海洋底栖动物的环境修复作用.pdf

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1、海洋底栖动物的环境修复作用李井懿，贾新苗，田胜艳(天津市海洋资源与化学重点实验室天津科技大学海洋与环境学院天津市300457)摘要：底栖动物的生物沉降作用能够促进悬浮颗粒物的沉降过程以及海水一沉积物界面问的营养盐交换，因此可以净化水体中的悬浮物、溶解性有机碳和营养盐等；底栖动物的生物扰动作用可以改变沉积物的物理化学性质，影响水层一沉积层的物质交换和能量传递，因此通过影响沉积物的氧化还原条件、菌群结构以及污染物的降解特性来促进污染物的降解转化过程；同时，底栖动物的摄食及消化过程可以提高污染物的生物可利用性以及外源酶的生物转化，从而对海洋环境修复产生促进作用。关键词：底栖

2、动物；海洋环境修复；生物修复底栖动物作为海洋生态系统的重要组成，不仅在物质循环和能量传递中占据重要地位，它们的生命活动，如摄食、排泄和掘穴等，能够改变其生存环境的理化性质【¨，从而可能影响污染物的迁移、转化等环境行为，进而影响环境修复过程。底栖动物的环境修复作用以及作用机制因动物种类及其生活方式而异【--引。例如，滤食f生底栖动物的摄食过程有效促进了水体中悬浮颗粒物的沉降，其中部分被动物吸收，另一部分则以粪便或假粪的形式进入沉积层，这一过程被称为生物沉降(biodeposition)[4]，生物沉降作用有效促进了水层一底栖耦合以及物质循环过程，其中悬浮颗粒物沉降以及水

3、体中营养盐的去除过程也是水环境的修复过程[s。1；沉积食性的底栖动物摄食过程中吞食大量沉积物，动物肠道内的消化液会促进沉积物中污染物的降解、吸附与溶解，动物的代谢过程会对某些污染物产生转化作用，促进其降解[8]。收稿日期：2017-06—06基金项目：国家自然科学基金(41303070o此外，底栖动物的爬行、筑穴及穴道维护、摄食等生命活动，既能够改变沉积层的理化性质，也能够改变其中的微生物群落结构，从而影响沉积层的氧化一还原条件以及有机物质的分解和矿化作用，这一过程称为生物扰动(bioturbation)【9]，这也是底栖环境的修复过程。综上所述，海洋底栖动物的生物沉

4、降作用和生物扰动作用均能促进环境修复过程，已有研究证实利用底栖动物与植物的复合生态可以实现对水体中氨氮、总磷、化学需氧量(COD)和有机污染物等有效地去除效果[10。3]。本文分别从生物沉降和生物扰动两方面阐述底栖动物的环境修复作用。1生物沉降的环境修复作用滤食性底栖动物摄食水体中的悬浮颗粒物、营养物质、浮游生物、有机碎屑等物质，在体内进行同化吸收，而未被吸收的部分则以粪便的形式排出体外而进入沉积层[钔，大量的滤食活动过滤掉水体中的颗粒物、悬浮物等，且在一定程度上加速颗粒物的沉降过程。底栖动物的这种摄食行为极大地促进了水体中悬浮颗粒物、浮游生物、营养物质以及有机碎屑的

5、生物沉降过程[14]。1．1促进悬浮物沉降滤食性底栖动物在摄食过程中不断吸入、排出大量水体，以获取其中的悬浮颗粒物、浮游生物和有机碎屑等为食，通过大量的滤食活动过滤促进水体中悬浮颗粒物的沉降过程【41。张志南等[15】通过生物扰动实验系统研究了滤食性底栖动物菲律宾蛤仔(Ruditapesphilippinarum)和缢蛏(Sinonovaculaconstricta)的生物沉降作用，发现菲律宾蛤仔的平均净生物沉降率为自然颗粒沉降率的3．05倍，缢蛏的平均净生物沉降率为自然颗粒沉降率的2．63倍。滤食性底栖动物摄入的颗粒物一部分被生物体同化吸收，另一部分则以粪便或假粪的

6、形式排出体外进入沉积层。这两种类型的粪便的密度均大于悬浮颗粒物的密度，因此难以再悬浮，这可以改变有机物质通过水体的传输方式[·嗣。如果它是致密的，则难以再悬浮；如果它不致密，还会悬浮进入水体中，并可供其他物种利用【·钔。一旦由于强风和波浪作用被剥离其支撑物，它们就会落到沉积层，并且由于流体动力学过程而被掩埋在沉积物中。这样，存储在悬浮物中的污染物也移动到海底并掩埋【16]。且底栖动物的一些排泄物还可以促进水体中悬浮物的絮凝沉斛17]，从而净化水质。1．2促进营养盐的去除滤食性动物的摄食活动不仅起到了过滤海水的作用，还能加速海水一沉积物界面间营养盐交换，促进了营养盐的再

7、生和循环利用[18]。底栖动物摄食水中和沉积物中的营养物质之后，在体内进行代谢消化，一部分满足生物生长的需要，转化成生物体自身的体细胞和组织。此外，它们通过尿排泄NH4+(70％)、尿素(13％)和5～21％氨基-N的形式的氮，排泄的氮的形式是生物可利用的，并且可以促进新的浮游植物和底栖微藻的生产，将不可生物利用的污染物转变成可生物利用的形式[HJ9]。底栖动物通过以上过程将悬浮态的氮磷转化为溶解态的氮磷，因此能提高挺水植物根系的净化作用，还能为藻类、水生植物等提供利于吸收的溶解态氮磷营养物[14]。已有研究使用底栖动物与植物的复合生态系统来进行水体