（环境科学专业论文）红树林种植—养殖系统内浮游植物及营养盐的动态研究.pdfVIP

摘要 学计量得出的限制因素，不一定是实际的限制因素，还要通过比较环境营养盐 浓度与可能限制营养盐吸收的浓度后才能确定。 关键词：海桑， 秋茄，裥花树，浮游植物，营养盐 a b s t r a c t d y n a m i c so fp h y t o p l a n k t o na n dn u t r i e n t si ni n t e g r a t e d m a n g r o v ea q u i c u l t u r es y s t e m m a j o r ：e n v i r o n m e n t a ls c i e n c e s u p e r v i s o t ：p r o f c h e ng u i z h u n a m e ：l i nl i h u a a b s t r a c t n u t r i e n ts a l t sa n dp h y t o p l a n k t o nl e v e l si n9a q u i c u l t u r ep o n d sp l a n t e dw i t h3d i f f e r e n t m a n g r o v et r e es p e c i e s ( s o n n e r a t i ac a s e o l a r i s , k a n d e l i ac a n d e la n da g e i c e r a sc o m i c u l a t u m ) i n3a r e a r a t i o s ( 1 5 ，3 0 a n d4 5 r e s p e c t i v e l y ) w e r em o n i t o r e do v e ra2 - m o n t hw a t e r e x c h a n g ec y c l ep m i o di ns h e n z h e n ，g u a n g d o n gp r o v i n c ei n2 0 0 2 - 2 0 0 3 as e p a r a t e d a q u i c u l t u r ep o n dw i t h o u tt r e e sw a su s e da sac o n t r 0 1 n u t r i e n ts a l t sa n dp h y t o p l a n k t o ni nt h e e x p e r i m e n t a lp o n d sw e r ea l s om o n i t o r e do v e ra na q u i c u l t u r ec y c l ei n2 0 0 4 r e s u l t ss h o w e dt h a tp h y t o p l a n k t o nc o m m u 皿yi sv e r yu n s t a b l e p h y t o p l a n k t o nd e n s i t y a n db i o m a s sw e r el a r g ea n df l u c t u a t e dd r a s t i c a l l yi na l lp o n d sa n dn op a t t e r nc o u l db e d i s c e r n e d e x p e r i m e n t a lp o n d sc o u l de f f e c t i v e l yr e d u c en u t r i e n tc o n c e n t r a t i o n s t h e c o n c e n t r a t i o n so fd i ni ne x p e r i m e n t a lp o n d sd e c r e a s e d d i s t i n c t l yi n2w e e k s a n dt h e c o n c e n t r a t i o n so fp 0 4 一pi ne x p e r i m e n t a lp o n d sm a i n t a i n e dw h i l ei ti n c r e a s e dd r a s t i c a l l yi n t h ec o n t r o lo n e r e s u i t si n d i c a t e dt h a tt h e p u r i f i c a t i o n e f f i c i e n c yv a r i e da c c o r d i n gt o d i f f e r e n tm a n g r o v es p e c i e sa n dd i f f e r e n td e v e l o p m e n tp h a s e s t h ee x