曲褶剛毛藻在對(duì)蝦養(yǎng)殖尾水無(wú)機(jī)氮鹽凈化中的應(yīng)用

廖秀睿，李 曦，柳睿杰，鄭 興，楊守國(guó),，唐賢明，邢詒炫，顧志峰

(1.海南大學(xué) 海洋學(xué)院，?？?570228;2.海南省海洋與漁業(yè)科學(xué)院，?？?571126)

0 引言

水、種及餌是水產(chǎn)養(yǎng)殖的三大生產(chǎn)要素，其中，“水”最為關(guān)鍵，即水體生態(tài)環(huán)境的優(yōu)劣對(duì)養(yǎng)殖生產(chǎn)能否成功起著關(guān)鍵性作用，能直接影響?zhàn)B殖成敗。目前，主要的養(yǎng)殖水質(zhì)控制技術(shù)可分為3類：1)使用光合細(xì)菌、芽孢桿菌、放線菌等有益微生物進(jìn)行水質(zhì)凈化的有益微生物控制法[1-2]；2)利用微藻和菌類共生系統(tǒng)進(jìn)行污水處理的藻菌共生控制法[3]；3)利用大型水生植物吸收N、P 等主要營(yíng)養(yǎng)元素進(jìn)行水體處理的大型水生植物凈化法[4-6]。

大型藻類作為初級(jí)生產(chǎn)者，在其生長(zhǎng)過(guò)程中會(huì)以水體中的營(yíng)養(yǎng)鹽(主要是氨態(tài)氮、 硝態(tài)氮和磷酸鹽)作為養(yǎng)分，能夠吸收過(guò)量的N、P從而改善水體環(huán)境。因此，大型藻類也是綜合水產(chǎn)養(yǎng)殖的重要組成部分。綜合水產(chǎn)養(yǎng)殖是生態(tài)系統(tǒng)水平水產(chǎn)養(yǎng)殖理念的體現(xiàn)，具有產(chǎn)品多樣、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)高效低碳發(fā)展的重要途徑[7]。大型藻類具很強(qiáng)的水體營(yíng)養(yǎng)鹽吸收及富集能力，且不同種存在不同的生物特性，可作為水質(zhì)生物過(guò)濾器或綜合水產(chǎn)養(yǎng)殖營(yíng)養(yǎng)級(jí)構(gòu)成者[8-9]。目前，對(duì)大型海藻營(yíng)養(yǎng)鹽吸收能力及養(yǎng)殖特性研究多集中在幾種常見(jiàn)經(jīng)濟(jì)海藻(如石莼UlvalactucaL、江蘺Gracilaria和龍須菜AsparagusschoberioidesKunth等)[10]，而忽略了一些目前尚未開(kāi)發(fā)的大型藻類(如剛毛藻Chladophora)。

本研究通過(guò)曲褶剛毛藻(Cladophoraflexuosa)對(duì)養(yǎng)殖尾水氮鹽的凈化實(shí)驗(yàn)，探討曲褶剛毛藻對(duì)養(yǎng)殖尾水的凈化效果，旨在為其在綜合水產(chǎn)養(yǎng)殖生物水質(zhì)凈化技術(shù)應(yīng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

1.1.1 大型海藻獲得及暫養(yǎng)

實(shí)驗(yàn)所用的曲褶剛毛藻由海南省海洋與漁業(yè)科學(xué)院培養(yǎng)提供。實(shí)驗(yàn)前將所用大型海藻在新鮮海水中暫養(yǎng)1周，暫養(yǎng)海水鹽度為33，溫度為(27±2)℃，采用自然光照周期。

1.1.2 養(yǎng)殖尾水收集

實(shí)驗(yàn)所用的對(duì)蝦高密度養(yǎng)殖尾水由海南省海洋與漁業(yè)科學(xué)院提供。氨態(tài)氮、亞硝酸態(tài)氮、硝酸態(tài)氮的初始質(zhì)量濃度分別為0.683，0.015，0.912 mg·L-1。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)設(shè)3個(gè)處理組，1個(gè)對(duì)照組。對(duì)照組CK為不添加任何海藻的對(duì)蝦養(yǎng)殖尾水，處理組分別為(CF100)處理組(在對(duì)蝦養(yǎng)殖尾水中添加100 g·m-3的曲褶剛毛藻)、CF150處理組(在對(duì)蝦養(yǎng)殖尾水中添加150 g·m-3的曲褶剛毛藻)和CF200處理組(在對(duì)蝦養(yǎng)殖尾水中添加200 g·m-3的曲褶剛毛藻)。每組3個(gè)重復(fù)。

實(shí)驗(yàn)進(jìn)行7 d，實(shí)驗(yàn)條件與暫養(yǎng)條件一致。每隔24 h采集各組水樣，并使用0.22 μm濾膜(天津市津騰實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司)過(guò)濾水樣雜質(zhì)后保存待測(cè)。

