湯坤賢，范 祥，李和陽，馬 勇，張 飛，孫元敏

(1.福建省海洋生態(tài)保護(hù)與修復(fù)重點實驗室，福建 廈門 361005； 2.自然資源部第三海洋研究所，福建 廈門 361005；3.自然資源部海峽西岸海島海岸帶生態(tài)系統(tǒng)野外觀測研究站，福建 廈門 361005)

不同的海區(qū)富營養(yǎng)化原因、污染來源、主要污染因子、水文動力、環(huán)境條件等不同，不同的修復(fù)生物適宜的生長季節(jié)、生長習(xí)性、養(yǎng)殖筏架也不同。所以，實施近海富營養(yǎng)化的生態(tài)修復(fù)，應(yīng)該根據(jù)具體的情況，采用不同的生態(tài)修復(fù)技術(shù)與策略。

本研究重點對兩種典型的富營養(yǎng)化海區(qū)(網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)和污水排放區(qū))的生態(tài)修復(fù)技術(shù)進(jìn)行總結(jié)，提出不同富營養(yǎng)化海區(qū)的生態(tài)修復(fù)策略，旨在為富營養(yǎng)化海區(qū)生態(tài)修復(fù)提供參考。

1 富營養(yǎng)化海域的一般特征

富營養(yǎng)化是指氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)含量過高導(dǎo)致藍(lán)細(xì)菌、微藻和其他浮游生物惡性繁殖，導(dǎo)致水質(zhì)下降的現(xiàn)象。其主要特征是海水中含有高濃度的無機(jī)或(和)有機(jī)營養(yǎng)物質(zhì)。近幾十年來，各種人為活動加速了近岸海域的營養(yǎng)物質(zhì)輸入，改變了水體的營養(yǎng)成分，使有機(jī)物(特別是藻類)在水域中快速累積，并造成一系列不良影響，其最具代表性的即是赤潮的暴發(fā)。赤潮是典型的海洋浮游微藻密集聚集體，這些浮游微藻大量繁殖時會把海水染成紅色，有時也會把海水變成棕色、橙色，甚至略帶綠色。它們有的能產(chǎn)生天然毒素，如短裸甲藻毒素[22-23]，能在多種不同營養(yǎng)級的海洋生物中累積[24-25]，殺死大量魚類，污染牡蠣等濾食性貝類，使它們無法食用。赤潮的浮游微藻產(chǎn)生的神經(jīng)毒素也會影響鳥類、海洋哺乳動物和海龜?shù)?，并最終危害人類健康[26-27]。

2 修復(fù)生物的適宜性分析

2.1 貝類

貝類對營養(yǎng)鹽中氮(N)的利用是貝類在海域生態(tài)修復(fù)中起到的作用之一，這種作用有學(xué)者稱之為貝類生物萃取[22,28]。海水中無機(jī)氮和某些有機(jī)氮被浮游植物同化，浮游植物被貝類過濾和消耗，海水中的氮就轉(zhuǎn)移到貝類組織中。當(dāng)貝類養(yǎng)殖收獲時，水體中的氮就能被去除，即通過貝類養(yǎng)殖收獲從海洋環(huán)境中去除營養(yǎng)鹽來減輕營養(yǎng)鹽過量對海洋環(huán)境的影響[22,28]，同時也緩解了富營養(yǎng)化所造成浮游植物生物量的積累導(dǎo)致水體透明度降低的問題[29]。

2.2 大型海藻

大型海藻在海洋初級生產(chǎn)者中扮演著重要的角色，它們生長周期長且具有較高的生長率，能通過光合作用吸收固定水體中的C、N、P等元素來合成自身物質(zhì)，同時向水體釋放氧氣。當(dāng)海域中營養(yǎng)鹽含量較高時，即使光照不足，大型海藻也能迅速高效地將大量的營養(yǎng)鹽儲存在其氮庫中，以備在合適光照下快速生長[30]。在富營養(yǎng)化海區(qū)中適量養(yǎng)殖大型海藻，利用大型海藻在生長過程中大量吸收水體中C、N、P等營養(yǎng)物質(zhì)的特性，是防治海水富營養(yǎng)化，抑制赤潮生物生長，改善沿海生態(tài)環(huán)境的有效措施之一。

