（环境科学专业论文）江蓠对养殖污染海水的净化作用研究.pdf

论文摘要 虾或牙鲆鱼混养，江蓠对水质均有改善作用。阴雨天，江蓠仍可向水体供氧，对 水质的改善作用仍是明显的。 4 江蓠在自然海区也能正常生长，并能改善养殖区的局部水质状况。但必须 保持菊花心江蓠的向上生长姿势，避免末端朝下。同时，江蓠的生长还容易受贝 类和其它藻类的影响。 5 江蓠与赤潮之间存在相互作用关系。江蓠能抑制赤潮的发生：加速中肋骨 条藻赤潮的消亡，减缓赤潮消亡后水体出现缺氧状态。但水中营养充足时，即使 有江蓠存在，也可能形成赤潮；赤潮形成后反过来会抑制江蓠的生长。 总之，江蓠适应较高的营养盐浓度和很宽的光强范围，对d i n 、d i p 有较好 的吸收能力；能迅速提高水中d o 浓度；具有防治赤潮的作用。因此，江蓠是养 殖污染海水修复的优良生物品种。特别是菊花心江蓠，具有耐高温、高盐、耐污 染等特性，在夏秋高温季节对海水的修复对鱼类生长的促进更具意义。) 矿 关键词：江蓠 海水养碜生物修复、 澎小学洲f 治d i i a b s t r a c t a b s t r a c t w a t e r s e l f - p o l l u t i o n a n d e u t r o p h i c a t i o n h a v eb e c o m et h e m o s t i m p o r t a n t e n v i r o n m e n t a lp r o b l e mi nm a r i c u l t u r ea si t sf a s td e v e l o p m e n t u s i n gm a c r o a l g at o r e m o v en u t r i t i o ne l e m e n t ss u c ha sna n dp ，a n dp m d u c e0 2 ，i so n eo ft h em o s t e f f e c t i v ew a y st op r e v e n tt h ep o l l u t i o n ，e n h a n c ed i s s o l v e d0 2 c o n c e n t r a t i o n ，a n da v o i d e u t r o p h i c a t i o n r e m e d i a t i o no fp o l l u t e dm a r i c u l t u r ew a t e rh a sb e e nt h ef o c u s i n gp o i n t f o rt h er e s e a r c h e r sa l lo v e rt h ew o r l d h o w e v e r , m o s tr e s e a r c hw a ss t i l l i nt h e l a b o r a t o r ys t a g e g r a c i l a r i a e ，ag r o u po fm a c m a l g a ，c a nb eu s e da st h er a wm a t e r i a lf o ra g a r p r o d u c t i o na n dt h e f e e df o ra b a l o n e d o n g s h a nc o u n t yo ff u j i a np r o v i n c ei sa n i m p o r t a n tb a s eo f a b a l o n ec u l t u r ea n dc a g e dc u l t u r ei nt h en a t i o n a f t e rs e v e r a ly e a r s o f m a r i c u l t u r e ，s o m es e aa r e a si nd o n g s h a n h a v eb e e ns e r i o u s l y p o l l u t e d i nt h i st h e s i s ， t h e t e c h n i q u eu t i l i z i n g g r a c i l a r i a et or e m e d i a t et h e p o l l u t e d m a r i c u l t u r ew a t e r e n v i r o n m e n th a sb e e ns t u d i e d t h e s t u d yi n c l u d e d t h r e e p h a s e s 1 ，t h ei n - t a k i n go f n a n dpa n d p r o d u c t i o no f 0 2 b yg r a c i l a r i a eh a d b e e ni n v e s t i g a t e di nt h el a b o r a t o r y 2 t h es t i l d yo nw a t e rq u a l i t y i m