孔石莼凈化珊瑚養(yǎng)殖水體水質(zhì)的研究

張達(dá)娟等

摘 要：利用孔石莼處理珊瑚養(yǎng)殖用水，并對水中NO3--N、NO2--N、NH4+- N和PO43--P等水質(zhì)指標(biāo)的變化情況進(jìn)行考察，以探討孔石莼對珊瑚養(yǎng)殖水質(zhì)的凈化作用。試驗為期60 d，試驗期間不換水。結(jié)果表明：整個試驗期間，珊瑚養(yǎng)殖用水中NO3--N含量維持在10.34～15.45 mg·L-1范圍內(nèi)，NO2--N含量維持在0.007～0.010 mg·L-1范圍內(nèi)，NH4+- N含量維持在0.014～0.021 mg·L-1范圍內(nèi)，PO43--P含量維持在0.31～0.40 mg·L-1范圍內(nèi)。由此可見，孔石莼能夠有效凈化珊瑚養(yǎng)殖用水水質(zhì)，使其在不換水的情況下維持在穩(wěn)定范圍內(nèi)。

關(guān)鍵詞：孔石莼；珊瑚；水質(zhì)；凈化

中圖分類號：S968.41+1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2015.07.003

Abstract： To investigate effects of Ulva lactuca on cultivated water purification of coral， Ulva lactuca was used to treat cultivated water of coral and water quality indicators， including NO3-- N， NO2-- N， NH4+- N and PO43--P， were measured. The experiment lasted for 60 d and water was not renewed. The results showed that contents of NO3-- N， NO2-- N， NH4+- N and PO43--P were kept in the range of 10.34～15.45 mg·L-1， 0.007～0.010 mg·L-1， 0.014～0.021 mg·L-1 and 0.31～0.40 mg·L-1respectively during the whole experiment. It was indicated that Ulva lactuca could purify cultivated water of coral effectively and maintain stabilization of water quality.

Key words：Ulva lactuca； coral； water quality； purification

大型藻類與單細(xì)胞藻類相似，可通過光合作用吸收固定水體的C、N、P等營養(yǎng)物質(zhì)，并且具有生命周期長、生長較快等特點，是海區(qū)重要的生產(chǎn)力貢獻(xiàn)者[1]。鑒于大型藻類對營養(yǎng)物質(zhì)具有大量吸收的能力，自20世紀(jì)70年代開始，陸續(xù)有學(xué)者將大型藻類作為生物凈化器，應(yīng)用于水體凈化領(lǐng)域 [2-3]。黃道建等[4]指出，孔石莼和羽藻可以作為修復(fù)近海富營養(yǎng)化水環(huán)境的優(yōu)選海藻。另外，利用大型藻類與養(yǎng)殖動物在生態(tài)上的互補性，大型藻類可以與魚[5]、蝦[6]、貝類[7]進(jìn)行混養(yǎng)，大型藻類既可以吸收養(yǎng)殖動物釋放到水體中多余的營養(yǎng)鹽，固碳，產(chǎn)氧，調(diào)節(jié)水體的pH值，又可以修復(fù)養(yǎng)殖環(huán)境并進(jìn)行生態(tài)調(diào)控。

孔石莼（ Ulva lactuca L.）屬于綠藻門，絲藻目，孔石莼科，孔石莼屬，亦稱海白菜、海青菜、海萵苣、綠菜、青苔菜、綸布，屬常見海藻。片狀，近似卵形的葉片體由兩層細(xì)胞構(gòu)成，高10～40 cm，鮮綠色，基部以固著器固著于巖石上，生活于海岸潮間帶，生長在海灣內(nèi)中、低潮帶的巖石上。與紅藻Gelidium amansii、褐藻Sargassum enerve和繁枝蜈蚣藻Grateloupia ramosissima等多種大型海藻相比，孔石莼對N、P有著較高的吸收率，而且生長速度也高于其它幾種藻類[8-9]。對于不同形式的N和P元素來說，孔石莼的吸收速率不同，何潔等[10]研究表明，孔石莼對氨氮和磷酸鹽的去除率要高于對硝酸態(tài)氮的去除率。

本研究在不換水的情況下采用孔石莼處理珊瑚養(yǎng)殖水體水質(zhì)，并定期監(jiān)測水體質(zhì)量，測定NO3--N、NO2--N、NH4+- N和PO43--P等水質(zhì)指標(biāo)的變化，以期為生態(tài)無公害養(yǎng)殖提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗裝置

試驗裝置見圖1，由4部分組成：珊瑚養(yǎng)殖池（3.41 m×1 m×1.29 m）（a）、孔石莼水處理系統(tǒng)（b）、蛋白分離器（c）和沙濾罐（d）。其中孔石莼水處理系統(tǒng)由有機玻璃制成，共分為3個處理缸，3個處理缸（117.5 cm×57.3 cm×15 cm）內(nèi)懸浮養(yǎng)殖孔石莼3.5 kg。4支日光燈置于每個處理缸上方提供光照，光照強度控制在3 000 lx，光暗比為9 h∶15 h。本試驗所用海水均為人工配置海水：由自來水與海礁鹽配置成所需要的海水。

