何進 ，石雅君 ，王玉玨 ，邵紅兵 ，劉東艷

（1．中國科學(xué)院煙臺海岸帶研究所 中國科學(xué)院海岸帶環(huán)境過程與生態(tài)修復(fù)重點實驗室（煙臺海岸帶研究所）山東省海岸帶環(huán)境過程重點實驗室 山東 煙臺 264003；2．中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049）

“綠潮”（Green tide）是一種在世界沿岸國家普遍發(fā)生的、通常是由海洋綠藻大量增殖引起的有害藻華現(xiàn)象（Back et al， 2000；Blomster et al，2002）。目前，已知形成綠潮的物種主要來自石莼屬（Ulva）、剛毛藻屬（Cladophora）與硬毛藻屬（Chaetomorpha）（Fletcher，1996）。綠潮爆發(fā)會帶來一系列的環(huán)境危害，如：藻體腐敗散發(fā)難聞氣味，污染空氣；藻類堆積可能為有害昆蟲提供繁殖條件，引起害蟲爆發(fā)；藻類沉積在海底，會引起缺氧和底質(zhì)腐敗，改變沉積物的理化性質(zhì)，導(dǎo)致水生生物缺氧死亡等（Villares et al，1999；Hiraoka et al，2004；Lapointe et al，2005a，b）。

2008年，我國黃海海域形成了由滸苔（Ulva prolifera）引發(fā)的大規(guī)模綠潮，給山東省造成了巨大的經(jīng)濟損失（喬方利 等，2008；Liu et al，2009；Ye et al，2011）。已有的研究發(fā)現(xiàn)，在由滸苔（U.prolifera）引發(fā)的綠潮事件中，往往混有其他綠藻物種，如腸滸苔（U.intestinalis）等（Fletcher， 1974；Coleman et al， 1979；Briand et al，1987）。我國發(fā)生的綠潮事件也具有這樣的特點（Wang et al，2012）。

綠潮原因物種的快速生長與溫度和營養(yǎng)鹽濃度往往存在密切關(guān)系（Morand et al，1996）。研究發(fā)現(xiàn)，滸苔（U.prolifera）是一種廣溫性海藻（Taylor et al，2005）生態(tài)幅較寬，其對溫度的適應(yīng)范圍為：10℃～35℃（Moll et al，1995；Komatsu et al，1997；Kamer et al， 2001；吳洪喜 等，2000；張寒野等，2006；王建偉等，2007）。腸滸苔（U.intestinalis）在5℃～30℃范圍內(nèi)都可以存活，在水溫5℃時種群開始增長，在10℃左右孢子萌發(fā)率迅速增加，溫度為15℃時生長速率最大（Kim et al，1996；Lotze et al，1999）。

然而，在我國黃海發(fā)生的綠潮事件中，滸苔（U.prolifera）最終取代其他物種，成為優(yōu)勢種群。因此，需要解答滸苔（U.prolifera）與其他滸苔物種之間的競爭關(guān)系。本研究在以往學(xué)者的研究的基礎(chǔ)上，對蘇北沿岸潮間帶優(yōu)勢物種：滸苔（U.prolifera）和腸滸苔（U.intestinalis）在不同溫度和營養(yǎng)鹽交叉條件下的生長情況開展了研究。目的是探索不同滸苔物種的生長特性，解釋其在綠潮爆發(fā)中的競爭機制。

1 材料和方法

1.1 材料來源

滸苔（U.prolifera）和腸滸苔（U.intestinalis）樣品于2010年4月取自江蘇省南通市如東縣長沙鎮(zhèn)紫菜養(yǎng)殖筏架（E121°19′58.1″-E121°21′32.4″；N32°28′13.7″-N32°29′38.3″），滸苔（U.prolifera）和腸滸苔（U.intestinalis）在筏架上的生物量（干重）比例約為2∶1（個人數(shù)據(jù)，發(fā)表中）。采集到的兩種滸苔樣品放在冰盒中帶回實驗室，用GF/F玻璃纖維濾膜過濾過的自然海水反復(fù)清洗多次后，置于過濾過的消毒海水中培養(yǎng)、純化。

