1 引言

　　水華具有分布廣、規(guī)模大和持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)，是人類淡水資源安全利用的重要威脅，也是世界范圍內(nèi)的研究熱點(diǎn).我國(guó)由水體富營(yíng)養(yǎng)化引起的水華問題也日趨嚴(yán)重，不僅滇池、太湖、巢湖等大型淡水湖泊每年夏秋季都會(huì)爆發(fā)水華;華中、華東、華南、西南等地的許多中小型湖泊、飲用水源地水庫、觀賞性湖泊也相繼發(fā)生了不同程度的水華.水華的發(fā)生提高了水體的濁度，從而限制了光在水體中的傳遞，這又會(huì)限制大型水生植物和底棲大型藻類的生存.水華藻類通過夜間的呼吸作用和細(xì)胞分解消耗氧氣，引起水體中魚類死亡和其它生物的損失，甚至威脅到人類安全.因此，水華發(fā)生對(duì)淡水生態(tài)系統(tǒng)的健康發(fā)展及水庫水源的飲用、灌溉、水上娛樂都是一個(gè)主要威脅.

　　研究各類型水華的形成機(jī)制，對(duì)于科學(xué)預(yù)測(cè)水華的發(fā)生，并采取相應(yīng)措施減少其有害影響具有重要的生態(tài)和環(huán)境意義.水華發(fā)生過程中必然會(huì)對(duì)其所在水域的浮游動(dòng)物產(chǎn)生各種影響，而浮游動(dòng)物是聯(lián)系初級(jí)生產(chǎn)者與高級(jí)消費(fèi)者的紐帶，在整個(gè)水生生態(tài)系統(tǒng)中起到承上啟下的關(guān)鍵作用.同時(shí)，由于浮游動(dòng)物數(shù)量龐大，便于捕獲及運(yùn)用常規(guī)方法對(duì)樣品進(jìn)行分析比較，也是很多魚類幼體的餌料，其種群結(jié)構(gòu)和數(shù)量的變化對(duì)一定時(shí)期內(nèi)漁業(yè)資源的變化具有先鋒指示作用.因此，某一水域浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的變動(dòng)必將對(duì)該區(qū)域漁業(yè)資源和生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生重大影響.而研究各類型水華生消對(duì)浮游動(dòng)物的影響，尤其是對(duì)不同類群(枝角類、橈足類、輪蟲類)的影響及機(jī)理，不但能夠使人們了解不同類型水華的生態(tài)危害，也可為評(píng)估漁業(yè)資源的間接損失和水華消失后生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)情況提供科學(xué)依據(jù)和數(shù)據(jù)支持.

　　目前，關(guān)注水華對(duì)浮游動(dòng)物群落影響的研究非常有限，少數(shù)的研究發(fā)現(xiàn)，水體中的微囊藻毒素含量與總的浮游動(dòng)物生物量呈負(fù)相關(guān)，含有高濃度微囊藻毒素的水體中，枝角類(水溞類)和哲水蚤橈足類的生物量降低而個(gè)體較小對(duì)浮游植物攝食效率較低的劍水蚤橈足類、象鼻溞及輪蟲的數(shù)量卻有所增加.這意味著不同類群的浮游動(dòng)物對(duì)同一種水華的耐受性存在差異，因此，同一種水華生消過程對(duì)不同浮游動(dòng)物種群的發(fā)展可能會(huì)產(chǎn)生截然相反的結(jié)果，這需要進(jìn)行更多的研究來證實(shí).而捕食者與浮游植物的相互作用也具有種間特異性，因此，在通過受控實(shí)驗(yàn)研究水華生消對(duì)其攝食者的影響時(shí)要充分考慮其種內(nèi)和種間變化).

　　顆粒直鏈藻(Aulacoseira granulate)隸屬于硅藻門(Bacillariophyta)，其在世界范圍內(nèi)廣泛分布，是江河、湖泊和水庫等各種內(nèi)陸淡水系統(tǒng)中的常見優(yōu)勢(shì)種(Karim et al., 1978; Höetzel et al., 1996; Tsukada et al., 2006; Wang et al., 2009; 王超等，2012).此外，由于其對(duì)水體環(huán)境變化非常敏感，易受水溫和營(yíng)養(yǎng)鹽等環(huán)境條件的影響，在富營(yíng)養(yǎng)化水體中極易形成優(yōu)勢(shì)種群或發(fā)展為水華，因此，也是富營(yíng)養(yǎng)化及污染水體的指示物種(Nogueira， 2000，Kamenir et al., 2004).鑒于顆粒直鏈藻在水生生態(tài)系統(tǒng)中的重要地位，研究其水華生消過程對(duì)橈足類種群的影響對(duì)于認(rèn)識(shí)硅藻水華對(duì)浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)的影響具有重要的生態(tài)學(xué)意義.

