养殖海带、裙带菜根部附着力初步研究

秦 松，田 涛，杨 军，吴忠鑫，刘永虎，陈 勇

( 1.大连海洋大学，辽宁省海洋牧场工程技术研究中心，辽宁 大连 116023； 2.浙江省海洋水产养殖研究所，浙江 温州 325005 )

海带(Saccharinajaponica)和裙带菜(Undariapinnatifida)是我国北方海区具有较高经济价值的主要经济大型藻类[1-2]，除食用价值较高外，还具有多种生态系统服务功能，包括调节大气、净化水质、物质循环、生物碳汇[3-6]等，尤其在生态修复和气候调节方面有重要的作用，在净化水质方面具有修复水体富营养化、降解有机污染物、富集海水重金属、抑制赤潮暴发等多种功能[7-9]。与此同时，大型藻类固碳增汇、释放O2等生态修复功能也已得到国际社会的广泛关注[10-12]。近年来藻类生物制药、新型能源等产业蓬勃发展，国际市场上对海带和裙带菜需求量逐年增加，因此海带和裙带菜的养殖产业也得到了高速发展，产量逐年递增，现已成为我国产量最高的两种养殖藻类[13-17]。

虽然我国海带、裙带菜养殖模式和产业已趋于成熟与稳定，但由于产品加工产业落后及常年大密度养殖造成的海域污染等原因，产生的经济效益并不高[18-19]。苗绳投放海中后，附着不够牢固的幼苗自苗绳上脱落，造成死亡和减产，影响养殖海藻成活率，从而增加了养殖成本。为解决这些问题，国内外学者已进行诸多研究，多集中在海带、裙带菜养殖技术、人工育苗、不同基质的附着效果等方面[20-22]。而对于海带和裙带菜在苗绳上附着力的测量和估算尚未见报道。笔者通过试验，得到不同规格海带和裙带菜根部附着情况以及根部附着力的变化趋势，从而了解人工养殖海带和裙带菜过程中水流或外力对海藻成活率的影响，以及藻体根部附着力的变化特征，进而为合理采取预防措施、改进养殖过程及方式、提高产量提供一定的参考依据，同时为自然海区的海带、裙带菜人工增殖提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验样品

试验用海带和裙带菜幼苗系人工培育，在2015年10月出库养殖于大连黑石礁海域，共取样3次，第1次为刚出库(从室内移往海区养殖)海带、裙带菜的幼苗苗帘(幼苗全长1～10 mm)此后分别于2015年12月和2016年3月在养殖海域内采集海带、裙带菜苗绳样品。采集苗绳样品时应截取完整的苗绳，同时避免对苗绳上的藻体造成损坏。试验开始前将采集的苗绳样品通气暂养于60 cm×50 cm×40 cm白色半透明塑料箱，1 d后用于试验，藻体密度为2 g/L(湿质量)，水温(20±1) ℃，pH 8.1，盐度32。

1.2 试验设计

1.2.1 水流试验法

在测量刚出库的苗绳上藻体幼苗附着力时，由于幼苗个体较小，无法直接使用测力装置测量附着力和附着情况，因此，使用水流冲击法(图1)测定苗绳上幼苗的附着情况来间接评价幼苗的附着力。选取若干完整、幼苗发育良好的苗绳，测量苗绳的长度、直径等。在苗绳上等间隔抽取单位长度的样本测量苗绳上的幼苗个数，从而估算整根苗绳幼苗的总数量。若幼苗较小，肉眼难以分辨可借助放大镜或解剖镜。然后随机截取长度为20～30 cm的苗绳若干进行试验。采用平均苗种脱落率及相对附着系数作为幼苗附着能力的评价指标。

图1 垂直循环流水槽示意

1.2.1.1 平均苗种脱落率

随机选取苗绳，将其竖直固定在循环流水槽中，打开循环流水槽开关，设置水流速度为15 cm/s，水流方向为顺时针方向。待水流平稳后开始计时，30 min后关闭，取下苗绳对其浸水部分进行等间隔抽取单位长度样品测量幼苗个数，从而估算在该水流速度下浸水苗绳上剩余幼苗的平均数量；然后调整水流速度以10 cm/s为单位进行递增，至100 cm/s为止，测量每个流速条件下的苗绳剩余幼苗平均数量，每个流速共测试5次，从而计算出每个流速下的平均苗种脱落率。