p e r i m e n t a lp o n d sh a d s i m i l a rp u r i f i c a t i o n e f f i c i e n c yd u r i n gm a n g r o v et r e e s y o u n ds p r o u tp e r i o d ，b u ti tw a s d i f f e r e n td u r i n gt h o s et r e e s b i e n n i a lp e r i o d r e s u l t ss h o w e dt h a t p o n d sp l a n t i n gw i t h a g e i c e r a sc o m i c u l a t u mw e r em o s te f f i c i e n ti nr e d u c i n gb o t hna n dpc o n c e n t r a t i o n s t h e r e s u l t sa l s os h o w e dt h a tp o n d sp l a m e dw i t ha1 5 a r e ar a t i oo fm a n g r o v et r e e sh a ds i m i l a r l e v e l so f p u r i f i c a t i o na sh i g h e ra r e ar a t i o s w i t ho b v i o u sb e n e f i t s ，t h e r e f o r e , t h e p l a n t i n ga r e a r a t i oo f1 5 w a sr e c o m m e n d e d t h er e l a t i o n sb e t w e e nn u t r i e n ts a l t sa n dp h y t o p l a n k t o nw e r ea l s oa n a l y z e di nt h i s i i i 竺坐塑 t h e s i s - r e s u l t ss h o w e dt h a te x c e s s i v e l yh i g hc o n c e n t r a t i o n so fn o - n a n dp 0 4 3 _ pl i m i t e d t h eg r o w t ho fp h y t o p l a n k t o n w h e nt h ec o n c e n t r a t i o no fd i n w a sl o wa n dp o ，pw a s r e l a t i v e l ya b u n d a n t ，b l u e g r e e na l g a ea t t e n d e db e s tg r o w t h i no r d e rt oe x p l a i nt h er e l a t i o n b e t w e e nt h en pa n dp h y t o p l a n k t o ne x a c t l y , m u c hm o r ed a t ai s n e c e s s a r y t h el i m i tf a c t o r c a l c l l l a t b yc h e m o m e t r i c sw a su n l i k e l yt h er e a lo n e t h ec o n c e n t r a t i o no ft h es u s p e c tl i m i t f a c t o rm u s tb ec o n c e r n e d k e yw o r d s ：s o n n e r a t i ac a s e o l a r i s 、k a n d e l i ac a n d e l 、a g e i c e r a s m f 如m m 、 p h y t o p l a n k t o n 、n u t r i e n ts a l t s i v 塑塑! 塑竺 图目录 图2 1 红树林种植一养殖系统示意图1 3 图2 2 采样点分布图1 5 图3 - 1 换水周期内浮游植物的种类组成1 9 图3 - 2 换水周期内各养殖塘的浮游植物密度1 9 图3 - 3 换水周期内各类群浮游植物的平均密度百分比1 9 图3 4 换水周期内各养殖塘的叶绿素a 含量2 3 图3 - 5 换水周期内s h a n n o n 多样性指数与均匀度指数的变化一2 3 图3 _ 6 养殖周期内浮游植物的种类组成2 7 图3 7 养殖周期内各试验塘的浮游植物密度2 8 图3 - 8 养殖周期内各类群浮游植物的平均密度百分比2 8 图3 - 9 养殖周期内各试验塘的叶绿素a 含量一3 0 图3 1 0 养殖周期内s n a r o r