微藻投喂量和文蛤密度對養(yǎng)殖水環(huán)境的影響

張志東，陳愛華，吳楊平，張雨，曹奕，陳素華，田鎮(zhèn),2，李秋潔,2

（1.江蘇省海洋水產研究所，江蘇 南通 226007；2.上海海洋大學水產科學國家級實驗教學示范中心，上海 201306）

微藻是自然界中分布廣、種類多、數(shù)量大的古老低等植物，可在光合作用時吸收營養(yǎng)元素，合成生物質。與傳統(tǒng)污水處理工藝相比，微藻具有營養(yǎng)鹽去除效率高、運行能耗低、同步固碳等諸多優(yōu)點[1]。許多研究表明：微藻對污水中氮、磷等物質具有較高去除效果。用微藻處理污水是一項極具潛力的綠色技術[2]。陳春云等[3]利用小球藻Chlorella vulgaris 凈化水產養(yǎng)殖廢水，取得良好的效果。Mccarthy 等[4]研究發(fā)現(xiàn)，藻類利用水體中各種形式氮的優(yōu)先順序為氨氮＞硝態(tài)氮＞亞硝態(tài)氮。竇勇等[5]在研究威氏海鏈藻Thalassiosira weissflogii 的生長及光合作用時，得出了相似結論。李達等[6]認為，微藻對氮源選擇性利用的原因可能是同化氨氮的過程需要的能量更少。但當水體中氮磷濃度過高，藻類將大量繁殖，而從破壞水域生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定。針對微藻過量繁殖的現(xiàn)象，生產中多用濾食性貝類或魚類攝食過量微藻，使水體中微藻數(shù)量達到平衡。用微藻投喂貝類，研究貝類與微藻對養(yǎng)殖水環(huán)境的聯(lián)合作用，對文蛤Meretrix meretrix 池塘養(yǎng)殖及其水環(huán)境調控具有重要意義。

文蛤是江蘇傳統(tǒng)經濟貝類之一。近年來圍填海、港口建設等不同程度影響了潮間帶的生境，自然采捕和灘涂養(yǎng)殖的成品文蛤資源量驟減，使文蛤養(yǎng)殖由海區(qū)粗養(yǎng)逐步轉向人工池塘養(yǎng)殖。文蛤以水中的微藻和有機碎屑為食，可與蝦類或魚類進行多元立體養(yǎng)殖，逐漸成為江蘇池塘高效養(yǎng)殖的主要種類之一。目前有關貝類對養(yǎng)殖水環(huán)境的影響仍有所分歧，一是認為貝類是環(huán)境友好型生物，放養(yǎng)貝類可有效減少水體中營養(yǎng)負荷，抑制水體的富營養(yǎng)化[7,8]；二是認為隨著貝類養(yǎng)殖年限的增加，排泄物（糞便和假糞）沉積于池底或再懸浮，當超過海水的自凈能力時，使海水透明度下降，水質惡化[9,10]。董雙林等[11]認為：貝類放養(yǎng)密度是產生上述分歧的重要原因。目前對文蛤放養(yǎng)密度對養(yǎng)殖水環(huán)境的影響還未見報道。本文通過研究增加微藻投喂量對不同養(yǎng)殖密度文蛤水環(huán)境的影響，探究文蛤池塘養(yǎng)殖的適宜密度，以期為文蛤池塘健康養(yǎng)殖、水質調控及生態(tài)養(yǎng)殖提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗用文蛤與球等鞭金藻Isochrysis galbana 液均來自江蘇省文蛤良種場。文蛤為紅殼色選育系子四代，取出后在室內砂濾海水中暫養(yǎng)7 d，每天投喂一次1×105cell/mL 的球等鞭金藻，每天換水1 次。試驗前2 d 停止投喂，挑選健康、大小相近，平均殼長為（25.91±2.76）mm，平均粒重為（4.30±1.08）g的個體進行試驗。試驗用水為二次煮沸的砂濾海水，添加硝酸鈉和磷酸二氫鉀配置而得。氮磷初始濃度為：無機氮1.65 mg/L，無機磷0.23 mg/L。底泥采于江蘇呂四灘涂，運回實驗室后，用烘箱烘干待用。