筆者曾選用江蘺屬(Gracilaria)的龍須菜和菊花心江蘺開展生態(tài)修復(fù)研究，結(jié)果表明，江蘺具有較大的光飽和點以及光飽和產(chǎn)氧率，菊花心江蘺的光飽和點約為20 000 lx，光飽和產(chǎn)氧率約為2.7 mg/(g·h)[35-36]。江蘺對DIN、DIP具有很強(qiáng)的吸收能力，且濃度越大吸收速率也越大。因此，大型海藻能抵御較重污染的沖擊，有效吸收水中的營養(yǎng)鹽，是海水富營養(yǎng)化比較理想的修復(fù)生物。但大型海藻對顆粒物的去除效果較差。因此，大型海藻多適用于營養(yǎng)鹽主要以溶解態(tài)存在的富營養(yǎng)化海區(qū)。

2.3 貝藻復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)

貝類和大型海藻之間存在直接和間接的互利作用。貝藻混養(yǎng)環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益顯著，如趙素芬等 (2017)將雜色鮑(Haliotisdiversicolor)與細(xì)基江蘺繁枝變種混養(yǎng)在一起，發(fā)現(xiàn)鮑魚的成活率大大提高，養(yǎng)殖水體中N、P營養(yǎng)鹽不升反降，凈化了鮑魚的生長環(huán)境[37]；白凱強(qiáng)等(2017)指出紫貽貝(Mytilusedulis)和披針形蜈蚣藻(Grateloupialanceolata)按濕重比2∶1混養(yǎng)在一起時能達(dá)到最高的經(jīng)濟(jì)效益[38]。貝類和大型海藻組合能同時吸收水中的溶解性營養(yǎng)鹽和微藻、碎屑等顆粒物質(zhì)，對污染物的吸收存在互補關(guān)系；大型海藻還能吸收貝類的排泄物，光合作用產(chǎn)生的氧能減輕貝類呼吸導(dǎo)致DO濃度的下降，貝類能控制浮游植物的密度維持一定的范圍，避免發(fā)生赤潮。因此，如果形成合理的配比和適宜的密度，貝類和大型海藻之間是一種良好互利合作關(guān)系，能有效去除水中的各種污染物，對于有多種污染物輸入的海區(qū)(如有陸源城鎮(zhèn)污水或養(yǎng)殖污水排放的近岸海區(qū))是一種比較理想的生態(tài)修復(fù)組合。貝藻復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)主要適用于有陸源污染物(如城鎮(zhèn)污水或養(yǎng)殖污水)排放的海區(qū)或浮游植物密度較大的海區(qū)。

3 富營養(yǎng)化海域生態(tài)修復(fù)策略

3.1 網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)的生態(tài)修復(fù)技術(shù)與策略

海水網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)的特點是網(wǎng)箱養(yǎng)魚導(dǎo)致海水中DIN、DIP等營養(yǎng)鹽濃度升高，DO濃度下降，網(wǎng)箱下方底泥也受到污染，底泥中的污染物釋放加重了養(yǎng)殖區(qū)的污染。正常情況下魚類的生長受到影響，特殊情況下，如不利的天氣條件、發(fā)生赤潮、“泛底”等可能造成養(yǎng)殖區(qū)魚類的大面積死亡。

3.1.1 修復(fù)生物的選擇 網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)的生態(tài)修復(fù)僅能選用大型海藻，不能選用貝類。大型海藻根據(jù)本地的條件一般需要選用兩種，一種適應(yīng)高溫季節(jié)，一種適應(yīng)低溫季節(jié)，這樣可以對同一網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)實施全年不間斷的生態(tài)修復(fù)。福建等南方沿海高溫季節(jié)的大型海藻首選種是適宜夏季—秋季生長的脆江蘺(G.chouae)、菊花心江蘺，也可以選用麒麟菜(Eucheumamuricatum)等其它適宜夏季生長的大型海藻；低溫季節(jié)的首選種是適宜冬季—春季生長的龍須菜。

