浒苔漂流聚集绿潮现象的初步分析 (1)

综　述

浒苔漂流聚集绿潮现象的初步分析

Ξ

梁宗英1,林祥志2,马　牧2,张　静1,闫晓波3

,刘　涛

1ΞΞ

(1.中国海洋大学海洋生命学院,山东青岛266003;2.国家海洋局第三海洋研究所,

福建厦门361005;3.胶州市环境保护局,山东胶州266300)

摘　要:　由石莼科绿藻大量增殖形成的绿潮已成为全球常态发生的生态现象之一。中国近年来也发生的孔石莼、浒苔等大型海藻异常增殖和聚集的现象,与国外报道的发生生物种类、发生基本过程和方式完全不同,可以作为绿潮一类新的模式进行研究和探讨。文中分析和探讨了漂流聚集浒苔绿潮发生的基本现象,浒苔因管状中空藻体内由光合作用产生的气泡增加了其浮力而进行漂浮生活,通过营养生殖的方式不断进行藻体的增殖,在适宜条件下日生长速率高达10%～

37%,并在风场、流场以及潮汐的作用下不断聚集形成大规模的连片;漂浮聚集的浒苔会因藻体衰老死亡、光合作用速率

下降、海水盐度降低以及水体泥沙等悬浮物附着使其聚集藻体浮力发生改变,而由海面表层沉降在水体表层以下。关键词:　绿潮;石莼科;浒苔;生殖;发生;沉降

中图法分类号:　Q949.21 文献标识码:　A 文章编号:　167225174(2008)042601204

大型海洋绿藻大量增殖的现象,被称为“绿潮”(Green Tides )。从1980年开始,美洲的美国、加拿大,欧洲的丹麦、荷兰、法国、意大利,亚洲日本和菲律宾等国家,均持续爆发了石莼科(Ulvaceae )海藻引起的“绿潮”。近年来,其频率和发生地理范围呈增长趋势[1]。2007年,中国黄海北部和中部局部海域首次发现了由浒苔大量增殖发生的绿潮,2008年3月以来,在黄海北部和东海南部近岸局部海域也发生了孔石莼(Ulva

pert usa )、浒苔(Enteromorpha prolif era )大量增殖聚集

的情况。与国外绿潮生物主要是石莼属海藻不同,中

国近2年来发生的绿潮生物则主要是以浒苔(见图1)为主。由于中国此前缺乏对绿潮发生机制、过程等方面的研究和探讨,因此,本文在实验研究的基础上,综合国内外对浒苔绿潮(Green Tides of Enteromorpha prolif era )的研究情况进行初步分析

。

图1　浒苔在近岸大量聚集

Fig.1　The Enteromorpha prolifera gathers massively along the coast

1　绿潮与赤潮的主要区别

与赤潮(红潮,Red tides )相比,绿潮生物类型、发

生规律及其造成的影响存在较大的差别。根据国内外有关资料显示,形成绿潮的生物主要是绿藻门(Chloro 2phyta )石莼科(Ulvaceae )的石莼属(Ulva )、浒苔属

(Enteromorpha )、硬毛藻属(Chaetomorpha )以及刚毛

藻属(Cladophora )等大型海藻。其中石莼属(Ulva )和浒苔属(Enteromorpha )是常见绿潮种。日本国和中国浙江沿海居民自古就有食用石莼属和浒苔属海藻的习俗,我国《本草纲目》等药典中记载了其止血、消肿、利尿等药用价值。另外,对于自然环境中大量增殖的石莼在农业肥料和添加饲料加工方面也得到了广泛地利用。浒苔干藻中含有粗蛋白19.068%,碳水化合物50.00%[2],是一类营养价值可与紫菜相媲美的海藻食品。绿潮发生过程中不会对海洋生态环境、人体健康和食品安全产生危害,其在近海大量增殖的过程中可有效吸收水体中的富营养化物质,对水质清洁具有重要的作用。但其在近海大量聚集堆积死亡后,在细菌分解作用下,因体内大量的蛋白质以及糖类化合物的溶出、降解,将对近岸海域的水质环境产生一定的影响。当前,对聚集的绿藻主要通过人工和机械采收的方式进行清理(见图2)。

ΞΞΞ通讯作者:E 2mail :liutao @https://www.wendangku.net/doc/943688422.html,

基金项目:国家科技支撑计划项目;青岛市科技项目资助

收稿日期:2008207208;修订日期:2008207214

作者简介:梁宗英(19832),男,助理工程师,主要从事大型海藻种质资源学研究。E 2mail :G BMA @https://www.wendangku.net/doc/943688422.html,