p r o v e m e n tb y g r a c i l a r i a ef o rf i s ha n ds h r i m pc u l t u r eh a db e e nc a r r i e do u ti np o n d s 3 ，t h ee x p e r i m e n t sh a db e e ne x p a n d e dt os e a w a t e ra r e a s ，a n dt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e n g r a c i l a r i a ea n dr e dt i d eh a db e e n e x p l o i t e d t h r o u g h o n ea n dah a l f y e a r s s t u d y , t h ec h i e f r e s u l t sw e r ea sf o l l o w s ： 1 w h e no n l ya d d i n gi na n di pi nl a b o r a t o r ye x p e r i m e n t s ，t h eg r o w t hr a t e ( g r ) o f g r a c i l a r i a ew a s k e p t a t5 i nt h ef i r s t7 1 0d a y so f t h e e x p e r i m e n t t h e nd e c r e a s e d t o1 ，2 c h a n g i n gt h ec u l t u r ew a t e rc o u l dq u i c k l yi n c r e a s eg r w i t h i na v e r y s h o r t t i m e t h e i n - t a k i n ga b i l i t yo f g r a c i l a r i a ef o rd i na n dd i pw a sa f f e c t e db yt h en u t r i e n t c o n c e n t r a t i o n ，l i g h ti n t e n s i t y , g r o w t h s t a t u sa n dd e n s i t yo fg r a c i l a r i a e t h e i n - t a k i n gr a t ei n c r e a s e da st h en u t r i e n tc o n c e n t r a t i o ni n c r e a s e d ，t h ea l g a ed e n s i t y d e c e a s e d ，a n dl i g h ti n t e n s i t yi n c r e a s e d o nt h eo t h e rh a n d ，t h eh i g h e rt h eg r o w t h r a t e ，t h em o r ea m o u n to f n u t r i e n ti n - t a k e n 2 t h ea b i l i t yo fg r a c i l a r i a et op r o d u c e0 2v a r i e dw i t ht h el i g h ti n t e n s i t y i ft h el i g h t i n t e n s i t yw a s b e l o wt h ec o m p e n s a t i o n p o i n t ，t h ea m o u n t o f 0 2c o n s u m e dw a sl a g e r t h a nt h a to f p r o d u c e d w i t h i nt h er a n g eo fl i g h tc o m p e n s a t i o np o i n ta n ds a t u r a t i o n 1 1 1 a b s t r a e t p o i n t ，0 2p r o d u c t i o ni n c r e a s e dl i n e a r l y a s l i g h ti n t e n s i t yi n c r e a s e d w h e nl i g h t i n t e n s i t yw a s a b o v et h es a t u r a t i o np o i n t ，t h e0 2 p r o d u c t i o nb a s i c a l l yr e m a i n e d t h e s a m e u n d e rt h es a m el i g h t i n t e n s i t y a n db e l o wt h es a t u r a t i o n p o i n t ，t h ea b i l i t y o f p