3.1.2 網(wǎng)箱養(yǎng)殖修復(fù)區(qū)大型海藻適宜養(yǎng)殖筏架的選擇 養(yǎng)殖筏架主要根據(jù)大型海藻的品種和修復(fù)區(qū)的海況確定。菊花心江蘺的養(yǎng)殖筏架一般采用特制的養(yǎng)殖網(wǎng)箱 (圖1)，在風(fēng)浪較大的海區(qū)也可以使用一種封閉式的網(wǎng)袖。龍須菜、脆江蘺養(yǎng)殖根據(jù)海況一般選用繩架結(jié)構(gòu)吊養(yǎng)筏架(圖2)，適宜海水較深、潮差較大的海區(qū)；在海水較淺、潮差較小的海區(qū)，也可以選用竹架結(jié)構(gòu)的筏架[34]。

圖1 菊花心江蘺養(yǎng)殖網(wǎng)箱示意Fig. 1 Schematic diagram of gracilaria culture cage

圖2 繩架結(jié)構(gòu)的江蘺吊養(yǎng)筏架示意Fig. 2 Schematic diagram of gracilaria hanging culture raft

3.1.3 網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)的生態(tài)修復(fù)方法 ①低溫季節(jié)，修復(fù)生物選用龍須菜。龍須菜采用繩子夾苗，掛于筏架的方式吊養(yǎng)，初始養(yǎng)殖密度約為22.5 t/hm2。吊養(yǎng)筏架布設(shè)于養(yǎng)魚網(wǎng)箱周圍，吊養(yǎng)筏架最好與養(yǎng)魚網(wǎng)箱間隔穿插排布，也可以利用網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)周圍的淺水區(qū)進(jìn)行布置。龍須菜分別在放苗后一個半月和3個月時收割一次，收割時苗繩上仍保留約15 cm長的龍須菜作為種苗繼續(xù)繁殖，也可以一次性收獲。大約每年4—5月份收獲全部的龍須菜。②高溫季節(jié)，修復(fù)生物主要選用菊花心江蘺、脆江蘺。脆江蘺的養(yǎng)殖方式同龍須菜，菊花心江蘺一般用特制的網(wǎng)箱或網(wǎng)袖養(yǎng)殖。網(wǎng)箱養(yǎng)殖的方法是將江蘺養(yǎng)殖網(wǎng)箱掛于竹架結(jié)構(gòu)的養(yǎng)殖筏架上或網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)中的養(yǎng)魚網(wǎng)箱架下，箱底距水面約0.7～1.0 m。網(wǎng)箱養(yǎng)殖的菊花心江蘺將江蘺直接撒到水中，自然沉降到網(wǎng)箱底部，養(yǎng)殖密度約為 7.5 t/hm2。網(wǎng)箱底播的江蘺一般每15 d采收一次，為保障修復(fù)效果，采收后網(wǎng)箱中江籬的生物密度應(yīng)保持7.5 t/hm2。

3.2 污水排放海區(qū)的生態(tài)修復(fù)

3.2.1 修復(fù)對象 修復(fù)對象主要為受一般的有機(jī)工業(yè)(如水產(chǎn)品加工、蔬菜加工)廢水、城鎮(zhèn)生活污水和養(yǎng)殖污水等污染的海水。

3.2.2 修復(fù)生物的選擇 選用由貝類和大型海藻組成的貝藻復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)。貝類可以選擇耐污能力和凈化能力較強(qiáng)的貽貝，在距離污水排放口較遠(yuǎn)的區(qū)域也可以用耐受能力較差的牡蠣等貝類。大型海藻一般是適宜吊養(yǎng)的藻類，如龍須菜、脆江蘺、石莼等，在特定的條件下也可以是適宜底播的藻類，如菊花心江蘺、細(xì)基江蘺繁枝變種等。