1.2 試驗設(shè)計

珊瑚養(yǎng)殖池內(nèi)養(yǎng)殖用水體積為6.4 t，養(yǎng)殖珊瑚種類及投喂情況如下：

養(yǎng)殖對象：海雞冠Dendronephthya sp（12個）、九尾狐Sphaerella krempfi（19個）。

投喂情況：早晨喂珊瑚糧 236 mL、輪蟲液500 mL；下午通過打汁機將20 g太平洋磷蝦、沙丁魚10 g、裂壺藻添加劑7 g、雪蝦6 g混合，去掉濾渣，將食物汁喂養(yǎng)珊瑚。

試驗為期60 d，試驗期間采用孔石莼水處理系統(tǒng)對水質(zhì)進(jìn)行處理。養(yǎng)殖缸內(nèi)的海水在水泵的作用下流經(jīng)蛋白分離器，再進(jìn)入沙濾罐進(jìn)行第2次水處理之后，重新流回珊瑚養(yǎng)殖池。而孔石莼水處理系統(tǒng)單獨與珊瑚養(yǎng)殖池進(jìn)行連接，確保養(yǎng)殖水體完全進(jìn)入孔石莼水處理系統(tǒng)。養(yǎng)殖過程中，水體溫度為（22.7±0.7） ℃；pH值為8.00±0.05；溶氧為7.80±0.04。

每隔15 d，用水抄將孔石莼從養(yǎng)殖缸內(nèi)撈出放到籃子里控水5 min，盡量除去其中的海水，放到電子稱上秤出孔石莼的濕質(zhì)量。稱量結(jié)束后將孔石莼重新放到養(yǎng)殖缸內(nèi)，然后稱量籃子得到孔石莼的凈質(zhì)量，并記錄。

珊瑚養(yǎng)殖池內(nèi)設(shè)置2個取水點，每個取水點取2個平行水樣。每隔3 d取水樣一次，按照海洋調(diào)查規(guī)范第4部分：海水化學(xué)要素調(diào)查（GB/T 12763.4-2007）相關(guān)方法測定養(yǎng)殖水體中NO3--N、NO2--N、PO43--P和PO43--P的含量：NO3--N（鋅鎘還原法）；NO2--N（重氮-偶氮法）；NH4+-N（次溴酸鈉氧化法）；PO43--P（抗壞血酸還原磷鉬藍(lán)法）。

2 結(jié)果與分析

2.1 孔石莼過濾系統(tǒng)對珊瑚養(yǎng)殖水體NO2--N的影響

孔石莼過濾系統(tǒng)對珊瑚養(yǎng)殖水體NO2-N含量的影響見圖2，水體NO2--N的含量基本穩(wěn)定，維持在0.007～0.010 mg·L-1范圍內(nèi)，且整體上還有略微下降趨勢，說明這個系統(tǒng)能夠有效吸收養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的NO2--N。

2.2 孔石莼過濾系統(tǒng)對珊瑚養(yǎng)殖水體NO3--N的影響

如圖3所示，在孔石莼的作用下，珊瑚養(yǎng)殖池水體NO3--N的含量基本維持在10.34～15.45 mg·L-1這個水平范圍內(nèi)，基本趨于穩(wěn)定，且整體上還有略微下降趨勢。

2.3 孔石莼過濾系統(tǒng)對珊瑚養(yǎng)殖水體NH4+-N的影響

孔石莼凈化條件下，珊瑚養(yǎng)殖池水體的NH4+- N含量變化情況見圖4，如圖所示，珊瑚養(yǎng)殖水體中NH4+- N含量維持在0.014～0.021 mg·L-1范圍內(nèi)，說明這個系統(tǒng)能夠有效吸收養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的NH4+- N。

2.4 孔石莼過濾系統(tǒng)對珊瑚養(yǎng)殖水體PO43--P的影響

如圖5所示，珊瑚養(yǎng)殖池水體PO43--P的含量基本維持在0.31～0.40 mg·L-1這個水平范圍內(nèi)，基本趨于穩(wěn)定，說明孔石莼凈化系統(tǒng)能夠有效吸收養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的PO43--P。

2.5 孔石莼的增長量

不換水培養(yǎng)過程中，孔石莼質(zhì)量的變化見表1，孔石莼由最初的3.5 kg逐漸增長至試驗結(jié)束時的4.01 kg，這在一定程度上說明，孔石莼吸收水體中的N和P等營養(yǎng)物質(zhì)，既進(jìn)行了水質(zhì)凈化，也實現(xiàn)了自身生長。