　　基于以上科學(xué)觀點(diǎn)并鑒于室內(nèi)受控實(shí)驗(yàn)受限于容器體積和培養(yǎng)條件而難以和自然條件相符，而野外調(diào)查結(jié)果又受采樣時(shí)間、天氣狀況和魚類攝食壓力的影響.本研究以人工池為培養(yǎng)系統(tǒng)，通過在池內(nèi)誘導(dǎo)顆粒直鏈藻水華形成，而后接入婆羅異劍水蚤(Apocyclops borneoensis)，研究無魚類攝食壓力下顆粒直鏈藻水華生消對(duì)其種群動(dòng)態(tài)的影響，并探討其生態(tài)意義.

　　2 材料與方法

　　2.1 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)及人工池

　　該研究所有實(shí)驗(yàn)均在中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院東海水產(chǎn)研究所海南瓊海研究中心(基地)完成.該中心位于瓊海市長(zhǎng)坡鎮(zhèn)，靠近海邊，占地60余畝，設(shè)備齊全，建有各種型號(hào)的人工池和設(shè)備齊全的實(shí)驗(yàn)室.本實(shí)驗(yàn)選的兩個(gè)養(yǎng)殖池為圓型的水泥池，深1.8 m，直徑5.0 m，實(shí)驗(yàn)時(shí)池內(nèi)水深80 cm.

　　2.2 實(shí)驗(yàn)材料

　　顆粒直鏈藻分離自基地附近廢棄的對(duì)蝦養(yǎng)殖池，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)擴(kuò)大培養(yǎng)后作為種源，培養(yǎng)溫度為25 ℃，光照強(qiáng)度為300 μmol · m-2 · s-1，光暗期比為12 h ∶ 12 h.浮游動(dòng)物采用自制的90目生物網(wǎng)(網(wǎng)孔直徑為160 μm)在廢棄蝦塘中反復(fù)拖曳收集獲得，經(jīng)顯微鏡下鑒定其主要種類為婆羅異劍水蚤，占個(gè)體數(shù)量的95%以上.婆羅異劍水蚤為劍水蚤科異劍水蚤屬的動(dòng)物，是廣溫廣鹽的小型橈足類，廣泛分布于熱帶水域，是營(yíng)養(yǎng)價(jià)值很高的餌料生物(張其永等，1988; Farhadian，2006; Farhadian et al., 2007).

　　2.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

　　向沖洗干凈的水泥池中注入淡水，注水深度為80 cm，水體按BG-11培養(yǎng)基配方加富后用250 μg · L-1 的次氯酸鈉(NaClO)消毒12 h，然后以25~30 μg · L-1 硫代硫酸鈉(Na2S2O4)中和.曝氣1 d后接入5.0 L經(jīng)擴(kuò)大培養(yǎng)的顆粒直鏈藻液，待池中水體呈現(xiàn)肉眼可見的淡黃色時(shí)開始于每天傍晚(18:00)取樣監(jiān)測(cè)葉綠素濃度的變化，并在葉綠素濃度達(dá)到100 μg · L-1時(shí)接入浮游動(dòng)物(初始豐度為56 ind · L-1)，并每天監(jiān)測(cè)其數(shù)量變化，直至水華消退(圖 1).而在即將接入浮游動(dòng)物前，每池先取200 L藻液至一個(gè)白色塑料桶中，并將其放在水泥池旁邊繼續(xù)通氣培養(yǎng)作為對(duì)照組.

　　圖 1 顆粒直鏈藻水華在人工池中的誘發(fā)過程(a.接入藻種前，b.水華爆發(fā)前，c.水華爆發(fā)后)

　　2.4 浮游動(dòng)物采樣及豐度測(cè)算

　　每天下午18:00用采水器(2.5 L)在距離人工池底部30 cm處從每個(gè)培養(yǎng)池中取水樣，將其中1.0 L轉(zhuǎn)入容積為1 L的玻璃燒杯中，其余水樣再倒回水泥池中，每個(gè)水泥池取水樣兩次.把燒杯中的水樣以每次約100 mL的量轉(zhuǎn)入培養(yǎng)皿中，在日光燈下靠目測(cè)對(duì)浮游動(dòng)物計(jì)數(shù)(Ma et al., 2010)，并根據(jù)浮游動(dòng)物的數(shù)量和水樣體積計(jì)算浮游動(dòng)物豐度(ind · L-1).統(tǒng)計(jì)后把浮游動(dòng)物和水樣再倒回水泥池中，這樣兩個(gè)水泥池共取4個(gè)水樣，結(jié)果以平均值±方差表示.

