泥蚶與不同濃度微生態(tài)制劑凈化養(yǎng)殖廢水的研究

周婷婷，林志華，張啟鵬，劉志芳，何 琳

(1.浙江師范大學 化學與生命科學學院，金華 321000； 2.浙江萬里學院 生物與環(huán)境學院，寧波 315000 )

凡納濱對蝦又稱南美白對蝦 (Litopenaeusvannamei)，是當前世界上公認的對蝦三大優(yōu)良養(yǎng)殖品種之一，近幾年來，隨著我國對蝦養(yǎng)殖業(yè)迅猛發(fā)展，大棚對蝦精養(yǎng)已成為池塘養(yǎng)殖的主要模式，由于養(yǎng)殖密度越來越高，導致水質惡化，疾病暴發(fā)。賈曉平等[1]研究發(fā)現(xiàn)南美白對蝦從蝦苗 (0.02 g) 育成成蝦 (20 g) 過程中，每個養(yǎng)殖個體的累積N、累積P排泄量分別為868.0 mg、37.9 mg；累積糞N、累積糞P排出量分別為218.3 mg、190.8 mg。研究調查表明：養(yǎng)殖30萬t成品對蝦，需飼料39萬t，亦即是向養(yǎng)殖環(huán)境排放26.53萬t代謝產物，由此可知，對蝦養(yǎng)殖業(yè)的自身污染程度十分嚴重[2]。另外，富集氮磷等營養(yǎng)物質不僅造成養(yǎng)殖環(huán)境的自源性污染，而且隨地表徑流排入沿海水體的污水也導致當?shù)睾Ｓ蛩|惡化，生態(tài)平衡受到破壞。根據相關專家介紹，即使是管理最好的對蝦養(yǎng)蝦場，也有30%的餌料未被攝食，殘餌溶失的氮、磷營養(yǎng)物質是蝦池及其鄰近淺海的主要污染物[3]。由此可知，水質污染已成為制約海水養(yǎng)殖可持續(xù)發(fā)展的瓶頸，因此，解決海水養(yǎng)殖廢水的污染問題迫在眉睫。

泥蚶 (Tegillarcagranosa) 俗稱花蚶、血蚶，是一種棲息于淺海軟泥灘中的廣溫性雙殼類軟體動物，營養(yǎng)豐富，經濟價值高。利用其濾食作用，可去除水中的懸浮物和藻類。EM菌是有益微生物的總稱，它可以通過氧化、氨化、硝化、反硝化、硫化、解磷、固氮等作用，將動物排泄物、殘餌、糞便等分解為二氧化碳、硝酸鹽、磷酸鹽、硫酸鹽等，有效地降解有機污染物，改良水質，是物質循環(huán)不可缺少的環(huán)節(jié)[4-5]。田功太等[6]研究了不同濃度的EM菌原液對海參 (ApostichopusjaponicusSelenka) 養(yǎng)殖水體的凈化效果，結果表明，EM菌能顯著降解氨氮、亞硝酸鹽、磷酸鹽，對養(yǎng)殖廢水有較好的凈化作用。本實驗中，作者采用不同濃度的微生態(tài)制劑與泥蚶共同凈化對蝦養(yǎng)殖廢水，旨在構建一套新型高效的綜合養(yǎng)殖結構，增加養(yǎng)殖系統(tǒng)中生物種類，維持養(yǎng)殖體系的生態(tài)平衡，提高養(yǎng)殖環(huán)境的穩(wěn)定性，促進養(yǎng)殖品種生長，并且提高飼料的利用率，促進養(yǎng)殖水環(huán)境中能量流動和物質循環(huán)，減輕養(yǎng)殖用水對沿岸水環(huán)境造成的富營養(yǎng)化和污染[7-9]。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

本實驗在浙江寧波市海洋與漁業(yè)科技創(chuàng)新基地的對蝦養(yǎng)殖車間中進行，實驗周期7 d，實驗材料，泥蚶采集于寧波市咸祥鎮(zhèn)人工養(yǎng)殖區(qū)，泥蚶平均濕質量為(12±1) g；取回實驗室后選取健康、活力較強的個體，清潔殼表淤泥，實驗開始前在室內進行暫養(yǎng)72 h，實驗裝置為100 L的白色聚乙烯塑料水桶，每桶注入60 L的廢水；實驗用水為大棚對蝦養(yǎng)殖排放的廢水，EM原露采購于廣東省饒平縣廣東海富藥業(yè)有限公司，EM菌主要成分為海洋芽孢桿菌、海洋光和細菌群、海洋酵母菌群，絲狀菌群等，活菌數(shù)量>1.0×109cfu，為黑褐色菌液。

