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《中国海洋大学》 2012年
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无居民海岛潮间带大型海藻生态修复研究

谭海丽  
【摘要】:无居民海岛具有重要的生态、经济、军事以及科学研究价值,但地域结构简单,环境相对封闭,生态系统构成较为单一,生物多样性指数小,稳定性差,因此是一个较为相对脆弱的地貌单元。作为海岛生态系统的重要组成部分,潮间带底质、地貌类型多样,水文状况错综复杂,具有较为丰富的生物多样性,其中广泛分布大量种类繁多的大型海藻。海藻场不仅具有很高的初级生产力,是整个海洋食物链的起点;而且对近岸碳循环过程也起着非常重要的作用,是海洋中生物地球化学循环的重要组成部分。随着环境污染以及人地关系紧张等问题的出现,海岛的自然环境和生态系统受到了极大的威胁和破坏,尤其是潮间带海藻场。潮间带大型海藻无法像其他生物通过游弋等方式躲避外界不利因素,环境的优劣直接决定了海藻的繁殖和生长,导致许多海岛的岛滩、岛基茂密的大型海藻(定生藻)退化或荒漠化,生物多样性降低,进而使以海藻为基本饵料的底栖(潮间带)生态系统和沿岸生态系统受到很大的破坏,因此,大型海藻的繁殖和生长情况能较为直接的反应周边环境质量,是较好的环境指示物。无居民海岛海藻场的生物修复,对于整个海岛生态系统功能恢复并达到自我维持具有显著意义。 本实验在海岛潮间带大型海藻调查的基础上,选择该潮间带原有的大型海藻,用人工增殖技术,增加恢复已经退化的无居民海岛藻场,完成海岛潮间带的生态修复工作,保护和恢复海岛生态系统。由于退化的潮间带海藻场生态修复不仅需要考虑大型海藻对水质的净化能力,而且其海藻的整个生物发育过程要有较强的对污染物的耐受性,确保人工修复后,大型海藻在该海区能顺利生长和繁衍,从根本上恢复海区的生物多样性和生态功能体系,起到较好的修复作用,所以主要工作如下:分析海岛周边海域污染状况及潮间带藻类退化情况,确定用于生态修复的大型海藻;对选定大型海藻的发育生态学进行研究,确保修复藻体的来源;在试验生态学的条件下,研究大型海藻幼体发育在环境胁迫下的耐受性,确保藻体投放后的存活率;在实验生态学的条件下,研究该大型海藻成体对富营养化水体净化及对重金属吸附能力;在该海区内尝试不同方法,进行大型海藻的修复工作,确保海藻场的恢复。结果如下: (1)经过采样调查发现,四个海岛周边海域海水物理因子较稳定,但pH有逐年上升的趋势,目前海区内的主要污染物是铵盐和铅,各污染物含量有逐年增加的趋势。硝酸盐、铜和铅在海水中含量的变化对海域污染状况的影响最大,四个季节的海域健康状况由好到坏依次为苏山岛、褚岛、小石岛、三连岛。 与历史相比,四个海岛潮间带大型海藻生物量和覆盖密度均有明显下降,种类减少,一些原本的优势种和特有种发生更替,生态系统遭到一定的破坏,应进行生态修复工作。由于鼠尾藻是四季、四岛的优势种,生物量较高,因此可以选择优势种鼠尾藻进行该海区潮间带大型海藻的生态修复工作。 (2)鼠尾藻的有性繁殖和发育观察表明,鼠尾藻的孢子放散时间和有性繁殖较为集中,比较有利于受精卵的收集;鼠尾藻的假根生长发育迅速,受精后48h能就可以完成固着,是对潮间带复杂环境的一种生存应对策略;鼠尾藻幼殖体早期生长受温度的影响大于盐度对其的影响,因此在实验过程中应增加对温度的控制,提高鼠尾藻幼殖体的成活率和生长率。鼠尾藻幼殖体发育过程中形成了应对潮间带恶劣情况的应对策略,对自身优势种的形成有较大帮助。通过与文献对比发现,南北方鼠尾藻在生长和繁殖过程中存在一定的时间和大小差异。 (3)在不同氮磷浓度及不同氮磷比例及重金属胁迫下发现,除重度污染处理组外,氮磷营养盐对鼠尾藻幼殖体早期不构成明显致死效应,但对其相对生长率和发育时间有明显影响,其中以氮浓度为4.5mg/L,磷浓度为0.45mg/L,即10:1时,鼠尾藻幼殖体发育最快。重金属铜对鼠尾藻幼孢子体生长有明显影响,水体中重金属铜浓度为0.05mg/L时,对幼孢子体生长有兴奋作用,当水体中铜浓度低于0.1mg/L时,对幼孢子体生长不存在抑制作用;重金属铜对鼠尾藻幼孢子有明显的致死作用,并随着剂量的升高,死亡率逐渐升高;随着水体中铜浓度的升高,鼠尾藻幼孢子体表现出个体偏小、色素沉积、透光性差等不健康现象,且当重金属铜浓度达到2.5mg/L时有灭绝性效应. (4)实验所设梯度下,鼠尾藻鲜重受氮磷影响不大,但受重金属影响较大。硝酸还原酶活性随溶液中氮浓度的升高而升高,但过高的氮磷比(32:1)能抑制硝酸还原酶的活性。低浓度磷水平下(0、2.5μmol/L),碱性磷酸酶活性随溶液中磷浓度的降低而升高;高浓度磷水平下(16、80μmol/L),碱性磷酸酶活性随溶液中磷浓度的降低而降低。氮缺乏时,碱性磷酸酶活性随溶液中磷浓度降低而升高。在重金属铜胁迫下,鼠尾藻藻叶绿素含量随胁迫时间呈现先上升后下降趋势;叶绿素含量随铜离子浓度的升高呈现波动下降的趋势。 (5)通过对比两种投放方式结果,直接泼洒鼠尾藻幼殖体使得鼠尾藻生物量增加,整体效果好,一定程度达到了修复的目的。同时,应该对需修复区域进行前期的人工处理及泼洒后的定期管理,这对增加受损区域的鼠尾藻生物量、达到较好的生态修复效果具有重要的意义。
【学位授予单位】:中国海洋大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:Q948

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