3種耐鹽植物對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水凈化效果

王成強(qiáng)，相智巍，黃炳山，王忠全，王際英，李寶山

3種耐鹽植物對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水凈化效果

王成強(qiáng)，相智巍，黃炳山，王忠全，王際英，李寶山

（山東省海洋資源與環(huán)境研究院 / 山東省海洋生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 煙臺(tái) 264006）

【】探究海馬齒()、堿蓬()和江蘺()等三種耐鹽性植物對(duì)海水池塘養(yǎng)殖尾水中無(wú)機(jī)氮、總氮和總磷的凈化效果。每種耐鹽性植物設(shè)置3個(gè)密度梯度，每個(gè)梯度3個(gè)重復(fù)，實(shí)驗(yàn)周期為12 d，分析不同密度下單一品種對(duì)石斑魚(yú)養(yǎng)殖尾水的處理效果。不同密度耐鹽植物對(duì)水質(zhì)修復(fù)有不同效果，其中1.5 g/L海馬齒處理組、1.5 g/L堿蓬處理組和1.6 g/L江蘺處理組在單一處理實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出較佳凈化效果，對(duì)總氨氮（TAN）、亞硝酸鹽氮（NO2--N）和硝酸鹽氮（NO3--N）的去處率分別為80.49%、70.28%和76.06%，73.39%、52.44%和74.38%，30.30%、31.24%和54.08%。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在對(duì)無(wú)機(jī)氮的去除率方面，1.6 g/L江蘺處理組對(duì)NO3--N的去除率顯著高于其他兩組，對(duì)NO2--N的去除率也顯著高于1.5 g/L堿蓬處理組（< 0.05），而與1.5 g/L 海馬齒處理組無(wú)顯著差異（> 0.05）。同時(shí)，1.6 g/L江蘺處理組對(duì)總氮（TN）和總磷（TP）的去除率均顯著高于1.5 g/L堿蓬處理組和1.5 g/L海馬齒處理組（< 0.05）。在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行10 d后，高密度處理組的三種鹽生植物對(duì)TN和TP的去除率明顯降低。1.6 g/L江蘺處理組、1.5 g/L 海馬齒處理組和1.5 g/L 堿蓬處理組表現(xiàn)出較佳的養(yǎng)殖廢水凈化效果，其中1.6 g/L江蘺處理組效果最佳。

海馬齒；堿蓬；江籬；耐鹽植物；養(yǎng)殖廢水；氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽；去除率；水質(zhì)凈化

在海水養(yǎng)殖廢水凈化方面，生物修復(fù)方式因其成本低、安全性高、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)頗受歡迎，在實(shí)際中也得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用[1-2]。其中，利用耐鹽植物凈化養(yǎng)殖廢水是生物修復(fù)的重要手段之一，通過(guò)養(yǎng)殖一些根莖類(lèi)植物、大型植物或藻類(lèi)等，達(dá)到去除廢水中有機(jī)物、懸浮物、無(wú)機(jī)鹽、重金屬等污染物質(zhì)[3-4]。李甍等[5]利用龍須菜（）處理大西洋鮭（）養(yǎng)殖廢水的研究中發(fā)現(xiàn)，2.4 g/L的龍須菜對(duì)廢水處理效果較佳；對(duì)海馬齒（）的研究[6-7]也發(fā)現(xiàn)，其對(duì)降低海水養(yǎng)殖廢水中的營(yíng)養(yǎng)鹽和重金屬含量具有較佳效果。王趁義等[8]利用堿蓬（）對(duì)海水池塘養(yǎng)殖廢水進(jìn)行處理，結(jié)果表明鹽地堿蓬修復(fù)海水養(yǎng)殖池塘水體具有良好潛力；在生態(tài)浮床養(yǎng)殖條件下，海蓬子（L）和堿菀（Nees）對(duì)氮的去除效果好[9]；Mozdzer等[10]研究發(fā)現(xiàn)，互花米草（Loisel）和蘆葦（）對(duì)海水養(yǎng)殖廢水中的不溶性有機(jī)氮均有一定的吸收凈化效果。

當(dāng)前，利用耐鹽植物凈化廢水，多數(shù)集中在低鹽度養(yǎng)殖廢水的處理方面，而在高鹽度海水養(yǎng)殖廢水的處理方面研究較少[11]。本實(shí)驗(yàn)以黃河三角洲地區(qū)海水池塘養(yǎng)殖廢水為研究對(duì)象，選用當(dāng)前研究較多的三種耐鹽性植物，分別為海馬齒、堿蓬和脆江蘺（），探究不同密度下三種植物對(duì)海水池塘養(yǎng)殖廢水主要污染物的凈化效果，為黃三角地區(qū)海水池塘養(yǎng)殖綠色高效化處理提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