1.3 水樣營(yíng)養(yǎng)鹽測(cè)定方法

1.4 數(shù)據(jù)分析

用統(tǒng)計(jì)分析軟件DPS 14.5進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析，當(dāng)P<0.05時(shí)，差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同密度曲褶剛毛藻對(duì)氨態(tài)氮濃度的影響

從圖1可知，曲褶剛毛藻可顯著有效地凈化對(duì)蝦養(yǎng)殖尾水中的氨態(tài)氮，對(duì)照組氨態(tài)氮濃度隨著實(shí)驗(yàn)時(shí)間的延長(zhǎng)而有略微上漲，而加了曲褶剛毛藻的所有處理組的氨態(tài)氮濃度在實(shí)驗(yàn)第2天都發(fā)生顯著下降(P<0.05)。曲褶剛毛藻的養(yǎng)殖密度對(duì)對(duì)蝦養(yǎng)殖尾水的氨態(tài)氮凈化速率也有顯著影響(P<0.05)，CF100處理組基本為平穩(wěn)的直線下降，第2 天由最初的(0.671±0.04) mg·L-1顯著降低至(0.56±0.05) mg·L-1，在第7 天時(shí)，氨態(tài)氮質(zhì)量濃度降到0.012 mg·L-1；CF150處理組和CF200處理組對(duì)于氨態(tài)氮凈化速率相近，在第2 天分別顯著降低至(0.411±0.05) mg·L-1和(0.380±0.05) mg·L-1，在第6 天時(shí)基本使養(yǎng)殖尾水中的氨態(tài)氮質(zhì)量濃度達(dá)到最低值(0.05 mg·L-1)，且在第6 天對(duì)氨態(tài)氮的處理能力都顯著高于CF100處理組(P<0.05)。

圖1 不同密度曲褶剛毛藻對(duì)養(yǎng)殖尾水氨態(tài)氮濃度變化的影響注：不同小寫(xiě)字母代表同組別在不同時(shí)間下存在顯著差異；不同大寫(xiě)字母代表相同時(shí)間下不同組別存在顯著差異(P<0.05)，下同。

2.2 不同密度曲褶剛毛藻對(duì)亞硝態(tài)氮濃度的影響

曲褶剛毛藻有助于對(duì)蝦養(yǎng)殖尾水中亞硝酸態(tài)氮的凈化。從圖2可知，對(duì)照組水樣亞硝酸態(tài)氮濃度隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而逐步上升，在第6 天時(shí)，由最初的(0.015±0.001) mg·L-1顯著增長(zhǎng)至(0.232±0.110) mg·L-1，但隨后開(kāi)始降低。添加有曲褶剛毛藻的所有處理組中的亞硝酸態(tài)氮在整體上并未隨著時(shí)間的增長(zhǎng)而出現(xiàn)顯著性變化，且各處理組之間相同時(shí)間下也無(wú)顯著性差異(P>0.05)，質(zhì)量濃度基本維持在0.013 mg·L-1左右。從第4 天開(kāi)始，所有曲褶剛毛藻處理組的亞硝酸態(tài)氮質(zhì)量濃度均顯著低于對(duì)照組(P<0.05)，并持續(xù)至實(shí)驗(yàn)結(jié)束。

圖2 不同密度曲褶剛毛藻對(duì)養(yǎng)殖尾水亞硝態(tài)氮濃度變化的影響

2.3 不同密度曲褶剛毛藻對(duì)硝酸態(tài)氮濃度的影響

從圖3可知，曲褶剛毛藻可顯著有效地凈化對(duì)蝦養(yǎng)殖尾水中的硝酸態(tài)氮。對(duì)照組中的硝酸態(tài)氮濃度未隨時(shí)間的延長(zhǎng)而發(fā)生變化(P>0.05)，而所有曲褶剛毛藻處理都發(fā)生了顯著性降低(P<0.05)。曲褶剛毛藻的養(yǎng)殖密度對(duì)硝酸態(tài)氮的凈化能力也有顯著影響，CF100處理組和CF150處理組在第4 天才發(fā)生顯著降低，由最初的0.092 mg·L-1分別顯著降低至(0.071 ± 0.002)mg·L-1和(0.062 ± 0.003)mg·L-1，且但CF150處理組的硝酸態(tài)氮質(zhì)量濃度顯著低于CF100處理組。CF100處理組硝酸態(tài)氮濃度在第7 天達(dá)到最低值(0.031 ± 0.002)mg·L-1，而CF150處理組在第6天達(dá)到最低值(0.032 ± 0.002)mg·L-1。CF200處理組硝酸態(tài)氮質(zhì)量濃度在第3天便發(fā)生了顯著降低(P<0.05)，由(0.092 ± 0.006)mg·L-1顯著降低至(0.072 ± 0.004)mg·L-1，并在第5天達(dá)到了最低值(0.031 ± 0.001)mg·L-1。