1.2 實驗設(shè)計

將兩種滸苔置于光照培養(yǎng)箱（BSG-800）中培養(yǎng)，光暗比為12 h∶12 h，光照度8 000 lx。將GF/F膜過濾過的自然海水，置于1 000 mL的燒杯中，培養(yǎng)水體為1 000 mL。自然海水取自煙臺棧橋近岸，通過添加NH4NO3和KH2PO4設(shè)置6個實驗組，各組氮、磷營養(yǎng)鹽的初始濃度如表1所示。培養(yǎng)溫度分別設(shè)定為：10℃，15℃，20℃和25℃。

表1 各營養(yǎng)鹽組初始濃度

1.3 滸苔含水率的計算

分別取出5份10 g的兩種滸苔，將藻體用濾紙吸干后，在80℃下烘干至恒重，測藻體的含水率，再將滸苔含水率分別加和計算平均值。

1.4 相對生長率的計算

每天取出全部藻體，再將藻體用濾紙吸干，測量藻體濕重，計算相對生長率，再將生長期內(nèi)每次的計算結(jié)果加和計算平均值，連續(xù)測定10天。計算公式如下：

式中，Ki代表從第1天到第（i+1）天的相對增長速率；Wi+1代表第（i+1）天測定的濕生物量；W0代表開始培養(yǎng)時的濕生物量；i代表第i天取樣；N代表總?cè)哟螖?shù)；代表兩種滸苔生長期平均每天的相對增長速率；a為兩種滸苔平均含水率。

1.5 營養(yǎng)鹽的測定

將每種初始培養(yǎng)液以及培養(yǎng)10天后的每個燒杯的培養(yǎng)液經(jīng)過GF/F膜過濾后，使用營養(yǎng)鹽自動分析儀（Seal AA3，Germany）測定培養(yǎng)液中的氨氮（NH4+-N）、亞硝酸鹽（NO2--N），硝酸鹽（NO3--N），總?cè)芙鈶B(tài)氮（TDN）和溶解無機磷含量。溶解性無機氮（DIN）為氨氮（NH4+-N）、亞硝酸鹽（NO2--N）和硝酸鹽（NO3--N）的總和（海洋監(jiān)測規(guī)范第4部分：海水分析GB17378.4-2007）。

1.6 數(shù)據(jù)處理

應(yīng)用SPSS 11.5軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。藻體生長率等參數(shù)應(yīng)用“one-way ANOVA”的方法進行多重比較，以P<0.05作為差異顯著性水平，所得數(shù)據(jù)均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。營養(yǎng)鹽消耗量為營養(yǎng)鹽初始濃度與最終濃度之差。

2 結(jié)果

2.1 腸滸苔（U.intestinalis）和滸苔（U.prolifera）的生長情況

圖1表明，不同溫度條件下，腸滸苔（U.intestinalis）相對生長率變化趨勢大致相同，每個營養(yǎng)鹽組中不同溫度條件下相對生長率的差異不顯著（P>0.05），即從第1天至第8天均呈明顯上升趨勢，在第8天相對生長率達到最大，而從8天后開始快速下降。

圖1 腸滸苔（U.intestinalis）在6組營養(yǎng)鹽環(huán)境中不同溫度下的相對生長率

圖2 滸苔（U.prolifera）在6組營養(yǎng)鹽環(huán)境中不同溫度下的相對生長率

圖2 顯示，滸苔（U.prolifera）相對生長率也呈現(xiàn)出先增后降的變化趨勢。各實驗條件下，滸苔（U.prolifera）相對生長率在第1-7天均呈明顯上升趨勢，并且，最大相對生長率均出現(xiàn)在第7天。經(jīng)方差分析，每個營養(yǎng)鹽組在不同溫度下的相對生長率差異不顯著（P>0.05）。