本實(shí)驗(yàn)在山東省海洋資源與環(huán)境研究院東營(yíng)實(shí)驗(yàn)基地養(yǎng)殖車(chē)間進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)周期為12 d。海馬齒和脆江蘺，均購(gòu)自漳州市東山縣海域，4 ～ 8 ℃運(yùn)送至實(shí)驗(yàn)基地，用于后續(xù)實(shí)驗(yàn)。堿蓬采集于山東省東營(yíng)市黃河三角洲養(yǎng)殖池塘堤岸旁。所有實(shí)驗(yàn)植物均去除表面雜質(zhì)、選取大小均勻若干植物體，用于后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)用水為養(yǎng)殖基地石斑魚(yú)（sp.）養(yǎng)殖池塘排放水，經(jīng)弧形篩過(guò)濾處理后的水，實(shí)驗(yàn)期間水質(zhì)的基本指標(biāo)：溫度22 ～ 24 ℃，鹽度25 ～ 26，pH 7.5 ～ 7.7，溶解氧> 7 mg/L。另外，進(jìn)水總氨氮1.41 ～ 1.76 mg/L，進(jìn)水亞硝酸鹽氮0.11 ～ 0.19 mg/L，進(jìn)水硝酸鹽氮0.72 ～ 0.81 mg/L，進(jìn)水總氮3.15 ～ 4.21 mg/L，進(jìn)水總磷0.14 ～ 0.20 mg/L，實(shí)驗(yàn)使用容器為直徑75 cm、深度80 cm藍(lán)色玻璃鋼桶，水體積為300 L。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)為靜態(tài)實(shí)驗(yàn)，均采用連續(xù)曝氣方式進(jìn)行。按照實(shí)驗(yàn)對(duì)象濕質(zhì)量設(shè)計(jì)密度梯度（按照處理水量計(jì)），每種植物設(shè)立3個(gè)處理組，每個(gè)處理組設(shè)計(jì)3個(gè)重復(fù)。海馬齒的密度分別為0.5、1.5和3.0 g/L，密度設(shè)置參考應(yīng)銳等[12]實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)；堿蓬密度分別為0.5、1.5和3.0 g/L，密度設(shè)置參考王趁義等[13]實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)；脆江蘺的密度分別為0.8、1.6和2.4 g/L，密度設(shè)置參考李甍等[5]實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，將海馬齒和堿蓬洗凈后扦插到白色珍珠棉上，置于營(yíng)養(yǎng)液中預(yù)培養(yǎng)至生根。正式實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，將三種植物均置于正式實(shí)驗(yàn)相同的條件下暫養(yǎng)7 d。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始后，每2 d早上08: 00取樣，共計(jì)取樣6次，用以后續(xù)測(cè)定各組水體水質(zhì)指標(biāo)的變化。

1.3 水質(zhì)指標(biāo)測(cè)定方法

本實(shí)驗(yàn)水質(zhì)參數(shù)的測(cè)定參照《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》（GB 17378-2007）[14]，其中總氨氮（TAN）采用納氏試劑比色法，亞硝酸鹽氮（NO2--N）采用鹽酸萘乙二胺分光光度法，硝酸鹽氮（NO3--N）采用鋅-鎘還原法，總氮（TN）和總磷（TP）均采用過(guò)硫酸鉀氧化法。

1.4 數(shù)據(jù)分析方法

所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差（Mean ± S.E）來(lái)表示，用SPSS 19.0分析軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析（One-Way ANOVA），另外用Duncan’s檢驗(yàn)方法對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多重比較，顯著水平= 0.05。采用Microsoft Excel 2010進(jìn)行圖表制作。

2 結(jié)果

2.1 海馬齒凈化效果

由圖1可知，隨著時(shí)間推移，3組處理對(duì)石斑魚(yú)（）養(yǎng)殖廢水的TAN、NO2--N、NO3--N的去除率均具有明顯效果(< 0.05)。12 d時(shí)，3個(gè)處理組對(duì)TAN的去除率分別為69.09%、80.49%和80.73%，對(duì)NO2--N的去除率分別為59.79%、73.39%和70.77%，對(duì)NO3--N的去除率分別為22.93%、30.30%和32.20%。1.5 g/L和3.0 g/L處理組對(duì)TAN、NO2--N、NO3--N的去除率均顯著高于0.5 g/L處理組(< 0.05)。3.0 g/L處理組對(duì)TN和TP的去除率在前8 d顯著上升，而8 d后急劇下降。10 d內(nèi)，0.5和1.5 g/L處理組對(duì)TN和TP的去除率一直呈上升趨勢(shì)，12 d時(shí)1.5 g/L處理組對(duì)TN和TP去處理率緩慢下降。其中12 d時(shí)，3個(gè)處理組對(duì)TN的去除率分別為28.09%、33.09%和20.58%，對(duì)TP的去除率分別為31.51%、41.07%和19.99%。海馬齒密度1.5 g/L處理組對(duì)TN和TP去處理率均顯著高于其余兩組(< 0.05)。

◆：0.5 g/L海馬齒；：1.5 g/L海馬齒；▲：3.0 g/L海馬齒。相同時(shí)間點(diǎn)凡含相同字母或無(wú)字母者表示差異不顯著（P > 0.05）。

