于晓玲等

摘 要 研究热带亚热带双壳贝类凸加夫蛤（Gafrarium tumidum）对富营养化水体中藻类的滤食能力及其对海水氮磷含量的影响。结果表明，凸加夫蛤能有效地清除水体中的叶绿素a，在海水N、P含量分别为0.5 mg/L和0.04 mg/L， 初始藻密度为5×106 cell/L的情况下，72 h就能起到显著效果，144 h（6 d）之后对藻类密度的控制达到理想的效果。当贝密度在1～2 kg/m3范围内时效果最佳，且不会引起水体中N、P含量的增加。因此，凸加夫蛤是热带海域控制藻类密度、改善水质和预防赤潮的经济双壳贝类之一。

关键词 凸加夫蛤；双壳贝类；叶绿素a；富营养化

中图分类号 Q142 文献标识码 A

Abstract The ability of bivalves Gafrarium tumidum filtering algae and its effect on the contents of nitrogen and phosphorus in seawater were studied. The results showed that G. tumidum could eliminate efficiently chlorophyll a in seawater. After 72 h， the elimination effect on algae was remarkable by G. tumidum in seawater with content of N 0.5 mg/L， P 0.04 mg/L and initial algal density 5×106 cell/L. After 144 h（6 d），the chlorophyll a in seawater was controlled effectively. When the density of mussels was 1-2 kg per m3， the effect of elimination was the best and the concentrations of nitrogen and phosphate in the water were not increased by the excretion of G. tumidum. The study suggested that G. tumidum is one of economic bivalves for algae control， seawater purification and red tide prevention in tropical and subtropical sea.

Key words Gafrarium tumidum；Bivalves；Chlorophyll a；Eutrophication

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2014.09.029

随着工农业的迅猛发展，相当一部分未经处理的工农业废水和生活污水排入海洋水体，导致近海、港湾富营养化程度日趋严重，水体生态环境遭到不同程度的破坏，底泥中氮、磷含量和耗氧量明显高于周围沉积物[1]。海洋沙滩贝类数量及种类受到较大程度的破坏[2]。同时，由于沿海开发程度的增高和海水养殖业的扩大，带来了海洋生态环境和养殖业的自身污染，导致水体富营养化。为此，人们采用了一系列的物理、化学和生物方法来防治水体富营养化。其中，生物方法——目前国际上比较流行的生物操纵法，是修复环境、改善生境较为推崇的方法。此方法可以利用生物间的营养竞争、摄食及相互作用，通过向富营养化水体中引入“天敌”，从而达到降低或去除水体富营养化及赤潮生物密度的目的。

双壳贝类是自然界水体中重要的底栖生物之一，在水体生态系统中起着重要作用。由于其强大的滤水滤食功能，利用贝类来改善水质和防治赤潮发生，在理论和应用上有着显著的重要意义[3]。研究表明，双壳贝类沟纹巴非蛤（Paphia exarata Philippi）[4]、三角帆蚌[5]等能有效地清除水体中的叶绿素a，养殖密度适当时不会引起水体中氮、磷含量的增加。由于不同贝类的生长环境和适应性不同，为了更好的利用双壳贝类来降低浮游植物生物量控制赤潮发生，本研究针对海南岛本地三亚红沙港海域的双壳贝类凸加夫蛤进行研究，以期将此贝运用于该海域的环境综合治理中。

凸加夫蛤（Gafrarium tumidum）属于软体动物门，双壳钢，帘蛤目，帘蛤科，壳蛤属，主要分布在新加坡、马来西亚以及南沙群岛等热带亚热带海域，在海南主要产于文昌、琼海、陵水、三亚和临高沿海。常栖息在砂泥质或泥沙质浅水区，利用强而有力的斧足可以潜砂，平常将水管伸出交换氧气及过滤食物，主要以滤食浮游生物及有机碎屑为食[6]。凸加夫蛤是海南岛沿岸广泛存在的当地种群，而且凸加夫蛤滤水的能力强，利用其进行规模化集约化自然放养来进行水体水质改善很有前景。目前，还没有关于凸加夫蛤净化水质方面的相关研究，其对水体叶绿素a的消除作用尚未见报道。本文研究了凸加夫蛤对富营养化水体中藻类的滤食能力以及对水体中N、P含量的影响，为海南岛热带海域的赤潮防控及生态综合养殖等方面提供素材。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 供试材料 凸加夫蛤（G. tumidum），均重：（10±1）g/只，采自海南岛三亚市红沙港海域。