r o d u c i n g0 2 o fg r a c i l a r i at e n u i s t i p i t a t av a el i u iw a s2t i m e sa st h a to fg r a c i l a r i a l i c h e n o i d e s u n d e r6 0 0 0 1 x ，t h e0 2p r o d u c t i o nr a t e so fg r a c i l a r i at e n u i s t i p i t a t ap a r 1 i u ia n dg r a c i l a r i ac i c h e v o i d e sw e r e0 3 5 4 m g g 。ha n d0 5 9 2 m g g + h r e s p e c t i v e l y b o t hs p e c i e s r a t e sw e r ea b o v e2 5 m g g h u n d e rt h es u n l i g h t 0 2c o n s u m e db y g r a c i l a r i a ei n2 4h o u r sw a sa b o u tt h es a m ea st h a to fi t p r o d u c e di no n eh o u r u n d e rs u n l i g h t g r a c i l a r i al i c h e n o i d e s ss a t u r a t i o np o i n to fp h o t o s y n t h e s i sw a s a b o u t2 0 0 0 0 i xa n dg r a c i l a r i at e n u i s f f p i t a t a1 4 0 0 0 i x t h ec o m p e n s a t i o np o i n to f g r a c i l a r i a t e n u i s t i , t ，i t a t aw a s 2 5 0 1 x 3 i nc u l t u r ep o n d s ，t h er e m o v i n gr a t eo fg r a c i l a r i at o w a r d sd i na n dd i pc o u l d r e a c ha b o v e8 0 ，a n dk e e pc u l t u r ew a t e rh i g hd oa n dl o wd i na n dd i ew h e n g r a c i l a r i a ew a sm i xc u l t u r e d 、i ms h r i m po rp a r a l i c h t h y so l i v a c e u s i ta l s o i m p r o v e d t h ew a t e r q u a l i t y d u r i n g t h e r a i n i n gd a y s ，g r a c i l a r i a c o u l ds t i l lo f f e r 0 2 4 i nn e a rs h o r es e aa r e a s ，g r a c i l a r i ag r e ww e l l ，a n di m p r o v e dt h ew a t e r q u a l i t yo f l o c a lc u l t u r ea r e a s t h e 叩r i g h tp o s t u r em u s tb ek e p ti no r d e rt ol e tg r a c i l a r i a l i c h e n o i d e s g r o wb e t t e r i t s h o u l db en o t i c e dt h a tt h e g r o w t h o fg r a c i l a r i a l i c h e n o i d e sw a sa f f e c t e db ys e a s h e l la n do t h e ra l g a 5 t h e r ew a sa r e l a t i o n s h i pb e t w e e n g r a c i l a r i aa n dr e dt i d e s t h ea l g a ec o u l dr e s t r a i n t h eb l o o m i n go fr e dt i d e s ，a c c e l e r a t et h ed e a t ho fs k e l e t o n e m ac o s t a t u mr e dt i d e ， a n dd e c r e a s et h ee f f e c to ft h ed o l a c k h o w e v e r ，i f t h e r ew e r ea b u n d a n tn u