　　2.5 葉綠素a(Chl a)含量的測(cè)定

　　為了監(jiān)測(cè)水華生消過程中葉綠素濃度的變化，首先把去除浮游動(dòng)物后的100 mL 藻液經(jīng)Whatman GF/F玻璃纖維濾膜過濾(Φ 25 mm)，然后用100%的甲醇在4 ℃下過夜提取(Porra，2002)，經(jīng)離心(5000 g，5 min)后，取上清液用分光光度計(jì)(Shimadzu，UV 2501-PC)測(cè)定其吸收光譜，并根據(jù)文獻(xiàn)(Porra，2002)提供的葉綠素a含量(μg · L-1)計(jì)算公式([Chl a] = 16.29×E665.2-8.54×E652.0，其中，E665.2和E652.0分別為上清液在665.2 nm和652.0 nm處的光吸收值)計(jì)算水體中的葉綠素a濃度.每次從每個(gè)人工池中取兩個(gè)水樣用于葉綠素a濃度測(cè)定，結(jié)果以平均值±方差表示.

　　3 結(jié)果

　　3.1 實(shí)驗(yàn)期間池中水體溫度的變化

　　雖然實(shí)驗(yàn)安排在2010年冬季進(jìn)行，但由于該中心位于熱帶區(qū)域，加之晴天居多，所以實(shí)驗(yàn)期間池中水體的溫度基本在20 ℃左右，早(8:00)、中(13:00)、晚(18:00)的溫度波動(dòng)范圍分別為17.6~22.9、 22.1~27.6、21.0~26.0 ℃，而全天的最大溫差為4.9 ℃(圖 2).

　　圖 2 顆粒直鏈藻水華生消過程中日平均水溫與水體中葉綠素a濃度的變化

　　3.2 顆粒直鏈藻水華演替過程

　　顆粒直鏈藻在接入人工池后迅速發(fā)展為水華，水體顏色由淺黃色變?yōu)樯詈稚?圖 1).葉綠素a濃度僅經(jīng)過3 d就從初始檢測(cè)時(shí)的(21.24± 0.76)μg · L-1升高到(232.92± 8.38)μg · L-1，增加了近10倍(圖 2).而再經(jīng)歷1 d短暫的增加后水華又迅速消退，水體顏色變淺，葉綠素a濃度也從最高時(shí)的(240.34±11.00)μg · L-1在1 d內(nèi)快速下降到(124.41±3.17)μg · L-1(圖 2).此后水華進(jìn)一步消退，水體顏色也由褐色重新變?yōu)闇\黃色，并且伴隨著浮游植物細(xì)胞解體，水體表面有大量的白色泡沫出現(xiàn).而葉綠素濃度在2 d后也降低到(53.63±0.47)μg · L-1(圖 2).

　　3.3 婆羅異劍水蚤攝食對(duì)顆粒直鏈藻水華生消進(jìn)程的影響

　　待池中水體的葉綠素a濃度增加到(104.15±18.63)μg · L-1時(shí)接入以婆羅異劍水蚤為主的浮游動(dòng)物. 盡管其在浮游植物細(xì)胞濃度已經(jīng)很高的情況下已不能抑制水華的發(fā)生，但其攝食作用對(duì)浮游植物細(xì)胞濃度的增加仍表現(xiàn)出明顯的抑制效應(yīng)并使其消退加速(圖 3).添加浮游動(dòng)物組水體的葉綠素a比對(duì)照組(未添加浮游動(dòng)物)低18.62~26.08 μg · L-1，平均為21.24 μg · L-1，且差異顯著(p<0.05).

