2007年至今，我国黄海海域周期性的发生浒苔绿潮灾害，影响山东半岛海域及近岸潮滩。我国黄海绿潮是目前世界上发生规模最大的绿潮灾害^[1]，而2009年的绿潮灾害较为严重，实际覆盖面积高达2100 km^{2 [2]}。浒苔从南黄海向山东半岛海域漂移的过程中^[3]，不断的吸收营养盐，生物量快速的增加，最终到达山东半岛近岸时，浒苔生物量达到百万吨^[4]。

浒苔在生长过程中会大量吸收水体中的氮、磷营养盐^[5-6]，并且浒苔具有快速吸收并储备营养物质的特性^[6]。国外的研究也表明，很多大型海藻会过量地吸收营养盐，并储存起来，以便在营养盐供匮乏的条件下维持正常生长的需要^[7]。

漂浮浒苔在到达山东半岛海域后，由于海水表层温度较高，藻体会死亡并下沉。藻体腐烂后经氧化分解，会向海水中释放营养盐物质，对当地的生态环境造成影响。研究者通过室内模拟的方法探究沉水植物衰亡过程中营养盐的释放规律表明，沉水植物腐解过程会释放大量的氮磷，较大生物残留量会引起水体缺氧，水质严重恶化^[8-10]。并且，腐解过程中也存在氨氮的释放过程，水中NH₃含量增加，会抑制鱼体内NH₃的排泄，使血液和组织中NH₃的浓度升高，进而对机体产生一系列毒性作用^[11]。NH₃能够对海水中生物，特别是鱼类有明显毒害作用，可以麻痹动物神经，并使其呼吸、循环等系统功能降低^[12]。即使氨浓度很低，也会抑制鱼类生长，损害鳃组织，加重鱼病，对养殖生产有负面影响^[12]。氨氮也会抑制虾类各期幼体的生长，并因毒性的累积而导致其死亡^[13]。虽然，水生植物会优先吸收利用氨氮，但高浓度的氨氮也会对水生植物产生毒害作用^[14]。

本研究针对大规模浒苔绿潮暴发后藻体腐烂下沉过程，采用室内模拟的方法，研究在盛夏高温条件下浒苔藻体腐解过程中营养盐的释放规律以及对环境的影响，以期为浒苔藻体的处理和受绿潮影响海域的生态修复提供基础理论依据。

1   材料与方法

1.1   实验藻体来源及预处理

漂浮浒苔(Ulva prolifera)实验组样品取自青岛近岸海域(36°3′8″ N，120°22′E)，绿潮发生时漂浮于近岸的浒苔，选择藻体无“白化”，颜色为翠绿色的藻体，用海水冲洗，去除杂物，用滤纸吸干表面水分，称重备用。培养浒苔实验组样品是在实验室培养条件下，由孢子或配子萌发生长成的成体浒苔，经分子鉴定为U.prolifera，可见明显的管状分支结构，挑选生长状态良好，颜色为碧绿色的藻体，用滤纸吸干表面水分，称重备用。实验海水取自青岛近岸海域(36°5′19″ N，120°28′7″ E)，经0.45 μm的微孔滤膜过滤，然后经121℃蒸汽灭菌30 min，冷却至室温。海水盐度为31，pH为8.1，海水本底中NH₄-N为1.23 μmol/L，NO₃-N为19.36 μmol/L，NO₂-N为2.10 μmol/L，PO₄-P为2.15 μmol/L。

1.2   实验设计

实验组一，以玻璃缸作为实验容器，玻璃缸中加入5 L灭菌天然海水。然后称取不同藻体状态的浒苔10 g，分别加入到玻璃缸中，同时设置未加入浒苔的空白对照组，每组设置3个平行。实验在光照培养箱内进行，参照夏季青岛近岸海域表层海水自然条件，设定试验温度为30℃，光照强度为100 μmol photons /m² /s，光暗比为12:12。在第0 d、1 d、3 d、6 d、9 d、12 d时，分别从实验组一中取水样，并用Whatman GF/F膜(450℃灼烧4 h)进行过滤，使用BRAN+LUEBBE自动分析仪测定相关水体指标，测定项目包括NO₂-N、NO₃-N、NH₄-N、PO₄-P；DIN (溶解无机氮)为NO₂-N、NO₃-N和NH₄-N浓度之和。