D=n1/n

式中，D为平均苗种脱落率，n1为水流冲击后掉落的幼苗数量，n为苗绳上原有的幼苗总数量。

1.2.1.2 相对附着系数

取20根苗绳将其垂直固定在循环流水槽中，保证水流的方向垂直于苗绳的长度方向，并测量其浸没在水中的长度。打开循环流水槽开关，设置水流速度为15 cm/s，待水流平稳后开始计时，30 min后取出第一根苗绳计算其苗种脱落率，同时流速增至25 cm/s，30 min后取出第二根苗绳计算其苗种脱落率，以此递增至100 cm/s，取出最后一根苗绳，计算苗种脱落率。所述的苗种脱落率为脱落的苗种数量与每根苗绳上初始苗种数量之间的比值，重复上述操作5次，取每个流速每根苗绳的多次苗种脱落率的平均值，通过曲线拟合求出对应的方程y=f(x)(x为水流速度，y为苗种脱落率)，并对方程的x在0～100 cm/s间求积分，取倒数。

该值记作测试苗种的相对附着系数，相对附着系数表征了在一定流速范围内苗绳幼苗平均苗种脱落率的均匀变化情况，也体现了一定流速范围内苗绳上幼苗的附着情况，在一定程度上整体反映了苗绳幼苗的附着能力。

1.2.2 电子式推拉力计法

当测量较大个体的海带、裙带菜根部附着力时，直接使用电子式推拉力计(ZP-100)测量，具体方法如下：

(1)测量开始前，将藻体进行生物学测量，包括全长、湿质量、叶长、叶宽、茎长、茎宽等；

(2)将推拉力计前端与藻体根部连接固定好；

(3)点击“开始测试”并缓慢拉动仪器直至藻体与苗绳脱离；

(4)检查测试图形是否完整，数据是否合理；

(5)每个长度的海带、裙带菜均测定40次，以平均值记作附着力。

2 结果与分析

2.1 海带、裙带菜水流测量结果

海带、裙带菜水流试验结果显示，单位长度苗绳上幼苗的脱落率随着水流速度的增加而逐渐增加(图2)。由图2可见，海带、裙带菜苗绳上幼苗脱落率与水流速度有明显的对数关系，海带与裙带菜之间差异显著(P<0.05)。海带幼苗脱落率(y)与水流速度(x)关系式为y=0.2384lnx-0.5556，由关系式可知，当水流速度大于10.28 cm/s时，海带幼苗开始脱落，考虑到循环流水槽水流速度较低时速度较不稳定且海带幼苗脱落现象不明显的情况，调节控制面板使海带幼苗苗绳在水流速度为5～15 cm/s，进行脱落率试验，水流速度梯度为2.5 cm/s。试验结果表明，当水流速度为12.5 cm/s时，海带幼苗出现较大幅度的脱落，表明与曲线模拟出的开始脱落的水流速度(10.28 cm/s)差别不大。对方程进行微分可得幼苗脱落率的增长速率随着水流速度的增大逐渐减小并趋近于零。对x在0～100内进行积分并取倒数，结果为0.0329(图3)，该计算值是一个相对统计值，由于一般藻类养殖海区和人工鱼礁投放海区水流速度通常不会超过100 cm/s，所以选择在0～100内进行积分，以综合评价该流速范围内藻类苗种的相对附着能力。