t r i e n t s i nw a t e r , t h er e dt i d e sc o u l ds t i l l p o s s i b l yh a p p e n o nt h eo t h e rh a n d ，r e dt i d e s c o u l d r e p r e s sg r a c i l a r i ag r o w t h i nc o n c l u s i o n ，g r a c i l a r i ac o u l dg r o wi nw a t e rw i t hh i g h e rn u t r i e n tc o n c e n t r a t i o n a n di nw i d er a n g eo fl i g h ti n t e n s i t y 1 1 1 ei n - t a k i n ga b i l i t yt o w a r d sd i na n dd i p , a n d d op r o d u c i n ga b i l i t y , b r o u g h tg r a c i l a r i a et h e p o s s i b i l i t y t o p r e v e n t r e dt i d e s g r a c i l a r i ah a sb e e np r o v e nt ob eag o o ds p e c i e st or e m e d i a t ep o l l u t e dm a r i c u l t u r e w a t e r g r a c i l a r i al i c h e n o i d e s ，e s p e c i a l l y , i sat y p i c a lc o n s i d e r a b l es p e c i e si ns u m m e r , d u et oi t se n d u r a n c et oh i g hs a l tc o n c e n t r a t i o n ，h i g ht e m p e r a t u r ea n dh i g h p o l l u t i o n k e y w o r d s ：g r a c i l a r i a ，m a r i e u l t u r e ，b i o r e m e d i a t i o n ，t h eg r o w t hr a t e ，t h ei n - t a k i n g a b i l i t y ，t h ea b i l i t yt op r o d u c e0 2 ，t h ep r e v e n t i o n a n dc o n t r o lo fr e dt i d e s 本论文缩略语表 序号缩略语名称 1c h l - a 叶绿素a 2c o d 化学需氧量 3d i n 溶解态无机氮 4d i p 溶解态无机磷 5d o 溶解氧 6d o n 溶解有机氮 7i n 无机氮 8i p 无机磷 9n h r n铵氮 l o n 0 2 n亚硝酸盐氮 “ n 0 3 。n硝酸盐氮 1 2t n 总氮 ，亨一章前言 第一章前言 海洋渔业资源的锐减和人民生活水平的提高促使海水养殖业迅猛发展，过去 的2 0 年间，全球的海水养殖以每年1 0 的速度增长i a ”。我国自2 0 世纪8 0 年代 开始，对虾养殖、贝类养殖及浅海网箱养殖先后兴起，几乎遍及沿海所有可开发 的滩涂和海湾，海水养殖产量居世界第一，年均产量超过3 0 0 万吨m 】。 养殖业对水体造成的污染，最严重的莫过于使水体富营养化。对此，国内外 已有较多研究。如何控制和消除养殖水体污染，相对来说，研究得较为有限，能 推广的应用研究就更少了。 1 1 国内外研究动态 1 1 1 海水养殖对水体污染状况 海水养殖过程中，大量的残饵、粪便及生物残骸进入水体和底质。2 0 世纪8 0 年代，欧洲网箱养殖鲑鱼所投入的饲料中约有8 0 的n 被鱼类直接摄食，其中仅 有约2 5 的n 用于鱼类生长，其余的7 5 被排出体外。这意味着投入的饲料仅有 约l 5 被有效利用，其余部分以污染物排放入环境 4 1 。g o w c n 等【a 5 】对网箱养 殖大马哈鱼的研究结果表明，饵料中7 6 的c 和7 6 * 0 的n 以颗粒态和溶解态的 形式进入水环境，其它的一些研究表明5 2 9 5 的n 将进入水环境中。此外， w a l l i n 等l a 6 】研究了养殖过程p 的物质平衡，发现饲料中1 5 3 0 的p 被鱼利用， 1 6 2 6 溶解在水里，5 l 5 9 以颗粒态存在。在亚太地区，人们普遍在近岸 水域用鲜小杂鱼投喂网箱养殖的各种非鲑科鱼类，饵料浪费和污染更加严重 a 7 】。 杨逸萍等【a 8 】报道人工投饵输入虾池的n 占总输入的9 0 ，其中仅1 9 转化为虾 体内的n ，其余大部分( 6 2 6 8 ) 积累于虾池底部淤泥，此外尚有8 1 2 以悬浮颗粒n 和d o n 、d i n 等形式存在于水中。