從圖1和圖2的對比可以看出，在相同溫度條件下，腸滸苔（U.intestinalis）在第Ⅰ組營養(yǎng)鹽環(huán)境中的相對生長率明顯高于其他組，而滸苔（U.prolifera）在第Ⅵ組營養(yǎng)鹽環(huán)境中的相對生長率，在20℃、25℃時明顯高于其他組，但在10℃和15℃時，各組增長水平大致相同，說明高溫、高營養(yǎng)鹽利于滸苔（U.prolifera）的快速生長。

根據(jù)表2中兩種滸苔相對生長率的最大值出現(xiàn)的溫度和營養(yǎng)鹽組情況可以看出，腸滸苔（U.intestinalis）的最大相對生長率出現(xiàn)在15℃時第Ⅰ組中，滸苔（U.prolifera）的最大相對生長率則出現(xiàn)在溫度為25℃時，DIN濃度最大的第Ⅵ組，說明滸苔（U.prolifera）對營養(yǎng)鹽與溫度的耐受程度比較高。此外，各組中滸苔（U.prolifera）的最大相對生長率出現(xiàn)較早（第7天）且持續(xù)時間至第9天，顯示了優(yōu)于腸滸苔（U.intestinalis）的生長特征。

2.2 腸滸苔（U.intestinalis）和滸苔（U.prolifera）對營養(yǎng)鹽的消耗情況

根據(jù)表3中兩種滸苔的最大營養(yǎng)鹽消耗量，可以看出，第Ⅲ組中腸滸苔（U.intestinalis）在10℃時對硝酸鹽的消耗量最大，第Ⅵ組中腸滸苔（U.intestinalis）在15℃時對硝酸鹽和DIP的消耗量最大。結(jié)合表2中兩種滸苔最大相對生長率出現(xiàn)的組別，可以看出，腸滸苔（U.intestinalis）在上述溫度和營養(yǎng)鹽組中相對生長率也最大。

第Ⅲ組中滸苔（U.prolifera）在10℃時對氨鹽的消耗量最大，第Ⅳ組中滸苔（U.prolifera）在25℃時對氨鹽的消耗量最大，第Ⅵ組中滸苔（U.prolifera）在25℃時對硝酸鹽和DIP的消耗量最大。根據(jù)表2數(shù)據(jù)，與腸滸苔（U.intestinalis）相同，滸苔（U.prolifera）在上述溫度和營養(yǎng)鹽組中其相對生長率也達到了最大。

表2 滸苔（U.prolifera）和腸滸苔（U.intestinalis）在各組中的最大相對生長率 (%)

表3 滸苔（U.prolifera）和腸滸苔（U.intestinalis）的最大營鹽消耗量（μmol·L-1）

此外，從表3中可以看出，在DIN濃度最高的第Ⅵ組中，在15℃～25℃的溫度范圍內(nèi)，滸苔（U.prolifera）對硝酸鹽的消耗量均最大，且均高于腸滸苔（U.intestinalis）。

3 討論

綜合比較兩種滸苔在各種條件下的相對生長率，可以看出滸苔（U.prolifera）的相對生長率在第7天時就會達到最大值，并在短暫下降后又再次升高，這表明滸苔（U.prolifera）具有短期快速吸收儲備營養(yǎng)物質(zhì)的特點，與相關(guān)報道一致（Thomas et al，1987；Pedersen et al，1997）。此外結(jié)果還顯示滸苔（U.prolifera）的相對生長率達到最大值后并未立即下降，而是仍保持較高值，在持續(xù)了兩天之后才開始顯著下降。而腸滸苔（U.intestinalis）則在第8天時相對生長率最大，之后呈下降趨勢。腸滸苔（U.intestinalis）的相對生長率在達到最大值后即迅速下降，這意味著腸滸苔（U.intestinalis）以較高的生長率持續(xù)生長的能力弱于滸苔（U.prolifera），表明滸苔（U.prolifera）在大規(guī)模增殖后可能會搶占生態(tài)位，成為優(yōu)勢種。