1.2 方法

1.2.1 實驗設計

實驗為靜態(tài)試驗，設為5組，每組3個重復，依照EM原露的使用方法，分別設置如下濃度：第1組添加390 μL的EM菌和33粒泥蚶，第2組添加510 μL的EM菌和33粒泥蚶，第3組添加濃度720 μL的EM菌和33粒泥蚶，第4組只投放33粒泥蚶，另設一個空白組，DO為8.81 mg/L，鹽度為21.44，水溫為18.9℃，硝酸鹽為1.36 mg/L，磷酸鹽為0.98 mg/L，氨氮為1.47 mg/L。采用連續(xù)曝氣的方式，實驗期間不換水，不投放餌料，光照采用自然光照。

1.2.2 水質檢測

該實驗選取了硝酸鹽、磷酸鹽、氨氮、總氮、總磷等指標用于水質分析，N、P營養(yǎng)鹽、每天下午3：00取樣1次，測定7 d，水樣采集方法：在每個取樣點各采集1個水樣 (50 mL)，將取樣瓶浸入水層下取中層部分，搖晃瓶體洗滌1次，攪動水體，排除水層泡沫，快速取水，取樣后將取樣瓶放于顏色較深的塑料袋中；每處取1個水樣。

水質監(jiān)測方法參照海洋監(jiān)測規(guī)范[10]：其中氨氮采用DIN和ISO的標準法；總氮：硫酸肼還原法；磷酸鹽：磷鉬藍分光光度法；硝酸鹽：鋅鎘還原法；總磷[11]：總氮總磷聯(lián)合消化鉬-銻-抗分光光度法實驗過程水體中溶解氧、鹽度、溫度使用溶氧儀 (YSI) 進行測定。各物質去除率(η)計算公式：η=(Co-CG)/Co×100%，式中，Co為進水水質指標平均濃度；CG為實驗組營養(yǎng)鹽平均濃度[12]。

1.2.3 數(shù)據分析方法

實驗結果以平均值±標準差表示，實驗數(shù)據分析采用軟件 SPSS 19.0進行單因素方差分析 (one-way ANOVA)，采用LSD進行統(tǒng)計檢驗 (P<0.05)。以P<0.01表示差異極顯著，P<0.05表示差異顯著，P>0.05表示差異不顯著。

2 結果與分析

2.1 對廢水中氨氮的去除效果

泥蚶與不同濃度的EM菌在7 d內對廢水中氨氮的去除效果比較，如圖1所示。5組處理對氨氮均有一定的去除效果，且呈現(xiàn)出去除率不斷增加的趨勢，其中第1組的去除效率為63.75%±4.33%，第2組的去除率為72.85%±3.62%，第3組的去除效率為60.54%±3.17%，第4組的去除效率為36.42%±2.35%，空白組的去除效率為13.7%±2.49%。單因素方差分析表明空白組與第2組之間差異極顯著 (P<0.01)，空白組與第3組之間差異顯著 (P<0.05)，其他均不顯著 (P>0.05)。

2.2 對廢水中硝酸鹽的去除效果

不同處理組中硝酸鹽的變化情況：7 d內泥蚶與不同濃度的EM菌對硝酸鹽均有一定的去除效果，且呈現(xiàn)出不斷增加的趨勢，只有空白組對硝酸鹽的去除效果不斷下降，說明空白組的硝酸鹽濃度并未減少，反而逐漸增加。其中第1組的去除效率為51.35%±0.23%，第2組的去除率為68.61%±0.25%，第3組的去除效率為60.5%±0.22%，第4組的去除效率為40.1%±0.17%，空白組的去除效率為-28.7%±0.16%。單因素方差分析表明5組之間差異顯著(P<0.05)，見圖2。

圖1 泥蚶與不同濃度的EM菌對廢水中氨氮的去除效果比較Fig 1 Ammonia nitrogen removal rates by blood clam and different levels of EM

圖2 泥蚶與不同濃度的EM菌對廢水中硝酸鹽的去除效果比較Fig 2 Nitrites removal rates by blood clam and different levels of EM

2.3 對廢水中磷酸鹽的去除效果

泥蚶與不同濃度的EM菌對廢水中磷酸鹽的去除效果比較：7 d內5組處理對磷酸鹽均有一定的去除效果，第1組從第3天開始出現(xiàn)正值，其他4組從第4天開始去除率呈現(xiàn)不斷增加的趨勢，其中第1組的去除效率為72.62%±3.53%，第2組的去除率為85.34%±2.94%，第3組的去除效率為68.09%±3.24%，第4組的去除效率為40.3%±2.15%，空白組的去除效率為12.01%±1.32%。單因素方差分析表明空白組與第2組之間差異顯著(P<0.05)，第4組與第2組之間差異顯著(P<0.05) ，具體(如圖3)所示。