o n 多样性指数与均匀度指数的变化3 4 图3 一l l 换水周期内的d i n 、s r p 浓度和n ，p 值4 1 图3 1 2 养殖周期内的d i n 、s r p 浓度和n p 值4 4 表目录 表i - 1 备指数值与水质状况的关系8 表1 2 海水水质标准9 表2 - 12 0 0 2 年红树林种植一养殖系统鱼收获情况1 4 表2 22 0 0 4 年养殖情况1 4 表3 - 1 换水周期内浮游植物总密度与各类群密度的相关性2 0 表3 - 2 换水周期内浮游植物优势种及其占总密度的百分比，2 1 表3 - 3 换水周期内浮游植物s h a n n o n 多样性指数与各类群密度的相关性2 4 表3 4 换水周期内浮游植物均匀度指数与各类群密度的相关性2 5 表3 5 养殖周期内浮游植物总密度与各类群密度的相关性一2 9 表3 - 6 养殖周期内浮游植物优势种及其占总密度的百分比3 1 表3 7 养殖周期内s i i a n n o n 多样性指数与各类群密度的相关性3 5 表3 - 8 养殖周期内均匀度指数与各类群密度的相关性3 6 表3 - 9 总无机氮达标情况一3 9 表3 1 0 活性磷酸盐达标情况4 0 表3 1 1 养殖周期内n i - 1 4 + n 与浮游植物密度的相关性4 7 表3 ，1 2 养殖周期内n 0 2 n 与浮游植物密度的相关性一4 8 表3 一1 3 养殖周期内n o a - - n 与浮游植物密度的相关性4 9 表3 1 4 养殖周期内d 阱与浮游植物密度的相关性一5 0 表3 1 5 养殖周期内p 0 4 ：? , - p 与浮游植物密度的相关性5 l 表3 1 6 养殖周期内n p 与浮游植物密度的相关性s 2 v l 中山大学硕士研究生毕业论文 红树林种植养殖系统内浮游植物及营养盐的动态研究 1 1 选题背景 第1 章前言 在人口激增的今天，如何利用有限的自然资源解决粮食安全问题是世界各 国都十分关注的议题，人类越发意识到海洋“宝库”的重要性和海洋资源开发 利用的现实性。因此，被称为“蓝色农业”的海水养殖业近几十年来发展迅速。 滩涂是人类最早开发利用海洋的场所。我国有丰富的滩涂资源，滩涂海水 养殖业由来已久，自古“营渔盐之利、行舟楫之便”就与滩涂密切相连。近十 几年来滩涂养殖在海水养殖中发展最快，1 9 8 6 1 9 9 0 年年均增长1 3 6 ，1 9 9 0 年以后年均增长2 1 8 。滩涂养殖产量在海水养殖总产量中的比重从1 9 8 6 年 的3 9 上升到2 0 0 0 年的4 5 “3 。 海水养殖业在带来巨大经济效益的同时，也严重影响了近海的生态环境。 特别是随着集约化养殖的快速发展，养殖动物的排泄物及残饵大量产生，氮、 磷营养盐的污染也加速了近岸海域的富营养化。养殖水体的恶化同时也会引发 养殖病害，影响水产品的产量和安全。水产养殖引起的水污染问题已经成为制 约水产养殖业可持续发展的重要因素，如何降低水产养殖过程中产生的水污染 和处理养殖废水已经成为水产养殖亟需解决的重要问题。 目前对养殖废水的处理技术主要有物理法、化学法和生物法。虽然前两种 方法对养殖废水的处理都是直接、快速、有效的，但也存在着投资大、耗能高、 设备需要经常维修、受外在条件限制等缺点。相比之下，生物处理技术强调生 态系统中生产者、消费者、分解者之问的动态平衡，能够保持养殖水体水质的 良性循环。1 。国内外众多研究表明，水生高等植物对水体也具有较好的净化作 用。但目前的研究主要集中在水生草本植物对污水的净化，而水生木本植物对 养殖废水的净化研究未见报道。国家8 6 3 海洋生物技术项目( 编号： 2 0 0 1 a a 6 2 7 0 3 0 ) 通过构建滩涂海水红树林种植一养殖耦合系统，探讨不同红树品 第1 章前言 种、不同种植养殖比例的耦合系统对污水的净化效果，以便为水生木本植物净 化污水的研究提供基础数据。 为了评估上述系统对污水的处理效果，需要对耦合系统的水质进行中长期 监溅。昏前常用的水污染监测指标主要有“：物理性质( 如永温、色度、p h 值、 浊度等) 、无机阴离子( 如硫化物、氰化物、硫酸盐、碘化物等) 、营养盐及有 机污染综合指标( 如溶解氧、化学耗氧量c o d 、五日生化需氧量b o d 。、氨氮、 亚硝态氮、硝态氮、磷等) 、金属及其化合物( 银、砷、镉、汞、铅等) 、有机 物( 总有机碳t o c 、挥发酚、卤代烃等) 、生物指标( 浮游生物、着生生物、底 栖动物) 等等。因为养殖水体的主要营养负荷是氮、磷，所以本论文选取无机 氮、磷营养盐作为水质评价的指标。又因为浮游植物既是养殖动物的饵料，又 是养殖动物生存资源的竞争者，同时还可以指示水质的优劣，所以本研究也选 取浮游植物作为评价水质的指标。因此，本论文利用理化指标( 无机氮、磷) 和生物指标( 浮游植物) 对永质进行综合评价。 1 2 国内外研究现状与进展 1 2 1 海水养殖的水体污染 1 2 1 1 海水养殖的水体污染概况 2 0 世纪以来，由于人口的戥增和社会经济的快速发展，人们对海产品的需 求量大大增加。