大型海藻负排放理论技术研究与应用展望

大型海藻作为海洋中重要的初级生产者,在碳捕获和长久封存中发挥着重要作用,是实现海洋负排放的有效途径之一。大型海藻具有广阔的可栽培区域和高效的固碳增汇能力,结合生物碳泵和微生物碳泵的协同作用,有望成为海水养殖负排放的排头兵。通过大型海藻生物修复技术、资源养护技术和生态增养殖技术,可增加大型海藻资源,改善海区环境和养护渔业资源,发展海洋碳汇渔业;而通过大型海藻绿色饲料技术,可减少经济水产动物与畜牧动物温室气体(如甲烷)排放。大型海藻的规模化栽培和资源绿色低碳利用,能够为海水渔业高质量发展和海洋生态安全做出重要贡献。目前,应重点开展大型海藻生态系统负排放理论研究和碳汇技术研发,编研基于全生命周期的大型海藻碳汇核算标准和方法学,探讨大型海藻生态产品价值实现的有效途径。发展大型海藻负排放理论和技术不仅有利于践行国家双碳战略,对于我国实现基于陆海统筹的海水渔业和畜牧业高质量发展,并达成联合国可持续发展目标,也具有重要的科学意义和应用价值。

大型海藻在反刍动物生产中的应用

中国海岸线长,大型海藻种类丰富,包含红藻、褐藻和绿藻。主要的栽培种类有海带、裙带菜、紫菜、龙须菜等。近年来,中国大型海藻年产量约在1 940万t。大型海藻作为一种可持续利用的海洋资源,富含蛋白质、脂肪酸、矿物质等营养物质和多糖、多酚、卤代化合物、萜类等功能性成分,这些功能性成分对反刍动物的生长发育和机体健康皆有益处,且能减少反刍动物甲烷排放,缓解全球变暖,具有无残留、无耐药性的特点,在成为绿色、功能性饲料或饲料添加剂方面极具潜力。作者就大型海藻的生物活性物质及其生理功能,以及在反刍动物瘤胃内环境调控、改善抗氧化能力和免疫性能、提升生产性能以及减少温室气体排放等方面的应用进行了综述,以期为大型海藻资源的开发与利用提供参考。

大型海藻微波热解制氢特性研究

大型海藻无需耕地、不含难热解的木质素,是降碳减排、生产小分子生物燃料的理想原料。对大型海藻(包括海带、蜈蚣藻、孔石莼和海黍子)进行微波热解,并与落叶松进行对比。研究了微波热解过程的升温行为、气体释放行为及氢气生成曲线,比较了微波热解的产物分布、气体组成和气化指标,进一步利用Ca-Al(CaO-Al_(2)O_(3))吸附剂原位吸收海带微波热解产生的二氧化碳(CO_(2)),强化海带的定向转化制氢。结果表明,大型海藻比落叶松具有更快的升温行为、更好的制氢效果,尤其海带的氢气产率(16.40 g/kg)为落叶松的3倍。添加Ca-Al吸附剂能够进一步增强海带的微波热解制氢效率,当海带与Ca-Al吸附剂的质量比为1.0:3.0时,氢气产率达到44.24 g/kg,气化效率可达68.57%,气体产物中氢气含量高达77.24%。

3种大型海藻对加州鲈幼鱼生长性能和生理生化指标的影响

试验旨在研究3种大型海藻对加州鲈幼鱼生长性能和生理生化指标的影响。选择初始体重为(6.04±0.03)g的加州鲈幼鱼360尾,随机分为4组,每组3个重复,每个重复30尾。C组(对照组)饲喂基础饲料,T1组、T2组、T3组分别在基础饲料中添加5%龙须菜藻粉、5%紫衫状海门冬藻粉和5%马尾藻藻粉,各组饲料等氮等脂。试验期57 d。结果表明:与C组相比,所有试验组的摄食率、饲料系数均显著升高(P<0.05);T2组和T3组的蛋白质沉积率和脂肪沉积率均显著降低(P<0.05);T2组和T3组全鱼水分含量显著升高(P<0.05),粗蛋白和粗脂肪含量显著降低(P<0.05);T2组和T3组的肝脏中粗脂肪含量显著降低(P<0.05)。研究表明,饲料中添加5%龙须菜、紫衫状海门东和马尾藻不会影响加州鲈幼鱼生长,但可以提高其摄食率,降低全鱼和肝脏粗脂肪含量,且摄食马尾藻饲料的加州鲈幼鱼整体效果最好。