实验组二，取预处理的浒苔藻体，用滤纸吸干表面水分后，分别称取1 g试验样品(n=3)，加入到盛有1 L天然海水的玻璃烧杯中。将其置于光照培养箱内，设定试验温度为30℃，光照强度为100 μmol photons /m² /s，光暗比为12:12。在第0 d、1 d、3 d、6 d、9 d、12 d时，分别取实验组二中的浒苔藻体，用滤纸吸干浒苔表面水分后，用电子天平称取藻体的重量，然后再放回玻璃烧杯中。

实验组三，取预处理的浒苔藻体，用滤纸吸干表面水分后，分别称取1 g试验样品(n=3)，加入到盛有1 L天然海水的玻璃烧杯中。将其置于光照培养箱内，设定试验温度为30℃，光照强度为100 μmol photons /m² /s，光暗比为12:12。用于藻体叶绿素含量的测定。

在第0 d、1 d、3 d、6 d、9 d、12 d时，分别取实验组三中的浒苔藻体，用滤纸吸干表面水分备用。用电子天平称取浒苔样品0.1 g，分别放入研钵中，加入2~3 mL 80%丙酮提取剂，研成均浆，再加提取剂3 mL，继续研磨至组织变白，然后转移至50 mL具塞离心管中，用少量提取剂冲洗研钵、研棒及残渣一起倒入离心管中，最后用提取剂定容至25 mL，摇匀，静止3~5 min。

在20℃条件下，以6000 r/min的转速离心10 min，取3 mL上清液置于光径1 cm的比色杯内。以80%丙酮提取剂为空白对照，用UV-6100S型紫外可见分光光度计测定波长645 nm、652 nm和663 nm处的吸光度，并根据Arnon公式^[15-17]计算叶绿素含量：

叶绿素a浓度(mg/L)：Chl a=12.72A₆₆₃-2.69A₆₄₅

叶绿素b浓度(mg/L)：Chl b=22.88A₆₄₅-4.67A₆₆₃

叶绿素总浓度(mg/L)：Chl (a+b)=Chl a+Chl b=20.29A₆₄₅+8.05A₆₆₃

求得色素的浓度后，再按下式计算组织中单位鲜重的各种色素的含量(mg/g)：

2   结果与讨论

2.1   藻体重量和叶绿素含量的变化规律

图 1所示，漂浮浒苔在整个实验过程中，藻体重量持续下降，从第3 d开始，藻体重量迅速下降，从0.89 g降到第12 d时的0.46 g。培养浒苔藻体重量变化的较为平缓，在第1 d时，重量上升了0.01 g，随后藻体重量呈下降趋势，到第12 d时，藻体重量降为0.79 g。实验过程中，漂浮浒苔藻体叶绿素含量呈现持续下降的趋势，前3 d下降的较为平缓，从1.39 mg/g降到1.23 mg/g。第3 d之后，藻体叶绿素含量迅速下降，到第12 d时，藻体叶绿素含量降为0.64 mg/g。培养浒苔藻体叶绿素含量在前3 d稍有上升(图 2)，平均为1.48 mg/g，从第3 d开始呈现下降趋势，到第12 d时降为0.99 mg/g。

