凸加夫蛤的藻類濾食能力及其對海水氮磷含量的影響

于曉玲等

摘 要 研究熱帶亞熱帶雙殼貝類凸加夫蛤（Gafrarium tumidum）對富營養化水體中藻類的濾食能力及其對海水氮磷含量的影響。結果表明，凸加夫蛤能有效地清除水體中的葉綠素a，在海水N、P含量分別為0.5 mg/L和0.04 mg/L， 初始藻密度為5×106 cell/L的情況下，72 h就能起到顯著效果，144 h（6 d）之后對藻類密度的控制達到理想的效果。當貝密度在1～2 kg/m3范圍內時效果最佳，且不會引起水體中N、P含量的增加。因此，凸加夫蛤是熱帶海域控制藻類密度、改善水質和預防赤潮的經濟雙殼貝類之一。

關鍵詞 凸加夫蛤；雙殼貝類；葉綠素a；富營養化

中圖分類號 Q142 文獻標識碼 A

Abstract The ability of bivalves Gafrarium tumidum filtering algae and its effect on the contents of nitrogen and phosphorus in seawater were studied. The results showed that G. tumidum could eliminate efficiently chlorophyll a in seawater. After 72 h， the elimination effect on algae was remarkable by G. tumidum in seawater with content of N 0.5 mg/L， P 0.04 mg/L and initial algal density 5×106 cell/L. After 144 h（6 d），the chlorophyll a in seawater was controlled effectively. When the density of mussels was 1-2 kg per m3， the effect of elimination was the best and the concentrations of nitrogen and phosphate in the water were not increased by the excretion of G. tumidum. The study suggested that G. tumidum is one of economic bivalves for algae control， seawater purification and red tide prevention in tropical and subtropical sea.

Key words Gafrarium tumidum；Bivalves；Chlorophyll a；Eutrophication

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2014.09.029

隨著工農業的迅猛發展，相當一部分未經處理的工農業廢水和生活污水排入海洋水體，導致近海、港灣富營養化程度日趨嚴重，水體生態環境遭到不同程度的破壞，底泥中氮、磷含量和耗氧量明顯高于周圍沉積物[1]。海洋沙灘貝類數量及種類受到較大程度的破壞[2]。同時，由于沿海開發程度的增高和海水養殖業的擴大，帶來了海洋生態環境和養殖業的自身污染，導致水體富營養化。為此，人們采用了一系列的物理、化學和生物方法來防治水體富營養化。其中，生物方法——目前國際上比較流行的生物操縱法，是修復環境、改善生境較為推崇的方法。此方法可以利用生物間的營養競爭、攝食及相互作用，通過向富營養化水體中引入“天敵”，從而達到降低或去除水體富營養化及赤潮生物密度的目的。

雙殼貝類是自然界水體中重要的底棲生物之一，在水體生態系統中起著重要作用。由于其強大的濾水濾食功能，利用貝類來改善水質和防治赤潮發生，在理論和應用上有著顯著的重要意義[3]。研究表明，雙殼貝類溝紋巴非蛤（Paphia exarata Philippi）[4]、三角帆蚌[5]等能有效地清除水體中的葉綠素a，養殖密度適當時不會引起水體中氮、磷含量的增加。由于不同貝類的生長環境和適應性不同，為了更好的利用雙殼貝類來降低浮游植物生物量控制赤潮發生，本研究針對海南島本地三亞紅沙港海域的雙殼貝類凸加夫蛤進行研究，以期將此貝運用于該海域的環境綜合治理中。

凸加夫蛤（Gafrarium tumidum）屬于軟體動物門，雙殼鋼，簾蛤目，簾蛤科，殼蛤屬，主要分布在新加坡、馬來西亞以及南沙群島等熱帶亞熱帶海域，在海南主要產于文昌、瓊海、陵水、三亞和臨高沿海。常棲息在砂泥質或泥沙質淺水區，利用強而有力的斧足可以潛砂，平常將水管伸出交換氧氣及過濾食物，主要以濾食浮游生物及有機碎屑為食[6]。凸加夫蛤是海南島沿岸廣泛存在的當地種群，而且凸加夫蛤濾水的能力強，利用其進行規模化集約化自然放養來進行水體水質改善很有前景。目前，還沒有關于凸加夫蛤凈化水質方面的相關研究，其對水體葉綠素a的消除作用尚未見報道。本文研究了凸加夫蛤對富營養化水體中藻類的濾食能力以及對水體中N、P含量的影響，為海南島熱帶海域的赤潮防控及生態綜合養殖等方面提供素材。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 供試材料 凸加夫蛤（G. tumidum），均重：（10±1）g/只，采自海南島三亞市紅沙港海域。