大型海藻光合特性对主要环境因子响应的研究进展

随着工业化进程的加快,大气CO_(2)浓度持续升高,加剧了全球气候变化。海洋碳汇作为实现碳中和的重要途径,具有重要的生态和经济价值。海洋生态系统中大型海藻的固碳能力在缓解全球气候变化方面有着巨大潜力,而海藻的光合响应易受多种环境因子如CO_(2)浓度、盐度、温度、光强、光质的影响。为了做好后续研究的必要储备,不断优化海藻的栽培技术,本综述全面汇编了大型藻类基于以上五种环境因子变化的光合生理特征的最新信息,分析其特点主要表现为:不同藻属光合响应机制不同;海藻生长速率与各环境因子浓度供应并不是呈单一的线性关系,而是有一定阈值;藻体面对环境胁迫时会启动一定的调控机制维持自身正常生长状况。

大型海藻对马氏珠母贝养殖尾水的净化效果

为研究大型海藻石莼、线形硬毛藻、总状蕨藻对马氏珠母贝养殖尾水的净化效果,试验设计了4个处理组,分别为对照组、石莼组、线形硬毛藻组、总状蕨藻组,并模拟马氏珠母贝养殖尾水,对模拟养殖尾水中总磷(TP)、总氮(TN)、铵态氮(NH_(4)^(+)-N)的处理效果进行研究。测量时,每组重复3次,每次取水量为5 mL。试验结果表明:石莼组对TN、NH_(4)^(+)-N的去除率均高于其他处理组;试验结束时,石莼组、线形硬毛藻组、总状蕨藻组对TP、TN、NH_(4)^(+)-N的去除速率明显高于对照组。总体来看,石莼组在马氏珠母贝养殖尾水处理中的效果较好。

大型海藻与赤潮微藻以及赤潮微藻之间的相互作用研究

研究了2种大型海藻石莼(Ulva pertusa)和江蓠(Gracilaria lemaneiformis)对2种赤潮微藻:东海原甲藻(Prorocentrumdonghaiense)和塔玛亚历山大藻(Alexandum tamarense)生长的影响以及2种微藻之间的相互作用,结果发现:①在大藻(石莼或江蓠)-微藻(东海原甲藻或塔玛亚历山大藻)的共培养体系中,石莼和江蓠均能明显影响与其共培养的微藻的生长,石莼对微藻生长的影响强于江蓠的作用.②在东海原甲藻-塔玛亚历山大藻的双藻培养体系中,东海原甲藻的生长受到明显的抑制作用,最终被完全灭杀;体系中塔玛亚历山大藻的生长未受到明显的影响.另外,塔玛亚历山大藻的培养液滤液能明显抑制东海原甲藻的生长,但东海原甲藻滤液对塔玛亚历山大藻的生长几乎没有影响.实验室条件下模拟二者相互作用的结果显示,塔玛亚历山大藻对东海原甲藻的抑制作用是其被后者抑制作用的17倍左右.③在大藻(石莼或江蓠)-东海原甲藻-塔玛亚历山大藻的多藻培养体系中,东海原甲藻和塔玛亚历山大藻的生长变化与它们在共培养体系中的变化非常类似.半数致死时间(LT50)法的检测结果显示:多藻培养体系对东海原甲藻的联合作用是协同作用,而对塔玛亚历山大藻的作用是相加作用.