据预测，人类对鱼类的消费量在今后1 5 年内将增加5 0 “3 。我 国是世界上难一养殖产量高于捕捞产量的国家，淡水养殖和海水养殖产量占世 界养殖总量的5 0 以上“1 。2 0 0 2 年，我国海水养殖面积已经达到1 3 4 4 8 1 0 6 h f f ，比2 0 0 1 年增长了4 5 3 ，占2 0 0 2 年我国水产品养殖总面积的1 9 7 3 m 。 然而，大规模海水养殖使得大量水面被围栏或密置网箱，水面超负荷运载，由 于网围精养采取高密度放养，并大量投喂外源饵料、肥料，排泄物增加，导致 水质氮、磷含量急剧增加，透明度下降，水质恶化，病害增加，水体富营养化 加重，赤潮发生几率提高“1 。海水养殖的自身污染已经成为制约海水养殖业本 2 中山大学硕士研究生毕业论文 红树林种植养殖系统内浮游植物及营养盐的动态研究 身持续、快速、健康发展的重要因素。 由于养殖过程中固液态废物的排放，导致养殖水体及其邻近水域污染物含 量超过正常水平，使水体生态功能受到影响的状况称为养殖自身污染”。海水 养殖输出的废物主要包括残饵、排泄物、养殖动物的残体、化学药品等“，但 潜在污染物的主要来源是与饵料相关的废物“，残饵占水产养殖排出污染物的 3 5 。 1 2 1 2 海水养殖的氮、磷污染 研究发现，在残饵和排泄物中的氮、磷污染尤为突出，氮、磷元素一方面 是生物生长的必需元素：另一方面，大量的氮磷排放会导致水质恶化，引起水 体富营养化。 海水养殖，无论是养鱼还是养虾都会有大量的氮、磷外排。h a l l 等“”研究 表明，每生产1 t 的鲑鱼，溶失到环境中的n 就有9 2 1 0 2k g ，占总输入n 量 的7 2 7 9 ，其中以溶解无机氮( d i n ) 为主，占总输入n 的5 8 7 8 。h o l b y “” 的研究表明，每生产1t 的鱼，每年环境中的p 负荷就增加1 9 6 2 2 4k g ， 但随着养殖鱼种类的不同而有所不同，如每生产1t 的红鳟鱼，每年就有4 0 4 5k g 的p 进入环境；每生产1t 的鲑鱼，每年就有9 0 9 5k g 的p 进入环 境1 。 在虾的养殖方面，精养虾池中，人工投饵输入的氮占总输入氮9 0 左右， 其中真正转化为虾体内的n 不到总输入n 量的2 0 ，其余大部分( 6 2 6 8 ) 沉积于池底淤泥中，此外有8 1 2 以悬浮颗粒氮、溶解有机氮、溶解无机氮 等形式存在于水中并排入海里“。据报道，在东南亚对虾半精养或精养过程中， 每年投入虾池5 0 0k gn h m _ 2 、5 0k g p h 矸f 2 或1 8 6 8k g n h i l l2 、4 3 3k gp h m - 2 ， 即使在管理较好的半精养虾池也仅有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 排入海里；在精养池塘约有2 1 7 的n 和6 的p 被收获，8 4 的n 和7 2 的p 排入海里“。 海水养殖中n 、p 污染的加剧，导致了由海水养殖引起的赤潮发生几率呈明 显上升的趋势。对我国在1 9 3 3 2 0 0 1 年间发现的4 6 0 余次的赤潮记录进行归类、 统计、分析表明，养殖型赤潮占发生总数的2 7 ”1 。赤潮物种会消耗水体中的 第1 章前言 溶解氧并产生赤潮毒素，也会造成鱼、虾、贝、蟹的窒息死亡。 1 2 1 3 海水养殖废水的处理 从理论上讲，许多常规的物理、化学、生物的污水处理技术都可以应用在 养殖体系“”。如刘鹰等“8 1 利用臭氧水处理水产养殖废水取得成效，不仅能迅速 杀灭细菌、病毒，降低硫化物、氨等有害物质，又可以增加水中的溶解氧，而 且作用快，无二次污染。又如，杨宇峰等“”曾在海水养殖区内大规模栽培海带、 龙须菜、条斑紫菜等大型海藻，结果显示栽培的海藻生产力很高，生长过程大 量吸收氮、磷等营养元素，在水生生态系统碳循环和富营养化方面起到重要的 作用。 虽然许多物理、化学、生物方法对处理养殖废水都是可行的，但在实际的 生产过程中，单一的方法往往不能有效地控制养殖污染。因此，学者开始探索 一些综合的养殖废水处理模式，其中就包括了入工湿地生态系统“”。台湾学者 y i n g f e n gl i n 等1 在台南一个0 2h m 2 的养殖m i l k f i s h 鱼塘旁构建一个潜流 和表面流人工湿地串联的湿地处理系统，内部种植水菠菜、芦苇等水生植物， 经过八个月的运行，湿地能去除8 6 一9 8 的氨氮，磷酸盐的去除达到0 “7 g m d ，同时去除c o d 和悬浮固体物的比率分别为2 5 - - - 5 5 和4 7 一8 6 。人 工湿地污水处理系统被认为是低开发、低维持费用、低能耗、高稳定性的污水 处理方式o “。 1 2 2 对红树林生态系统的研究 红树林是热带亚热带地区，陆地与海洋交界的海岸潮间带滩涂上生长的由 木本植物组成的乔木和灌木林，现有红树林植物2 3 科3 0 属8 1 种。红树林是河 口生态系统重要的第一生产者之一，是调节海湾河口生态平衡的重要因素。