2.2 堿蓬凈化效果

三個(gè)堿蓬處理組對(duì)養(yǎng)殖廢水的凈化效果見(jiàn)圖2。結(jié)果顯示，12 d時(shí)，3個(gè)處理組對(duì)TAN的去除率分別為58.76%、70.28%和72.23%，對(duì)NO2--N氮的去除率分別為41.57%、52.44%和53.13%，對(duì)NO3--N的去除率分別為22.05%、31.24%和35.75%。3.0 g/L處理組對(duì)TAN和NO3--N的去除率均顯著高于0.5和1.5 g/L處理組(< 0.05)，同時(shí)1.5和3.0 g/L處理組對(duì)NO2--N的去除率均顯著高于0.5 g/L處理組(< 0.05)，而兩處理組間無(wú)顯著性差異(> 0.05)。3.0 g/L處理組對(duì)TN和TP的去除率在前8 d顯著上升，最高分別達(dá)到21.86%和39.83%，而8 d后均急劇下降，12 d時(shí)分別為16.19%和18.56%。8 d內(nèi)，1.5 g/L處理組對(duì)TN和TP的去除率一直呈明顯上升趨勢(shì)，而在8 ～ 12 d時(shí)去除率趨于平緩狀態(tài)，12 d時(shí)對(duì)TN和TP的去除率分別為25.67%和39.37%，均顯著高于其他兩處理組(< 0.05)。

◆：0.5 g/L海馬齒；：1.5 g/L海馬齒；▲：3.0 g/L海馬齒。相同時(shí)間點(diǎn)凡含相同字母或無(wú)字母者表示差異不顯著（P > 0.05）。

2.3 江蘺凈化效果

圖3顯示，12 d內(nèi)，不同密度脆江蘺對(duì)養(yǎng)殖廢水中的部分營(yíng)養(yǎng)鹽指標(biāo)均具有明顯去除效果。0.8、1.6和2.4 g/L三個(gè)處理在12 d內(nèi)對(duì)TAN、NO2--N、NO3--N的去除率均呈上升趨勢(shì)，對(duì)TAN的去除率分別為58.18%、76.06%和77.76%，對(duì)NO2--N的去除率分別為57.67%、74.38%和76.46%，對(duì)NO3--N的去除率分別為38.73%、54.08%和53.25%。12 d時(shí)，1.5和3.0 g/L處理組對(duì)TAN、NO2--N、NO3--N的去除率均顯著高于0.5 g/L處理組(< 0.05)，而這兩組間對(duì)三者的去除率均無(wú)顯著差異(> 0.05)。1.6 g/L處理組對(duì)TN和TP的去除率在12 d內(nèi)呈上升趨勢(shì)，而8 ～ 12 d時(shí)兩者的去除率增加緩慢，最終去除率分別為52.51%和64.45%。8 d內(nèi)2.4 g/L處理組對(duì)TN和TP去除率顯著上升，而8 ～ 12 d時(shí)對(duì)兩者去除率呈下降趨勢(shì)，12 d時(shí)的去除率分別為44.56%和52.56%。0.8 g/L脆江蘺處理組對(duì)TN和TP的去除率均呈上升趨勢(shì)，12 d時(shí)的去除率分別為36.76%和42.21%。12 d實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，1.6 g/L處理組對(duì)TN和TP的去除率均顯著高于0.8和2.4 g/L處理組(< 0.05)。

2.4 三種植物最適密度對(duì)部分營(yíng)養(yǎng)鹽指標(biāo)去除率對(duì)比

經(jīng)過(guò)對(duì)比后，篩選出綜合處理效果較佳的三個(gè)處理組，分別為1.5 g/L海馬齒處理組、1.5 g/L堿蓬處理組和1.6 g/L脆江蘺處理組。同時(shí)，對(duì)三個(gè)處理組的部分營(yíng)養(yǎng)鹽去除率進(jìn)行分析（表1）。1.6 g/L脆江蘺處理組對(duì)NO3--N、TN和TP的去除率均顯著高于其他兩組，另外對(duì)NO2--N的去除率也顯著高于1.5 g/L堿蓬處理組(< 0.05)，而與1.5 g/L海馬齒處理組無(wú)顯著差異(> 0.05)。1.5 g/L海馬齒處理組對(duì)TAN去除率顯著高于其他兩處理組(< 0.05)，對(duì)NO2--N和TN的去除率顯著高于1.5 g/L堿蓬處理組(< 0.05)，對(duì)TN的去除率與1.5 g/L堿蓬處理組無(wú)顯著差異(> 0.05)。

◆：0.5 g/L海馬齒；：1.5 g/L海馬齒；▲：3.0 g/L海馬齒。相同時(shí)間點(diǎn)凡含相同字母或無(wú)字母者表示差異不顯著（P > 0.05）。

表1 12 d時(shí)最佳密度海馬齒、堿蓬和脆江蘺對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽指標(biāo)去除率對(duì)比

注：同列數(shù)據(jù)中上標(biāo)不同字母表示差異顯著(< 0.05)。

Note: Values with different superscript letters in the same column mean significant difference (< 0.05).

