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大型海藻对高度富营养化水体赤潮发生抑制作用的营养盐竞争机制研究

作　者: 李娟
导　师: 黄凌风
学　校: 厦门大学
专　业: 海洋生物学
关键词: 大型海藻生物修复高度富营养化赤潮营养盐竞争
分类号: X55
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 218次
引　用: 2次
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内容摘要

随着国民经济和城市化进程的高速发展,我国的水域富营养化与赤潮问题不断加剧。目前,利用大型海藻清除水中营养盐防治赤潮的技术已得到普遍重视和研究,但这方面的研究多数开展于富营养化程度相对较低（Ⅳ类海水水质以下）的海湾和浅海区域,而对于高度富营养化（Ⅳ类海水水质以上）的城市水体（如厦门市筼筜湖）的研究还比较少。由于大型海藻在高度富营养化的水域环境中不一定具备良好的生长和环境修复能力,所以有必要研究大型海藻在相应的高浓度营养盐状态下的生长和对营养盐的吸收利用特征。本课题研究了龙须菜（Gracilariopsis lemaneiformis）、细基江蓠繁枝变种（Gracilaria tenuistipitata var.liui）和石莼（Ulva luctuca）等大型海藻在不同温度以及高浓度营养盐下的生长情况、营养盐吸收特征和对牟氏角毛藻（Chaetoceros muelleri）的生长抑制作用,并从营养盐竞争的角度探讨了大型海藻对赤潮发生的抑制作用机理。主要研究结果如下:在15℃、20℃和25℃下,使用筼筜湖中营养盐污染最严重的3#站点的过滤海水来培养三种大型海藻,测定其生长速率及Chlα含量变化情况。结果显示,三种大型海藻在20℃和25℃生长较快;海藻的Chlα含量与生长没有明显关系。结合其他研究者的研究结果,细基江蓠繁枝变种的适温范围为20℃～30℃,龙须菜和石莼的适温范围为15℃～25℃。另,同样的培养条件下,两种红藻的生长都没有受到影响,而石莼在3个温度下从第5天开始都出现漂白现象。可见,高浓度营养盐并没有改变这三种大型海藻的适温范围,但是石莼不能在NH₄⁺浓度极高的筼筜湖3#站点生长,而龙须菜和细基江蓠繁枝变种则可以。N:P为30:1的条件下,三种大型海藻在2μmol/L～500μmol/L的NH₄⁺浓度中培养12天,测定其生长速率、干重百分含量、C、N、P含量及培养始末对营养盐移除效率的变化。结果显示,龙须菜虽然是生长最慢的,但生长速率随着NH₄⁺浓度的升高而升高;细基江蓠繁枝变种在超过50μM的NH₄⁺浓度后生长速率就随着浓度的升高而减慢,干重百分含量相反;石莼在2μmol/L～100μmol/L中的生长速率是三种大型海藻中最快的,但在500μmol/L的NH₄⁺浓度下出现了漂白现象。三种大型海藻的C、N、P含量基本都随着NH₄⁺浓度的增加而增加,其中,龙须菜最高,石莼最低;NH₄⁺浓度为100μmol/L时,三种大型海藻在第1天和第12天,营养盐移除效率都能达到100%,而在其他NH₄⁺浓度时,龙须菜和细基江蓠繁枝变种在第12天对营养盐的移除效率比第1天稍有降低,石莼的移除效率则大幅降低。龙须菜和细基江蓠繁枝变种不经饥饿处理,只在实验前适应一天,即进行营养盐吸收速率的测定(该吸收速率反应了这两种大型海藻在原高NO₃^-、PO₄^3-和缺NH₄⁺的富营养水体中的吸收情况),结果显示,龙须菜和细基江蓠繁枝变种分别在5 min和25 min内完成快速吸收,她们在3个时间段里的吸收都符合米氏方程;对NO₃^-和PO₄^3-的吸收容易达到饱和,吸收速率较低。两种红藻的α值(=V_max/K_s)都较低,说明对低浓度营养盐耐受性较差;龙须菜对NH₄⁺的V_max比细基江蓠繁枝变种要大,说明龙须菜在高浓度状态中有竞争优势。把细基江蓠繁枝变种和石莼分别与牟氏角毛藻混合培养,结果显示,在DIN初始浓度为69μmol/L,赤潮爆发前添加细基江蓠繁枝变种,细基江蓠繁枝变种即使没有分泌克生物质,只需要通过竞争营养盐就足以抑制赤潮爆发,而赤潮爆发后再添加细基江蓠繁枝变种,只通过竞争营养盐则无法完全抑制赤潮发展的势头,此时抑制赤潮可能主要是通过分泌克生物质;DIN初始浓度为140μmol/L,在赤潮爆发前添加石莼,微藻生长受抑制程度与石莼的密度成正相关,可能与水体剩余营养盐浓度或者分泌克生物质的含量有关;DIN初始浓度为500μmol/L,在赤潮爆发前添加细基江蓠繁枝变种,细基江蓠繁枝变种抑制赤潮主要是通过克生作用,但在赤潮爆发后添加细基江蓠繁枝变种,如果分泌克生物质的量不足以抑制微藻生长,微藻还是会被营养盐刺激继续生长。所以,分泌克生物质跟竞争营养盐是防治赤潮的双保险。最后,根据以上研究结果,结合厦门市筼筜湖的基本环境特征,探讨了将龙须菜、细基江蓠繁枝变种和石莼等三种大型海藻应用于筼筜湖富营养化和赤潮防治的适宜栽培位点、栽种季节和可能达到的修复效果。