图  1  藻体重量随时间的变化

Fig.  1  Temporal variation of algal weight

下载: 全尺寸图片 幻灯片

图  2  藻体叶绿素含量随时间的变化

Fig.  2  Temporal variation of chlorophyll content

下载: 全尺寸图片 幻灯片

漂浮浒苔在实验初期(0 d~3 d)生物量损失和叶绿素含量的数值变化较小，在第3 d之后，呈现迅速下降的趋势。而培养浒苔在实验初期生物量变化较小，并且藻体叶绿素含量略微增加，在第3 d之后，才呈现生物量下降和叶绿素含量减少的趋势。这表明，实验过程中浒苔藻体并不是马上就衰亡，而是经过3 d左右的停滞期，藻体的状态较为稳定；在第3 d之后，藻体逐渐的衰亡，其生物量和叶绿素含量均呈现迅速下降趋势。

2.2   水体中磷酸盐浓度的变化

由图 3可知，漂浮浒苔组水体中的PO₄-P浓度先缓慢降低，从第6 d开始迅速上升，到第12 d时，PO₄-P浓度上升到3.95 μmol/L。培养浒苔组水体中的PO₄-P浓度初始时快速下降，到第6 d时，PO₄-P浓度降到最低值，为0.53 μmol/L。随后缓慢上升，到第12 d时上升到0.69 μmol/L。而空白对照组水体中的PO₄-P浓度基本维持稳定，其平均值为2.24 μmol/L。

图  3  水体中PO₄-P浓度随时间的变化

Fig.  3  Temporal variation of PO₄-P in water

下载: 全尺寸图片 幻灯片

漂浮浒苔实验组和培养浒苔实验组的PO₄-P浓度均先下降后上升，这表明，浒苔藻体并不是实验开始就释放PO₄-P，而是经过6 d的生长停滞期，先吸收水体中的磷元素，然后从第6 d开始向水体中释放磷，PO₄-P浓度呈上升趋势。

2.3   水体中硝酸盐浓度的变化

图 4可知，漂浮浒苔实验组的DIN浓度呈现先下降后上升的趋势，到第3 d时，漂浮浒苔实验组DIN浓度下降并维持在12.23 μmol/L，第6 d后迅速上升，到第12 d时，DIN浓度上升到76.55 μmol/L。培养浒苔实验组的DIN浓度也呈现先下降后上升的趋势，到第3 d时降到最低，为5.19 μmol/L，随后DIN浓度开始上升，到第12 d时，DIN浓度上升为27.53 μmol/L。而空白对照组的DIN浓度一直保持稳定，其平均值为24.97 μmol/L。

图  4  水体中DIN浓度随时间的变化

Fig.  4  Temporal variation of DIN in water

下载: 全尺寸图片 幻灯片

由图 5可知，漂浮浒苔实验组水体中的NO₃-N和NO₂-N浓度迅速下降，随后一直维持在较低的水平。到第3 d时，漂浮浒苔组的NO₃-N、NO₂-N浓度分别降到了0.47 μmol/L、0.13 μmol/L，随后一直维持在较低的水平。而NH₄-N浓度呈现初始时缓慢上升随后迅速上升的趋势，到第6 d时，水体中的NH₄-N浓度缓慢上升到12.25 μmol/L。随后水体中NH₄-N浓度迅速上升，到第12 d时，NH₄-N浓度升高到74.92 μmol/L。

图  5  水体中NO₃-N、NO₂-N和NH₄-N浓度随时间的变化

Fig.  5  Temporal variation of NO₃-N, NO₂-N and NH₄-N in water

下载: 全尺寸图片 幻灯片

培养浒苔试验组水体中NO₃-N和NO₂-N浓度先下降，随后一直维持在较低的水平。第3 d时，培养浒苔组的NO₃-N、NO₂-N浓度分别降到了0.78 μmol/L、0.23 μmol/L，随后一直维持在较低的水平。而NH₄-N浓度呈现缓慢上升的趋势，到第12 d时，水体中的NH₄-N浓度上升到27.24 μmol/L。

空白组的NO₃-N、NO₂-N浓度一直维持稳定，保持在19.71 μmol/L、2.06 μmol/L。而空白组的NH₄-N浓度略有升高，到第12 d时，NH₄-N浓度为5.38 μmol/L。