3.2.3 貝類與大型海藻養(yǎng)殖筏架的選擇 龍須菜等大型海藻的養(yǎng)殖筏架一般用繩架結(jié)構(gòu)的吊養(yǎng)筏架，海況條件允許時也可使用竹架結(jié)構(gòu)的吊養(yǎng)筏架。貝類的養(yǎng)殖筏架在海水較深的地方大多采用繩架結(jié)構(gòu)的吊養(yǎng)筏架(圖2)。海水較淺的海區(qū)一般采用圖3所示的木架結(jié)構(gòu)吊養(yǎng)筏架，主繩固定在木樁上，貝類種苗直接掛在主繩上。

圖3 木架結(jié)構(gòu)的筏架示意Fig. 3 Schematic diagram of wooden raft

3.2.4 貝藻復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建與管理 ①貝藻復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的生物布置。為了抵御污染物對貝藻復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的沖擊，特別是低濃度的DO和高濃度的氨氮對貝類的傷害，貝藻復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的第一部分必須是大型海藻，經(jīng)過大型海藻區(qū)提高海水中的DO濃度和降低氨等有害物質(zhì)的濃度后，再進(jìn)入貝類修復(fù)區(qū)，然后再依次通過若干組的大型海藻、貝類修復(fù)區(qū)，最后排出系統(tǒng)之前也必須經(jīng)過大型海藻修復(fù)區(qū)，這樣可以保證排出系統(tǒng)的海水是高DO濃度、低營養(yǎng)鹽濃度的海水，維護(hù)周圍海區(qū)良好的環(huán)境狀況。②構(gòu)建貝藻復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)。貝類和大型海藻呈平行的層狀排布，層的方向與排入系統(tǒng)的海水流向垂直，大型海藻修復(fù)區(qū)與貝類修復(fù)區(qū)相間布設(shè)，污染海水排入系統(tǒng)的第一部分為大型海藻修復(fù)區(qū)，最后排出之前最好也為大型海藻修復(fù)區(qū)。③系統(tǒng)管理。龍須菜的養(yǎng)殖密度和管理方法參照“3.1.3”。污水排放口附近不宜布置修復(fù)生物，距離排污口較近的區(qū)域修復(fù)生物也應(yīng)保持較低的密度。貝類的初始養(yǎng)殖密度約為3.75 t/hm2。福建一帶貝類養(yǎng)殖6～7個月之后開始部分收獲，保持其生物量與藻類生物量的比在0.5～1.5之間，最好不超過藻類的生物量。一般8個月至1 a全部收獲，為了保持持續(xù)的修復(fù)能力，采收時最好保留少部分的成品貝類，使之與新掛的貝苗一起形成較大的生物量，并在新的苗種逐漸長大的過程中不斷采收。

3.3 討論

3.3.1 生態(tài)修復(fù)效果分析 江蘺在陽光下的產(chǎn)氧率一般大于2.1 mg/(g·h)，而魚類的耗氧率一般是0.1～0.5 mg/(g·h)[38-40]，江蘺的產(chǎn)氧率是魚類耗氧率的幾倍至十幾倍。因此，利用江蘺與魚、蝦等經(jīng)濟(jì)動物進(jìn)行生態(tài)養(yǎng)殖，只需較少數(shù)量的江蘺便可保證養(yǎng)殖水體中氧的供需平衡，可減少因缺氧導(dǎo)致動物死亡的可能性；江蘺對營養(yǎng)鹽的吸收速率是魚類排泄速率的幾倍或相當(dāng)，如果要使網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)的營養(yǎng)鹽能得到有效吸收，防止水體富營養(yǎng)化，江蘺的數(shù)量要再多些。正常情況下，魚類的重量為江蘺的數(shù)倍時，可以維持網(wǎng)箱養(yǎng)殖DO的供需平衡，避免發(fā)生缺氧死魚，并緩解水體的富營養(yǎng)化程度。但具體的比例應(yīng)根據(jù)養(yǎng)魚的品種、大小和海況等情況來確定。