即使是在管理得最好的养虾场， 也仍有多达3 0 的饲料从未被虾摄食。在东南亚对虾过程中，每年投入对虾半精 养池塘的n 为5 0 0 k g h m 2 、p 为5 0k g l a m 2 ，投入对虾精养池塘的n 为1 8 6 8k g h m 2 、 p 为4 3 3k g h m 2 。在管理较好的半精养池塘仅有5 8 的n 和4 的p 以对虾产品 形式收获，1 2 8 的n 和4 0 的p 排入海洋，其余部分沉积在池底；在精养池塘 有约2 1 7 的n 和6 的p 以对虾产品形式收获，8 4 的n 和7 2 的p 排入海洋 a 9 i 。k a u t s h y 等 a 1 0 l 研究了自然种群的贻贝( m y t i l u se d u l i s ) 产生粪便的情况，结 果显示，每年每g 千重贻贝产生的粪便重为1 7 6 9 干重物，其中含c ：0 1 3 9 、n ： 0 0 0 1 7 9 、p ：o 0 0 0 2 6 9 。可见，不管是投饵还是非投饵的海水养殖，均有大量的 污染物进入水体或沉积到底泥中，造成养殖环境污染。 第一幸前童 养殖污染物的排放、沉积可引起水体富营养化，造成水质恶化( a 。现代集 约化、高密度海水养殖向水体输入了大量的废物，大大超过了水体的自净能力， 使得养殖海域自身有机污染严重，水体富营养化突出 a l l 。杨庆霄等【a 心】研究虾塘 残饵腐解对水质影响，发现过量的虾饵大部分沉淀于池底，残饵的分解使池底海 水中d o 和p h 迅速下降，在2 4 h 内d o 和p h 分别从8 m g l 和8 0 下降到0 和6 0 。 暨卫东【a 】在研究厦门马銮湾水产养殖自身有机污染问题时发现，对虾和网箱养 殖过剩的饵料、生物代谢物和残骸进入海域，使养殖自身有机污染加重。海水4 m 层以下由于大量有机物的氧化分解，水中d o 被消耗殆尽，同时产生h 2 s 等有害 气体，恶化水生生态环境，对养殖业造成潜在威胁。目前，我国已有约2 0 万k m 2 的近海海域受到污染影响，海水水质劣于国家一类海水水质标准，对海洋渔业水 域水质造成负面影响。其中约4 万k m 2 海域水质劣于四类海水水质标准，已不能 满足水产养殖、海水浴场和海洋开发作业区等的水质要求i ”4 i 。 1 1 2 水体污染对海水养殖的影响 养殖水质恶化给养殖业带来巨大的威胁，使养殖动物生长变缓，抗病能力下 降，养殖区域生物多样性减少，严重时导致养殖动物大量死亡。1 9 8 7 年7 8 月， w e l s h a 1 5 l 发现美国长岛湾西部底层海水d o 含量为0 ，表层d o 含量接近0 ，鱼类 等游泳能力强的动物几近绝迹，海星、搔等游泳能力差的动物大部分死亡。缺氧 原因是大量有机物输入该海区，导致水体富营养化和藻类大量繁殖，有机物和藻 类死亡残骸在分解过程中消耗了大量的d o ，造成水体缺氧。2 0 世纪9 0 年代初开 始，中国台湾、泰国、中国大陆及越南等国家和地区的养殖对虾相继出现暴发性 流行病及大面积死亡，使对虾养殖业迅速滑坡。究其原因，除病毒等病原因素外， 日益严重的有机污染，逐年恶化的水体和底质环境是不可忽视的根本原因之一 a 1 6 。大量研究表明，严重的有机污染导致水质恶化，使养殖鱼类、对虾等大量 死亡：并使养殖环境和临近海域生态环境中致病微生物大量繁殖，导致养殖鱼、 虾的发病率大幅度增加 a t l 。 赤潮的发生与富营养化有密切的关系【a 1 7 j 。水体富营养化可导致发生赤潮。 进入水中和底泥中的有机污染物在微生物的作用下，经过好氧或厌氧过程，被逐 步降解，最后转化为n 、p 等无机元素，使水中的n 、p 等营养盐含量升高，水 体出现富营养化【a ”】。水体富营养化为赤潮生物的大量增殖和赤潮形成提供了物 质基础。在富营养化的水体中，一旦遇到适宜的水温、盐度和气候条件，或因对 赤潮生物增殖有特殊促进作用的物质含量的增加，赤潮生物就会以异常快的速度 大量繁殖，高度聚集而形成赤潮。赤潮又通过产生毒素、残骸大量分解导致水体 缺氧等途径影响水生生物的生存。2 0 0 1 年，中国海域赤潮发生次数增多，发生月 2 第一幸前童 份提前，主要赤潮生物种类增多，总次数和累计影响面积均比上年有大幅度增加。 全国海域共发现赤潮7 7 次，累计面积达1 5 ，0 0 0 多k m 2 ，比上年增加4 9 次，增加 面积约5 , 0 0 0k m 2 。赤潮频繁发生海域多为受i n 和i p 污染较重的海域9 1 ，近2 0 年来我国赤潮发生呈逐年加重趋势【a 1 4 】，对海水养殖的危害也逐年加大。 1 1 3 赤潮及其防治研究进展 国内外有关赤潮的研究报道很多。在日本，随着工业现代化进程的加快，2 0 世纪6 0 年代沿岸赤潮发生频率呈上升趋势，濑户内海2 0 世纪7 0 年代初期赤潮发 生次数达3 0 0 余次。随后因采取控制污染物排海等措旅，1 9 7 6 年后赤潮发生次数 明显下降m 0 2 ”。国内有关赤潮的研究主要集中在赤潮监测、种类鉴定和赤潮发 生原因、危害、预报、防治对策的探讨。对于赤潮的发生与演化，林昱等f a 2 2 a 2 3 l 通过围隔实验研究赤潮的形成与演化，结果表明，围隔水体富营养化后，先发生 硅藻赤潮，随后发生浮游植物的演替，最后形成甲藻赤潮。