第38卷　第4期　2008年7月　

中国海洋大学学报

PERIODICAL OF OCEAN UNIV ERSITY OF CHINA

38(4):601～604J uly ,2008

图2　推土机清理近岸堆积的浒苔

Fig.2　A bulldozer cleaning up Enteromorpha prolif era

accumulated near the coast

2　浒苔生物学特点及其绿潮发生的过程

浒苔(Enteromorpha prolif era )藻体呈鲜绿色或淡

绿色,管状,膜质,由单层细胞组成之中空管状体,藻体长可达1～2m ,直径可达2～3mm [3]。浒苔为底栖生活,主要生长在沿海高中潮带岩礁上,自然分布于俄罗斯远东海岸、日本群岛、马来群岛、美洲太平洋和大西洋沿岸、欧洲沿岸。中国南、北方各海区均有分布,属东海海域优势种

。

图3　附着于丝藻(A )上的浒苔(B )具有明显的固着器(C )

Fig.3　Enteromorpha prolif era (B )attatched to Ulothrix f laccida (A )with attatching organ (C

)

图4　漂浮浒苔发生的营养生殖

Fig.4　Vegetative growth of floating Enteromorpha prolif era

(A.新生芽A.new buds )

浒苔生活史由形态相同的孢子体(2n )和配子体(n )2个世代交替构成。浒苔的繁殖方式多样,具有有性繁殖、无性繁殖2种类型,包括孢子生殖、营养生殖和配子生殖3种方式[4]。在孢子生殖和配子生殖中的生殖细胞均具有鞭毛,短时间游泳后一般将附着于岩石等硬基质上进一步发展为大型藻体。但在研究中发现,浒苔生殖细胞也可附着于其他大型海藻表面进行生长发育(见图3)。在营养生殖中,藻体细胞不产生生

殖细胞,通过有丝分裂直接产生新的藻体。漂流聚集

的浒苔通常是以营养生殖的方式不断进行藻体的增殖(见图4)。

在自然情况下,绿潮发生的原因主要是受海洋气候环境影响,藻体大量增殖后随潮汐、大风过程藻体断裂后聚集到近岸。在我国黄海北部局部海域每年6～7月都会出现因气候环境变化导致的石莼、浒苔漂浮后受风浪作用聚集在潮间带的现象。相对而言,浒苔在

长时间漂浮状态下连续增殖,在风场、流场作用下大规模聚集并在大范围内漂移的现象较为罕见。这种现象首先是在环境条件适宜的情况下形成的,浒苔藻体是由单层细胞构成的中空管状结构,在进行光合作用过程中,藻体释放氧气形成气泡,增大了藻体的浮力,使其漂浮于表层海面上;表层较强的光照进一步促进了藻体光合作用,使其大量生长,不断分生出新枝。同时,由于表层风浪的冲击以及藻体主枝老化导致藻体碎裂,形成了藻段,进一步丰富了其起始生物密度、增加了其分生增殖能力和光照、营养环境条件,生长速度不断加快,并在表层风场、流场和潮汐作用下,由小块的藻团不断聚集,形成大的连片不断继续增殖。根据测算,海面聚集漂浮的浒苔日生长速率可达到10%～37%,在本文实验室内条件下,日生长速率也达到了23%。浒苔对环境的适应能力较强,其适宜生长的条件为盐度7.5～50,温度10～30℃,p H 值6～10[5]。根据实验,在无光照的条件下,其培养24h ,藻体细胞结构完整,色素体充满细胞;在盐度为20的海水中,2h 时管状藻体内出现了大量的气泡(见图5);14h 时,

细

图5　盐度20海水中2h 时浒苔管状藻体

Fig.5　Tubular frond of Enteromorpha prolif era

in 20‰salinity

seawater

图6　盐度20海水处理14h ,恢复培养114h

Fig.6　Tubular frond treated for 14h and recovered for 114h

(A.主细胞;B.分枝细胞A.chief cell ;B.branched cell )