“。 在红树林区进行海产养殖的优点已经得到充分的肯定。研究表明，红树林生态 系统对近岸水域初级、次级生产力的提高有重要作用。“。红树林群落是强大的 生产者，生物能量的供应者，林下浅潍是鱼、虾、蟹、贝、藻类栖息繁衍的场 所，是天然的水产养殖场。利用红树林区养殖基本上保持了养殖生物的天然环 4 中山犬学硕士研究生毕业论文 红树林种植养殖系统内浮游植物及营养盐的动态研究 境，既可以节省建造人工鱼礁的投资，也可以减少饵料的投放量”1 。红树林群 落的各种( 厌氧、耗氧) 微生物还可以降解鱼、虾、蟹、贝和其他生物的残骸。 长期以来，红树林湿地系统被认为是排放污水和废水的便利场所。系统 中的红树植物、土壤和微生物等各个要素都可以发挥净化效应。其中微生物由 于植物根部根际效应的存在、根系分泌物共代谢或协同作用以及发达的呼吸根 和通气根可向水体和土壤泌氧，从而能改善植物根部一土壤微环境，建立一个 根区生态系统，使污染物得到有效降解啪1 。 红树植物、红树林湿地系统对重金属、生活污水、牲畜废水和养殖废水的 处理效果已经纷纷得到了肯定。李玫等”1 研究红树林湿地对化工废水的处理效 果，表明红树林植物可以吸收废水中的重金属元素，将其积累在根部，减少重 金属向环境的排放。在自然生境下，红树林对土壤沉积物的重金属污染物吸收 能力是很低的，植物体对土壤重金属的累积系数除c d 较大外，大都在0 1 以下。 同时红树植物所吸收的重金属主要累积分布在动物不易直接啃食或利用的根、 质地较为坚硬的树干和多年生枝干上，这些部位累积量占群落植物体内总量的 8 0 8 5 。表明在自然条件下，红树林可以为异养生物提供大量洁净的食物， 并且避免了通过食物链的不断富集而引起对人类健康的危害”。 对红树林湿地净化生活污水的研究表明，生活污水的排放可以引起红树 林湿地系统水体d o 值下降，b o d 。和c o d 值上升，t n 、t p 升高。但同时，排污对 秋茄、桐花树、白骨壤等红树植物的生长( 包括树高、茎径和生物量的年增长 量以及年净生产力) 都有促进作用。陈桂珠等“研究人工污水中n 在模拟秋茄 湿地系统的循环及其净化效应时发现，系统对污水n 的净化效果随污水n 浓度 的增大而增大，有植物的系统比不种植红树植物的系统净化效果好。 叶勇等。”曾建立红树植物木榄处理系统和秋茄处理系统净化牲畜废水，实 验结果显示两个处理系统对n 营养盐的去除率在淡水条件下为9 5 5 和8 4 3 ， 在海水条件下则为9 8 0 和9 2 7 ；p 营养盐的去除率在淡水条件下为9 1 8 和 7 9 2 ，在海水条件下为9 7 8 和8 8 o 。 有不少学者对红树林湿净化养殖废水的效果进行了研究，但多数集中在自 然红树林对养殖废水的净化作用、，涉及红树林种植一养殖耦合系统的未见报 道。 5 第1 章前言 由于红树林区海产养殖的优点以及红树林生态系统对水质的净化效果都已 经分别得到了肯定，因此将红树林湿地系统的两个优点糅合在一起，构建红树 林种植一养殖耦合系统，这对合理利用有限的资源，实现可持续发展具有重要 的意义。这也是本研究的宗旨。 1 2 3 对浮游植物的研究 1 2 3 1 浮游植物在水生生态系统的重要性 浮游植物是在水中呈浮游状态生活的微小植物，通常指浮游藻类。藻类是 水体中重要的有机物质制造者，在整个水生生态系统中占有重要的地位”“。首 先，藻类是光合自养生物，可以吸收无机碳进行光合作用放出氧气，使水体处 于氧化状态，减少n h 。、如s 、c h 。等有害气体产生汹3 。其次，藻类可以作为浮游 动物的饵料，间接成为了养殖动物的天然饵料。“；而且，藻类可以直接作为一 些鱼类，如自鲢、花鲢o ”、圆鳍雅罗鱼、软口鱼、非洲鲫鱼和遮目鱼“1 的饵料。 因此，藻类代表着到达最终养殖生物产量的食物链基础。此外，藻类可以与 细菌等相互配合，对水体净化过程起主要作用 4 0 3 如藻类可以吸收营养盐，减 少氨氮及亚硝态氮等有毒物质“1 。但是，长期研究表明，有些藻类具有毒性， 如某些蓝绿藻。已经确定有毒的藻类有：微孢藻、铜绿微囊藻、水花鱼腥藻、 水花束丝藻、居氏腔球藻、细针胶刺藻等等。“。所以，浮游藻类在水体食物 链、生物生产环节中起到相当重要的作用。 研究表明，在红树林区，由于其生境特殊，所以藻类种类丰富、多样性高， 对水域的次级生产有促进作用，而且具有多种生态功能“。因此对红树林区的浮 游植物进行动态研究可以更好地说明红树林生态系统的独特生态功能。而且， 在红树林种植一养殖水体研究浮游植物与水质的关系尚未见报道。 1 2 3 2 浮游植物用于水质监测 一般认为，水质状况与浮游藻类的种类、数量密切相关“。水体清洁，浮 游植物种类多，每种藻类的数量相对少；随着污染加重，敏感性生物种类逐渐 死亡消失，能够生存下来的耐污、耐毒种类在没有别的生物与之竞争的条件下， 6 中山大学硕士研究生毕业论文 红树林种植养殖系统内浮游植物及营养盐的动态研究 个体数量大增；污染严重时，耐污种类也逐渐消失“。因而浮游藻类可以作为 水体监测的重要指标，其种类和数量的变化是水环境质量的综合反映“。