1.1.2 试验用水体 富营养化海水（参照三亚红沙港海域营养盐的含量，海水消毒后调整各种形式N、P终浓度分别为：NO3--N，0.34 mg/L；NH4+-N， 0.13 mg/L；NO2--N， 0.035 mg/L和PO43--P， 0.04 mg/L， 加富时用NH4NO3和KH2PO4），盐度为34左右（相对密度1.021～1.023），试验藻类为牟氏角毛藻（Chaetoceros muelleri），藻种扩大培养后加入到富营养化海水试验海水中，调节藻密度约每升5×106 个细胞。

1.1.3 主要仪器 真空抽滤器，0.45 μm滤膜，紫外分光光度计，滴定管，电热模块。

1.2 方法

试验水箱中注入100 L的富营养化海水，依次将0（对照）、1、2、3、4 g/L凸加夫蛤用小型养殖吊篮挂于水体中层，暴气，每个生物量水平设2个重复。试验期间光照：早上8 ： 30，3 000～5 000 lx；中午12 ： 30， 8 000 ～11 000 lx；下午17 ： 30，1 000～7 700 lx。试验期间水温：白天24～25.5 ℃，晚上22～24 ℃。前5天每24 h采集水样1次，之后每48 h采集水样1次；将水池中水混合均匀后，取水样总体积为1 000 ml；采样时间为早上9 ： 00。水样采集后立即用0.45 μm滤膜过滤，进行叶绿素a的分析测定，滤液用于N、P、COD等指标分析。叶绿素a的测定采用分光光度法：将过滤后的滤膜剪碎、研磨，经90%丙酮溶液提取（4 ℃放置24 h），离心，依次在663、645、630 nm波长下测定吸光值，用750 nm波长的吸光值校正提取液的浊度，按照Jeffrey-Humphrey（1975）的公式计算叶绿素a的含量。N、P、化学需氧量（chemical oxygen demand，COD）、可溶性无机氮（dissolved inorganic nitrogen，DIN）测定按《海洋监测规范》（GB 17378.4-2007）进行。

1.3 数据分析

不同试验组之间的叶绿素a水平的差异显著性分析，以及多重比较（One-Way ANOVA）分析均采用spss 11.0 软件进行。

2 结果与分析

2.1 凸加夫蛤对水体中叶绿素a的影响

凸加夫蛤各生物量水平的叶绿素a的变化见表1。

总的来看，对照组和大多试验组的叶绿素a随时间呈现先升高后下降的趋势，这与微藻的生长特征有关，其生长曲线与细菌等微生物相似，也有一个对数生长期，因而赤潮存在发生、发展、维持和消亡几个时期，当光照充足、水温较高时，如果水体中营养丰富，就很容易爆发赤潮。本研究针对的就是富营养化海水，试验期的光照和水温都适合微藻繁殖；因此，除凸加夫蛤养殖密度为4 kg/m3的试验组外，对照和其它试验组在48 h后叶绿素a均大幅上升，表现出赤潮现象，72 h进入维持期，在赤潮维持阶段，藻类繁殖加快，细胞数量骤增，为了维持自身的生命需要从海水中吸收大量的营养盐，导致海水中的营养消耗殆尽，到96 h时开始进入消亡期，144 h叶绿素a含量均较低，表明赤潮基本消亡。对照组中，赤潮消亡期死亡的藻类使水体中的营养盐重新回升，进入下一个赤潮周期，因而192 h叶绿素a含量又迅速增加，而挂养贝的试验组由于贝的滤食作用叶绿素a增幅很小（挂养1 kg/m3贝的试验组）或不再增加（挂养2、3、4 kg/m3贝的试验组）。而凸加夫蛤养殖密度为4 kg/m3的试验组在整个试验阶段叶绿素v一直处于较低水平，未出现赤潮。