1.2 方法

試驗在75 個68 cm×46 cm×35 cm 聚乙烯水槽中進行，文蛤放養(yǎng)密度為每個水槽0 粒、25 粒、50粒、75 粒和100 粒/水槽，即（0 粒/m2、80 粒/m2、160 粒/m2、240 粒/m2和320 粒/m2），微藻投喂量為0 cell/mL、5.00×105cell/mL、1.00×106cell/mL、1.50×106cell/mL 和2.00×106cell/mL，兩兩交叉設計雙因素實驗，設3 個平行組，其中各實驗組標號如表1所示。試驗期間，采用小型氣泵連續(xù)曝氣，每個水槽中平鋪100 g 底泥。試驗開始后3 h、6 h、12 h、24 h、48 h、72 h 和96 h 取水樣300 mL，經4%甲醛固定后，用于測定水質指標。

表1 實驗設計標號Tab.1 Experimental design labels

試驗測定的水質指標主要包括水體中氨氮（NH4+-N）、亞硝態(tài)氮（NO2--N）、硝態(tài)氮（NO3--N）和無機磷（IP）含量。NH4+-N 采用次溴酸鹽氧化法測定；NO2--N 采用磺胺-鹽酸萘乙二胺法測定；NO3--N 采用鋅鎘還原法測定；IP 采用鉬藍分光光別為水體氨氮、亞硝態(tài)氮及硝態(tài)氮含量（mg/L）。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

試驗數(shù)據(jù)以平均值±標準差（Mean±SD）表示，采用Excel 2016 進行整理，用Origin8.0 繪圖；采用SPSS19.0 進行方差分析（ANOVA）。

2 結果與分析

2.1 不同微藻投喂量對不同密度文蛤養(yǎng)殖水中無機氮含量的影響

由圖1 可知，隨著試驗時間的延長，微藻顯著降低了水體中無機氮含量（P＜0.05）,且微藻的濃度越高，無機氮含量下降越明顯。隨著試驗時間的延長，文蛤也顯著降低水體的無機氮含量（P＜0.05）。然而，隨著文蛤放養(yǎng)密度的增加，無機氮含量呈先下降后上升的趨勢。在文蛤放養(yǎng)密度不足75 粒/水槽（240 粒/m2）時，無機氮含量呈下降趨勢；文蛤放養(yǎng)密度在75 粒/水槽（240 粒/m2）時，無機氮含量最低；超過75 粒/水槽（240 粒/m2）時，無機氮含量呈上升趨勢。由圖1 可知，給文蛤投喂微藻時，能顯著降低水體無機氮含量。試驗結束時，M0A20組水體中無機氮含量最低，M100A0組水體中無機氮含量最高。雙因素結果顯示，文蛤放養(yǎng)密度越少，微藻投喂越多時，水體無機氮含量下降越明顯（圖2）。

圖1 微藻投喂量對文蛤養(yǎng)殖水中無機氮（IN）含量的影響Fig.1 Effect of various microalga feeding rates on concentration of IN in water of hard clam culture

圖2 不同文蛤放養(yǎng)密度與微藻投喂量對養(yǎng)殖水中無機氮含量的影響Fig.2 Effects of different stocking densities and microalga feeding rates on inorganic nitrogen content in water

2.2 微藻的不同投喂量對不同密度文蛤養(yǎng)殖水中無機磷含量的影響

由圖3-a 可知，在不放養(yǎng)文蛤時，微藻顯著降低了水體無機磷含量。在微藻投喂量為0～1.50×106cell/mL 時，無機磷含量隨著投喂量的增加而降低；微藻投喂量為1.50×106cell/mL 時，水體無機磷含量最低；微藻投喂量超過1.50×106cell/mL 時，水體無機磷含量升高。

由圖3-b～e 可知，在放養(yǎng)文蛤時，隨著微藻投喂量的提高，水體無機磷含量降低明顯。隨著文蛤放養(yǎng)密度的增加，水體無機磷含量也隨之增加。投喂微藻時，有效抑制了無機磷含量上升，微藻投喂量越大，無機磷含量上升越緩慢。試驗結束時，M0A15組水體中無機磷含量最低（圖4），M100A0組水體中無機磷含量最高。雙因素結果顯示，文蛤放養(yǎng)密度越少，微藻投喂越多時，水體無機磷含量下降越明顯。