1.1.2 試驗用水體 富營養化海水（參照三亞紅沙港海域營養鹽的含量，海水消毒后調整各種形式N、P終濃度分別為：NO3--N，0.34 mg/L；NH4+-N， 0.13 mg/L；NO2--N， 0.035 mg/L和PO43--P， 0.04 mg/L， 加富時用NH4NO3和KH2PO4），鹽度為34左右（相對密度1.021～1.023），試驗藻類為牟氏角毛藻（Chaetoceros muelleri），藻種擴大培養后加入到富營養化海水試驗海水中，調節藻密度約每升5×106 個細胞。

1.1.3 主要儀器 真空抽濾器，0.45 μm濾膜，紫外分光光度計，滴定管，電熱模塊。

1.2 方法

試驗水箱中注入100 L的富營養化海水，依次將0（對照）、1、2、3、4 g/L凸加夫蛤用小型養殖吊籃掛于水體中層，暴氣，每個生物量水平設2個重復。試驗期間光照：早上8 ： 30，3 000～5 000 lx；中午12 ： 30， 8 000 ～11 000 lx；下午17 ： 30，1 000～7 700 lx。試驗期間水溫：白天24～25.5 ℃，晚上22～24 ℃。前5天每24 h采集水樣1次，之后每48 h采集水樣1次；將水池中水混合均勻后，取水樣總體積為1 000 ml；采樣時間為早上9 ： 00。水樣采集后立即用0.45 μm濾膜過濾，進行葉綠素a的分析測定，濾液用于N、P、COD等指標分析。葉綠素a的測定采用分光光度法：將過濾后的濾膜剪碎、研磨，經90%丙酮溶液提取（4 ℃放置24 h），離心，依次在663、645、630 nm波長下測定吸光值，用750 nm波長的吸光值校正提取液的濁度，按照Jeffrey-Humphrey（1975）的公式計算葉綠素a的含量。N、P、化學需氧量（chemical oxygen demand，COD）、可溶性無機氮（dissolved inorganic nitrogen，DIN）測定按《海洋監測規范》（GB 17378.4-2007）進行。

1.3 數據分析

不同試驗組之間的葉綠素a水平的差異顯著性分析，以及多重比較（One-Way ANOVA）分析均采用spss 11.0 軟件進行。

2 結果與分析

2.1 凸加夫蛤對水體中葉綠素a的影響

凸加夫蛤各生物量水平的葉綠素a的變化見表1。

總的來看，對照組和大多試驗組的葉綠素a隨時間呈現先升高后下降的趨勢，這與微藻的生長特征有關，其生長曲線與細菌等微生物相似，也有一個對數生長期，因而赤潮存在發生、發展、維持和消亡幾個時期，當光照充足、水溫較高時，如果水體中營養豐富，就很容易爆發赤潮。本研究針對的就是富營養化海水，試驗期的光照和水溫都適合微藻繁殖；因此，除凸加夫蛤養殖密度為4 kg/m3的試驗組外，對照和其它試驗組在48 h后葉綠素a均大幅上升，表現出赤潮現象，72 h進入維持期，在赤潮維持階段，藻類繁殖加快，細胞數量驟增，為了維持自身的生命需要從海水中吸收大量的營養鹽，導致海水中的營養消耗殆盡，到96 h時開始進入消亡期，144 h葉綠素a含量均較低，表明赤潮基本消亡。對照組中，赤潮消亡期死亡的藻類使水體中的營養鹽重新回升，進入下一個赤潮周期，因而192 h葉綠素a含量又迅速增加，而掛養貝的試驗組由于貝的濾食作用葉綠素a增幅很小（掛養1 kg/m3貝的試驗組）或不再增加（掛養2、3、4 kg/m3貝的試驗組）。而凸加夫蛤養殖密度為4 kg/m3的試驗組在整個試驗階段葉綠素v一直處于較低水平，未出現赤潮。

試驗中各時期對照組的葉綠素a明顯高于其它處理組，尤其是72 h達到最高峰；而掛養凸加夫蛤的各試驗組水體中的葉綠素a含量均遠低于空白對照組。144 h之后，各掛養凸加夫蛤的試驗組海水中的葉綠素a得到有效的控制，且隨著時間的繼續增加，葉綠素a水平不再增加一直保持較低水平；當凸加夫蛤養殖密度大于2 kg/m3時，葉綠素a水平遠低于赤潮發生的藻類密度水平；且隨掛養貝生物量的提高，葉綠素a含量相應得到不同程度的降低，貝生物量越大葉綠素a含量下降越大；當凸加夫蛤養殖密度達到4 kg/m3時，水體中藻類在整個試驗階段均沒有出現幾何增長的趨勢，一直保持很低的水平。實驗結果說明，凸加夫蛤對藻類（葉綠素a）具有很好的清除效果。