3 討論

養(yǎng)殖水體氨氮、亞硝酸鹽和硝酸鹽的積累會(huì)影響?zhàn)B殖動(dòng)物的生理狀況，容易誘發(fā)魚(yú)病，嚴(yán)重時(shí)致使養(yǎng)殖動(dòng)物死亡，造成較大經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)更容易造成養(yǎng)殖水體的富營(yíng)養(yǎng)化[15-17]，因此，控制好養(yǎng)殖水體中氨氮、亞硝酸鹽和硝酸鹽含量是保障水產(chǎn)養(yǎng)殖健康發(fā)展的重要措施之一。水生植物一方面通過(guò)光合作用吸收水體中的二氧化碳、氮等物質(zhì)[18]，另一方面通過(guò)根系吸收養(yǎng)殖廢水中的營(yíng)養(yǎng)鹽，同時(shí)可以改變微生物群落及活性，清除有機(jī)質(zhì)，從而起到凈化水質(zhì)的作用[19]。

3.1 海馬齒對(duì)海水池塘養(yǎng)殖廢水的凈化效果

海馬齒是一種適宜生長(zhǎng)海邊沙地或鹽堿地的多年草本植物，廣泛地分布在全球熱帶或亞熱帶地區(qū)[20]。近年來(lái)，一系列研究表明，浮床種植海馬齒可以對(duì)養(yǎng)殖廢水的凈化起到較好效果。張志英等[21]通過(guò)在富營(yíng)養(yǎng)化海水中，利用浮床種植海馬齒，結(jié)果表明海馬齒對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化海水中N、P的月移除量分別為1.11、0.19 g/m3，海水富營(yíng)養(yǎng)化水平得到明顯改善。當(dāng)海馬齒的浮床覆蓋率為池塘10%時(shí)，養(yǎng)殖池塘中的污染物濃度和有機(jī)氮含量的質(zhì)量百分比顯著下降[22]。本研究也發(fā)現(xiàn)，浮床種植海馬齒對(duì)海水養(yǎng)殖廢水也具有明顯的凈化效果。當(dāng)種植密度為1.5 g/L時(shí)，對(duì)無(wú)機(jī)氮、總氮、總磷均具有較高去除率。這主要得益于海馬齒發(fā)達(dá)的根系，可能很好地吸收廢水中的營(yíng)養(yǎng)鹽，其吸收營(yíng)養(yǎng)鹽的方式主要包括植物組織及根系滯留、根際微生物吸收、根際周?chē)趸聪趸茸饔?。這同應(yīng)銳等[12]研究報(bào)道相一致，其結(jié)果表明當(dāng)海馬齒種植密度為4.8 g/L時(shí)，12 d實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，對(duì)氨氮、總氮和無(wú)機(jī)磷的去除率均顯著高于其他兩組。陳婧芳等[23]研究也表明，當(dāng)海馬齒種植密度為1.5株/L時(shí)，水體中氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽及COD得到較高去除率。這也進(jìn)一步說(shuō)明，在利用水生植物修復(fù)養(yǎng)殖廢水的過(guò)程中，植物種植密度是影響廢水凈化效果的關(guān)鍵因素之一。

同時(shí)，本實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，12 d實(shí)驗(yàn)期間，進(jìn)行到第8 d后，高密度海馬齒處理組（3.0 g/L）的TN、TP去除率顯著降低，廢水中TN和TP質(zhì)量濃度出現(xiàn)升高現(xiàn)象。這可能是因?yàn)榉N植密度較高時(shí)，植株浮床對(duì)水面覆蓋率較大，影響了水體透光，再加上生長(zhǎng)空間有限，阻礙根部組織生長(zhǎng)，甚至導(dǎo)致部分海馬齒根部出現(xiàn)腐爛現(xiàn)象，這樣不僅影響根部對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的吸收，還導(dǎo)致氮磷等營(yíng)養(yǎng)鹽的釋放。Ciria等[24]在香蒲（Presl）、Macchiavello等[25]在石莼（）、應(yīng)銳等[14]在海馬齒中的研究結(jié)果相似，結(jié)果均表明當(dāng)水生植物密度過(guò)高時(shí)，可能會(huì)引起植物死亡，從而導(dǎo)致?tīng)I(yíng)養(yǎng)鹽的吸收量降低和釋放量的增加。