圖3 不同密度曲褶剛毛藻對(duì)養(yǎng)殖尾水硝酸態(tài)氮濃度變化的影響

3 討論

曲褶剛毛藻(Cladophoraflexuosa)隸屬于綠藻門(Chlorophyta)、綠藻綱(Clorophycase)、 剛毛藻目(Cladophorales)、 剛毛藻科(Caldophoraceae)、剛毛藻屬(Cladophora)[12]。剛毛藻在水產(chǎn)養(yǎng)殖中常被當(dāng)作有害處理，如對(duì)刺參養(yǎng)殖具有一定危害、可能在育苗中導(dǎo)致粘苗等，因此，關(guān)于水產(chǎn)養(yǎng)殖的相關(guān)研究主要是探究其防控及去除辦法[13]。然而剛毛藻作為一種大型絲狀綠藻，可有效吸收利用氮磷并抑制微藻生長(zhǎng)，且具有耐污性強(qiáng)、收獲易等特點(diǎn)[14-16]，是一種潛在水質(zhì)凈化的強(qiáng)大生物過(guò)濾器，在水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理環(huán)節(jié)中有著應(yīng)用前景。剛毛藻藻體色澤亮麗，形體大且易控制，在觀賞水族中也具較好的應(yīng)用價(jià)值。剛毛藻被忽略的價(jià)值可被開(kāi)發(fā)利用，進(jìn)而變“廢”為寶。在開(kāi)發(fā)利用時(shí)需注意避開(kāi)其在水產(chǎn)養(yǎng)殖活動(dòng)中存在的缺點(diǎn)，若將其作為水質(zhì)凈化生物工具使用，須注意養(yǎng)殖對(duì)象品種及生長(zhǎng)階段，可以采用“異位”方式進(jìn)行尾水凈化處理。

自然環(huán)境生態(tài)保護(hù)愈發(fā)重視，相關(guān)法律法規(guī)反復(fù)強(qiáng)調(diào)廢水排放高標(biāo)準(zhǔn)要求。水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)亦是如此，如何有效、高效地進(jìn)行養(yǎng)殖尾水凈化處理已成為研究熱點(diǎn)[29]。水體富營(yíng)養(yǎng)化是主要原因，會(huì)引起水體透明度、溶解氧降低等問(wèn)題，進(jìn)而增加養(yǎng)殖生物死亡率，而大型藻類則可利用營(yíng)養(yǎng)鹽作為自身養(yǎng)分進(jìn)行生長(zhǎng)，并將高濃度氮儲(chǔ)存在體內(nèi)[30-31]。需注意的是藻類在營(yíng)養(yǎng)鹽充足的情況下可正常生長(zhǎng)，但當(dāng)營(yíng)養(yǎng)鹽濃度過(guò)低而無(wú)法滿足其生長(zhǎng)需求時(shí)，部分藻類會(huì)死亡或老化，在藻類死亡分解或老化的碎藻消解過(guò)程中會(huì)釋放出組織中原本儲(chǔ)存的氮磷等營(yíng)養(yǎng)鹽，在短期內(nèi)會(huì)提高水體營(yíng)養(yǎng)鹽濃度。因此，在使用大型海藻作為水體生物凈化器使用時(shí)需注意使用量及收獲周期所循的規(guī)律，需及時(shí)進(jìn)行采收。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果，表明利用剛毛藻凈化對(duì)蝦養(yǎng)殖尾水時(shí)在7 d周期內(nèi)，剛毛藻的使用密度在150 g·m-3到200 g·m-3較佳，對(duì)水體中的氮鹽具有良好的凈化處理效果，收獲周期為7 d。

綜上所述，利用中國(guó)海區(qū)廣泛分布的剛毛藻與水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)養(yǎng)殖尾水處理相結(jié)合，即可滿足水產(chǎn)養(yǎng)殖基本需求，又可改善養(yǎng)殖水體質(zhì)量。將“廢藻”變?yōu)橛行Чぞ呤褂?，可充分?shí)現(xiàn)對(duì)剛毛藻價(jià)值的開(kāi)發(fā)利用。在對(duì)蝦養(yǎng)殖尾水氮鹽凈化處理中，曲褶剛毛藻可顯著有效地降低氨態(tài)氮和硝酸態(tài)氮，且有助于維持亞硝酸態(tài)氮的低濃度水平，處理密度控制在150～200 g·m-3為佳，采獲周期為7 d。為避免剛毛藻因快速生長(zhǎng)導(dǎo)致水環(huán)境失衡而對(duì)養(yǎng)殖生物造成影響，建議采用“異位”方式凈化養(yǎng)殖尾水。