對于滸苔（U.prolifera）和腸滸苔（U.intestinalis）不同生長模式，存在兩種解釋：第一，兩種滸苔營養(yǎng)鹽利用機制存在差異；第二，兩種滸苔自身的生物適應(yīng)策略不同。

從營養(yǎng)鹽利用機制來看，本實驗表明滸苔（U.prolifera）對硝酸氮的消耗能力很強，這與田千桃等（2010）的結(jié)論一致，滸苔（U.prolifera）在生態(tài)上的成功與其較強營養(yǎng)鹽利用能力密不可分，其對硝酸氮的消耗量明顯高于腸滸苔（U.intestinalis），這與Wang等（2012）的研究一致。實驗結(jié)果還表明，在高營養(yǎng)條件下，滸苔（U.prolifera）的相對生長率明顯高于腸滸苔（U.intestinalis），這與Lotze等（1999）的研究結(jié)果一致。此外，研究表明，DIN濃度的升高會限制部分石莼屬綠藻的生長，如Berglund（1969）的研究顯示緣管滸苔（U.linza）在DIN為14 μmol/L時生長情況最好，而DIN超過21 μmol/L時生長逐漸受到限制，這可能是本實驗中腸滸苔（U.intestinalis）在營養(yǎng)鹽濃度相對較高時，相對生長率較低現(xiàn)象的一種解釋。

從兩種滸苔自身的生物適應(yīng)策略上來看，與腸滸苔（U.intestinalis）相比，滸苔（U.prolifera）對于不利的、多變的環(huán)境條件的響應(yīng)更為敏感，更容易在短時間內(nèi)引發(fā)藻華（Wang et al.，2012）。腸滸苔（U.intestinalis）與滸苔（U.prolifera）相比，則有著更強的N攝取和貯存能力（Cohen et al，2004），且具有較強的環(huán)境耐受力，即使在環(huán)境狀況不利于其生長，如鹽度下降，光照不足時，其仍會攝取并貯存N（Kamer et al，2001；Cohen et al，2004），并且在不利環(huán)境中，腸滸苔（U.intestinalis）會將光合作用提供的能量優(yōu)先用于進行滲透調(diào)節(jié)而非藻體生長（Cohen et al，2004）。這就意味著，由于其他環(huán)境因素的限制，腸滸苔（U.intestinalis）藻體中的N即使很充足且在不斷增加，其生物量也可能不會發(fā)生快速的增長。因此，在兩種滸苔共生時，滸苔（U.prolifera）更容易爆發(fā)，而腸滸苔（U.intestinalis）則更偏向于貯存能量和營養(yǎng)鹽。

4 結(jié)論

本次實驗對滸苔（U.prolifera）和腸滸苔（U.intestinalis）對營養(yǎng)鹽吸收利用的生理生態(tài)學(xué)差異做了初步研究，主要結(jié)論如下：

（1）滸苔（U.prolifera）在溫度和營養(yǎng)鹽濃度較高時表現(xiàn)出較高的相對生長率，而相比之下，腸滸苔（U.intestinalis）則在較低的溫度和營養(yǎng)鹽濃度下相對生長率較高。

（2）滸苔（U.prolifera）和腸滸苔（U.intestinalis）表現(xiàn)出兩種截然不同的生長模式：滸苔（U.prolifera）達到最大相對生長率所需的時間少于腸滸苔（U.intestinalis）且持續(xù)時間長；而腸滸苔（U.intestinalis）不僅達到最大相對生長率的時間要長于滸苔（U.prolifera），而且其相對生長率在達到最大值后即迅速下降，不能持續(xù)。

Back S，Lehvo A，Blomster J，2000.Mass occurrence of unattached Enteromorpha intestinalis on the Finnish Baltic Sea coast：Helsinki：Societas Biologica Fennica Vanamo，1964，155-161.