漂浮浒苔和培养浒苔的DIN浓度的变化都表现出先降低后升高的趋势，但漂浮浒苔升高的值远高于培养浒苔。这表明实验初始浒苔藻体为了维持正常生长从水体中吸收氮元素，随后藻体衰亡过程中，浒苔藻体又向水体中释放NH₄-N，导致水体中的DIN浓度迅速上升。并且藻体状态较差的漂浮浒苔释放的NH₄-N要比培养的浒苔释放的更多。因此，浒苔藻体衰亡腐解过程中，藻体首先为维持正常的生理状态，从水体中吸收氮元素，随着藻体的状态受损衰亡，向水体中大量释放NH₄-N。

通过本实验的研究发现，浒苔衰亡过程中，到第12 d时，漂浮浒苔向水体中释放无机氮、磷元素含量平均值分别是387.18 mg/kg和30.07 mg/kg。赵艳芳等^[18]对2008年青岛的漂浮浒苔进行无机元素含量分析，其中漂浮浒苔的氮、磷元素含量平均值(以干基计)分别是14758.75 mg/kg和814.62 mg/kg。因此，说明试验过程中浒苔藻体的氮、磷元素并未完全释放到水体中。并且，实验第12 d时，藻体的生物量仍然剩余46%，也同样表明，实验中浒苔并未全部的释放藻体中的氮、磷元素。

研究发现，我国黄海海域发生绿潮时，漂浮浒苔的规模达到百万吨以上^[4]。并且，丁月旻^[5]估算绿潮爆发过程中每100万t的浒苔，就会固定约90000 t的碳、7000 t的氮和200 t的磷。若按100万t浒苔藻体计算，在浒苔衰亡过程中，在第12 d时就会向水体中释放无机氮、磷元素含量分别为387.18 t和30.07 t。

在绿潮发生过程中，大规模漂浮绿藻会携带大量碳、氮、磷等物质。水生植物的腐烂分解过程中，会有大量的营养物质释放到水体中，这会引起海水中的营养盐浓度升高，可能造成水体的富营养化^[19]。水生植物经腐烂分解之后，其自身70%以上的氮和磷营养元素会在短时间内释放到水体中，参与水体的再循环^[20]。

本实验表明，浒苔腐解的过程中，主要向水体中释放大量的NH₄-N，造成DIN浓度迅速升高。而在水生植物的腐烂分解过程中，有机质的分解需要消耗海水中大量的溶解氧，此时水体中的溶氧浓度就会保持在较低的浓度水平，乃至整个水体表现为低氧的环境^[10]，这将会对其他海洋生物有着致命的影响，还会影响到海洋生物群落的结构，并且导致生态系统失衡^[21]。本研究发现，当浒苔处于不适宜生长的条件下，会经过3~6 d的生长停滞期后逐渐衰退死亡，在腐解的过程中会向水体释放大量的氮、磷营养盐，造成局部海域的富营养化。并且，释放的NH₄-N和PO₄-P等营养物质还有可能被赤潮藻类所利用，诱导有害赤潮的形成^[22]。因此，针对我国大规模浒苔绿潮聚集的情况，应采取积极有效的措施清除浒苔藻体，避免浒苔衰亡腐解过程对当地生态环境的破坏。

3   结论

(1)实验过程中浒苔藻体经过3 d左右的停滞期，藻体的状态较为稳定；在第3 d之后，浒苔藻体生物量和叶绿素含量均呈现迅速下降趋势，逐渐衰亡。

(2) PO₄-P浓度的变化也是呈现先下降后上升的趋势，表明浒苔先经过生长停滞期而后进入衰亡过程，释放PO₄-P，使得PO₄-P浓度上升。

(3)浒苔衰亡过程中主要以NH₄-N的形式向水体中释放营养盐，并且漂浮浒苔实验组释放的NH₄-N浓度远高于培养浒苔组。