秦 松，田 濤，楊 軍，吳忠鑫，劉永虎，陳 勇

( 1.大連海洋大學(xué)，遼寧省海洋牧場工程技術(shù)研究中心，遼寧 大連 116023； 2.浙江省海洋水產(chǎn)養(yǎng)殖研究所，浙江 溫州 325005 )

海帶(Saccharinajaponica)和裙帶菜(Undariapinnatifida)是我國北方海區(qū)具有較高經(jīng)濟(jì)價(jià)值的主要經(jīng)濟(jì)大型藻類[1-2]，除食用價(jià)值較高外，還具有多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，包括調(diào)節(jié)大氣、凈化水質(zhì)、物質(zhì)循環(huán)、生物碳匯[3-6]等，尤其在生態(tài)修復(fù)和氣候調(diào)節(jié)方面有重要的作用，在凈化水質(zhì)方面具有修復(fù)水體富營養(yǎng)化、降解有機(jī)污染物、富集海水重金屬、抑制赤潮暴發(fā)等多種功能[7-9]。與此同時(shí)，大型藻類固碳增匯、釋放O2等生態(tài)修復(fù)功能也已得到國際社會(huì)的廣泛關(guān)注[10-12]。近年來藻類生物制藥、新型能源等產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，國際市場上對(duì)海帶和裙帶菜需求量逐年增加，因此海帶和裙帶菜的養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)也得到了高速發(fā)展，產(chǎn)量逐年遞增，現(xiàn)已成為我國產(chǎn)量最高的兩種養(yǎng)殖藻類[13-17]。

雖然我國海帶、裙帶菜養(yǎng)殖模式和產(chǎn)業(yè)已趨于成熟與穩(wěn)定，但由于產(chǎn)品加工產(chǎn)業(yè)落后及常年大密度養(yǎng)殖造成的海域污染等原因，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益并不高[18-19]。苗繩投放海中后，附著不夠牢固的幼苗自苗繩上脫落，造成死亡和減產(chǎn)，影響?zhàn)B殖海藻成活率，從而增加了養(yǎng)殖成本。為解決這些問題，國內(nèi)外學(xué)者已進(jìn)行諸多研究，多集中在海帶、裙帶菜養(yǎng)殖技術(shù)、人工育苗、不同基質(zhì)的附著效果等方面[20-22]。而對(duì)于海帶和裙帶菜在苗繩上附著力的測量和估算尚未見報(bào)道。筆者通過試驗(yàn)，得到不同規(guī)格海帶和裙帶菜根部附著情況以及根部附著力的變化趨勢，從而了解人工養(yǎng)殖海帶和裙帶菜過程中水流或外力對(duì)海藻成活率的影響，以及藻體根部附著力的變化特征，進(jìn)而為合理采取預(yù)防措施、改進(jìn)養(yǎng)殖過程及方式、提高產(chǎn)量提供一定的參考依據(jù)，同時(shí)為自然海區(qū)的海帶、裙帶菜人工增殖提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)樣品

試驗(yàn)用海帶和裙帶菜幼苗系人工培育，在2015年10月出庫養(yǎng)殖于大連黑石礁海域，共取樣3次，第1次為剛出庫(從室內(nèi)移往海區(qū)養(yǎng)殖)海帶、裙帶菜的幼苗苗簾(幼苗全長1～10 mm)此后分別于2015年12月和2016年3月在養(yǎng)殖海域內(nèi)采集海帶、裙帶菜苗繩樣品。采集苗繩樣品時(shí)應(yīng)截取完整的苗繩，同時(shí)避免對(duì)苗繩上的藻體造成損壞。試驗(yàn)開始前將采集的苗繩樣品通氣暫養(yǎng)于60 cm×50 cm×40 cm白色半透明塑料箱，1 d后用于試驗(yàn)，藻體密度為2 g/L(濕質(zhì)量)，水溫(20±1) ℃，pH 8.1，鹽度32。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 水流試驗(yàn)法