圖3 為泥蚶與不同濃度的EM菌對廢水中磷酸鹽的去除效果比較Fig 3 Phosphate removal rates by blood clam and different levels of EM

2.4 對廢水中總氮去除效果

不同處理組對廢水中總氮濃度的去除效果比較：7 d內5組處理對總氮均有一定的去除效果，但去除率并不是太高，前3組從第4天開始出現(xiàn)正值，說明總氮濃度開始降低，第4組與空白組從第5天開始出現(xiàn)正值，其中第1組的去除效率為53.07%±1.38%，第2組的去除率為59.24%±3.16%，第3組的去除效率為47.88%±2.14%，第4組的去除效率為35.31%±3.06%，空白組的去除效率為9.04%±2.15%，單因素方差分析表明除空白組與第2組之間差異顯著 (P<0.05) 外，其他4組差異性均不顯著(P>0.05)，具體(如圖4)所示。

圖4 泥蚶與不同濃度的EM菌對廢水中TN的去除效果比較Fig 4 Total nitrogen removal rates by blood clam and different levels of EM

2.5 對廢水中總磷的去除效果

泥蚶與不同濃度的EM菌在7 d內對廢水中總磷的去除效果比較。如圖5所示，5組處理對總磷均有一定的去除效果，且從第3天開始去除率不斷增加的趨勢，其中第1組的去除效率為71.05%±3.42%，第2組的去除率為79.82%±2.15%，第3組的去除效率為68.95%±2.97%，第4組的去除效率為39.22%±3.03%，空白組的去除效率為10.03%±1.08%。單因素方差分析表明空白組與前3組之間差異顯著 (P<0.05)，第4組與第2組之間差異顯著 (P<0.05)，其他均不顯著 (P>0.05)。

圖5 泥蚶與不同濃度的EM菌對廢水中TP的去除效果比較Fig 5 Total phosphorus removal rates by blood clam and different levels of EM

3 討論

3.1 5組處理對營養(yǎng)鹽去除率的比較

濾食性雙殼貝類通過其濾食作用，能夠去除養(yǎng)殖廢水中的懸浮物和營養(yǎng)鹽，實現(xiàn)自身生物量的增長。馬曉娜等[12]在貝藻混養(yǎng)對大西洋鮭 (Salmosalar) 養(yǎng)殖廢水的生物濾除中研究表明太平洋牡蠣 (Crassostreagigas) 對大西洋鮭養(yǎng)殖廢水中總磷、氨態(tài)氮和硝酸鹽氮的去除率分別達到6.46%、41.67%及11.35%。趙志東等[13]研究發(fā)現(xiàn)將縊蟶(Sinonovaculaconstricta) 和凡納濱對蝦混養(yǎng)可以顯著降低養(yǎng)殖系統(tǒng)中的化學需氧量、磷酸鹽、硝酸鹽、亞硝酸鹽、氨氮及懸浮物等水環(huán)境因子含量。微生態(tài)制劑(Microecologics) 又叫微生態(tài)調節(jié)劑，是從天然環(huán)境或動物體內分離篩選，經過特定的方法培養(yǎng)制成，對宿主有益的活菌制劑[14]。李卓佳等將以芽孢桿菌為主體的復合微生物投入主養(yǎng)羅非魚(Tilapiamossambica)的池塘，發(fā)現(xiàn)水質條件明顯改善，溶氧增加，氨氮和亞硝酸鹽濃度降低，優(yōu)良單胞硅藻數(shù)量增加，養(yǎng)殖水色優(yōu)良，可促進羅非魚的生長[15]。NOGAMI等[16]研究了有益菌在三疣梭子蟹 (Portunustrituberculatus) 中的應用，發(fā)現(xiàn)微生態(tài)制劑降低了池塘氨氮含量，提高了溶氧水平。在本次試驗中，使用EM菌與泥蚶聯(lián)合凈化對蝦養(yǎng)殖廢水，發(fā)現(xiàn)：添加510 μL的EM菌與33粒泥蚶的第2組凈化養(yǎng)殖廢水的效果最佳，對水體中HNO3、NH3-N、H3PO4、TN和TP的去除率最高，添加390 μL的EM菌與33粒泥蚶的第1組次之，第3組與只放33粒泥蚶的第4組對廢水營養(yǎng)鹽的去除率依次降低，空白組對廢水營養(yǎng)鹽的去除率最低。5組處理在對硝酸鹽的去除中，各組間差異性顯著 (P<0.05)，第2組在去除廢水中營養(yǎng)鹽的效果均顯著于空白組 (P<0.05)，在去除氨氮的效果時極顯著高于空白組 (P<0.01)，總磷的去除效率中第4組顯著低于第2組 (P<0.05)，去除硝酸鹽過程中，5組之間差異性顯著 (P<0.05)。