试验中各时期对照组的叶绿素a明显高于其它处理组，尤其是72 h达到最高峰；而挂养凸加夫蛤的各试验组水体中的叶绿素a含量均远低于空白对照组。144 h之后，各挂养凸加夫蛤的试验组海水中的叶绿素a得到有效的控制，且随着时间的继续增加，叶绿素a水平不再增加一直保持较低水平；当凸加夫蛤养殖密度大于2 kg/m3时，叶绿素a水平远低于赤潮发生的藻类密度水平；且随挂养贝生物量的提高，叶绿素a含量相应得到不同程度的降低，贝生物量越大叶绿素a含量下降越大；当凸加夫蛤养殖密度达到4 kg/m3时，水体中藻类在整个试验阶段均没有出现几何增长的趋势，一直保持很低的水平。实验结果说明，凸加夫蛤对藻类（叶绿素a）具有很好的清除效果。

海水pH是影响滤食性贝类生理代谢状态的一个重要生态因子，主要表现在对贝类摄食率、滤水率等生理代谢活动产生影响[7]。一般贝类适宜的pH值在8左右，pH值在7以下时，贝类的贝壳显得无力且松弛，进/出水管最大限度扩张，机体摄食能力明显下降。过酸、过碱的水域都使贝类的滤水率下降[8]。本研究结果表明（图1），实验采用的4个凸加夫蛤养殖密度梯度试验中，水体pH在7.7～8.2范围内，处于适合贝类生长的范畴。试验开始时由于海水经过消毒处理，此时的pH较低为7.7；但24 h后由于牟氏角毛藻的光合作用放氧，pH均有一个较大的上升，达到8.1左右；48～96 h挂养贝的试验组pH变化不大，而对照组中由于藻类的爆发性增殖，光合作用放氧量大，导致水体的pH值明显升高。

2.2 凸加夫蛤对水体中N、P含量的影响

富营养化水体为浮游藻类的大量繁殖提供营养基础，凸加夫蛤的添加对水体中的营养盐含量有一定影响。各试验组水体中的可溶性无机氮（Dissolved Inorganic Nitrogen， DIN）含量在24 h后较对照组均有不同程度的增加（图2）；各试验组及对照组的DIN均呈现先下降，后期有所回升（96 h后）的趋势，其原因可能是： （1）对照组水体中的牟氏角毛藻在试验初期爆发性增殖，消耗水体营养盐使DIN下降，后期由于藻类老化死亡，死亡藻细胞降解释放出营养盐使水体DIN回升； （2）试验组中由于凸加夫蛤的排泄作用向海水中释放营养盐，因而在试验后期水体DIN有不同程度的回升，上升的幅度与贝的生物量呈正相关。

从各种形式氮的变化（图3、4、5）来看，各试验组水体中NO3--N先减少后回升趋势。挂养贝的各试验组水体中的NH4+-N均呈现先增加后降低趋势，且挂养凸加夫蛤数量越多增幅越大，表明NH4+-N是凸加夫蛤N排泄的主要形式；实验后期，挂养贝的各试验组由于凸加夫蛤NH4+-N的排泄量大于水体中藻类对其的利用量，导致试验组中NH4+-N浓度的增加。水体中的NO2--N除挂养1 g/L凸加夫蛤的试验组和对照组变化不大之外，其它试验组均随时间的推移而增加，其变化与挂养凸加夫蛤数量之间正相关，可能的原因是挂养凸加夫蛤越多，其产生的亚硝酸盐也多，而水体中的藻数量越少，故NO2--N含量越高。

水体中活性磷酸盐的变化与挂养贝的数量具有较大的关联（图6）。对照组中PO43--P的含量先下降后回升，这同样与试验前期牟氏角毛藻的爆发性增殖有关，后期由于PO43--P消耗殆尽牟氏角毛藻死亡磷酸盐重新释放出而有所回升。挂养1 kg/m3凸加夫蛤的试验组水体中PO43--P浓度随时间推移逐渐下降；挂养量为2～4 kg/m3的试验组水体中PO43--P浓度较对照组均有不同程度增加，且挂养数量越多增幅越大。上述结果表明凸加夫蛤排泄物中含有较多磷酸盐。