在測量剛出庫的苗繩上藻體幼苗附著力時(shí)，由于幼苗個(gè)體較小，無法直接使用測力裝置測量附著力和附著情況，因此，使用水流沖擊法(圖1)測定苗繩上幼苗的附著情況來間接評(píng)價(jià)幼苗的附著力。選取若干完整、幼苗發(fā)育良好的苗繩，測量苗繩的長度、直徑等。在苗繩上等間隔抽取單位長度的樣本測量苗繩上的幼苗個(gè)數(shù)，從而估算整根苗繩幼苗的總數(shù)量。若幼苗較小，肉眼難以分辨可借助放大鏡或解剖鏡。然后隨機(jī)截取長度為20～30 cm的苗繩若干進(jìn)行試驗(yàn)。采用平均苗種脫落率及相對(duì)附著系數(shù)作為幼苗附著能力的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

圖1 垂直循環(huán)流水槽示意

1.2.1.1 平均苗種脫落率

隨機(jī)選取苗繩，將其豎直固定在循環(huán)流水槽中，打開循環(huán)流水槽開關(guān)，設(shè)置水流速度為15 cm/s，水流方向?yàn)轫槙r(shí)針方向。待水流平穩(wěn)后開始計(jì)時(shí)，30 min后關(guān)閉，取下苗繩對(duì)其浸水部分進(jìn)行等間隔抽取單位長度樣品測量幼苗個(gè)數(shù)，從而估算在該水流速度下浸水苗繩上剩余幼苗的平均數(shù)量；然后調(diào)整水流速度以10 cm/s為單位進(jìn)行遞增，至100 cm/s為止，測量每個(gè)流速條件下的苗繩剩余幼苗平均數(shù)量，每個(gè)流速共測試5次，從而計(jì)算出每個(gè)流速下的平均苗種脫落率。

D=n1/n

式中，D為平均苗種脫落率，n1為水流沖擊后掉落的幼苗數(shù)量，n為苗繩上原有的幼苗總數(shù)量。

1.2.1.2 相對(duì)附著系數(shù)

取20根苗繩將其垂直固定在循環(huán)流水槽中，保證水流的方向垂直于苗繩的長度方向，并測量其浸沒在水中的長度。打開循環(huán)流水槽開關(guān)，設(shè)置水流速度為15 cm/s，待水流平穩(wěn)后開始計(jì)時(shí)，30 min后取出第一根苗繩計(jì)算其苗種脫落率，同時(shí)流速增至25 cm/s，30 min后取出第二根苗繩計(jì)算其苗種脫落率，以此遞增至100 cm/s，取出最后一根苗繩，計(jì)算苗種脫落率。所述的苗種脫落率為脫落的苗種數(shù)量與每根苗繩上初始苗種數(shù)量之間的比值，重復(fù)上述操作5次，取每個(gè)流速每根苗繩的多次苗種脫落率的平均值，通過曲線擬合求出對(duì)應(yīng)的方程y=f(x)(x為水流速度，y為苗種脫落率)，并對(duì)方程的x在0～100 cm/s間求積分，取倒數(shù)。

該值記作測試苗種的相對(duì)附著系數(shù)，相對(duì)附著系數(shù)表征了在一定流速范圍內(nèi)苗繩幼苗平均苗種脫落率的均勻變化情況，也體現(xiàn)了一定流速范圍內(nèi)苗繩上幼苗的附著情況，在一定程度上整體反映了苗繩幼苗的附著能力。