研究 浮游植物的群落结构，可以为评价红树林种植一养殖系统对水质的净化功能提 供科学的、基础的资料。 浮游植物用于水环境质量监测始于k o l k w i t z 和m a r r s o n ( 1 9 0 8 ) 1 ，目前 已经在国内外得到广泛的应用“”，其研究方向包括了以下几个方面。 ( 1 ) 密度分析 浮游植物密度大于1 0 1 0 5 个升为富营养型，处于3 1 0 5 l o 1 0 5 个升 为中营养型，小于3 1 0 5 个升为贫营养型“4 8 、“1 。 ( 2 ) 多样性指数分析 浮游植物的多样性与水生生态系统的稳定性有着密切的关系。现在对浮游 植物多样性的研究主要有：物种的数量分布、色素的多样性、生物标记物和多 样性指数等手段。其中多样性指数是浮游植物群落分析中最常用的工具之一。 联合国教科文组织( u n e s c o ) 在浮游植物手册1 中推荐s h a n n o n 指数( 使 用最多的指数) 、s i m p s o n 指数等。此外，常用的指数还有m a r g a l e f 指数和p i e l o u 指数。 孙军。”认为，在一般情况下，m a r g a l e f 指数、s h a n n o n 指数( 以2 为底或 e 为底) 、p i e l o u 指数( 见公式卜1 、卜2 、卜3 ) 等应用于浮游植物群落多样性 研究都是合适的。但由于多样性指数和水质的关系是复杂的，与水体类型、计 数的方法及鉴定种类的详细程度等诸多因素都有关系”“。所以建议综合使用多 样性指数。又因为m a r g a l e f 指数忽略了个体数量在各种属分布比例这个关键的 水污染指示因子，所以本论文只使用s h a n n o n w e a v e r 多样性指数和p i e l o u 均匀度指数评价水体状况。指数与水质状况的关系见表卜1 。 m a r g a l e f 指数：d ：_ ( s 一- 1 ) ( 卜1 ) j n s h a n n 。n - w e a v e r 指数：h ，：一宠b f 玎) l i l 舛，1 ) 5 4 3 ( 卜2 ) 均匀度指数：e = 丽h 5 5 7 ( 1 3 ) 第1 章前言 以上各式中：n 单位面积的藻类总个体数 n i 第i 种藻类的个体数； s 镜检到的藻类的种类数。 表卜1 各指数值与水质状况的关系 t a b l e1 一iw a t e rq u l i t ya n ds h a n n n o nd i v e r s i t yi n d e x e v e n n e s si n d e x ( 3 ) 叶绿素a ( c h l o r o p h y l l a ，简写为c h l a ) 1 分析 水中的叶绿素是指水中浮游植物的现存量，是用来描述浮游植物利用光能 进行光合作用将无机物质转变为有机物质时，有杌物生产力的一个重要指标。 由于叶绿素a 在一切浮游藻类里大约占有机物干重的1 - 2 “，所以是估算浮游 藻类生物量的良好指标。 吉村呻1 规定叶绿素a 含量在0 3 2 5ug l 为贫营养型水体；叶绿素a 含 量在5 1 4 01 1g l 属于富营养型水体。 1 2 4 对无机氮和活性磷酸盐的研究 由于浮游植物与浮游植物之问，浮游植物与其他生物之间，以及浮游植物 与非生物环境因素之间，有很复杂的相互关系，从而降低了浮游植物监测的灵 敏性和专一性；其次，只利用浮游植物难以对某一特定的污染因素进行准确监 测；而且，浮游植物监测更多地是一种定性的描述，难以进行定量的说明，难 以制定相应的水质标准。，所以单纯利用浮游植物监测水质存在缺点。因此本 论文在研究浮游植物的同时，还考虑到d i n ( n h ? - n 、n o 产n 、n o r n ) 、活性磷 酸盐( p 0 。一p ) 等因子的作用。 无机氨( d i n ) 和活性磷酸盐( s o l u b l er e a c t i v ep ，简称s r p ) 具有双重 8 中山大学硕士研究生毕业论文 红树林种植养殖系统内浮游植物及营养盐的动态研究 作用。一方面，作为营养盐，氮磷是浮游植物生长不可缺少的营养元素，大约 以1 6 ：l 的原子比例被浮游植物吸收”；其次，氮磷对鱼虾贝蟹等养殖生物的 生长有重要的影响，如施放磷肥可以提高大多数鱼塘的产量汹3 。另一方面，d t n 和s r p 已经成为近岸海域的主要污染因子。n 、p 营养物质成为水体富营养化的 污染源。d i n 含量过高会对生物产生不利影响。n 儿+ _ n 含量高时，对鱼类呈现毒 害作用，对人体也有不同程度的危害。n 0 2 - - n 进入人体后，可将低铁血红蛋白 氧化成高铁血红蛋白，伎之失去输送氧气的能力。n 0 3 - 一n 进入人体后，经肠道 中微生物作用转变成n o 。n 而呈现毒性。“。 目前，对d i n 和s r p 用于水质监测的研究主要是根据两者测得的浓度，以 海水水质标准( g b3 0 9 7 一 9 9 7 ) 来评价水质状况。