3 討 論

3.1 養(yǎng)殖水體的N素污染

水產(chǎn)養(yǎng)殖動物是排氨生物，氮是其排出廢物中的主要組成成分。進(jìn)入人工養(yǎng)殖水體的N素部分被養(yǎng)殖動物吸收同化轉(zhuǎn)化為營養(yǎng)成分，部分通過反硝化作用或NH3 的揮發(fā)進(jìn)入大氣， 其余大部分則以有機和無機氮形式溶解于水中。氨氮超標(biāo)影響?zhàn)B殖動物的生存和生長，輕者導(dǎo)致養(yǎng)殖動物生長緩慢，食量減弱，引發(fā)各種疾病，食用品質(zhì)差；重者將引起養(yǎng)殖動物中毒死亡。研究發(fā)現(xiàn)，瓣鰓綱貝類排放到水體中的氮占總投入氮的75%，魚、蝦類排放到水體中的氮分別為投入氮的70%～75%和77%～94%[11]。養(yǎng)殖廢水中如此高的含氮量，為大型海藻對養(yǎng)殖廢水的生物修復(fù)作用提供了依據(jù)和前提。由此可見，養(yǎng)殖種類、餌料的性質(zhì)等因素都會對以殘餌、糞便的形式被釋放到水環(huán)境中的氮素的數(shù)量和種類產(chǎn)生影響。本試驗通過孔石莼水處理系統(tǒng)使養(yǎng)殖水體中的氮含量處在一個穩(wěn)定的范圍內(nèi)，隨著試驗的進(jìn)行并略微下降。

3.2 大型海藻對無機營養(yǎng)鹽的吸收利用

大型海藻由于其自身的生理特點，包含著無機氮、氨基酸氮、非蛋白可溶性有機氮和蛋白質(zhì)氮等營養(yǎng)物質(zhì)庫。營養(yǎng)物質(zhì)庫的存在保證了大型海藻在營養(yǎng)鹽劇烈變動的水體環(huán)境中可以正常的生長。如上所述，大型藻類對不同營養(yǎng)元素有著不同的吸收速率，在具有同樣濃度的N鹽和P鹽水體中，大型藻類首先吸收N元素；對于NO3--N和NH4+- N來說，大型藻類首先偏向于對NH4+- N的吸收。NH4+- N往往是養(yǎng)殖水體中無機氮代謝后的主要存在形式，對養(yǎng)殖對象有著一定的損害作用，大型藻類對NH4+- N吸收偏好恰好可以作為清潔水質(zhì)的一個手段。本研究結(jié)果也表明，在不換水情況下，孔石莼的培育可以使珊瑚養(yǎng)殖水體中的NH4+- N含量保持在最初的水平。另外，大型海藻易于收獲，減輕水體污染的同時，又能實現(xiàn)養(yǎng)殖污染物的資源化利用。

3.3 大型藻類對養(yǎng)殖水體的生態(tài)調(diào)控

大型藻類可以通過光合作用吸收養(yǎng)殖水體中因餌料輸入、養(yǎng)殖動物代謝造成的營養(yǎng)負(fù)荷，產(chǎn)生氧氣，提高水體pH值?？资慌c其他水生生物一樣，雖然可以利用大量的營養(yǎng)元素，但在夜間也會消耗一定的氧氣，如果控制不好孔石莼的密度容易導(dǎo)致耗氧增加，與養(yǎng)殖對象之間形成競爭。本研究中，6.4 t水體利用10.5 kg的孔石莼進(jìn)行水質(zhì)凈化，石莼能夠有效凈化珊瑚養(yǎng)殖用水水質(zhì)，使其不換水情況下各水化指標(biāo)維持在穩(wěn)定范圍內(nèi)，說明孔石莼的生物量和珊瑚的養(yǎng)殖密度搭配較為適宜，有效地建立了孔石莼和珊瑚之間營養(yǎng)鹽的流動平衡，為孔石莼與養(yǎng)殖對象的搭配密度提供一定的參考。此外，在考慮搭配密度的同時還應(yīng)考慮養(yǎng)殖對象和投喂量的不同，不能盲目增大孔石莼的量?？资辉跔I養(yǎng)鹽充足的情況下，生長速度很快，如果盲目地增加孔石莼的量，部分孔石莼在水體中腐爛降解會消耗大量溶解氧，釋放有害的降解物質(zhì)，再次成為污染物質(zhì)，導(dǎo)致養(yǎng)殖環(huán)境的進(jìn)一步惡化，不利于養(yǎng)殖對象的生長。鑒于此，為了深入了解孔石莼與養(yǎng)殖對象之間互惠互利的形式，達(dá)到最佳的利用狀態(tài)，需要進(jìn)一步開展孔石莼和養(yǎng)殖對象不同條件下的生理學(xué)特性及代謝規(guī)律的研究，探索最佳的生態(tài)養(yǎng)殖模式。

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