3.2 堿蓬對(duì)海水池塘養(yǎng)殖廢水的凈化效果

堿蓬是一種適應(yīng)性較強(qiáng)的耐鹽植物，可以通過(guò)其葉或莖代謝吸收掉鹽分，具有較強(qiáng)耐鹽性，有研究[26]表明當(dāng)鹽度為80 g/kg時(shí)，堿蓬存活率仍可以達(dá)到80%左右。同時(shí)，不少報(bào)道[13,27]稱(chēng)，利用堿蓬浮床去除海水養(yǎng)殖廢水中氮磷等營(yíng)養(yǎng)鹽具有較好效果。本實(shí)驗(yàn)中，選用當(dāng)?shù)啬望}植物堿蓬作為研究對(duì)象，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明不同處理組，堿蓬浮床對(duì)氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮的去除率分別為58.76% ～ 72.23%、41.57% ～ 53.13%和22.05% ～ 35.75%，對(duì)養(yǎng)殖廢水的凈化均具有一定效果，其中密度為1.5 g/L時(shí)凈化效果最好。Wu等[28]研究報(bào)道，在氨氮質(zhì)量濃度水平較低時(shí)，部分水生植物一般優(yōu)先選擇氨氮作為生長(zhǎng)所需的氮源進(jìn)行吸收利用。本研究中堿蓬浮床對(duì)氨氮去除率要顯著高于其他指標(biāo)，這也在一定程度上驗(yàn)證了這一研究報(bào)道。同時(shí)，由結(jié)果可知，在實(shí)驗(yàn)前期，堿蓬浮床對(duì)廢水中各種營(yíng)養(yǎng)鹽指標(biāo)去除效率較高，而到實(shí)驗(yàn)后期各指標(biāo)的去除率降低，趨于平緩。這主要是因?yàn)閴A蓬栽培前期需要大量吸收水體中養(yǎng)分，以維持自身正常生長(zhǎng)。而到實(shí)驗(yàn)后期，一方面堿蓬自身對(duì)各種營(yíng)養(yǎng)鹽需求降低，另一方面植物體內(nèi)氮磷等元素富集量較高，使得機(jī)體吸收氮磷等營(yíng)養(yǎng)鹽的速率降低，這也是導(dǎo)致后期凈化水質(zhì)效果降低的原因[29]。

本實(shí)驗(yàn)，堿蓬浮床對(duì)總氮的去除率在1.5 g/L處理組最高（25.69%），這一結(jié)果顯著低于任海波等[30]、常雅軍等[31]利用堿蓬去除富營(yíng)養(yǎng)化海水中氮去除率的結(jié)果。產(chǎn)生這一差異的原因，可能是因?yàn)楦〈蚕到y(tǒng)中氮元素的去除途徑主要有消化和反消化作用、水生植物的吸收[32]，而本實(shí)驗(yàn)各處理組均為曝氣處理，水層中的反消化作用較小，主要依靠植物的吸收作用去除氮元素，所以整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程對(duì)氮的去除率較低。同時(shí)，本實(shí)驗(yàn)中，1.5 g/L處理組對(duì)TN和TP的去除率最高，分別為25.67%和39.37%，結(jié)果顯示對(duì)磷的去除率明顯高于對(duì)氮的去除率，這同先前研究結(jié)果相一致。王趁義等[13]利用堿蓬浮床修復(fù)海水養(yǎng)殖廢水，結(jié)果顯示對(duì)廢水中總氮總磷的去除貢獻(xiàn)率分別為16.10%和78.15%；胡杰等[33]研究表明，在富營(yíng)養(yǎng)化海水養(yǎng)殖廢水的修復(fù)中，堿蓬浮床對(duì)TN和TP的去除率分別為62.14%和73.05%。這些研究均表明堿蓬對(duì)磷的去除能力高于對(duì)氮的去除能力。這可能是因?yàn)閴A蓬在生長(zhǎng)過(guò)程中，磷是主要限制營(yíng)養(yǎng)元素，對(duì)磷的攝取速度大于氮，可能是與堿蓬對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的選擇壓力不同有關(guān)，這些結(jié)果也均表明堿蓬在生長(zhǎng)中對(duì)磷元素的吸收速率要快于氮元素，吸收作用是去除水中磷元素的主要原因[27]。

3.3 江蘺對(duì)海水池塘養(yǎng)殖廢水的凈化效果

近年來(lái)，利用大型藻類(lèi)等生物手段對(duì)生態(tài)環(huán)境進(jìn)行修復(fù)成為研究熱點(diǎn)。其中，一系列研究[34-36]表明大型海藻，比如龍須菜、海帶（）、石莼、江蘺、鼠尾藻（）等，均具有較強(qiáng)吸收移除水中氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽的能力。其中江蘺，能夠適應(yīng)較高溫度和在海水池塘中靜水養(yǎng)殖，可以主動(dòng)吸收大量外界氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽，改善水體富營(yíng)養(yǎng)化狀況，是凈化水質(zhì)的良好水生植物。本課題組在前期研究[37]也表明，在珍珠龍膽石斑魚(yú)封閉養(yǎng)殖水體養(yǎng)殖一定密度的江蘺（777.78 g /m3），可以有效清除養(yǎng)殖水體的氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽，修復(fù)養(yǎng)殖水環(huán)境。徐永健等[34]在池塘中將菊花江蘺與凡納濱對(duì)蝦（）、青石斑魚(yú)（）混養(yǎng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)江蘺對(duì)水中無(wú)機(jī)氮、無(wú)機(jī)磷均具有較好凈化作用。

本實(shí)驗(yàn)結(jié)果也顯示，脆江蘺在凈化海水池塘養(yǎng)殖廢水方面具有較佳效果，其中1.6 g/L處理組對(duì)TAN、NO2--N、NO3--N、TN和TP的去除率分別為76.06%、74.38%、54.08%、52.51%和64.45%，凈化后水質(zhì)達(dá)到海水養(yǎng)殖水排放的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。吳翔宇等[38]研究表明，芋根江蘺（）對(duì)養(yǎng)殖廢水中氨氮和活性磷酸鹽的去除率分別為26%和66%左右。在刺參-菊花心江蘺池塘立體綜合養(yǎng)殖技術(shù)研究表明，江蘺引入可以顯著降低池塘中總氮、氨氮和磷酸鹽等３個(gè)水質(zhì)指標(biāo)。但是本實(shí)驗(yàn)結(jié)果也顯示，當(dāng)脆江蘺養(yǎng)殖密度較高時(shí)，在10 d以后，廢水中TN和TP的去除率呈下降趨勢(shì)，這可能也是因?yàn)楫?dāng)養(yǎng)殖藻類(lèi)密度過(guò)高時(shí)，影響了光合作用效率，甚至?xí)?dǎo)致海藻腐解死亡。