评价标准见表卜2 。 表卜2 海水水质标准( 单位：m g 1 1 ) t a b l e1 2n a t i o n a l s t a n d a r do fs e a w a t e rq u a l i t y ( m g 1 - ) 1 2 5 对氮、磷与浮游植物关系的研究 氮、磷营养盐与浮游植物的关系是许多从事浮游植物研究的学者都普遍关 注的课题。一方面，氮、磷是藻类生长的必要营养元素、，浮游植物能吸收 不同形态的氮、磷，丰富的氮、磷营养物质在适宜的条件下为各种藻类的大量 繁殖提供了养料来源”1 。研究结果表明，养殖水体的浮游植物吸收0 1 5 个n ：， 可以释放1 个q 1 。另一方面，氮磷营养盐的改变会导致浮游植物群落结构的 改变”1 。t e l e s hiv 和k r o m k a m pj 嘟、”1 证实，较长时间尺度的环境变化，特别 是营养盐含量的变化会引起初级生产者群落结构的改变。 i 2 5 1 无机氮与浮游植物的关系 氮是浮游植物必须的营养元素之一。浮游植物的种类不同，其有效氮的形 9 第1 章前言 式也不一样，总体而言，最普遍适用的是无机氮化合物，特别是n h t 。n 和n 0 3 - - n 。 绝大多数浮游植物，总是优先利用n h 4 + - n ，仅在n h , + - n 几乎耗尽后，才开始利 用n o ；- n ”1 。 在水产养殖中，养殖生物的排泄物会产生氮，多数是对养殖生物本身非常 有毒的n h 3 一n 。浮游植物可以使一些有毒的n b 转化为n 乩+ ，后者不仅对养殖生 物无害，而且能被浮游植物吸收“。刘淑芳研究保定市府河发现，浮游植物类 群与营养物质有一定关系。水体n h 。一n 含量高的点位，浮游植物种类多；反之， n h 3 一n 含量低的点位，浮游植物种类数少1 。研究也表明，氨氮的浓度也与优势 种有密切的关系，氨氮浓度过高池塘，出现以适宜在有机物质丰富的小型水体 生长的类群为主，只能吸收氨基的裸藻门常成为优势类群“。 关于各形态n 对浮游植物生物量的影响，学者持有不同的观点。钱天鸣对 杭州西湖的研究表明，叶绿素a ( c h l a ) 含量与n h 。n 、n 魄一n 、n o - n 呈负相 关帆1 。但饶钦止m 1 对武汉东湖的研究表明，n 0 2 一n 才是对总生物量影响较大的 环境因子。 1 2 5 2 活性磷酸盐与浮游植物的关系 磷也是浮游植物必需的营养元素之一，s r p 是各种浮游植物普遍有效的形式 ”1 。虽然浮游植物对磷的需求量比氮少，但由于自然界中含磷化合物的溶解性 和移动性比氮差，所以磷对水体初级生产力的限制作用往往比氮更强”，常常 被认为是第一位限制性营养元素。 赖子尼”3 认为，浮游植物的优势种群与水中s r p 的浓度有关，$ r p 浓度较 为适宜的池塘，浮游植物种类较多，种群数量也较大，无明显优势种类，水质 稳定；s r p 浓度过高池塘，以固氮蓝绿藻种类为主，常以栅藻为优势种。 在无机磷对浮游植物生物量影响方面的研究，暂时还没有得出明确的结果。 孙耀研究对虾养殖池发现，水中浮游浮游植物密度与无机磷( i p ) 之间呈幂函 数衰减关系，但相关性较低1 。但钱天鸣”2 1 对杭州西湖的研究得出相反的结果， 实验表明浮游植物生物量与s r p 浓度呈正相关。由此可以推测，不同的生境， 营养盐与浮游植物之间的关系可能存在差异。 中山大学硕士研究生毕业论文 红树林种植养殖系统内浮游植物及营养盐的动态研究 1 2 5 3 营养盐结构对浮游植物的影响 营养盐的结构( 即n p ) 是指营养盐的相对组成。由于浮游植物有适应n 、 p 浓度及比例的能力，当主要养分浓度改变，浮游植物群落结构随之发生变化。“， 所以水体营养盐含量的改变可能导致浮游植物种群的演替。一般认为，水体中 无机氮与活性磷酸盐的最适比例是( 7 1 0 ) ：l ”1 。吴洁等m 3 的浮游植物增长潜 力试验表明，当n p 1 6 时，磷对浮游植物的促进作用比氮更明显。当n p 小于 7 时，氮是可能的限制性营养盐；n p 大于7 时，磷是可能的限制性营养盐”“。 高玉荣等1 对污水中氮、磷与浮游植物关系所作的研究表明，污水n p 比例大， 即n 含量大时，绿藻占的比例较大，绿藻所占百分比随n p 比例的上升而增加。 n p 比例小，即n 含量小，而p 含量相对较大时，蓝藻占比例大，尤其是有固 氮能力的蓝藻：s m i t h ”1 对湖泊的研究也得到了相同的结果。对污水中浮游植物 群落的研究表明，在氮、磷充足的情况下，合理的n p 比例对浮游植物生长、 群落结构多样性和污水净化有利”“。 1 。3 研究内容、目的及意义 本论文对红树林种植一养殖系统内浮游植物、无机氮磷营养盐的动态特征分 别进行了为期2 个月的换水周期研究和整个养殖周期的研究，并对浮游植物及 营养盐之间的相互关系进行了初步的探讨。据此评价不同红树品种、不同种植 一养殖比例的红树林系统对水质的净化效果，为筛选出最佳的种植一养殖配套 模式提供理论依据。这样的研究在国内外，尚未见报道。 