1.2.2 電子式推拉力計(jì)法

當(dāng)測量較大個(gè)體的海帶、裙帶菜根部附著力時(shí)，直接使用電子式推拉力計(jì)(ZP-100)測量，具體方法如下：

(1)測量開始前，將藻體進(jìn)行生物學(xué)測量，包括全長、濕質(zhì)量、葉長、葉寬、莖長、莖寬等；

(2)將推拉力計(jì)前端與藻體根部連接固定好；

(3)點(diǎn)擊“開始測試”并緩慢拉動(dòng)儀器直至藻體與苗繩脫離；

(4)檢查測試圖形是否完整，數(shù)據(jù)是否合理；

(5)每個(gè)長度的海帶、裙帶菜均測定40次，以平均值記作附著力。

2 結(jié)果與分析

2.1 海帶、裙帶菜水流測量結(jié)果

海帶、裙帶菜水流試驗(yàn)結(jié)果顯示，單位長度苗繩上幼苗的脫落率隨著水流速度的增加而逐漸增加(圖2)。由圖2可見，海帶、裙帶菜苗繩上幼苗脫落率與水流速度有明顯的對(duì)數(shù)關(guān)系，海帶與裙帶菜之間差異顯著(P<0.05)。海帶幼苗脫落率(y)與水流速度(x)關(guān)系式為y=0.2384lnx-0.5556，由關(guān)系式可知，當(dāng)水流速度大于10.28 cm/s時(shí)，海帶幼苗開始脫落，考慮到循環(huán)流水槽水流速度較低時(shí)速度較不穩(wěn)定且海帶幼苗脫落現(xiàn)象不明顯的情況，調(diào)節(jié)控制面板使海帶幼苗苗繩在水流速度為5～15 cm/s，進(jìn)行脫落率試驗(yàn)，水流速度梯度為2.5 cm/s。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)水流速度為12.5 cm/s時(shí)，海帶幼苗出現(xiàn)較大幅度的脫落，表明與曲線模擬出的開始脫落的水流速度(10.28 cm/s)差別不大。對(duì)方程進(jìn)行微分可得幼苗脫落率的增長速率隨著水流速度的增大逐漸減小并趨近于零。對(duì)x在0～100內(nèi)進(jìn)行積分并取倒數(shù)，結(jié)果為0.0329(圖3)，該計(jì)算值是一個(gè)相對(duì)統(tǒng)計(jì)值，由于一般藻類養(yǎng)殖海區(qū)和人工魚礁投放海區(qū)水流速度通常不會(huì)超過100 cm/s，所以選擇在0～100內(nèi)進(jìn)行積分，以綜合評(píng)價(jià)該流速范圍內(nèi)藻類苗種的相對(duì)附著能力。

圖2 海帶、裙帶菜苗繩幼苗脫落率與水流速度的關(guān)系

裙帶菜苗繩上幼苗脫落率(y)與水流速度(x)對(duì)數(shù)關(guān)系式為y=0.2743lnx-0.7477(圖2)，與海帶幼苗苗繩不同的是，當(dāng)水流速度為15 cm/s時(shí)，裙帶菜苗繩幼苗脫落情況不明顯，所以裙帶菜幼苗開始脫落時(shí)的水流速度大于15 cm/s，通過對(duì)流速超過25 cm/s的脫落率數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到對(duì)數(shù)關(guān)系式為y=0.2795lnx-0.769，計(jì)算得知，當(dāng)水流速度大于15.66 cm/s時(shí)，裙帶菜幼苗開始脫落，最后調(diào)節(jié)控制面板使裙帶菜幼苗苗繩在水流速度15 cm/s的基礎(chǔ)上以2.5 cm/s的速度遞增進(jìn)行水流試驗(yàn)，結(jié)果在水流速度為17.5 cm/s時(shí)出現(xiàn)明顯的脫落，這表明通過模擬得到的開始脫落時(shí)的水流速度具有一定的準(zhǔn)確性。對(duì)方程進(jìn)行微分可得幼苗脫落率的增長速率隨著水流速度的增大逐漸減小并趨近于零。對(duì)x于0～100內(nèi)進(jìn)行積分并取倒數(shù)，結(jié)果為0.0419(圖4)。相對(duì)附著系數(shù)值越大，說明附著強(qiáng)度越大。由此可知，該試驗(yàn)中試驗(yàn)裙帶菜幼苗附著能力略強(qiáng)于海帶幼苗。

圖3 海帶苗繩幼苗相對(duì)附著能力

圖4 裙帶菜苗繩幼苗相對(duì)附著能力

2.2 海帶、裙帶菜數(shù)顯推拉力計(jì)測量結(jié)果

選取3段苗繩上不同生長規(guī)格的海帶和裙帶菜幼苗各40棵進(jìn)行測力試驗(yàn)，測定每棵海帶的葉長、葉寬、全長、莖長、莖寬、濕質(zhì)量等數(shù)據(jù)。使用數(shù)顯推拉力計(jì)測定海帶根部最大承受力數(shù)值。為了解最大承受力與藻體自身的關(guān)系，對(duì)最大承受力與藻體各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行了相關(guān)性分析，結(jié)果見表1。

相關(guān)性分析得知，海帶、裙帶菜根部最大承受力與藻體本身各項(xiàng)指標(biāo)均顯著相關(guān)，而藻體的全長和濕質(zhì)量是最能代表藻體各個(gè)發(fā)育時(shí)期的指標(biāo)。因此重點(diǎn)分析了藻體全長和濕質(zhì)量與根部最大承受力的關(guān)系，結(jié)果見圖5、圖6。

表1 海帶、裙帶菜根部最大承受力與藻體各項(xiàng)指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)

注：*表示0.01<α≤0.5，顯著相關(guān)(雙側(cè)檢驗(yàn))；**表示α≤0.01，極顯著相關(guān)(雙側(cè)檢驗(yàn)).