Balls P，Macdonald A，Pugh K，et al，1995.Long-term nutrient enrichment of an estuarine system：Ythan，Scotland（1958-1993）.Environmental Pollution，90（3）：311-321.

Berglund H，1969.On the cultivation of multicellular marine green algae in axenic culture.Svensk Bot.Tidskr，63：251-264.

Blomster J，B?ck S，F(xiàn)ewer D P，et al，2002.Novel morphology in Enteromorpha（Ulvophyceae）forming green tides.American Journal of Botany，89（11）：1756-1763.

Briand X，Morand P，1987.Ulva，stranded algae：a way of depollution through methanisation，834-839.

Cohen R A，F(xiàn)ong P，2004.Nitrogen uptake and assimilation in Enteromorpha intestinalis（L.）Link（Chlorophyta）：using 15N to determine preference during simultaneous pulses of nitrate and ammonium.Journal of experimental marine biology and ecology，309（1）：67-77.

Coleman N V，Stewart W，1979.Enteromorpha prolifera in a polyeutrophic loch in Scotland.British Phycological Journal，14：121.

Dan A，Hiraoka M，Ohno M，et al，2002.Observations on the effect of salinity and photon fluence rate on the induction of sporulation and rhizoid formation in the green alga Enteromorpha prolifera（Müller）J.Agardh（Chlorophyta，Ulvales）.Fisheries Science，68（6）：1182-1188.

Dugdale R，Goering J，1967.Uptake of new and regenerated forms of nitrogen in primary productivity.Limnology and Oceanography，196-206.

Fletcher R L，1974.Ulva problem in Kent.Marine Pollution Bulletin，5（2）：21-21.

Fletcher R L，1996.Marine benthic vegetation：recent changes and the effects of eutrophication.In.：Berlin：Springer press.

Hiraoka M，Ohno M，Kawaguchi S，et al，2004.Crossing test among floating Ulva thalli forminggreen tide'in Japan.Hydrobiologia，512（1）：239-245.

Hu C，Li D，Chen C，et al，2010.On the recurrent Ulva prolifera blooms in the Yellow Sea and East China Sea.Journal of Geophysical Research-Oceans，115.

Kamer K，F(xiàn)ong P，2001.Nitrogen enrichment ameliorates the negative effects of reduced salinity on the green macroalga Enteromorpha intestinalis.Marine Ecology Progress Series，218：87-93.

Komatsu T，Meinesz A，Buckles D，1997.Temperature and light responses of alga Caulerpa taxifolia introduced into the Mediterranean Sea.Marine Ecology Progress Series，146（1）：145-153.

Lapointe B E，1997.Nutrient thresholds for bottom-up control of macroalgal blooms on coral reefs in Jamaica and southeast Florida.Limnology and Oceanography，1119-1131.

Lapointe B E，Barile P J，Littler M M，et al，2005a.Macroalgal blooms on southeast Florida coral reefs：II.Cross-shelf discrimination of nitrogen sources indicates widespread assimilation of sewage nitrogen.Harmful Algae，4（6）：1106-1122.

Lapointe B E，Barile P J，Littler M M，et al，2005b.Macroalgal blooms on southeast Florida coral reefs：I.Nutrient stoichiometry of the invasive green alga Codium isthmocladum in the wider Caribbean indicates nutrient enrichment.Harmful Algae，4（6）：1092-1105.

Largo D B，Sembrano J，Hiraoka M，et al，2004.Taxonomic and ecological profile of‘green tide’species of Ulva（Ulvales，Chlorophyta）in central Philippines.Asian Pacific Phycology in the 21st Century：Prospects and Challenges，247-253.