貝藻復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)能有效去除水中的各種污染物，如DIN、DIP以及浮游植物、細(xì)菌等微生物和其它顆粒物；修復(fù)后的環(huán)境達(dá)到良好的狀態(tài)，還能有效抑制藻華的發(fā)生；各種修復(fù)生物和貝藻復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)對糞大腸菌群均有較好的去除作用。因此，貝藻復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)對受陸源污染的海水的修復(fù)效果顯著，有助于保護(hù)近海環(huán)境，維護(hù)海洋生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)。

3.3.2 修復(fù)生物的利用 修復(fù)生物是具有較好經(jīng)濟(jì)價值的海洋生物，修復(fù)生物收獲后有多種利用途徑。一般用于以下方面：①貝類、大型海藻以鮮品直接出售供人們食用；②大型海藻江蘺可以作為鮑魚的新鮮餌料；③加工成貝類、海藻的罐頭、干品或冷凍食品；④江蘺可以作為生產(chǎn)瓊脂的工業(yè)原料；⑤可以從大型海藻中提取某些活性物質(zhì)，如藻膽蛋白、海藻多糖等；⑥貝類、大型海藻可以作為生產(chǎn)飼料的原料；⑦大型海藻干品可以作為保水材料等。

在正常的自然海區(qū)，修復(fù)生物產(chǎn)品基本均能滿足以上的使用需求，但在城鎮(zhèn)污水排放海區(qū)的貝藻復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)中，污水首先排入?yún)^(qū)域的貝類和大型海藻的生物質(zhì)量(如糞大腸菌群指標(biāo))可能無法滿足某些使用需求，大型海藻使用前先用干凈的海水或自來水沖洗，可以有效地降低藻體表面的微生物數(shù)量；貝類可以采用貝類凈化技術(shù)[41]，也可將貝類轉(zhuǎn)移到干凈的海區(qū)養(yǎng)殖一段時間，其體內(nèi)的糞大腸菌群等指標(biāo)便會很快下降。

4 結(jié)論與展望

(1)大型海藻可以有效吸收水中的DIN、DIP，提高DO濃度，對富營養(yǎng)化海域有良好的修復(fù)效果，不同的環(huán)境條件與不同的季節(jié)應(yīng)采用不同的修復(fù)生物。在同一海區(qū)可采用不同生長季節(jié)的大型海藻，組成全年不間斷的修復(fù)。

(2)貝類可以有效吸收水中的顆粒物和浮游植物，但不宜單獨作為修復(fù)生物，貝類和大型海藻組成的貝藻復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)對污水排放海區(qū)具有良好修復(fù)效果。

(3)為達(dá)到較好的修復(fù)效果，應(yīng)根據(jù)海區(qū)條件選用合適的養(yǎng)殖筏架，控制適宜的修復(fù)生物密度，采取有效的修復(fù)管理辦法。特別是貝藻復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，應(yīng)控制合理的貝類與不同藻類配比和密度。

(4)修復(fù)生物在提供良好生態(tài)環(huán)境效益的同時也能提供較好的經(jīng)濟(jì)效益。但與其它魚、蝦養(yǎng)殖相比，大型海藻和貝類養(yǎng)殖經(jīng)濟(jì)效益較低，管理部門可以通過政策或生態(tài)補償資金引導(dǎo)，促進(jìn)大型海藻等修復(fù)生物的養(yǎng)殖。

(5)貝類可以把碳永久固定在貝殼中，大型海藻通過光合作用吸收水中的CO2，包括貝類呼吸作用釋放的CO2，可以在貝藻養(yǎng)殖區(qū)形成一個海洋碳匯區(qū)，貝藻養(yǎng)殖對推動我國藍(lán)色碳匯的發(fā)展有重要作用。

(6)富營養(yǎng)化海域生態(tài)修復(fù)研究技術(shù)已日趨成熟，今后應(yīng)加強(qiáng)相關(guān)生態(tài)修復(fù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)、實用技術(shù)總結(jié)與推廣應(yīng)用方面的工作。