大型海藻碳汇效应研究进展

大型海藻光合作用是海域初级生产力的来源之一,是海洋碳循环中关键的一环。大型海藻可通过光合作用有效地吸收海水中溶解的无机碳以及大气中的CO2,将其转化为有机碳并释放O2,光合作用的产物除支持生态系统外,还以有机物的形式埋藏在沉积物中,进而形成碳的汇。大型海藻的养殖和增殖对CO2的减排、减缓海洋酸化、扩增海洋碳汇效应以及缓解气候变化都有重要意义。本文就大型海藻碳汇机理、潜力以及大型海藻碳汇能力的扩增途径进行了综述,为大型海藻碳汇效应研究的发展提供了依据。

大型海藻吸收氮磷营养盐能力的初步研究

将日本马泽藻Mazzaella japonica、孔石莼Ulva pertusa、鼠尾藻Sargassum thunbergii、红毛菜Bangia fusco-purpurea、蠕枝藻Helminthocladia australis、扇形拟伊藻Ahnfeltiopsis fla-belliformis6种大型海藻培养在富含氮磷海水中72 h,分析海水中氨氮、硝氮和活性磷浓度的变化,目的在于比较它们对营养盐去除效果。实验结果表明,6种海藻对氮磷都有明显的去除作用,日本马泽藻和孔石莼对氨氮、硝氮和活性磷的去除效果最好,分别吸收了培养水体中氨氮初始总量的98.0%和97.1%、硝氮初始总量的76.9%和82.0%、活性磷初始总量的90.8%和86.9%。

大型海藻对重金属镉、铜的富集动力学研究

以人工培育的龙须菜(Gracilaria lemaneiformis)活体为实验材料,在低浓度Cu2+、Cd2+污染水体中,进行龙须菜对Cu、Cd富集的模拟实验,探索龙须菜对Cu、Cd的污染水体的修复,以及龙须菜食品的安全性.应用两箱动力学模型,对实验结果进行了曲线拟合,对拟合优度进行检验.结果表明,在本实验条件下,龙须菜对重金属Cu、Cd的生物累积符合两箱动力学模型,并获得龙须菜富集Cu、Cd的吸收速率常数(Ku)和排出速率常数(Kc).当Cu2+的浓度50 g/L、Cd2+的浓度20 g/L时,经过28 d的暴露,随Cu2+、Cd2+的暴露浓度以及暴露时间增大,龙须菜中Cu、Cd的含量升高.龙须菜对Cu、Cd的吸收速率常数分别为15.4 51.1和13.9 55.7,基本随实验水体中元素的暴露浓度升高而降低;排出速率常数分别为0.023 0.070和0.030 0.050,与暴露浓度无明显相关性.理论平衡状态下龙须菜中Cu、Cd含量(质量分数)随水体中暴露浓度升高而增加.龙须菜对Cu、Cd的生物富集因子分别为663 1008和463 1113,Cu、Cd的生物半衰期分别为23.1 d和20.1d.

人工鱼礁模型和大型海藻对许氏平鲉和大泷六线鱼幼鱼的诱集作用

为了探究大型海藻和人工鱼礁对鱼类的诱集作用,依据崂山湾人工鱼礁区游泳动物和大型海藻调查结果,以海黍子、孔石莼、带形蜈蚣藻、石花菜和小珊瑚藻5种优势藻类,许氏平鲉和大泷六线鱼2种优势鱼类以及人工鱼礁模型为研究对象,于室内实验水槽观察了许氏平鲉和大泷六线鱼幼鱼在海藻和模型礁中的行为反应和分布。结果显示,水槽中未投放模型礁和海藻时,实验鱼密集出现在水槽边缘区(A9),分布率分别为75.71%±7.79%和73.63%±4.41%。放入模型礁和海藻丛后,许氏平鲉和大泷六线鱼出现短暂的排斥反应,然后迅速聚集其中;2种鱼对带形蜈蚣藻的响应时间最短[(12.75~21.00)s],对模型礁的响应时间最长[(66.50~151.25)s];带形蜈蚣藻聚集许氏平鲉用时最短[(151.50±8.14)s],海黍子聚集大泷六线鱼用时最短[(56.00±2.53)s];大泷六线鱼对模型礁的聚集时间为(216.25±5.59)s,远低于许氏平鲉(1343.50±5.38)s;2种鱼在模型礁中的停留时间远长于海藻丛,且大泷六线鱼的停留时间(211.85±7.96)s长于许氏平鲉(199.75±16.82)s。海藻丛和模型礁对2种岩礁性幼鱼的诱集效果明显,实验区幼鱼的分布率由未投放模型礁和海藻前的0.91%~8.78%上升到4.21%~31.42%;高密度带形蜈蚣藻和海黍子的诱集效果最好,对许氏平鲉和大泷六线鱼的聚集率分别达到30.42%±1.14%和31.42%±1.74%,而低密度小珊瑚藻的诱集作用不明显。

