxia and partial acid in the water body. It needs to be vigorously treated in the future to ensure the improvement of the ecological environment.

; seawater; ecological environment

Q143＋4

A

1000-2324(2021)03-0466-04

2021-02-24

2021-03-18

劉牧?xí)r(1995-),男,碩士研究生在讀,主要研究方向:環(huán)境與資源保護(hù)、全球環(huán)境治理. E-mail:Liums@pku.edu.cn