但是，该围隔实验是 在未受到其它藻类影响的水体中进行的，而有大型藻类存在的情况下赤潮的形成 与演化的研究尚未见报道。张冬鹏等m 4 l 研究了几种赤潮藻之间的相互作用关系， 表明赤潮藻间存在相互促进和相互抑制的作用关系。但尚未见大型藻类与赤潮藻 之间相互作用的研究报道。对于赤潮的防治，有学者提出机械过滤、充氧等物理 方法：投放硫酸铜、粘土等化学方法；投放择食赤潮生物的鱼类、贝类的生物方 法；种植水生植物、养殖大型海藻等防治水体富营养化的方法以及控制陆源污染 等a 1 7 a 2 0 a 2 5 a 2 6 1 。但是，这些方法实际操作难度很大，基本未得到有效的实施。 1 1 4 有机污染水体生物修复研究进展 生物修复是利用生物的生命代谢活动来减少污染环境中的有毒有害物的浓度 或使其无害化，从而使污染了的环境能够部分或完全地恢复到原始状态的过程。 生物修复技术可以通过驯化、筛选、诱变、基因重组等技术得到1 株以目标降解 物质为主要碳源和能源的微生物，向目标降解物质投入一定量的该菌种，来达到 去除降解物质的目的；也可通过共代谢作用，利用微生物和植物或动物的共同作 用来得到除污效果。生物修复具有成本低廉、处理效果好、无二次污染等优点。 生物修复技术最初主要应用在处理被石油、2 氯苯酚、菲等有毒有害物质污染的 土壤或高浓度的有机废水m ”。 近年来，陆域水体使用大型水生植物净化被污染或富营养化湖水的研究取得 进展。王国祥等m 8 】利用人工复合生态系统净化太湖湖水，可使藻类数量降低2 3 个数量级，n 、p 去除率达6 0 8 0 ，d o 由低于l m g l 上升到7 5 m g l 以上。 李文朝【“2 9 】利用耐寒和喜温植物组建全年常绿人工水生植被，在夏季和冬季对水 第一j t 前言 中n 、p 、c h l a 均有较好的处理效果。在滇池、太湖、武汉东湖、南湖等富营养 化的淡水湖，利用大型水生植物净化水质，恢复生态环境也取得一定的效果 a 3 a 3 “。但是，以上工作仍处于研究试验阶段，尚未进行大面积的推广应用。2 0 0 1 年主要湖泊富营养化问题依然突出，太湖和滇池外海均属中度富营养状态，与上 年相比，水质基本持平9 1 。 有关海水养殖环境生物修复技术的研究，国内外刚刚起步，研究报道尚少 a i g 。对于如何降低海水养殖自身污染，韩家波等 a 3 3 l 提出优化饵料组成和投喂 方式、采用水处理装置、混养等措施，认为可以利用养殖生物间的代谢互补性来 消耗其有害的代谢产物，减少养殖生物对养殖水域的自身污染。实行对虾与扇贝、 牡蛎与海参等混养以及海上海藻和贝类的套养，不仅有益于养殖生物和养殖水域 的生态平衡，而且能利用和发挥养殖水域的生产潜力，增加产量，具有明显的经 济效益。计新丽等【a “】提出科学规划，合理确定养殖容量、调整优化养殖结构、 改进投饵技术，提高饲料质量等措施；提出进行藻类间养，降低水体营养负荷的 办法，利用大型海藻吸收多余的营养盐，降低水体的有机和营养负荷，同时提高 养殖的经济效益和生态效益。毕远溥等m o 】认为实行生态养殖以缓解养殖业自身 污染有一定效果，即进行品种混养、轮养、立体养殖，尤以混养海藻作用最为显 著。海藻可以吸收大量的n 、p ( 如铜藻可固定2 3 的n ，0 1 o 3 的p ， 江蓠藻可固定5 9 6 1 的n ，o 4 0 5 的p ) 和c 0 2 ，释放出0 2 ( 藻类每 吸收o 1 5 个n 分子可释放出一个氧分子) ，对海洋环境有积极的净化作用。但是， 上述这些均只停留在理论探讨阶段，还未进入实质性的应用研究阶段。袁有宪、 李秋芬等【a 1 8 a 3 4 i 在国内率先提出对海水养殖环境进行生物修复，即应用微生物 降解技术消除养殖水体和底泥中的有机污染物的思路。并已承担了该领域的国家 自然科学基金资助项目、九五攻关项目和国家海洋高科技发展计划项目，已取得 了良好的进展。目前，已从虾池底质中分离、筛选出近1 0 株虾池有机物降解菌。 初步实验表明，在短时间内，这些菌可降解虾池底部有机物8 0 以上，显示出良 好的应用前景。但是，仅依靠微生物降解有机污染物，将使水中的i n 、i p 等营养 盐浓度大幅度增加，造成水体富营养化。 1 1 5 江蓠对海水修复技术研究进展 有机污染物分解导致水体缺氧和水中n 、p 等营养赫浓度升高，导致水体富 营养化。而大型藻类在生长过程中，可以吸收大量的n 、p 等营养盐，并产生0 2 ， 又易于从水中收获或清除。因此，放养大型海藻修复受有机污染的水体是避免水 体缺氧、降低营养盐浓度的一条有效途径。为了降低修复成本和易于推广应用， 寻找一种环境适应能力强，经济价值较高，吸收营养盐能力较强的藻种是生物修 4 第一章前言 复的关键。 江蓠是大型的经济海藻。江蓠属( g r a c i l a r i a ) 属于红藻门( r h o d o p h y c o p h y t a ) 杉藻目( g i g a r t i n a l e s ) 江蓠科( g r a c i l a r i a c e a e ) ，包括l 0 0 多个物种，分布于热带 和温带海域，我国沿海常见的有2 0 多种。