本實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，三種耐鹽植物對(duì)氨氮、亞硝酸鹽、硝酸鹽氮均產(chǎn)生一定去除作用，使養(yǎng)殖廢水得到凈化，但是去除效率卻有較大差異。通過(guò)比較可知，1.6 g/L脆江蘺處理組的凈化效果最佳，其中對(duì)NO3--N、TN和TP的去除率均顯著高于1.5 g/L 海馬齒處理組和1.5 g/L 堿蓬處理組。卜雪峰[39]通過(guò)24 h的養(yǎng)殖實(shí)驗(yàn)也表明，石莼、海帶、鼠尾藻、馬尾藻（）對(duì)氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽的去除率表現(xiàn)出不同效率，其實(shí)石莼和海帶對(duì)氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽的去除率比較高。張力等[40]通過(guò)對(duì)比5種耐鹽性植物凈水效果發(fā)現(xiàn)，其中水蔥（Vahl）對(duì)氨氮、無(wú)機(jī)氮和活性磷酸鹽的去除率均高于其他品種，其次蘆葦效果僅次于水蔥。這也表明不同鹽生植物（海藻）由于其光合作用效率、根系發(fā)達(dá)程度、無(wú)機(jī)鹽吸收水平以及生存環(huán)境等不同，在水質(zhì)修復(fù)方面的能力也不同。另外，值得注意的是，本實(shí)驗(yàn)中三種耐鹽植物的氨氮、亞硝酸鹽、硝酸鹽氮去除率曲線顯示基本均未達(dá)到平臺(tái)期，這個(gè)可能與實(shí)驗(yàn)周期、植物密度、廢水水質(zhì)等因素有關(guān)，后續(xù)可以在這一方面繼續(xù)開(kāi)展相關(guān)研究。

4 結(jié)論

在本實(shí)驗(yàn)條件下，三種鹽生植物對(duì)養(yǎng)殖廢水具有不同凈化效果，其中單一處理實(shí)驗(yàn)中，1.6 g/L脆江蘺處理組、1.5 g/L 海馬齒處理組和1.5 g/L 堿蓬處理組表現(xiàn)出較佳效果。綜合比較發(fā)現(xiàn)，1.6 g/L脆江蘺處理組的凈化效果最佳。這也進(jìn)一步說(shuō)明水生植物在修復(fù)水質(zhì)方面具有一定作用，可為今后在海水養(yǎng)殖廢水的治理方面提供一定理論依據(jù)。

[1] RAI U N, TRIPATHI R D, SINGH N K, et al. Constructed wetland as an ecotechnological tool for pollution treatment for conservation of Ganga River[J]. Bioresource Technology, 2013, 148: 535-541.

[2] 李萍, 張修峰, 莫樹(shù)青. 背角無(wú)齒蚌()、苦草()及其共存對(duì)水質(zhì)的影響[J]. 生態(tài)學(xué)雜志, 2016, 35(6): 1589-1594.

[3] LIU J, YI N K, WANG S, et al. Impact of plant species on spatial distribution of metabolic potential and functional diversity of microbial communities in a constructed wetland treating aquaculture wastewater[J]. Ecological Engineering, 2016, 94: 564-573.

[4] SUVILAMPI J, LEHTOM?KI A, RINTALA J. Comparison of laboratory-scale thermophilic biofilm and activated sludge processes integrated with a mesophilic activated sludge process[J]. Bioresource Technology, 2003, 88(3): 207-214.

[5] 李甍, 宋協(xié)法, 孫國(guó)祥, 等. 適宜牡蠣與龍須菜配比提高含氮養(yǎng)殖廢水處理效果[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2015, 31(11): 243-248.

[6] 林彥彥, 高珊珊, 陳婧芳, 等. 海馬齒對(duì)鋅的耐性與富集特征[J]. 濕地科學(xué), 2016, 14(4): 561-567.

[7] 曾碧健, 竇碧霞, 黎祖福, 等. 海洋鹽生植物海馬齒()對(duì)環(huán)境鹽度脅迫的耐受性及營(yíng)養(yǎng)價(jià)值綜合評(píng)價(jià)[J]. 海洋與湖沼, 2017, 48(3): 568-575.

[8] 王趁義, 郭煒超, 楊娜, 等. 鹽生植物堿蓬在富營(yíng)養(yǎng)化海水養(yǎng)殖尾水修復(fù)中的應(yīng)用[J]. 水生態(tài)學(xué)雜志, 2019, 40(6): 81-85.