3.2 EM菌與貝類聯(lián)合凈化含氮物質的研究

在魚蝦養(yǎng)殖過程中，營養(yǎng)鹽是其不可或缺的重要因素，然而營養(yǎng)鹽過高抑或是過低都將影響魚蝦的生長及健康。營養(yǎng)鹽過高會導致水體富營養(yǎng)化，使魚蝦生活在一個有毒的環(huán)境，導致其生長緩慢、疾病暴發(fā)，甚至死亡；營養(yǎng)鹽過低又會使其營養(yǎng)不良，抑制魚蝦生長。近幾年來，人們?yōu)榱颂岣咂浣洕б?，對魚蝦養(yǎng)殖密度的不斷加大，對池塘的投入也在不斷地增加，加深了水質的富營養(yǎng)化，特別是對蝦等高檔水產品所投喂的飼料蛋白質含量較高，因所產生的糞便蛋白質含量較高，水體的負載大都達到或超過飽和程度，氨態(tài)氮是對蝦排泄物的主要成分，非離子氨會對養(yǎng)殖生物產生毒害作用。氨態(tài)氮的積累會影響水生生物生理、生化指標進而影響其生長，嚴重時致使生物死亡，造成經濟損失[4]。

3.3 EM菌與貝類聯(lián)合去除磷酸鹽的研究

本次實驗前期，磷酸鹽去除率并沒有提高反而有所下降，因為EM菌建立優(yōu)勢菌群需要一定的時間，主要依靠貝類的濾食功能，對磷酸鹽的去除效果較差，從第5天開始，磷酸鹽的去除率明顯上升，與單獨泥蚶養(yǎng)殖并未有顯著差異，可能與養(yǎng)殖周期過短有關，EM菌液的作用還沒有完全發(fā)揮出來，但從磷酸鹽去除趨勢來看，添加EM菌的處理組要遠遠高于泥蚶單獨養(yǎng)殖組。張明磊等[18]在研究光合細菌對鹽堿地水質的改善作用時發(fā)現(xiàn)，8 d左右出現(xiàn)拐點。沈南南等研究認為，微生態(tài)制劑的使用并非濃度越高越好，也不是時間越短越好，7 d左右較適宜[19]。本次研究結合生產實踐來講，不同的菌群發(fā)揮功效的時間也與水質環(huán)境、富營養(yǎng)化程度和菌群的差異有關。

在總磷去除率中，空白組和單獨養(yǎng)殖泥蚶的處理組均與510 μL EM+33粒泥蚶組差異顯著 (P<0.05)。由此可知本次研究中添加510 μL EM與33粒泥蚶配比最為適宜。原因可能為以下兩點：第一，EM菌調節(jié)水質，主要是通過有益菌占領固有的生態(tài)位，進而產生一系列復雜的生理生化反應，若EM菌投放量不足，則不能達到相應的目的，發(fā)揮不到理想的效果。第二，若EM菌投放量過高，環(huán)境中有益菌劇增，有害菌減少，則會使有益菌之間產生競爭，打破生態(tài)平衡。另外，EM菌調節(jié)水體環(huán)境時，會促進水中微藻的大量繁殖，EM菌過量將導致微藻繁殖過盛，造成富營養(yǎng)化，效果適得其反。

4 結論

本次實驗中EM菌與泥蚶結合在處理廢水方面取得了良好的凈化效果。泥蚶通過其濾食功能，去除養(yǎng)殖廢水中的懸浮物和營養(yǎng)鹽，實現(xiàn)自身生物量的增長，其代謝產物被EM菌通過一系列復雜的生理生化反應轉化或利用供自身的生長繁殖。另外，適宜濃度的EM菌，在分解和轉化水體中殘餌、糞便等有機物的同時，還可以加快環(huán)境中優(yōu)良微藻的繁殖，為貝類提供豐富的餌料，促進其健康生長。如此有效的循環(huán)，能夠使環(huán)境中的營養(yǎng)物質得到更加合理的利用，從而達到生態(tài)、高效凈化水質的目的，降低了養(yǎng)殖廢水的排放，也為構建新型高效的綜合養(yǎng)殖結構提供參考資料。

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