海水pH是影響濾食性貝類生理代謝狀態的一個重要生態因子，主要表現在對貝類攝食率、濾水率等生理代謝活動產生影響[7]。一般貝類適宜的pH值在8左右，pH值在7以下時，貝類的貝殼顯得無力且松弛，進/出水管最大限度擴張，機體攝食能力明顯下降。過酸、過堿的水域都使貝類的濾水率下降[8]。本研究結果表明（圖1），實驗采用的4個凸加夫蛤養殖密度梯度試驗中，水體pH在7.7～8.2范圍內，處于適合貝類生長的范疇。試驗開始時由于海水經過消毒處理，此時的pH較低為7.7；但24 h后由于牟氏角毛藻的光合作用放氧，pH均有一個較大的上升，達到8.1左右；48～96 h掛養貝的試驗組pH變化不大，而對照組中由于藻類的爆發性增殖，光合作用放氧量大，導致水體的pH值明顯升高。

2.2 凸加夫蛤對水體中N、P含量的影響

富營養化水體為浮游藻類的大量繁殖提供營養基礎，凸加夫蛤的添加對水體中的營養鹽含量有一定影響。各試驗組水體中的可溶性無機氮（Dissolved Inorganic Nitrogen， DIN）含量在24 h后較對照組均有不同程度的增加（圖2）；各試驗組及對照組的DIN均呈現先下降，后期有所回升（96 h后）的趨勢，其原因可能是： （1）對照組水體中的牟氏角毛藻在試驗初期爆發性增殖，消耗水體營養鹽使DIN下降，后期由于藻類老化死亡，死亡藻細胞降解釋放出營養鹽使水體DIN回升； （2）試驗組中由于凸加夫蛤的排泄作用向海水中釋放營養鹽，因而在試驗后期水體DIN有不同程度的回升，上升的幅度與貝的生物量呈正相關。

從各種形式氮的變化（圖3、4、5）來看，各試驗組水體中NO3--N先減少后回升趨勢。掛養貝的各試驗組水體中的NH4+-N均呈現先增加后降低趨勢，且掛養凸加夫蛤數量越多增幅越大，表明NH4+-N是凸加夫蛤N排泄的主要形式；實驗后期，掛養貝的各試驗組由于凸加夫蛤NH4+-N的排泄量大于水體中藻類對其的利用量，導致試驗組中NH4+-N濃度的增加。水體中的NO2--N除掛養1 g/L凸加夫蛤的試驗組和對照組變化不大之外，其它試驗組均隨時間的推移而增加，其變化與掛養凸加夫蛤數量之間正相關，可能的原因是掛養凸加夫蛤越多，其產生的亞硝酸鹽也多，而水體中的藻數量越少，故NO2--N含量越高。

水體中活性磷酸鹽的變化與掛養貝的數量具有較大的關聯（圖6）。對照組中PO43--P的含量先下降后回升，這同樣與試驗前期牟氏角毛藻的爆發性增殖有關，后期由于PO43--P消耗殆盡牟氏角毛藻死亡磷酸鹽重新釋放出而有所回升。掛養1 kg/m3凸加夫蛤的試驗組水體中PO43--P濃度隨時間推移逐漸下降；掛養量為2～4 kg/m3的試驗組水體中PO43--P濃度較對照組均有不同程度增加，且掛養數量越多增幅越大。上述結果表明凸加夫蛤排泄物中含有較多磷酸鹽。

化學需氧量（COD）能夠反映水體中的有機污染程度，從所測的COD的變化（圖7）來看，對照組與掛養1 kg/m3和2 kg/m3凸加夫蛤的試驗組COD變化基本一致，掛養3 kg/m3和4 kg/m3凸加夫蛤的試驗組COD值較對照組高，但幅度不大，表明低密度貝的養殖對水體的COD影響不大。

2.3 凸加夫蛤養殖密度和養殖時間對水體凈化效果的影響

在淺海貝類養殖系統中，外界輸入系統中的氮、磷等營養鹽主要用于貝類等生物的生長、呼吸、排泄、生殖及死亡消耗，當貝類養殖數量適中時，系統的營養鹽輸入輸出之間就可以存在較長時間的平衡。貝類對藻類的濾食是個復雜的過程， 貝類在濾食藻類的同時，藻類的種群也在變化。如果貝類密度過低，則難以短時間內抑制微藻的繁殖速度；而密度過大， 則較多的藻類迅速被濾食而密度減少， 降低了種群內競爭壓力，由于貝類的排泄物還會增加水體中的營養鹽，使密度反而增大。選擇最佳的貝類養殖密度才能達到最佳的濾食效果；同時，微藻密度達到顯著降低時的掛貝時間也值得考查。