化学需氧量（COD）能够反映水体中的有机污染程度，从所测的COD的变化（图7）来看，对照组与挂养1 kg/m3和2 kg/m3凸加夫蛤的试验组COD变化基本一致，挂养3 kg/m3和4 kg/m3凸加夫蛤的试验组COD值较对照组高，但幅度不大，表明低密度贝的养殖对水体的COD影响不大。

2.3 凸加夫蛤养殖密度和养殖时间对水体净化效果的影响

在浅海贝类养殖系统中，外界输入系统中的氮、磷等营养盐主要用于贝类等生物的生长、呼吸、排泄、生殖及死亡消耗，当贝类养殖数量适中时，系统的营养盐输入输出之间就可以存在较长时间的平衡。贝类对藻类的滤食是个复杂的过程， 贝类在滤食藻类的同时，藻类的种群也在变化。如果贝类密度过低，则难以短时间内抑制微藻的繁殖速度；而密度过大， 则较多的藻类迅速被滤食而密度减少， 降低了种群内竞争压力，由于贝类的排泄物还会增加水体中的营养盐，使密度反而增大。选择最佳的贝类养殖密度才能达到最佳的滤食效果；同时，微藻密度达到显著降低时的挂贝时间也值得考查。

从挂养贝的生物量来看，与对照相比各试验组的叶绿素a含量均能够得到有效控制（表1）。144 h后，凸加夫蛤养殖密度为1 kg/m3的试验组中的藻类生物量虽得到有效控制，但镜检发现微藻密度还较大，稍低于赤潮密度（107个/L）；而养殖密度为2 kg/m3的试验组，在144 h之后微藻生物量则远低于赤潮密度并保持低水平。凸加夫蛤养殖密度为1 kg/m3试验组水体中的DIN和PO43--P浓度逐渐下降到0.2 mg/L和0.01 mg/L以下并保持；而对照组经过爆发性增殖出现赤潮，进入消亡期后（144 h），PO43--P浓度重新回升并达到近0.03 mg/L水平。凸加夫蛤养殖密度为2 kg/m3的试验组中，PO43--P浓度先略有上升而后下降，最后稳定在0.03 mg/L左右，略高于对照组（图6）；DIN浓度则先下降后回升，较对照高出约0.2 mg/L（图2）。当凸加夫蛤养殖密度继续增加时，水体中DIN和PO43--P浓度持续上升并分别超过0.5 mg/L和0.04 mg/L，大大高于对照使富营养化的水质继续恶化。因此，最佳挂养贝的生物量应该在1～2 kg/m3之间。

从叶绿素a的多重分析来看，对凸加夫蛤不同养殖密度进行比较，发现对照与凸加夫蛤养殖密度为2，3，4 kg/m3的试验组之间叶绿素a差异显著，而与1 kg/m3的试验组之间差异不显著（表1），支持上述分析结果。对养殖凸加夫蛤的时间水平进行多重比较分析（表2）发现，72 h之后的叶绿素含量与0、24 h和48 h之间显著差异，表明由于凸加夫蛤的滤食作用72 h之后对牟氏角毛藻数量（叶绿素a含量）的控制起到显著效果；144 h以后的叶绿素含量与96 h和72 h之间差异显著，说明在144 h之后牟氏角毛藻数量得到有效控制。144 h与192 h之间差异不显著（表2），表明挂贝时间到144 h时已经达到最佳效果，叶绿素的含量已经降到很低，时间上没有再延长的必要。

3 讨论与结论

富营养化的水域中含有丰富的营养盐，为浮游藻类的繁殖提供了营养基础，导致赤潮藻类爆发性增殖，出现赤潮现象；而滤食性贝类是通过鳃瓣滤水进行摄食，滤水能力很强[9]；其食物源为浮游植物和有机碎屑，滤食的浮游植物主要是微藻，且对浮游植物的滤食高于有机碎屑[10-11]。因此，在海区养殖适量的滤食性贝类，可以很大程度降低水体的营养度，达到消除水体富营养化，防治赤潮的目的。滤食性贝类通过对微藻的滤食作用使浮游植物生物量减少；另一方面，其代谢产物反过来可增加水体中营养元素，从而又可促进浮游植物的生长。研究表明，贝类吸收的N大部分以NH4+-N的形式排泄到外界环境[12]，吸收的P大部分以磷酸盐形式排出[13]，但以滤食作用对浮游植物生物量的控制为主[5]，本研究结果与上述结果一致。