圖6 海帶、裙帶菜藻體全長與根部最大承受力關(guān)系

由圖5、圖6可見，海帶、裙帶菜根部附著力隨著藻體規(guī)格的增大而增加。兩種藻類根部承受力差異顯著(P<0.05)。其中海帶藻體濕質(zhì)量與根部附著力呈顯著線性關(guān)系(P<0.001)，相關(guān)系數(shù)為0.953，裙帶菜藻體濕質(zhì)量與根部附著力呈顯著線性關(guān)系(P<0.001)，相關(guān)系數(shù)0.881。隨著濕質(zhì)量的增加，根部附著力也逐步增大，相同濕質(zhì)量下，裙帶菜的根部附著力明顯大于海帶。而海帶藻體全長與根部附著力呈顯著指數(shù)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)0.895，裙帶菜藻體全長與根部附著力也呈顯著指數(shù)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)0.859，隨著藻體全長的增加，根部附著力逐漸增大且變化幅度越來越大，相同長度下，裙帶菜的根部附著力明顯大于海帶?？傮w而言，同種規(guī)格的裙帶菜比海帶具有更大的附著力。

3 討 論

3.1 海帶、裙帶菜幼苗生長發(fā)育與水流的關(guān)系

由水流試驗(yàn)結(jié)果可見，不論是裙帶菜還是海帶，當(dāng)流速達(dá)到1 m/s時(shí)，幼苗附著率僅約為50%，隨著水流速度的增大，幼苗脫落率不斷增加。多年的生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，養(yǎng)殖區(qū)的水流速度是海帶、裙帶菜生長發(fā)育的重要條件，如果流速過小，藻體生長緩慢并易感染病害，流速過大，會(huì)使得養(yǎng)殖筏被拉入水下，使得藻類受光時(shí)間減少，也不能保證藻體正常生長發(fā)育[23-26]。在低流速區(qū)域，由于巖礁周圍水位枯竭，礁石表面物質(zhì)的風(fēng)化、溶解從而形成折射邊界層，水流速度增加可導(dǎo)致這個(gè)折射邊界層變薄或者破裂，從而增加巖礁附近可溶性營養(yǎng)鹽和氣體的數(shù)量，因此在一定程度上增加了營養(yǎng)鹽的吸收率[27]。孟偉杰等[28]研究了水流對(duì)鐵釘菜(Ishigefoliaceaokamurai)和羊棲菜(Sargassumfusiforme)營養(yǎng)鹽吸收速率的影響，結(jié)果表明，硝酸鹽的吸收與水流速度有一定的關(guān)系，但是水流速度不能過大，在50 cm/s時(shí)吸收速率最大。張定民等[29]根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐和試驗(yàn)，證明海帶養(yǎng)殖海域的水流速度對(duì)海帶產(chǎn)量和質(zhì)量有直接關(guān)系，研究表明，海帶增加質(zhì)量和發(fā)育情況需要適宜的流速，約50 cm/s時(shí)最佳，過低和過高均影響產(chǎn)量。本試驗(yàn)通過對(duì)海帶、裙帶菜進(jìn)行室內(nèi)水流模擬試驗(yàn)，初步了解了兩種藻類養(yǎng)殖幼苗在不同流速下的附著情況。結(jié)果表明，隨著水流速度的增大，幼苗脫落率不斷增加，在水流速度為50 cm/s時(shí)，海帶幼苗脫落率達(dá)到38%，裙帶菜幼苗脫落率為32%，水流速度為20 cm/s以下時(shí)，幼苗脫落率較低，成活率較高。考慮到大型藻類營養(yǎng)鹽吸收及自身生長發(fā)育情況，水流速度應(yīng)適中。因此，建議在幼苗時(shí)期盡量減緩水流速度，以避免幼苗大量死亡，當(dāng)生長至一定規(guī)格后再適當(dāng)增加水流速度，以促進(jìn)藻體生長、避免病害等。同時(shí)筏式養(yǎng)殖系統(tǒng)會(huì)對(duì)水動(dòng)力和物質(zhì)運(yùn)輸產(chǎn)生影響，在一定程度上減緩海水潮流[30]。因此在海流較大的海域可以通過擴(kuò)大養(yǎng)殖面積，改進(jìn)養(yǎng)殖區(qū)的合理布局來減緩海流流速，既可以使海帶和裙帶菜幼苗保持較高的附著率，也可以在一定程度上促進(jìn)藻體生長發(fā)育，達(dá)到增產(chǎn)增量的目的。

