三沙湾盐田港富营养化评价与龙须菜生物修复能力研究

摘要

海水养殖不仅可以提供经济效益，还能降低野生生物资源的开发强度，然而海水养殖的快速发展已经带来了一些对环境的负面影响。高 N/P浓度在一些海水养殖水域造成了严重的环境问题，比如水体富营养化和生态失衡。鱼、虾、贝类或其他经济水生动物的集约养殖不仅仅导致了沿海水域不断增加的营养浓度，也导致了溶解无机营养结构和沉积环境的变化。因此，如何改善水质，降低从海水养殖环境释放的营养盐含量，是值得关注的问题。许多研究已经证实了海藻的养殖在废水处理和生物修复方面的潜力，大型海藻对水生生态系统中的营养循环和转化非常重要，这归功于它们吸收以及储存氮磷的能力。而且大型海藻是食品、饲料、土壤改良剂以及制药等行业的具有巨大商业价值的资源。
　　本文对三沙湾盐田港海水养殖海域的水环境质量、沉积物质量、及浮游植物的种类和数量进行了全年的调查监测，主要检测项目为基础理化指标以及主要的营养盐，氨氮（NH4-N）、亚硝酸盐氮（NO2-N）、硝酸盐氮（NO3-N）、磷酸盐（PO4-P）、总氮（TN）和总磷（TP）。根据检测的结果进行盐田港全年水质分析有机物污染程度和富营养化进程。并依据盐田港的调查结果设定不同的N和P浓度在室内培养龙须菜，比较其生长、对水体pH的影响以及吸收水中溶解无机碳、N和P的变化，评估龙须菜生物修复的潜力。随后对盐田港进行实地考察并进行鱼/藻综合养殖和龙须菜大规模栽培区的现场实验，测量水体透明度、溶解氧、叶绿素a、悬浮物、藻体的最大光化学量子产量Fv/Fm和藻体重量的变化，并计算藻体的特定生长率。主要研究结果如下：
　　1. N浓度对藻体特定生长率的影响显著（P<0.05），N浓度的升高对藻体的生长是有促进作用的。在实验设定的浓度范围中，龙须菜可以大大提高水体的pH，并且高N、P浓度对龙须菜吸收水体DIC的能力没有不利影响。总体来说，P浓度的变化对藻体去除N的速率影响很小。N浓度的升高还是对藻体N的去除速率有促进作用的。较高的P浓度对龙须菜的P去除效率是有利的。通过以上结果，我们建议在实验设定的N、P浓度范围内，龙须菜适宜作为养殖对象，来进行富营养化水域的生物修复。
　　2.盐田港海域SS含量均符合III类海水水质标准，pH值大多符合III/IV类海水水质标准，而DIN和DIP符合IV类甚至劣IV类的海水水质标准。有机污染评价指数和海水营养状态指数的评价表明，盐田港海水养殖海域已经处于严重的富营养化状态，同时有机污染相当严重。盐田港海域表层沉积物中的总氮含量变化范围为0.04～1.39 g/kg，年平均值为0.74 g/kg。总磷含量变化范围为0.11~1.58 g/kg，年平均值为0.62 g/kg。总碳含量变化范围为0.01~1.47％，年平均值为0.71%。营养物质的空间分布规律相似，均是在海产经济动物增养殖及邻近区域以及湾口等区域均有较高的浓度，而在湾内上游区域浓度较低。盐田港养殖水域共检出浮游植物138种，隶属6门，最主要的是硅藻，全年都是优势种，其次是甲藻。全年浮游植物的细胞密度变化为0.16～18.76×104 cells/L。全年浮游植物多样性指数H'的变化范围是0.31~4.24，均匀度J′的变化范围是0.07~0.86，物种丰富度dMa的变化范围是0.80~3.25，这三个指标在不同月份之间的差异均是极显著的（P<0.01）。
　　3.盐田港水体的平均N/P比远远高于固定比值（16:1），说明这是氮剩余或者磷限制系统。同时磷酸盐浓度变化范围为0.0268~0.103 mg/L，大多数高于 IV类海水水质标准（0.045 mg/L）。因此盐田港是一个氮剩余的系统。由于水产养殖造成氮的输出量超过了海藻的去除量，海水正逐步的变成富营养化的状况。为了平衡过多的氮，在现有的海水经济动物养殖规模下，海藻养殖的区域应该扩大，最佳的海藻养殖面积是1.466万吨的海带，以及3.664万吨的龙须菜。
　　4.渔排养殖实验期间，混养区域龙须菜的生长状态平稳，龙须菜养殖密度较低的组特定生长率较高，为4.51%/d。龙须菜混养修复区的DO水平明显高于大黄鱼单养区，龙须菜混养修复区的NO3-N、NH4-N和PO4-P的浓度比大黄鱼单养区有显著的降低。当养殖深度为表层水面时，龙须菜的光合作用产氧速率RDO和光合固碳速率RDIC可分别达到17.29和6.69 mg/g DW·h，对无机氮各组分的吸收速率大致在10.91~38.68μg/(g·h)之间，对无机磷的吸收速率为10.21μg/(g·h)。
　　5.大面积栽培实验期间，龙须菜养殖区的生长状态平稳，实验期间总特定生长率最高可达12.68%/d，与水产动物养殖区相比，龙须菜修复区的DO水平有明显升高，NH4-N和PO4-P浓度有明显的降低。当养殖深度为表层水面时，龙须菜的光合作用产氧速率 RDO和光合固碳速率RDIC可分别达为21.13和9.25 mg/g DW·h。对NO3-N、NO2-N、NH4-N和PO4-P的去除速率 R分别为23.82、7.63、56.98和14.54μg/(g·h)。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

引言

第一章 大型海藻在治理水体富营养化及综合养殖中的优势

1.1 水体富营养化

1.2 水体富营养化的治理方法

1.3利用大型海藻治理富营养化

1.4 把大型海藻引进综合养殖系统的优势

1.5 本文研究内容

第二章 不同营养盐结构下龙须菜生长、营养吸收与去除效率的研究

2.1材料与方法

2.2 结果

2.3讨论

2.4小结

第三章 盐田港水生态系统现状的调查与评价

3.1 盐田港的水环境质量的调查与评价

3.2 盐田港的沉积物质量的调查与评价

3.3 盐田港的浮游生物调查与评价

第四章 盐田港水产养殖区的生物修复策略

4.1 调查内容及方法

4.2 结果

4.3 讨论

第五章 盐田港龙须菜栽培生物修复功能研究

5.1 大型海藻/鱼类IMTA系统的生物修复功能研究

5.2 龙须菜大规模栽培的生态修复功能研究

结论

参考文献

附录

致谢