本研究发现，凸加夫蛤能有效地清除富营养化水体中的藻类，在6 d（144 h）后对藻类密度达到显著的控制效果；当贝密度在1～2 kg/m3范围内效果最佳，且不会引起水体中N、P含量的明显增加。其它类似研究[14-15]也表明滤食性贝类在治理赤潮和改善水质上具有一定的优势和潜力。因此，凸加夫蛤是热带海域控制藻类密度、改善水质和预防赤潮的经济双壳贝类之一。

虽然滤食性贝类对浮游植物生物量有很好的抑制作用，但贝类的排泄物是富含N、P等营养盐成分，藻类就会出现增长。此外，滤食性贝类的排泄物中除了有部分可溶性的营养盐外，还有一部分非溶性物质以颗粒的形式沉积下来，这些沉积物在微生物的作用下分解产生的氮磷等营养物质也释放到水体中，增加水体的负荷。因此，投放贝类的密度不能过大，否则反而会增加水体的营养盐含量，增加水体的富营养化。本研究得出的凸加夫蛤最适养殖密度对利用滤食性贝类来控制富营养化海区的藻类生物量和防控赤潮具有一定的参考价值，达到增加养殖生产效益和改善水质环境的双重功效。

参考文献

[1] 吴 瑞，王道儒. 海南省海草床现状和生态系统修复与重建[J]. 海洋开发与管理， 2013（6）： 69-72.

[2] 高爱根，曾江宁，徐晓群，等. 南麂列岛大沙岙沙滩贝类的时空分布[J]. 海洋学研究， 2008， 26（2）： 13-18.

[3] 费志良， 徐在宽， 张 健，等. 三角帆蚌对水体悬浮物和叶绿素a消除量的研究[J]. 海洋湖沼通报， 2005（2）： 40-45.

[4] 李春强， 王冬梅， 刘志昕， 等.沟纹巴非蛤的藻类滤食能力及其对海水中氮磷含量的影响[J]. 热带作物学报， 2008， 29（5）： 600-604.

[5] 费志良， 严维辉， 赵沐子， 等.三角帆蚌清除富营养化水体中叶绿素的研究[J]. 南京师大学报（自然科学版）， 2006， 29（3）： 99-102.

[6] 许志坚， 陈忠文， 冯永勤， 等. 海南岛贝类原色图鉴[M]. 北京：科学普及出版社， 1993： 107.

[7] 包永波， 尤中杰. 海洋滤食性贝类摄食率影响因子研究现状[J]. 海洋水产研究， 2006， 27（1）： 76-80.

[8] 彭建华， 陈文祥， 栾建国， 等. 温度、 pH对二种淡水贝类滤水率的影响[J]. 动物学杂志， 2004， 39（6）： 2-6.

[9] Smaal A C， Vonck W， Prins T C. The functional role of mussels in the Oosterschelde Estuary[J]. J Shellfish Res， 1990（9）： 472.

[10] 龚世园， 朱子义， 杨学芬， 等.网湖绢丝丽蚌食性的研究[J]. 华中农业大学学报， 1997， 16（6）： 589-593.

[11] Tantichodok P， Lopez G R. Relative importance of phytoplankton and organic detritus as food sourcc for the suspcnsion-feeding bivalve， Mytilus edulis， in Lond Islands[J]. J Shellfish Res， 1988（7）： 178.

[12] Jordan T E， Valiela I. A nitrogen budget of the ribbed mussel， Geukensla demissa and its significance in nitrogen flow in New England salt marsh[J]. Limnol Oceanogr， 1982， 27： 75-90.

[13] Kuenzler， E J. Phosphorus budget of a mussel population[J]. Limnol Oceanogr， 1961（6）： 400-415.

[14] Joel H， 沈英娃.利用养殖贻贝改善富营养化峡湾生态系统的水质[J]. Ambio， 1996， 25（5）： 355-361.

[15] Takeda S， Kurihara Y. Preliminary study of management of red tide water by the filter feeder Mytilus edulis galloprovincialis[J]. Marine Pollution Bulletin， 1994， 28： 662-667.