Liu D，Keesing J K，Xing Q，et al，2009.World's largest macroalgal bloom caused by expansion of seaweed aquaculture in China.Marine Pollution Bulletin，58（6）：888-895.

Lotze H K，Schramm W，Schories D，et al，1999.Control of macroalgal blooms at early developmental stages：Pilayella littoralis versus Enteromorpha spp.Oecologia，119（1）：46-54.

Marshall Pregnall A，Rudy P P，1985.Contribution of green macroalgal mats（Enteromorpha spp.）to seasonal production in an estuary.Marine ecology progress series.Oldendorf，24（1）：167-176.

Moll B，Deikman J，1995.Enteromorpha clathrata：A potential seawater-irrigated crop.Bioresource technology，52（3）：255-260.

Morand P，Merceron M，2005.Macroalgal population and sustainability.Journal of coastal research，1009-1020.

Pedersen M，Borum J，1997.Nutrient control of estuarine macroalgae：growth strategy and the balance between nitrogen requirements and uptake.Marine Ecology Progress Series，161：155-163.

Taylor R，F(xiàn)letcher R L，Raven J A，2001.Preliminary studies on the growth of selected'Green tide'algae in laboratory culture：Effects of irradiance，temperature，salinity and nutrients on growth rate.Botanica Marina，44（4）：327-336.

Taylor R，F(xiàn)letcher RL，Raven JA，2005.Preliminary studies on the growth of selected‘green tide’algae in laboratory culture：effects of irradiance，temperature，salinity and nutrients on growth rate.Botanica Marina，44（4）：327-336.

Thomas T，Turpin D，Harrison P，1987.Desiccation enhanced nitrogen uptake rates in intertidal seaweeds.Marine Biology，94（2）：293-298.

Villares R，Puente X，Carballeira A，1999.Nitrogen and phosphorus in Ulva sp.in the Galician Rias Bajas（northwest Spain）：seasonal fluctuations and influence on growth.Boletin-instituto espanol de oceanografia，15（1/4）：337-342.

Wallentinus I，1984.Comparisons of nutrient uptake rates for Baltic macroalgae with different thallus morphologies.Marine Biology，80（2）：215-225.

Wang Ying，Wang You，Zhu Lin，et al，2012.Comparative Studies on the Ecophysiological Differences of Two Green Tide Macroalgae under Controlled Laboratory Conditions.PLoS One，8（7）：1-16.

Woodhead P，Moss B，1975.The effects of light and temperature on settlement and germination of Enteromorpha.British Phycological Journal，10（3）：269-272.

Ye N，Zhang X，Mao Y，et al，2011.“Green tides”are overwhelming the coastline of our blue planet：taking the world’s largest example.Ecological Research，26：477-485.

李儉平，趙衛(wèi)紅，付敏，等，2010.氮磷營養(yǎng)鹽對滸苔（U.prolifera）生長影響的初步探討.海洋科學(xué)，4：45-48.

喬方利，馬德毅，朱明遠，等，2008.2008年黃海滸苔（U.prolifera）爆發(fā)的基本狀況與科學(xué)應(yīng)對措施.海洋科學(xué)進展，26（3）：409-410.

田千桃，霍元子，王陽陽，等，2010.滸苔對NH4+-N與NO3--N吸收的相互作用.海洋科學(xué)，41-45.

田千桃，霍元子，張寒野，等，2010.滸苔（U.prolifera）和條滸苔（U.clathrata）生長及其氨氮吸收動力學(xué)特征研究.上海海洋大學(xué)學(xué)報，19（2）：252-258.

王建偉，閻斌倫，林阿朋，等，2007.滸苔（Enteromorpha prolifera）生長及孢子釋放的生態(tài)因子研究.海洋通報，26（2）：60-65.

吳洪喜，吳美寧，2000.滸苔（U.prolifera）實驗生態(tài)的初步研究.浙江海洋學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版，19（3）：230-234.