第2 章材料与实验方法 第2 章材料与实验方法 2 1 实验区概况 野外实验地点设在深圳海上田园风光旅游区内。海上田园风光旅游区( 1 1 3 。4 5 7 5 3 0 ”e 、2 2 。4 3 1 4 4 ”n ) 位于深圳市宝安区沙井镇境内的西海岸、 珠江口伶仃洋东岸，南接福永镇，东北与松岗镇相邻。该地区位于北回归线以 南，属于南亚热带海洋季风气候，全年气候温和暖湿、雨量充沛。园区内滩涂 资源丰富，从东北向西南每隔2 3k a n 就有一条河涌流入大海，形成了特有的 河涌、鱼塘纵横交错的水网风光。 2 2 养殖塘的构建 选取西海堤以东二号涌和三号涌之间4 0h m 2 的鱼塘，于2 0 0 2 年2 月2 0r 3 月2 0 日在塘内挖泥构筑红树林种植小岛( 高0 8m ) 和养殖沟。在原有鱼塘 的三号涌进水口处设立水闸，以控制海水进出，便于塘内养殖水体的净化。 实验选用的红树植物有海桑( s o n n e r a n ac a s e o l a r i sl ) ，混种少量无瓣海桑 & a p e t a l ab u c h h a m ，均记为海桑，以后表述照此) 、秋茄( k a n d e l i ac a n d e ll d r u c e ) 、桐花树( a g e i c e r a sc o n i c u l a t u m ( l ) b l a n c o ) ，分别以a 、b 、c 表示；每 种红树植物构建4 5 ：5 5 、3 0 ：7 0 、1 5 ：8 5 的种植一养殖比例组合，分别以l 、 2 、3 表示。例如“b 2 ”就表示种植一养殖比例为3 0 ：7 0 的秋茄试验塘。种植 红树幼苗高1m 左右，种植间隔为im x lm 。在这9 个试验塘的东侧设置一个 不种植红树植物的对照塘，以d 表示。各塘编号、面积及红树种植情况如图2 1 所示。 耦合系统的养殖水是来自深圳沙井镇的v i 业废水、生活污水。养殖 中山大学硕士研究生毕业论文 红树林种植养殖系统内浮游植物及营养盐的动态研究 期间，红树试验塘水深维持在1 1m 左右，对照塘水深约为0 8m 。当水深高 于或低于1 1m ( d 塘为0 8m ) 时，适当外排养殖水或排入海水以调节水位。 璩 海罢： 备 口鬟 海雾 域 翻 海 堤 = 蛩潲c h a n n e l 巍2 圈例 al ：拜桑4 2 2 ；3 3 1 v a 2 a 2 1 矗叠如 ；37 b a 3 1 矗叠1 5 ，33 1 z a 3 b l ! 破茄帖37 l 田一 b 丑敢帝43 l m f i 3 ；敢带1 5 40 k c l ：恫藐树4 y k 4 埘口矗 c 2 橱花柑3 畎3 3 h 矗 c 3 1 桐花树1 5 4 4 h dz 埘鼠蒋6 n h 蠢 图2 - 1 红树林种植一养殖系统示意图 f i g 2 - ls k e t c hm a po fm a n g r o v ep l a n t i n g a q u i c u l t u r es y s t e m 2 3 养殖概况 2 0 0 2 2 0 0 3 年，1 0 个塘均放养美国红鱼和星洲红鱼。2 0 0 2 年7 月l o 日投 放美洲红鱼鱼苗，平均规格为0 2 2g 尾，投放密度7 5 0 0 尾h m 2 。2 0 0 2 年9 月 2 8 日增加投放星洲红鱼，平均规格为1 0 3g 尾，投放密度9 0 0 0 尾h m 2 。养殖 投喂的是浮水性膨化饲料，早晚各投喂1 次，平均投喂量为1 2 5k g h m d 。 2 0 0 2 年1 1 月7 日统一换入河涌水，所有鱼塘的管理措施均一致。 养殖年后，美国红鱼重量为5 0 0 7 5 0g 尾，星洲红鱼重量为4 0 0 6 0 0g 尾。红树植物种植塘鱼类收获平均5 3 1 0k g h m 2 ，d 塘4 4 7 0k g h m 2 。在试验塘 中，c 塘( 桐花树塘) 产量最高，平均5 5 3 5k g h m 2 ，c 1 塘达到5 5 8 0k g h m 2 ： 其次为b 塘( 秋茄塘) ，平均5 4 6 0k g l u n 2 ；h 塘( 海桑塘) 平均4 8 4 5k g h m 2 ， 其中a l 塘产量最低，只有4 3 6 5k g h m 2 ，产量低于d 塘，其原因主要是美国红 鱼成活较少，估计是因为2 0 0 3 年以来a 1 塘的凋落物多，大量耗氧分解，影响 鱼类生长。2 0 0 3 年收获情况如表2 1 所示( 表中数据为全年累计值) 。 第2 章材料与实验方法 2 0 0 4 年，试验塘主要养殖虾、蟹，在入水的同时会引入少量鱼类，养殖情 况如表2 2 所示。3 月7 日统一引入河涌水；4 月份开始投虾苗和蟹种；根据虾 蟹的生长情况适时添加饵料( 主要是白蚬) ；收获从7 月开始一直持续到1 2 月。 由表2 2 可知，a 1 、a 2 塘的投饵量少，只有其他试验塘的一半左右，因此 蟹的收获量约为其他试验塘的一半；但a 1 、a 2 塘虾的长势良好，收获量明显高 于其他试