　　圖 3 顆粒直鏈藻水華生消中婆羅異劍水蚤攝食對(duì)水體中葉綠素a濃度的影響

　　3.4 顆粒直鏈藻水華生消中婆羅異劍水蚤種群數(shù)量的變化

　　由圖 4可知，在轉(zhuǎn)入已形成顆粒直鏈藻水華的水體后，婆羅異劍水蚤的豐度在2 d后開始有所增加，并且這種增長(zhǎng)趨勢(shì)一直持續(xù)到水華消退.經(jīng)一周時(shí)間其豐度從更接入時(shí)的(56.50±4.32)ind · L-1上升到(142.11±6.35)ind · L-1，增加了151.58%.在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將所有浮游動(dòng)物都收集起來，發(fā)現(xiàn)其生物量從初接入時(shí)的25.01 g增加到68.76 g，增加了174.9%，與按豐度統(tǒng)計(jì)的結(jié)果基本一致(圖 5).

　　圖 4 橈足類婆羅異劍水蚤豐度隨顆粒直鏈藻水華生消過程的變化

　　圖 5 顆粒直鏈藻水華人工池誘發(fā)前后對(duì)婆羅異劍水蚤豐度和總生物量變化

　　4 討論

　　作為濾食性的小型橈足類，婆羅異劍水蚤在顆粒直鏈藻水華發(fā)生過程盡管其攝食沒能對(duì)水華的發(fā)生起到完全的控制作用，但卻顯著降低了水華物種的細(xì)胞濃度.此外，婆羅異劍水蚤的種群數(shù)量并沒有因?yàn)轭w粒直鏈藻水華的爆發(fā)而降低，反而出現(xiàn)了穩(wěn)步提高，這也保證了其能在水華爆發(fā)過程中對(duì)顆粒直鏈藻保持持續(xù)的攝食壓力，進(jìn)而加速其水華消亡過程.

　　在淡水生態(tài)系統(tǒng)中，藍(lán)藻水華對(duì)大型枝角類(水溞)浮游動(dòng)物的負(fù)面效應(yīng)已得到很多研究的確認(rèn).此外，很多種類的藍(lán)藻及其所產(chǎn)的藻毒素也能抑制橈足類和輪蟲等浮游動(dòng)物類群的攝食活動(dòng).小型橈足類主要攝食浮游植物，在水華生消進(jìn)程中起到關(guān)鍵作用(李超倫等，2000; 孫軍等，2004).

　　顆粒直鏈藻屬于硅藻，盡管有些研究認(rèn)為對(duì)浮游動(dòng)物餌料而言，其可能和其它硅藻一樣存在營(yíng)養(yǎng)缺陷，但其并不產(chǎn)生毒素.此外，浮游動(dòng)物對(duì)水華物種還存在選擇性攝食(孫軍等，2007)，這種選擇性攝食可能導(dǎo)致其偏好餌料被大量攝食，而遭排斥的物種將獲得更多的生存機(jī)會(huì)，進(jìn)而影響水華進(jìn)程，使得水華物種向不被攝食的物種方向演替.在本研究中，婆羅異劍水蚤在任何階段都對(duì)顆粒直鏈藻水華維持了較高的攝食壓力(圖 3).此外，即使在藻體濃度最大時(shí)，婆羅異劍水蚤種群數(shù)量也出現(xiàn)了平穩(wěn)的增長(zhǎng)(圖 4)，這除了實(shí)驗(yàn)中向水體通入空氣抵消了水華發(fā)生可能引起的缺氧外，更可能是由于與甲藻和藍(lán)藻相比，顆粒直鏈藻毒性較弱的緣故.