2

06中　国　海　洋　大　学　学　报2008年

胞内色素体萎缩,出现了细胞膜内空腔,且色素体由鲜绿色褪为浅黄绿色,在恢复培养114h后,藻体主枝细胞结构出现分解迹象,而较细的分枝的细胞已恢复活力(见图6),显示出对逆境较强的适应能力。漂浮聚集的浒苔,因原生藻体的老化、死亡,盐度降低导致的细胞破裂,连续阴天造成的光合作用效率降低以及水体泥沙等悬浮物附着,可使其聚集藻体浮力发生改变,由海面表层沉降在水体表层以下,但藻体仍处于活体状态,在光照强度增加、上升流作用以及新生分枝细胞增殖形成中空藻体等条件下,其聚集藻体将重新上升,漂浮于海面表层。

3　绿潮治理与监测方法

目前为止,国内外对绿潮生物大规模增殖发生的环境机制尚无直接的证据。当前主要将其归结为海水富营养化、春夏季水温变化、增殖海域水动力交换缓慢导致局部种群密度增大等因素[6],对其防控暂时除人工捞除和机械采收外,尚缺乏有效的对策和手段。尽管在水产养殖中,硫酸铜、生石灰、次氯酸钙等可有效杀除浒苔等敌害绿藻,但对于大规模漂浮聚集的绿潮而言,其处理成本巨大,且存在着破坏生态环境的风险。

石莼、浒苔等绿潮生物体内含有大量的叶绿素,其在海洋表层大规模聚集情况可通过卫星水色遥感等方式进行识别,且可依靠现有的赤潮监测系统对易发海域,综合生物学、生态学研究,结合水色遥感、海流与风场耦合模型开展绿潮的预警和监测,同时应加强对其资源的综合化、无害化利用与处理技术研究,更有效地利用这一类自然形成的藻类资源。当然对绿潮的根本性防治,较化学物质杀灭、捞除等方式,通过遗传溯源技术发现其大规模聚生地,控制外源营养物质的过量输入,通过增殖藻食性动物以及营养竞争性藻类,减少其栖息地环境,转变其单一生物群落结构的生态系统,使系统能量、物质输入和产出达到均衡状态,这种生态防治的方法将是一种更为有效和健康的处置方式。

4　结语

近年来,石莼科大型绿藻繁生形成的绿潮已广泛地引起了生态学与生物学家的重视。同时,其可通过多种生殖方式不断进行增殖,可形成连续不断的循环生活过程以适应海洋水文环境变化,使我国的部分海区常年可见。尽管国外研究多数将绿潮发生原因归结为全球气候变化和人类社会生产活动对生态系统的影响,但绿潮作为一类异常生态现象,其中存在的石莼科海藻遗传亲缘性造成的种间和种内鉴别难度较大[728]、同型世代交替和多种生殖方式造成的绿潮爆发生物生态学机制不明[9]、沉降状态绿潮移动路径监测、绿潮消亡过程对水质环境和生物群落的影响[10]等科学问题,仍需要进一步深入研究和探讨。

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4期梁宗英,等:浒苔漂流聚集绿潮现象的初步分析

406中　国　海　洋　大　学　学　报2008年

A Preliminary Study of the Enteromorpha prolifera Drift

Gathering Causing the Green Tide Phenomenon

L IAN G Z ong2Y ing1,L IN Xiang2Zhi2,MA Mu2,ZHAN G Jing1,YAN Xiao2Bo3,L IU Tao1

(1.College of Marine Life Sciences,Ocean University of China,Qingdao266003,China;2.Third Institute of Oceanography State Oceanic Administration,Xiamen361005,China;3.Jiaozhou Environmental Protection Bureau,Jiaozhou266300,China)

Abstract:　The green tide formed by the large scale proliferation of Ulvaceae alga has become one of global eco2 logical phenomena.The phenomenon has also occurred in China in recent years.But the biological species and generating process are both different from those reported overseas.So green tides in China can be studied and discussed as a new pattern.This article analyzes and discusses the fundamental phenomenon of green tides formed by Enteromorpha prolif era’s drift and assembly.Enteromorpha prolif era carries out a floating lifestyle.Because they have tube2shaped hollow fronds and can form bladders by photosynthesis,enteromorpha prolif era can replicate their fronds by the way of vegetative growth.Daily growth rate can reach to10%～37%under proper conditions.And Enteromorpha prolif era can be in large stretches caused by wind,currents and tides;the floating and assembling Enteromorpha prolif era can change their buoyancy of frond due to ca2 ducity and deauh of fronds,decline of photosynthesis,reduction of salinity and attatchment of suppended mat2 ter such as water silt,so they can be subsided from the surface layer to lower layers.

Key words:　green tide;Ulvaceae;Enteromorpha prolif era;reproduction;occurrence;subsidence

责任编辑　于　卫