3.2 海帶、裙帶菜根部附著力受多種因素限制

不同規(guī)格的海帶、裙帶菜根部附著力試驗(yàn)結(jié)果表明，藻體與苗繩之間的附著力主要受藻體自身生長狀況限制，相關(guān)性分析結(jié)果顯示，附著力與藻體自身有密切相關(guān)性。同種規(guī)格的裙帶菜比海帶具有更大的附著力，這在一定程度上與其自身藻體結(jié)構(gòu)有關(guān)。裙帶菜各部分的分化比海帶明顯，固著器由叉狀分枝的假根組成，假根末端粗大，柄部長且粗壯，中間略隆起，貫穿裙帶菜葉片中央形成中肋，起到支撐藻體和傳輸物質(zhì)的作用，而海帶固著器與裙帶菜相比末端較細(xì)小，柄部粗壯程度隨海帶品種的不同和生長環(huán)境的變化而有所不同，一般較為細(xì)小[31-32]。由于裙帶菜和海帶自身組織結(jié)構(gòu)的差異，所以裙帶菜的根部附著力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于海帶，這也與本試驗(yàn)的結(jié)果相符。在裙帶菜和海帶生長過程中，假根會(huì)不斷生長，互相纏繞，成熟的海帶和裙帶菜根系較為發(fā)達(dá)，可以牢牢地附著在苗繩等固定物體表面，成熟的海帶、裙帶菜藻體往往難以脫離附著的物體[33-34]。但幼苗階段的藻體較易脫落，所以應(yīng)注意幼體階段海帶、裙帶菜的生長發(fā)育情況，避免對(duì)藻體產(chǎn)生較大的沖擊，應(yīng)及時(shí)加固藻體附著。

大型藻類具有多種生態(tài)功能，利用大型藻類進(jìn)行生態(tài)修復(fù)能起到較好的效果，如利用人工藻礁修復(fù)或重建藻場，達(dá)到生態(tài)修復(fù)和資源增殖的目的。在人工藻礁藻體移植過程中，藻類的固著效果直接影響大型藻類的成活率和人工藻礁的效果。已有研究表明，大型藻類的附著情況與附著基的材料和表面粗糙度密切相關(guān)，但是對(duì)于藻體的具體附著強(qiáng)度沒有系統(tǒng)的研究[35-36]。隨著近海的用海面積逐漸趨于飽和，開發(fā)和利用深海資源已成必然，了解大型藻類的附著強(qiáng)度有助于將其推廣到外海和深海進(jìn)行增殖和生態(tài)修復(fù)等活動(dòng)。

3.3 水流測定方法實(shí)用性

水流測定方法具有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：一是可避免由于藻類苗種規(guī)格過小無法通過直接拉伸測量來計(jì)算附著能力的問題，同時(shí)使用水流刺激更接近真實(shí)情況，能體現(xiàn)出藻類幼苗的附著情況；二是通過水流測定方法得到的數(shù)值是一個(gè)相對(duì)統(tǒng)計(jì)值，可用來評(píng)估不同藻類幼苗在一定流速范圍內(nèi)的相對(duì)附著能力，同時(shí)也可用來評(píng)估不同品種、不同生存環(huán)境以及不同批次間苗種的相對(duì)附著能力，從而可以直接有效地判斷苗種附著能力的強(qiáng)弱，以達(dá)到指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐的目的。相對(duì)附著系數(shù)是一個(gè)相對(duì)統(tǒng)計(jì)值，一般人工魚礁投放海域和藻類養(yǎng)殖海域水流最快流速均不宜超過100 cm/s，可以綜合評(píng)價(jià)在海域流速范圍以內(nèi)藻類苗種的相對(duì)附著能力，結(jié)果值越大，表明藻類苗種附著能力越強(qiáng)，結(jié)果值越小，表明藻類苗種附著能力越弱。