流沙湾冬、春季大型海藻的微量元素分析

采用微波消解法和AFA、ICP-MS对流沙湾2008年冬春季21种大型海藻的微量元素进行了分析。结果表明,As、Cu、Pb、Cr、Se、Fe、Mn在细江蓠体内含量最高,分别为8.90、34.35、24.26、68.12、12.04、26777.20、400.16mg/kg;Hg在海蕴体内含量最高,达6.90mg/kg;Zn在鼠尾藻体内含量最高,为277.37mg/kg;Cd在石花菜体内含量最高,为6.77mg/kg;Ba在海门冬体内含量最高,为127.02mg/kg。各藻类对各重金属元素的综合富集能力由强到弱依次为细江蓠>拟刚毛藻>水云>海蕴>鼠尾藻>海门冬>条浒苔>小珊瑚>肠浒苔>蜈蚣藻>礁膜>大石花菜>石花菜>半盐生单歧藻>团扇藻>长石莼>宽扁叉节藻>穗状鱼浒苔>喇叭菜>海头红>刚毛藻,显示出藻类对各重金属元素综合富集能力因藻而异。各元素被藻类富集的量从大到小依次为Fe>Mn>Ba>Zn>Cr>Cu>Pb>As>Se>Cd>Hg,显示出藻类对营养元素的富集要大于对毒性元素的富集。各藻类对各重金属的富集系数从几倍至几十万倍不等,最高是细江蓠对Fe的富集,其次为海蕴对Hg的富集,最差为刚毛藻对Se的富集,其富集系数分别为204875.29、13800.00、3.48。聚类分析结果显示细江篱的富集能力最强,是多种重金属污染海域修复的首选生态环境材料。但对重金属复合污染海域进行生物修复,应有针对性地选择数种富集能力较强的大型海藻组成修复生物群落。

大型海藻体内TN和TP含量及其对近海环境修复的意义

本文研究了广东省珠海桂山岛附近海域网箱养殖区生长的细基江蓠(Gracilaria tenuistipitata)、石莼(Ulva pertusa)、海带(Lamianaria japonica)、羽藻(Bryopisis plumosa)和草叶马尾藻(Sargassum graminifolium)5种典型大型海藻在不同月份体内总氮(TN)、总磷(TP)的含量,并分析了其对近海环境修复的意义.结果表明,这5种海藻2～5月份各自TN平均含量的变化范围为4.076%～5.460%(m/m,干重,下同),TP月平均含量的变化范围为0.285%～0.510%(m/m,干重,下同).这5种海藻TN、TP含量随生长月份而变化,在生长旺盛月份,海藻体内TN、TP含量相对较高.对本次研究结果的分析表明,石莼、羽藻体内TN、TP含量较高,可作为近海富营养化水环境修复的优选海藻.