[9] QUINT? R, HILL P W, JONES D L, et al. Uptake of an amino acid (alanine) and its peptide (trialanine) by the saltmarsh halophytesandtripolium and its potential role in ecosystem N cycling and marine aquaculture wastewater treatment[J]. Ecological Engineering, 2015, 75: 145-154.

[10] MOZDZER T J, ZIEMAN J C, MCGLATHERY K J. Nitrogen uptake by native and invasive temperate coastal macrophytes: importance of dissolved organic nitrogen[J]. Estuaries and Coasts, 2010, 33(3): 784-797.

[11] FENG J X, LIN Y Y, YANG Y, et al. Tolerance and bioaccumulation of Cd and Cu in[J]. Ecotoxicology and Environmental Safety, 2018, 147: 306-312.

[12] 應(yīng)銳, 陳婧芳, 高珊珊, 等. 石莼和海馬齒對(duì)海水養(yǎng)殖水體的單一及協(xié)同凈化效果[J]. 生態(tài)學(xué)雜志, 2018, 37(9): 2745-2753.

[13] 王趁義, 趙欣園, 滕麗華, 等. 堿蓬浮床對(duì)海水養(yǎng)殖尾水中氮磷修復(fù)效果研究[J]. 廣西植物, 2018, 38(6): 696-703.

[14] 國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局, 中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì). 海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范第4部分: 海水分析: GB 17378.4—2007[S]. 北京: 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2008.

[15] 張衛(wèi)強(qiáng), 朱英. 養(yǎng)殖水體中氨氮的危害及其檢測(cè)方法研究進(jìn)展[J]. 環(huán)境衛(wèi)生學(xué)雜志, 2012, 2(6): 324-327.

[16] 潘坤, 王衛(wèi)民, 祝東梅. 氨態(tài)氮、亞硝態(tài)氮、硝態(tài)氮對(duì)麥穗魚(yú)的急性毒性研究[J]. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào), 2012, 28(35): 96-101.

[17] 高愛(ài)環(huán), 李紅纓, 郭海福. 水體富營(yíng)養(yǎng)化的成因、危害及防治措施[J]. 肇慶學(xué)院學(xué)報(bào), 2005, 26(5): 41-44.

[18] TEW K S, CONROY J D, CULVER D A. Effects of lowered inorganic phosphorus fertilization rates on pond production of percid fingerlings[J]. Aquaculture, 2006, 255(1/2/3/4): 436-446.

[19] LI J B, WEN Y, ZHOU Q, et al. Influence of vegetation and substrate on the removal and transformation of dissolved organic matter in horizontal subsurface-flow constructed wetlands[J]. Bioresource Technology, 2008, 99(11): 4990-4996.

[20] 李色東, 曹煜成, 李卓佳, 等. 湛江海區(qū)海馬齒()根、莖生長(zhǎng)特性的初步研究[J]. 湛江海洋大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)), 2006, 26(6): 21-25.

[21] 張志英, 黃凌風(fēng), 姜丹, 等. 浮床種植海馬齒對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化海水氮、磷移除能力的初步研究[C]. 武漢: 中國(guó)環(huán)境科學(xué)年會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集, 2009.

[22] 曾碧健, 岳曉彩, 黎祖福, 等. 生態(tài)浮床原位修復(fù)對(duì)海水養(yǎng)殖池塘浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的影響[J]. 海洋與湖沼, 2016, 47(2): 354-359.

[23] 陳婧芳. 海馬齒與海藻凈化養(yǎng)殖水體的研究[D]. 廣州: 中山大學(xué), 2017.

[24] CIRIA M P, SOLANO M L, SORIANO P. Role of macrophytein a constructed wetland for wastewater treatment and assessment of its potential as a biomass fuel[J]. Biosystems Engineering, 2005, 92(4): 535-544.

[25] MACCHIAVELLO J, BULBOA C. Nutrient uptake efficiency ofchilensis andin an IMTA system with the red abalone[J]. Latin American Journal of Aquatic Research, 2014, 42(3): 523-533.

[26] SONG J, WANG B S. Using euhalophytes to understand salt tolerance and to develop saline agriculture:as a promising model[J]. Annals of Botany, 2014, 115(3): 541-553.

[27] LIAO J X, ZHANG D N, MALLIK A, et al. Growth and nutrient removal of three macrophytes in response to concentrations and ratios of N and P[J]. International Journal of Phytoremediation, 2017, 19(7): 651-657.

[28] WU H L, XU K Q, HE X J, et al. Removal of nitrogen by three plant species in hydroponic culture: plant uptake and microbial degradation[J]. Water, Air, & Soil Pollution, 2016, 227(9): 1-11.

[29] 張熙靈, 王立新, 劉華民, 等. 蘆葦和藨草對(duì)不同程度富營(yíng)養(yǎng)化水體的凈化效果研究[J]. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù), 2014, 37(2): 11-16.

[30] 任海波, 趙欣園, 滕麗華, 等. 堿蓬處理海水養(yǎng)殖廢水凈化效果研究[J]. 科學(xué)養(yǎng)魚(yú), 2017(8): 54-56.

[31] 常雅軍, 張亞, 劉曉靜, 等. 堿蓬()對(duì)不同程度富營(yíng)養(yǎng)化養(yǎng)殖海水的凈化效果[J]. 生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào), 2017, 33(11): 1023-1028.