江蓠属中的许多物种都是生产琼胶和琼 胶素的原料，也是鲍最理想的鲜活饵料。野生的江蓠一般通过固着器固定在沙石 上生长，有无性和有性两种繁殖方式 a 3 ”。细基江蓠繁枝变型( g r a c i l a r i a t e n u i s t i p i t a t a ) 主要生长在我国南方的海南、广东、福建等地沿海，产量占我国江 蓠总产量的一半以上，生长季节主要是秋季和春季 a 3 6 1 。菊花心江蓠( g r a c i l a r i a l i c h e n o i d e s ) 是1 9 9 8 年从台湾引进福建东山的，具有耐高温、高盐，生长快，产 量高，枝肥大，鲍喜食等优点，生长季节在每年的5 月1 0 月。这两个品种均是 已适应池塘生长环境的变型品种，无固着器，通过分枝再生或切段再生进行无性 繁殖。 国内对江蓠的研究主要集中于细基江蓠繁枝变型。陈昌生等i a 3 6 研究了在池 塘环境中细基江蓠繁枝变型与温度、光照、盐度、p h 值、营养盐等环境因子的关 系，认为细基江蓠繁枝变型的生长适温范围约在1 7 5 2 7 ，5 1 2 ，生长最快的水温 是2 2 5 c ：适宜的生长盐度范围为7 2 2 6 9 ，其中以盐度1 3 7 为最好；生长 适宜的p h 值范围在7 8 8 2 之间；保持江蓠快速生长的 i n 浓度在4 um o l l 左 右。刘静雯等1 a 3 7 1 在实验室条件下研究了光照和温度对细基江蓠繁枝变型的生长 及生化组成影响，认为细基江蓠繁枝变型在2 0 3 0 生长较快，2 5 生长最快。 水温2 5 、光强1 0 0 0 0 1 x 时特定生长率最高为1 0 5 ；在1 5 、2 0 、2 5 、3 0 温度下的光饱和点分别为4 0 0 0 、7 0 0 0 、1 0 0 0 0 、1 2 0 0 0 1 x 。许忠能等【3 8 a 3 9 1 在实 验室内研究了光强、温度、盐度、营养盐等因子对细基江蓠繁枝变型n 、p 吸收 速率的影响，结果表明温度在2 1 2 6 之间，口h 值在8 o 9 0 之间，细基江蓠 繁枝变型对n 、p 的吸收率较大；盐度2 0 时对n 的吸收率最大；光强在o 9 5 4 0 0 1 x 范围内细基江蓠繁枝变型对n 、p 的吸收率随光强的增加而增大，当光 强超过1 2 7 2 0 0 1 x 时，吸收率下降。在以上研究中，陈昌生等在虾池中的实验数据 受水交换和底质的影响，许忠能等在实验室内的实验较系统，但每组实验仅用 2 5 0 m l 的培养液和1 9 的江蓠，实验时间只有4 h ，实验水体和江蓠用量较小，时 间较短，实验误差可能较大，实验结果与养殖现场的可比性较小。 关于江蓠对水质的改善作用，刘思俭等1 4 0 利用细基江蓠繁枝变型与对虾混 养，使虾池中d o 平均浓度由2 8 0 m e ：l 提高到4 4 3 m g l ，n h 4 - n 平均浓度由 o 0 8 4 m g l 降低到o 0 3 6 m g l 。对虾产量增加6 0 以上，并使对虾的发病率降低。 费修绠等i a 4 1 在我国南方的广东、福建等沿海地区试验江蓠属的龙须菜( g r a c i l a r i a l e m a n e a f o r m i s ) 海上吊养，日生长率达9 2 ，获得良好的经济效益。并指出有目 的的大规模栽培海藻，能使海区的富营养化状况得到减轻、缓解甚至治理。n e l s o n 第一章前言 等【a 4 2 】在夏威夷的虾池排水沟中养殖江蓠( g r a c i l a r i ap a r v i s p o r a ) ，减轻养殖污 水对环境的污染并使污水中营养物质得到利用。t r o e l l 等f a 4 3 1 在智利南部海上鲑鱼 网箱养殖区吊养江蓠( g r a c i l a r i ac h i l e n s i s ) ，与非网箱养殖区相比，江蓠生长率 提高4 0 ，并吸收网箱养殖区排放的5 的i n 和2 7 的i p 。 关于菊花心江蓠的研究，厦门科技1 a 4 4 报导了陈昌生1 9 9 8 年承担福建省 科委下达的“台湾江蓠引种以及与鱼、虾、蟹混养技术”的研究课题，并于1 9 9 9 年通过验收，结果为亩产江蓠6 t 以上( 鲜重) ，混养草虾1 8 k g ，锯缘亲蟹2 0 k g ， 遮目鱼1 5 k g 获得一水多用、一水多效的成果。此外，国内未见其它报道。 国内在利用大型水生植物净化富营养化的湖水时，证实大型水生植物对浮游 藻类有竞争抑制作用，能够有效地去除湖水中高浓度的微藻m 8a 2 9 1 。也有学者提 出用大型海藻吸收海水中多余的营养盐，防治水体富营养化的设想“a 2 们。但尚 未有江蓠对赤潮的防治和江蓠与赤潮藻类之间的相互作用的研究报道。因此，本 课题进行了该领域的研究。 1 2 东山县社会经济概况 东山县位于福建省最南端、东海与南海交汇处，是福建省第二大岛( 图1 - 1 ) 。 面积1 9 4 k m 2 ，海岸线长1 4 1 k m ，离岸线3 7 k m 内的海域面积约3 1 7 5 k m 2 。东山 县的气候属南亚热带海洋性季风气候，年平均气温2 0 8 c ，七月均温2 7 5 ，一 月均温1 3 1 ，终年无霜。 