流沙湾的底栖大型海藻调查

2008年3月～2009年1月调查了流沙湾潮间带及湾内(109°55'～109°59'E,20?22'～20°28'N)底栖大型海藻资源,定性、定量分析该海湾底栖大型海藻种类、生态分布、区系性质、群落结构及生物量的季节变化规律。共采集底栖大型海藻3门10目17科19属32种,其中红藻门4目9科9属15种,绿藻门4目6科7属14种,褐藻门2目2科3属3种,以亚热带藻种占绝对优势,达59.4%,温带成分21.9%,热带成分18.7%。采样海藻具印度-西太平洋海洋植物区系中国-日本亚热带海洋植物亚区特点。调查区域内底栖大型海藻群落组成的季节变化明显。

大型海藻对富营养化海湾生物修复的研究进展

近年来,我国诸多海湾富营养化严重,海湾赤潮和大规模的养殖生物病害频繁发生,海湾生态系统严重失衡。海带、裙带菜、紫菜、龙须菜等大型经济海藻,生物量大、生产力高,在生长过程中能大量吸收C、N、P等营养物质,栽培大型海藻是吸收、利用营养物质,防治富营养化的有效措施之一。本文综述了规模化栽培大型海藻对富营养化海湾生物修复的研究进展。

两种大型海藻自然环境下的营养动力学研究

在室外条件下,对菊花江蓠(Gracilaria lichenoides)及龙须菜(G.lemaneiformis)的N、P吸收动力学及生长动力学进行了研究。两海藻对NO3-N、NH4-N及PO4-P的最大吸收速率(Vmax)分别为55.88、35.17μmol/(g.h)、3.106μmol/(g.h)和53.17、32.24、3.064μmol/(g.h);半饱和常数(Ks)分别为7.762、3.414、0.222μmol/L和6.331、2.345、0.110μmol/L,两海藻对N营养的竞争能力相似;从生长动力学结果看:菊花江蓠N、P的最大生长浓度为60和30μmol/L,龙须菜为100和40μmol/L。

筼筜湖大型海藻群落的几种藻栖端足类的种群动态研究

研究了2007年11月至2008年5月期间筼筜湖大型海藻群落几种藻栖端足类的种群动态.结果显示,筼筜湖藻栖的端足类主要有:上野蜾蠃蜚(Corophium uenoi)、日本大螯蜚(Grandidierella japonica)、强壮藻钩虾(A mpithoe vali-da)、平掌拟钩虾(Grammaropsis laevipalmata)和尖额麦秆虫(Caprella panantis).但不同时期、不同藻丛,端足类的种类组成和丰度存在差异.条浒苔(Enteromorpha clathrata)主导的藻丛,主要出现在2007年11月至2008年1月,上野蜾蠃蜚和日本大螯蜚是丰度最高的两种端足类,它们在11月达到丰度的最大值,分别为3.22×104和1.07×104m-2.细基江蓠繁枝变种(Gracilarla tenuistipitatavar.liui)和根枝藻(Rhizocloniumsp.)主导的藻丛分别出现在2008年1—3月和3—5月,上野蜾蠃蜚是其中最优势的端足类,但丰度较低.石莼(Ulva lactuca)主导的藻丛在整个调查期间都有分布,端足类以上野蜾蠃蜚和强壮藻钩虾为主,丰度在3月最高,分别为11.59×104和1.20×104m-2,而后迅速下降.不过,在石莼主导的藻丛,端足类的丰度和大型海藻生物量之间的变化并不同步,而是存在一个月的滞后,据推测,可能是由于大型海藻啃食者(如强壮藻钩虾)的滞后造成的.

几种大型海藻对赤潮异弯藻生长抑制效应的初步研究

利用共存培养系统研究了大型海藻缘管浒苔、刚毛藻、石花菜、鸭毛藻、扇形拟伊藻、蜈蚣藻、海黍子、脆江蓠对赤潮异弯藻(Heterosigmaakashiwo)生长的抑制效应并和孔石莼的作用进行比较。实验指出:孔石莼和缘管浒苔对赤潮异弯藻的抑制效应最强,石花菜次之;扇形拟伊藻、蜈蚣藻、刚毛藻、脆江蓠、海黍子虽表现出抑制作用但较差;鸭毛藻的抑制效应最弱。