從掛養貝的生物量來看，與對照相比各試驗組的葉綠素a含量均能夠得到有效控制（表1）。144 h后，凸加夫蛤養殖密度為1 kg/m3的試驗組中的藻類生物量雖得到有效控制，但鏡檢發現微藻密度還較大，稍低于赤潮密度（107個/L）；而養殖密度為2 kg/m3的試驗組，在144 h之后微藻生物量則遠低于赤潮密度并保持低水平。凸加夫蛤養殖密度為1 kg/m3試驗組水體中的DIN和PO43--P濃度逐漸下降到0.2 mg/L和0.01 mg/L以下并保持；而對照組經過爆發性增殖出現赤潮，進入消亡期后（144 h），PO43--P濃度重新回升并達到近0.03 mg/L水平。凸加夫蛤養殖密度為2 kg/m3的試驗組中，PO43--P濃度先略有上升而后下降，最后穩定在0.03 mg/L左右，略高于對照組（圖6）；DIN濃度則先下降后回升，較對照高出約0.2 mg/L（圖2）。當凸加夫蛤養殖密度繼續增加時，水體中DIN和PO43--P濃度持續上升并分別超過0.5 mg/L和0.04 mg/L，大大高于對照使富營養化的水質繼續惡化。因此，最佳掛養貝的生物量應該在1～2 kg/m3之間。

從葉綠素a的多重分析來看，對凸加夫蛤不同養殖密度進行比較，發現對照與凸加夫蛤養殖密度為2，3，4 kg/m3的試驗組之間葉綠素a差異顯著，而與1 kg/m3的試驗組之間差異不顯著（表1），支持上述分析結果。對養殖凸加夫蛤的時間水平進行多重比較分析（表2）發現，72 h之后的葉綠素含量與0、24 h和48 h之間顯著差異，表明由于凸加夫蛤的濾食作用72 h之后對牟氏角毛藻數量（葉綠素a含量）的控制起到顯著效果；144 h以后的葉綠素含量與96 h和72 h之間差異顯著，說明在144 h之后牟氏角毛藻數量得到有效控制。144 h與192 h之間差異不顯著（表2），表明掛貝時間到144 h時已經達到最佳效果，葉綠素的含量已經降到很低，時間上沒有再延長的必要。

3 討論與結論

富營養化的水域中含有豐富的營養鹽，為浮游藻類的繁殖提供了營養基礎，導致赤潮藻類爆發性增殖，出現赤潮現象；而濾食性貝類是通過鰓瓣濾水進行攝食，濾水能力很強[9]；其食物源為浮游植物和有機碎屑，濾食的浮游植物主要是微藻，且對浮游植物的濾食高于有機碎屑[10-11]。因此，在海區養殖適量的濾食性貝類，可以很大程度降低水體的營養度，達到消除水體富營養化，防治赤潮的目的。濾食性貝類通過對微藻的濾食作用使浮游植物生物量減少；另一方面，其代謝產物反過來可增加水體中營養元素，從而又可促進浮游植物的生長。研究表明，貝類吸收的N大部分以NH4+-N的形式排泄到外界環境[12]，吸收的P大部分以磷酸鹽形式排出[13]，但以濾食作用對浮游植物生物量的控制為主[5]，本研究結果與上述結果一致。

本研究發現，凸加夫蛤能有效地清除富營養化水體中的藻類，在6 d（144 h）后對藻類密度達到顯著的控制效果；當貝密度在1～2 kg/m3范圍內效果最佳，且不會引起水體中N、P含量的明顯增加。其它類似研究[14-15]也表明濾食性貝類在治理赤潮和改善水質上具有一定的優勢和潛力。因此，凸加夫蛤是熱帶海域控制藻類密度、改善水質和預防赤潮的經濟雙殼貝類之一。

雖然濾食性貝類對浮游植物生物量有很好的抑制作用，但貝類的排泄物是富含N、P等營養鹽成分，藻類就會出現增長。此外，濾食性貝類的排泄物中除了有部分可溶性的營養鹽外，還有一部分非溶性物質以顆粒的形式沉積下來，這些沉積物在微生物的作用下分解產生的氮磷等營養物質也釋放到水體中，增加水體的負荷。因此，投放貝類的密度不能過大，否則反而會增加水體的營養鹽含量，增加水體的富營養化。本研究得出的凸加夫蛤最適養殖密度對利用濾食性貝類來控制富營養化海區的藻類生物量和防控赤潮具有一定的參考價值，達到增加養殖生產效益和改善水質環境的雙重功效。

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