全文目录

摘要  8-10
ABSTRACT  10-13
第一章绪论  13-28
  1 水域富营养化、赤潮及其主要防治方法  13-18
    1.1 水域富营养化  13-14
    1.2 赤潮发生  14-15
    1.3 水域富营养化与赤潮的主要防治方法  15-18
  2 大型海藻防治赤潮的研究进展  18-25
    2.1 大型海藻对营养盐的吸收作用  18-20
    2.2 大型海藻对赤潮发生的抑制作用研究  20-25
  3 本研究的目的和意义  25-28
第二章温度对大型海藻生长的影响  28-33
  1 前言  28-29
  2 材料与方法  29-30
    2.1 实验材料  29
    2.2 实验方法  29-30
  3 实验结果  30-31
    3.1 温度与生长速率的关系  30
    3.2 温度与叶绿素含量的关系  30-31
  4 讨论  31-33
第三章高浓度营养盐对大型海藻生长的影响  33-46
  1.前言  33-34
  2.材料与方法  34-35
    2.1.实验材料  34
    2.2.实验方法  34-35
  3.实验结果  35-40
    3.1.生长速率的变化  35-36
    3.2.干重百分含量的变化  36
    3.3.组织C、N、P含量的变化  36-37
    3.4.营养盐吸收量的变化  37-39
    3.5.移除效率的变化  39-40
  4.讨论  40-44
    4.1.高浓度营养盐对龙须菜生长的影响  40-41
    4.2.高浓度营养盐对细基江蓠繁枝变种生长的影响  41-42
    4.3.高浓度营养盐对石莼生长的影响  42-44
  5.小结  44-45
  6.实验的不足及展望  45-46
第四章大型海藻的吸收速率  46-54
  1.前言  46-47
  2.材料与方法  47-48
    2.1.实验材料  47
    2.2.实验方法  47-48
  3.实验结果  48-49
    3.1.细基江蓠繁枝变种对营养盐的吸收  48
    3.2.龙须菜对营养盐的吸收  48-49
  4.讨论  49-53
    4.1.对NH_4~+的吸收  49-51
    4.2.对NO_3~-的吸收  51-52
    4.3.对PO_4~(3-)的吸收  52-53
  5.小结  53
  6.实验的不足及展望  53-54
第五章大型海藻对赤潮发生的抑制作用  54-67
  1.前言  54-55
  2.材料与方法  55-56
    2.1.实验材料  55
    2.2.实验方法  55-56
  3.实验结果  56-62
    3.1.低营养盐浓度下江蓠对低密度微藻的抑制作用  56-58
    3.2.中营养盐浓度下石莼对低密度微藻的抑制作用  58-60
    3.3.高营养盐浓度下江蓠对高密度微藻的抑制作用  60-62
  4.讨论  62-65
    4.1.低营养盐浓度下江蓠对低密度微藻的抑制作用  62-63
    4.2.中营养盐浓度下石莼对低密度微藻的抑制作用  63-64
    4.3.高营养盐浓度下江蓠对高密度微藻的抑制作用  64-65
  5.小结  65-67
第六章总结与展望  67-72
参考文献  72-82
致谢  82

大型海藻对高度富营养化水体赤潮发生抑制作用的营养盐竞争机制研究

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