大型藻类在工程治理海水富营养化和抑制病原微生物中的作用

沿海工农业生产的快速发展和人类活动对近海生态系统产生了很大影响，大量化肥的使用和工业污水、生活污水的排放导致近海环境污染，海水富营养化，赤潮频发。另外，由于近海养殖活动的迅猛发展以及养殖的不规范和不科学性导致近海生态系统结构和功能改变，一方面加重了海水富营养化，另一方面养殖动植物病害经常发生，严重影响了海产品的质量和效益。 大型海藻是海区重要的初级生产者，生命周期长、生长快，能通过光合作用吸收固定水体的C、N、P等营养物质来合成自身，同时增加水体溶解氧。因此，大型海藻被称为海洋环境中的生物过滤器。另外，由于大型藻类自身营养成分的复杂性和与藻共生的微生物多样性，大型海藻还可对生态系统中的浮游生物和微生物产生直接和间接影响。 在海洋环境，尤其是海水养殖水体环境存在着两个主要问题：海水富营养化和病源微生物控制，本文针对海洋环境中存在的这两个问题进行了探索研究。 以大型经济藻种长心卡帕藻（Kappaphycus alvarezzi）作为实验材料，分别在实验室内、室外藻类处理系统和海湾养殖现场三种条件下，进行藻类去除海水氮磷的一次性实验、半连续实验和连续实验，研究了其对海水中无机氮、无机磷的吸收速率和去除能力，初步评估了其生态价值。 构建了一种半封闭海域富营养化治理模式，以长心卡帕藻为实验材料，研究了其去除海水富营养化的能力，主要结果如下： （1）室内实验研究发现，长心卡帕藻对氮、磷的吸收速率随底物浓度升高而升高。在氮磷比为10:1，温度28℃条件下，氮浓度为50μmol • L-1时，藻对氮、磷的吸收速率达到最大，分别为0.93µmol • g-1（FW）• h-1和0.072µmol • g-1（FW）• h-1。 （2）人工修建的藻类养殖系统中进行的长心卡帕藻去除氮、磷的半连续实验，结果表明该藻具有连续去除海水DIN、DIP的能力。只要保持足够的底物浓度，长心卡帕藻对无机氮、无机磷的吸收速率达到最大，分别为0.3µmol • g-1（FW） • h-1和0.03µmol • g-1（FW）• h-1。但是对氮磷的吸收速率较室内实验有所降低。 （3）自然条件下，通过调查黎安海湾水质情况发现，长心卡帕藻具有较大的生态效益。在整个海湾大面积养殖卡帕藻，通过收获藻体，每年大约可以从海水中带走33吨氮素，7.5吨磷素。由于在海湾长心卡帕藻的作用，全年海湾水质保持在1-2级国家海水质量标准，产生了明显的生态效益。 另外，我们对大型藻类浒苔（Ulva clathrata）吸收氮磷和抑制鳗弧菌（Vibrio anguillarum）的效果进行了初步探索，结果表明：浒苔不仅对培养系统内无机氮和磷具有明显的去除作用，而且在异养细菌总量没有降低的情况下，对鳗弧菌有显著抑制作用，该抑制作用还受到水体中氮磷营养盐浓度的影响。在10g • L-1海藻的条件下，鳗弧菌以105－107 cfu • mL-1接入2天后，无论是否添加外源氮磷，鳗弧菌密度降到10 cfu • mL-1以下，鳗弧菌去除率几乎达到100%。实验数据还显示，添加氮磷营养盐可以增强浒苔对鳗弧菌的抑制作用，但没有降低其中的异养菌群数量，系统内异养细菌总量均维持在较高水平。进一步研究表明，培养浒苔24h后的海水，也对鳗弧菌65#产生抑制作用，这说明浒苔代谢释放到水体中某种化学成分或与藻共栖的微生物对鳗弧菌生长产生了抑制。