　　浮游動(dòng)物是控制水華發(fā)生的重要因素(Storm，2002)，通常情況下浮游動(dòng)物的攝食和浮游植物的生長(zhǎng)是平衡的，但一旦環(huán)境發(fā)生一定變化，就會(huì)有一些物種逃出浮游動(dòng)物的攝食控制，迅速生長(zhǎng)而發(fā)生水華，即水華的Loop-Hole理論(Irigoien et al., 2005).在浮游動(dòng)物攝食活躍的水域，浮游植物的生長(zhǎng)能受到良好的控制; 在攝食較弱的水體中，浮游植物即使比生長(zhǎng)率較低，仍有爆發(fā)水華的可能; 而一旦水華爆發(fā)，浮游動(dòng)物的攝食行為對(duì)浮游植物群落的控制作用則大幅減弱(孫軍等，2009).在本研究中，為了考察硅藻水華生消對(duì)浮游動(dòng)物種群動(dòng)態(tài)的影響，我們?cè)诠柙逅�華開始爆發(fā)時(shí)(葉綠素濃度達(dá)到104.15 μg · L-1)才接入浮游動(dòng)物，因此，盡管其一直保持較高的攝食壓力，但卻未能消除或延緩水華的發(fā)生過程(圖 2).但如此高的攝食壓力如果在水華孕育的早期(浮游植物細(xì)胞密度較低時(shí))就存在或者期間因?yàn)樘鞖獾仍�因浮游植物沒有繁殖的如此迅速，則完全有可能延緩甚至是阻止水華的發(fā)生.在實(shí)驗(yàn)期間，婆羅異劍水蚤的數(shù)量增加了約1.5倍，在顆粒直鏈藻水華發(fā)生過程中其數(shù)量的持續(xù)增加維持了較高的攝食壓力(圖 3，圖 4)，也有利于水華消退后水生生態(tài)系統(tǒng)的盡快恢復(fù).此外，顆粒直鏈藻水華在一天中急劇消退可能與營(yíng)養(yǎng)鹽耗竭有關(guān)，在室內(nèi)培養(yǎng)時(shí)也經(jīng)常出現(xiàn)該現(xiàn)象，在細(xì)胞濃度很大時(shí)，如果不及時(shí)添加新的培養(yǎng)基，細(xì)胞就會(huì)迅速死亡，藻液顏色也急劇改變.因此，我們有理由相信營(yíng)養(yǎng)鹽缺乏對(duì)藻體的脅迫作用累積到一定程度就會(huì)引起細(xì)胞死亡，導(dǎo)致水華急劇消退(圖 3).而不含婆羅異劍水蚤的對(duì)照組和含有婆羅異劍水蚤的處理組顆粒直鏈藻水華發(fā)展趨勢(shì)一致(圖 3)，則可能是由于婆羅異劍水蚤的攝食作用相對(duì)于顆粒直鏈藻的內(nèi)稟增長(zhǎng)率還是比較弱的，因此，在水華發(fā)爆發(fā)時(shí)就很難再起到較強(qiáng)的抑制作用了.

　　本研究利用較大水體的土池實(shí)驗(yàn)研究了富營(yíng)養(yǎng)化水體中顆粒直鏈藻水華的生消過程，并證實(shí)了高濃度的顆粒直鏈藻水華并不會(huì)影響婆羅異劍水蚤的生長(zhǎng)和繁殖，反而由于水華期間為后者提供了充足餌料而對(duì)其種群擴(kuò)大起到促進(jìn)作用.當(dāng)然如果水體攪動(dòng)不足，水華發(fā)生產(chǎn)生的低氧環(huán)境可能會(huì)對(duì)浮游動(dòng)物產(chǎn)生一定的負(fù)面影響，但應(yīng)該不是很嚴(yán)重，因?yàn)闃镒泐惛∮蝿?dòng)物通過合成血紅蛋白能夠耐受0.5 mg · L-1(以O(shè)2計(jì))的低氧環(huán)境(Weider et al., 1985; Sell，1998).該研究排除了來自其它動(dòng)物的攝食壓力對(duì)婆羅異劍水蚤種群動(dòng)態(tài)的影響，這也為其種群數(shù)量的持續(xù)增加創(chuàng)造了條件.而關(guān)于其種群變化與毒性較強(qiáng)的甲藻和藍(lán)藻水華生消過程的交互作用還需要做進(jìn)一步的研究.具體參見污水寶商城資料或http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　5 結(jié)論

　　在排除魚類攝食壓力條件下，硅藻顆粒直鏈水華的發(fā)生并不會(huì)對(duì)小型橈足類婆羅異劍水蚤的生長(zhǎng)和繁殖產(chǎn)生負(fù)面影響，反而會(huì)對(duì)其種群的擴(kuò)大具有促進(jìn)作用.而要想把該結(jié)論擴(kuò)展到整個(gè)硅藻水華對(duì)所有浮游動(dòng)物種群的影響，無疑還需要更多的研究論證.

　　致謝: 本實(shí)驗(yàn)在中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院東海水產(chǎn)研究所海南省瓊海養(yǎng)殖基地完成，在此期間得到基地領(lǐng)導(dǎo)夏連軍研究員、楊慶華師傅等工作人員的支持和幫助;東海所的孫魯峰在樣品鑒定及實(shí)驗(yàn)過程中也給予了大力幫助; 兩位審稿專家的建設(shè)性意見也對(duì)本文的提高起到了巨大的推動(dòng)作用，在此一并謹(jǐn)致謝忱!