[32] ZHAO F L, YANG W D, ZENG Z, et al. Nutrient removal efficiency and biomass production of different bioenergy plants in hypereutrophic water[J]. Biomass and Bioenergy, 2012, 42: 212-218.

[33] 胡杰, 王曉俊, 王趁義, 等. 堿蓬浮床對(duì)海水養(yǎng)殖尾水的修復(fù)效果[J]. 水土保持通報(bào), 2018, 38(2): 281-284.

[34] 徐永健, 陸開(kāi)宏, 韋瑋. 大型海藻江蘺對(duì)養(yǎng)殖池塘水質(zhì)污染修復(fù)的研究[J]. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2007, 15(5): 156-159.

[35] 馬佳瑩, 戴家偉, 胡芳露, 等. 大型海藻對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化海水養(yǎng)殖區(qū)的修復(fù)[J]. 農(nóng)村經(jīng)濟(jì)與科技, 2016, 27(11): 6-7.

[36] POBLETE R, CORTES E, MACCHIAVELLO J, et al. Factors influencing solar drying performance of the red algae[J]. Renewable Energy, 2018, 126: 978-986.

[37] 王曉艷, 李寶山, 王際英, 等. 江蘺和四角蛤蜊對(duì)珍珠龍膽石斑魚(yú)封閉養(yǎng)殖水體水質(zhì)的凈化作用[J]. 煙臺(tái)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)與工程版), 2021, 34(2): 186-193.

[38] 吳翔宇, 黃良夫, 楊守國(guó), 等. 芋根江蘺對(duì)對(duì)蝦養(yǎng)殖水體氮磷的去除效果[J]. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技, 2021(8): 178-179.

[39] 卜雪峰. 貝藻處理海水養(yǎng)殖廢水的應(yīng)用研究[D]. 青島: 中國(guó)海洋大學(xué), 2004.

[40] 張力. 耐鹽植物對(duì)含鹽污水凈化效果及生理生化響應(yīng)[D]. 舟山: 浙江海洋學(xué)院, 2013.

Effects of Three Varieties of Halophytes on the Purification of Aquaculture Waste Water

WANG Cheng-qiang, XIANG Zhi-wei, HUANG Bing-shan, WANG Zhong-quan, WANG Ji-ying, LI Bao-shan

（/,264006,）

【】To investigate the purification effects of,andon inorganic nitrogen, total nitrogen and total phosphorus of pond mariculture waste water. 【】In this experiment, three varieties of halophytes were selected, respectively,and. Three density gradients were set for each variety, and each gradient had three replicates. The experiment period was 12 days. The effects of different densities of a single variety on the purification of pond mariculture wastewater of grouper were analyzed.【】 The halophytes of different densities had different effects on water quality restoration. The treatment groups of 1.5 g/L, 1.5 g/Land 1.6 g/Lshowed a better purification effect in a single treatment experiment, and the removal rates of total ammonia nitrogen (TAN), nitrite nitrogen (NO2--N) and nitrate nitrogen (NO3--N) were 80.49%, 70.28% and 76.06%; 73.39%, 52.44% and 74.38%; 30.30%, 31.24% and 54.08%, respectively. In terms of the removal rate of inorganic nitrogen, the removal rate of NO3--N in the 1.6 g/Ltreatment group was significantly higher than those in the other two groups, and the removal rate of NO2--N was also significantly higher than that in 1.5 g/Ltreatment group (< 0.05), but there was no significant difference, compared with the 1.5 g/Ltreatment group (> 0.05). Meanwhile, the removal rates of total nitrogen (TN) and total phosphorus (TP) in the 1.6 g/Ltreatment group were significantly higher than those in the 1.5 g/Land the 1.6 g/Ltreatment groups (< 0.05). In addition, the removal rate of TN and TP by the three halophytes in the high-density treatment group were significantly reduced after 10 days of the experiment. 【】The treatment groups of 1.6 g/L1.5 g/Land 1.5 g/Lshowed good purification effect, among which 1.6 g/Lgrouphad the best effect.

;;; halophyte; aquaculture waste water; nitrogen and phosphorus nutrients; removal rate; water purification

王成強(qiáng)，相智巍，黃炳山，等. 3種耐鹽植物對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水凈化效果[J]. 廣東海洋大學(xué)學(xué)報(bào)，2022，42（3）：25-32.

S959

A

1673-9159（2022）03-0025-08

10.3969/j.issn.1673-9159.2022.03.004

2021-11-30

煙臺(tái)市科技計(jì)劃項(xiàng)目（2020MSGY067）；山東省海洋生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題（201911）；海洋生物資源的開(kāi)發(fā)與利用項(xiàng)目（220-0110-JBN-54EY）

王成強(qiáng)（1988－），男，工程師，研究方向?yàn)樗a(chǎn)健康養(yǎng)殖和尾水凈化研究。E-mail:chengqiangwang@126.com

李寶山，副研究員，研究方向?yàn)樗a(chǎn)動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)與健康養(yǎng)殖。E-mail: bsleeyt@126.com

（責(zé)任編輯：劉嶺）