圖3 微藻的不同投喂量對文蛤養(yǎng)殖水中無機磷（IP）含量的影響Fig.3 Effect of feeding rates of microalga on content of inorganic phosphorus（IP）in water of hard clam culture

圖4 不同文蛤放養(yǎng)密度與微藻投喂量對水中無機磷含量的影響Fig.4 Effects of different stocking densities and microalga feeding rates on inorganic phosphorus content in water of hard clam culture

3 討論

微藻在水生生態(tài)系統(tǒng)中能吸收水體中無機氮（主要是氨氮）和無機磷，通過一系列生物化學反應將其變?yōu)樽陨淼慕M成物質，完成元素的轉移[12]。海洋、湖泊等水體中的無機氮及無機磷主要被藻類和微生物利用及硝化和反硝化、氨揮發(fā)等作用轉移出水體[13]。本研究結果顯示，隨著微藻投喂量的增加，水體中氮磷含量顯著下降（圖2、圖4），與上述規(guī)律一致。但在不同條件下微藻對氮磷利用效率差異很大。在適當?shù)臏囟群凸庹諒姸确秶鷥?，氮磷利用效率隨溫度和光照強度的增加顯著提高[14]。本試驗中12～24 h 時處于夜晚，微藻無法進行光合作用，故氮磷含量變化不顯著，與此規(guī)律一致。雖然藻類濃度越高，對氮磷的吸收效果越好，但藻類的過量生長會影響生態(tài)系統(tǒng)中其他生物的生長，破壞生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性[15]。因此，在生產中可以通過放養(yǎng)濾食性貝類或魚類防止微藻過量生長。

貝類的濾食、排泄、管道筑建、穴居等生理活動會影響?zhàn)B殖水環(huán)境[16]。已有研究表明，貝類濾食水中的微藻及懸浮顆粒物，能在一定程度上改善水質，降低水體的氮磷含量。但放養(yǎng)密度不宜過高，放養(yǎng)密度過高時，貝類會形成大量假糞，通過微生物及自身的生物擾動作用，加快系統(tǒng)的礦化反應，向水體中釋放大量無機氮[17]。在池塘中放養(yǎng)貝類可明顯提高營養(yǎng)物質的利用率，但不同的放養(yǎng)密度下，營養(yǎng)物質的利用率也顯著不同，因此，合理放養(yǎng)貝類才能達到較好的生態(tài)效益和經濟效益[18]。本研究結果顯示：隨著文蛤放養(yǎng)密度的增加，無機氮含量先下降后上升。在文蛤放養(yǎng)密度不足75 粒/水槽時，無機氮含量呈下降趨勢；文蛤放養(yǎng)密度在75 粒/水槽時，無機氮含量最低；超過75 粒/水槽時，無機氮含量上升（圖2）。因此，文蛤放養(yǎng)密度不宜超過75 粒/水槽（225 粒/m2）。本研究中，隨著文蛤放養(yǎng)密度的增加，無機磷含量呈上升趨勢（圖4），但投喂微藻后，無機磷上升趨勢明顯變緩。由此推測，微藻與貝類對富營養(yǎng)化水體調控可能存在一定的正反饋效應。有研究認為，水體氮、磷濃度顯著降低的主要原因，一是貝類對浮游微藻的高強度濾食，二是貝類對底棲藻類的生長有促進作用，抑制了沉積物營養(yǎng)釋放，間接降低了水體氮磷濃度[19]。因此利用貝類與微藻協(xié)同效應，降低水體氮磷濃度具有廣闊前景。結論

文蛤在降低水體無機氮效果有限，放養(yǎng)密度不宜超過75 粒/水槽（225 粒/m2）。隨著養(yǎng)殖時間的延長，水體無機磷含量逐漸升高，有富營養(yǎng)化趨勢，而微藻能有效減緩富營養(yǎng)化趨勢。因此，利用文蛤與微藻協(xié)同效應，降低水體氮磷濃度具有廣闊前景。