图2 海带、裙带菜苗绳幼苗脱落率与水流速度的关系

裙带菜苗绳上幼苗脱落率(y)与水流速度(x)对数关系式为y=0.2743lnx-0.7477(图2)，与海带幼苗苗绳不同的是，当水流速度为15 cm/s时，裙带菜苗绳幼苗脱落情况不明显，所以裙带菜幼苗开始脱落时的水流速度大于15 cm/s，通过对流速超过25 cm/s的脱落率数据进行拟合，得到对数关系式为y=0.2795lnx-0.769，计算得知，当水流速度大于15.66 cm/s时，裙带菜幼苗开始脱落，最后调节控制面板使裙带菜幼苗苗绳在水流速度15 cm/s的基础上以2.5 cm/s的速度递增进行水流试验，结果在水流速度为17.5 cm/s时出现明显的脱落，这表明通过模拟得到的开始脱落时的水流速度具有一定的准确性。对方程进行微分可得幼苗脱落率的增长速率随着水流速度的增大逐渐减小并趋近于零。对x于0～100内进行积分并取倒数，结果为0.0419(图4)。相对附着系数值越大，说明附着强度越大。由此可知，该试验中试验裙带菜幼苗附着能力略强于海带幼苗。

图3 海带苗绳幼苗相对附着能力

图4 裙带菜苗绳幼苗相对附着能力

2.2 海带、裙带菜数显推拉力计测量结果

选取3段苗绳上不同生长规格的海带和裙带菜幼苗各40棵进行测力试验，测定每棵海带的叶长、叶宽、全长、茎长、茎宽、湿质量等数据。使用数显推拉力计测定海带根部最大承受力数值。为了解最大承受力与藻体自身的关系，对最大承受力与藻体各项指标进行了相关性分析，结果见表1。

相关性分析得知，海带、裙带菜根部最大承受力与藻体本身各项指标均显著相关，而藻体的全长和湿质量是最能代表藻体各个发育时期的指标。因此重点分析了藻体全长和湿质量与根部最大承受力的关系，结果见图5、图6。

表1 海带、裙带菜根部最大承受力与藻体各项指标的相关系数

注：*表示0.01<α≤0.5，显著相关(双侧检验)；**表示α≤0.01，极显著相关(双侧检验).

图6 海带、裙带菜藻体全长与根部最大承受力关系

由图5、图6可见，海带、裙带菜根部附着力随着藻体规格的增大而增加。两种藻类根部承受力差异显著(P<0.05)。其中海带藻体湿质量与根部附着力呈显著线性关系(P<0.001)，相关系数为0.953，裙带菜藻体湿质量与根部附着力呈显著线性关系(P<0.001)，相关系数0.881。随着湿质量的增加，根部附着力也逐步增大，相同湿质量下，裙带菜的根部附着力明显大于海带。而海带藻体全长与根部附着力呈显著指数关系，相关系数0.895，裙带菜藻体全长与根部附着力也呈显著指数关系，相关系数0.859，随着藻体全长的增加，根部附着力逐渐增大且变化幅度越来越大，相同长度下，裙带菜的根部附着力明显大于海带。总体而言，同种规格的裙带菜比海带具有更大的附着力。

3 讨 论

3.1 海带、裙带菜幼苗生长发育与水流的关系

由水流试验结果可见，不论是裙带菜还是海带，当流速达到1 m/s时，幼苗附着率仅约为50%，随着水流速度的增大，幼苗脱落率不断增加。多年的生产实践经验证明，养殖区的水流速度是海带、裙带菜生长发育的重要条件，如果流速过小，藻体生长缓慢并易感染病害，流速过大，会使得养殖筏被拉入水下，使得藻类受光时间减少，也不能保证藻体正常生长发育[23-26]。在低流速区域，由于岩礁周围水位枯竭，礁石表面物质的风化、溶解从而形成折射边界层，水流速度增加可导致这个折射边界层变薄或者破裂，从而增加岩礁附近可溶性营养盐和气体的数量，因此在一定程度上增加了营养盐的吸收率[27]。孟伟杰等[28]研究了水流对铁钉菜(Ishigefoliaceaokamurai)和羊栖菜(Sargassumfusiforme)营养盐吸收速率的影响，结果表明，硝酸盐的吸收与水流速度有一定的关系，但是水流速度不能过大，在50 cm/s时吸收速率最大。张定民等[29]根据实际生产实践和试验，证明海带养殖海域的水流速度对海带产量和质量有直接关系，研究表明，海带增加质量和发育情况需要适宜的流速，约50 cm/s时最佳，过低和过高均影响产量。本试验通过对海带、裙带菜进行室内水流模拟试验，初步了解了两种藻类养殖幼苗在不同流速下的附着情况。结果表明，随着水流速度的增大，幼苗脱落率不断增加，在水流速度为50 cm/s时，海带幼苗脱落率达到38%，裙带菜幼苗脱落率为32%，水流速度为20 cm/s以下时，幼苗脱落率较低，成活率较高。考虑到大型藻类营养盐吸收及自身生长发育情况，水流速度应适中。因此，建议在幼苗时期尽量减缓水流速度，以避免幼苗大量死亡，当生长至一定规格后再适当增加水流速度，以促进藻体生长、避免病害等。同时筏式养殖系统会对水动力和物质运输产生影响，在一定程度上减缓海水潮流[30]。因此在海流较大的海域可以通过扩大养殖面积，改进养殖区的合理布局来减缓海流流速，既可以使海带和裙带菜幼苗保持较高的附着率，也可以在一定程度上促进藻体生长发育，达到增产增量的目的。