图1 1东山县及实验场所位置示意图 6 第一幸前言 东山县辖7 个镇，6 1 个行政村人口2 0 2 万人。2 0 0 1 年，全县国内生产总 值为3 7 0 8 亿元，工业总产值为3 9 0 5 亿元，农业总产值为1 9 5 0 亿元。渔业产值 占农业总产值的8 9 7 ，是东山县的一大支柱产业。 东山县设有国家级可持续发展实验区、科技兴海示范区，是国家级生态农业 建设示范县和生态建设示范试点县。2 0 0 0 年被评为“福建省渔业十强县”。 1 3 东山县海水养殖与自身污染概况 1 9 8 5 年东山县的对虾养殖成功，1 9 8 7 年开创鱼类网箱养殖，水产养殖业随后 迅速发展，成为我国重要的对虾、鲍和网箱养殖基地。全县现有网箱养殖数量2 7 万只，鲍养殖水面面积2 6 万m 2 ，鳗鱼养殖面积8 2 0 亩，对虾养殖面积3 万亩， 贝类养殖面积4 万亩，江蓠养殖面积3 0 0 0 多亩。2 0 0 1 年海水养殖产量1 2 1 万t ， 占全县水产品总产量的4 2 4 。 但是，在鱼类、对虾和鲍等养殖过程中，残饵和养殖动物的排泄物在养殖区 长期大量积累，造成养殖水体自身污染，导致大面积养殖动物死亡现象时有发生。 据记载，发生在东山县海域的主要海洋污染事件和养殖事故有：1 9 8 6 年1 2 月， 在八尺门西海域发生裸甲藻赤潮，造成1 人死亡，1 8 人中毒；1 9 9 2 年，全县的对 虾出现毁灭性的死亡，直接经济损失4 5 千万元，对虾养殖因此出现重大滑坡： 1 9 9 9 年2 4 月，全县2 0 余家鲍养殖场发生鲍死亡，直接经济损失3 千万元；2 0 0 0 年和2 0 0 1 年，八尺门海域连续两年在春末发生大面积网箱养殖鱼类死亡，死鱼数 量约1 0 0 t 。 八尺门海域位于东山县与云霄县交界处，是一个半封闭的狭长海域( 图l 1 ) ， 曾是全国最大的海水网箱养殖基地。1 9 9 9 2 0 0 0 年间网箱养殖数量约1 4 万多只， 2 次大面积死鱼后，部分网箱外迁，目前尚有约l 万箱。网箱养殖鱼类主要为美 国红鱼、大黄鱼、鲈鱼、鲷科鱼类、石斑鱼类和篮子鱼等。养殖饲料以小杂鱼为 主，每年投放量约7 千t 。 经过十几年的养殖，八尺门网箱养殖区内底泥淤积和水体污染严重。水中i n 、 i p 浓度超过二类标准的3 4 倍。1 9 9 8 年起，水中d o 开始低于5 m g l 的养殖标 准，1 9 9 9 年，夏季d o 一般在2 3 m g l 之间，冬季一般在4 5m g l 之间，d o 饱和度一般低于6 0 ，水体长期处于低氧状态。2 0 0 0 年4 月底至5 月初，发生大 面积死鱼事件，2 0 0 0 年4 月3 0 日死鱼现场d o 最低测值为o 9 0 m g l ，n h 4 - n 高 达o 6 6 m g l 。2 0 0 1 年5 月再次发生大面积死鱼事件。1 9 9 9 年至2 0 0 1 年间还发生 了多次小面积的死鱼事故。根据对八尺门网箱养殖区的几次死鱼事故调查结果， 死鱼的主要原因是水体缺氧，缺氧条件下n h 3 和h 2 s 等有毒物质浓度升高，二者 协同作用，造成鱼类窒息、中毒死亡。即使在不发生死鱼的情况下，水中低浓度 第一章前言 的d o 和高浓度的n h 3 、h 2 s 等有害物质对鱼类的摄食、生长、抗病能力也存在 着较大的影响。据养殖户介绍，9 0 年代初网箱养鱼的生长速率是目前的2 3 倍。 此外，由于水质差，目前已基本不能养殖经济价值较高的鱼类，如石斑鱼类，而 只能养殖一些经济价值较低，每斤价格在l o 元左右的鱼类，如美国红鱼、篮子鱼 等，由于价格太低，许多养殖户出现亏损。 1 4 课题的提出及研究的目的意义 东山县部分海水养殖自身污染严重，已给东山县的社会经济和生态环境带来 很大影响。本课题即针对这一问题，结合东山县的实际情况，在全面查阅国内外 相关资料的基础上，选择以生物修复治理海水养殖污染作为研究课题，旨在利用 大型藻类对养殖污染水体生物修复的应用基础研究上取得新突破，并在生产实践 中推广应用。 藻类在生长过程中，能够通过光合作用吸收水中的n 、p ，合成自身的有机 物质，并释放出氧。将大型藻类投放到污染水体，可以降低水体的n 、p 浓度， 可以在不改变水域功能的情况下治理污染，效果好、投资省、费用低、易于管理 与操作、不产生二次污染物。这种生物修复技术是极具发展前景的污染水体治理 技术。 本课题选择江蓠进行生物修复实验，不仅因为江蓠对海水有较强的净化能 力，还由于江蓠是鲍的主要饲料，目前东山县的江蓠供应量仅占需求量的2 0 。 如能在污染海区成功养殖江蓠，不仅可以改善环境，维护海洋生态系统的良性循 环，还可以降低养殖成本，提高该县的江蓠产量，缓解江蓠的紧缺状况。由于夏、 秋季节气温较高，水中d o 浓度较低，容易发生缺氧死鱼事故，适合夏秋季节生 长的菊花心江蓠对水体修复和防止死鱼发生的意义更大，但目前国内对其研究很 少。因此，本研究以菊花一f l , 江蓠为主要实验品种，只在冬季菊花心江蓠生长停滞 时，使用细基江蓠繁枝变型( 本研究使用的唯一细基江蓠品种，以下均简称细基 江蓠) 为替代实验品种。 本研究将为污染海区的生物修复提供依据。利用本研究成果，可进行鱼、虾 一藻