3.2 海带、裙带菜根部附着力受多种因素限制

不同规格的海带、裙带菜根部附着力试验结果表明，藻体与苗绳之间的附着力主要受藻体自身生长状况限制，相关性分析结果显示，附着力与藻体自身有密切相关性。同种规格的裙带菜比海带具有更大的附着力，这在一定程度上与其自身藻体结构有关。裙带菜各部分的分化比海带明显，固着器由叉状分枝的假根组成，假根末端粗大，柄部长且粗壮，中间略隆起，贯穿裙带菜叶片中央形成中肋，起到支撑藻体和传输物质的作用，而海带固着器与裙带菜相比末端较细小，柄部粗壮程度随海带品种的不同和生长环境的变化而有所不同，一般较为细小[31-32]。由于裙带菜和海带自身组织结构的差异，所以裙带菜的根部附着力要远远大于海带，这也与本试验的结果相符。在裙带菜和海带生长过程中，假根会不断生长，互相缠绕，成熟的海带和裙带菜根系较为发达，可以牢牢地附着在苗绳等固定物体表面，成熟的海带、裙带菜藻体往往难以脱离附着的物体[33-34]。但幼苗阶段的藻体较易脱落，所以应注意幼体阶段海带、裙带菜的生长发育情况，避免对藻体产生较大的冲击，应及时加固藻体附着。

大型藻类具有多种生态功能，利用大型藻类进行生态修复能起到较好的效果，如利用人工藻礁修复或重建藻场，达到生态修复和资源增殖的目的。在人工藻礁藻体移植过程中，藻类的固着效果直接影响大型藻类的成活率和人工藻礁的效果。已有研究表明，大型藻类的附着情况与附着基的材料和表面粗糙度密切相关，但是对于藻体的具体附着强度没有系统的研究[35-36]。随着近海的用海面积逐渐趋于饱和，开发和利用深海资源已成必然，了解大型藻类的附着强度有助于将其推广到外海和深海进行增殖和生态修复等活动。

3.3 水流测定方法实用性

水流测定方法具有两个优点：一是可避免由于藻类苗种规格过小无法通过直接拉伸测量来计算附着能力的问题，同时使用水流刺激更接近真实情况，能体现出藻类幼苗的附着情况；二是通过水流测定方法得到的数值是一个相对统计值，可用来评估不同藻类幼苗在一定流速范围内的相对附着能力，同时也可用来评估不同品种、不同生存环境以及不同批次间苗种的相对附着能力，从而可以直接有效地判断苗种附着能力的强弱，以达到指导生产实践的目的。相对附着系数是一个相对统计值，一般人工鱼礁投放海域和藻类养殖海域水流最快流速均不宜超过100 cm/s，可以综合评价在海域流速范围以内藻类苗种的相对附着能力，结果值越大，表明藻类苗种附着能力越强，结果值越小，表明藻类苗种附着能力越弱。