貝、藻耦合對(duì)集約化養(yǎng)殖尾水的凈化效果研究

鄧云龍，曹煜成,3,4，徐 煜，文國(guó)樑，蘇浩昌,4，胡曉娟,4，徐武杰,4，盧 潔，余招龍

1.上海海洋大學(xué) 水產(chǎn)與生命學(xué)院，上海 201306

2.中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院南海水產(chǎn)研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南海漁業(yè)資源開(kāi)發(fā)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/廣東省漁業(yè)生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510300

3.中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院南海水產(chǎn)研究所深圳試驗(yàn)基地，廣東 深圳 518121

4.南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室 (珠海)，廣東 珠海 519000

5.廣東冠利達(dá)海洋生物有限責(zé)任公司，廣東 茂名 525426

集約化養(yǎng)殖是一種高密度、高效益的養(yǎng)殖方式，對(duì)提高養(yǎng)殖動(dòng)物產(chǎn)量、質(zhì)量，保障水產(chǎn)品市場(chǎng)供給具有重要作用[1]。生物絮團(tuán)介導(dǎo)的集約化養(yǎng)殖是近年來(lái)水產(chǎn)養(yǎng)殖熱門(mén)的生態(tài)友好型養(yǎng)殖模式[2]，該模式不僅能夠?qū)崿F(xiàn)高產(chǎn)，還能夠提高養(yǎng)殖動(dòng)物的生理健康水平、減少換水量并提高飼料利用率，兼具經(jīng)濟(jì)和生態(tài)意義[3-4]。生物絮團(tuán)養(yǎng)殖模式能將養(yǎng)殖水體中的氨氮(NH+4-N) 、亞硝酸鹽(NO2--N)等有害物質(zhì)有效控制在安全濃度以?xún)?nèi)，形成封閉式高效養(yǎng)殖系統(tǒng)，但同時(shí)養(yǎng)殖后期水體會(huì)富集大量的硝酸鹽 (NO3--N) 和磷酸鹽 (PO34--P)[5]，如果直接排放，高濃度的氮 (N)、磷 (P) 會(huì)造成接納水體富營(yíng)養(yǎng)化[6]，從而污染周?chē)鷳B(tài)環(huán)境。因此，有效處理養(yǎng)殖尾水中的N、P 營(yíng)養(yǎng)鹽，將養(yǎng)殖尾水資源化循環(huán)利用是解決尾水凈化的主要出路。當(dāng)前，低成本、高收益的生物凈化方式是水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理中的研究熱點(diǎn)[7]，利用濾食性貝類(lèi)與藻類(lèi)[8]協(xié)同處理養(yǎng)殖尾水是一種典型的生物處理方法。

牡蠣和螺旋藻不僅經(jīng)濟(jì)價(jià)值高，且能用于水環(huán)境凈化。香港牡蠣 (Crassostreahongkongensis) 是我國(guó)廣西、粵西和福建沿海咸淡水交匯海域的主產(chǎn)貝類(lèi)[9]，具有生長(zhǎng)速度快、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)[10]。貝類(lèi)通過(guò)其濾食和濾水作用，可攝食水體中的浮游植物，降低水體中懸浮顆粒物的含量[11]。鈍頂螺旋藻 (Spirulinaplatensis) 藻體營(yíng)養(yǎng)豐富、均衡，富含蛋白質(zhì)、多糖等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，廣泛應(yīng)用于生物餌料、保健食品、化妝品和飼料添加劑等[12-13]。作為一種有益藍(lán)藻，其不僅對(duì)環(huán)境具有很強(qiáng)的適應(yīng)能力，還能高效利用水體中的N、P 營(yíng)養(yǎng)元素[14]。

此前，國(guó)內(nèi)外研究大多聚焦于單一的牡蠣和螺旋藻處理養(yǎng)殖尾水中懸浮顆粒物和營(yíng)養(yǎng)鹽的效果分析[15-17]，以及貝類(lèi)與大型海藻混養(yǎng)和魚(yú)與微藻協(xié)同凈化尾水的效果分析[18-19]，而關(guān)于牡蠣和螺旋藻耦合處理養(yǎng)殖尾水的凈化效果研究較少。本文以含有高濃度N、P 營(yíng)養(yǎng)鹽的集約化海水養(yǎng)殖尾水為研究對(duì)象，通過(guò)在養(yǎng)殖尾水中培養(yǎng)螺旋藻，同時(shí)采用香港牡蠣攝食螺旋藻的方式，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖尾水中高濃度的N、P 營(yíng)養(yǎng)鹽的凈化。綜合分析二者協(xié)同作用對(duì)尾水的凈化效果和最佳的牡蠣規(guī)格，以期為建立集約化水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水的凈化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水的“資源化利用”提供基礎(chǔ)參考。

1 材料與方法

1.1 香港牡蠣

香港牡蠣購(gòu)于廣東省茂名市電白區(qū)嶺門(mén)鎮(zhèn)某牡蠣養(yǎng)殖場(chǎng)，挑選個(gè)體均質(zhì)量分別為 (50.99±7.01)、(100.25±8.87) 和 (148.81±15.61) g 的牡蠣，清除表面附著物后暫養(yǎng)14 d。暫養(yǎng)條件為：鹽度16‰，pH 8.0，溫度28 ℃，溶解氧5.6 mg·L-1。每天投喂鈍頂螺旋藻進(jìn)行馴化，觀察牡蠣生長(zhǎng)情況，記錄成活率。

1.2 鈍頂螺旋藻

實(shí)驗(yàn)所用鈍頂螺旋藻SP1 由中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院南海水產(chǎn)研究所提供。SP1 培養(yǎng)液配方為：碳酸氫鈉 (NaHCO3) 13.61 g·L-1，碳酸鈉 (Na2CO3) 4.03 g·L-1，磷酸氫二鉀 (K2HPO4) 0.50 g·L-1，硝酸鈉(NaNO3) 2.50 g·L-1，硫酸鉀 (K2SO4) 1.00 g·L-1，氯化鈉 (NaCl) 1.00 g·L-1，七水合硫酸鎂 (MgSO4·7H2O) 0.20 g·L-1，氯化鈣 (CaCl2) 0.04 g·L-1，硫酸亞鐵(II)二水 (FeSO4·2H2O) 0.01 g·L-1，A5 [硼酸(H3BO3) 2.86 g·L-1，四水合氯化錳 (MnCl2·4H2O)1.86 g·L-1，七水合硫酸鋅 (ZnSO4·7H2O) 0.22 g·L-1，二水合鉬酸鈉 (Na2MoO4·2H2O) 0.39 g·L-1，五水合硫酸銅 (CuSO4·5H2O) 0.08 g·L-1，六水合硝酸鈷 [Co(NO3)2·6H2O) 0.05 g·L-1] 1 mL。鈍頂螺旋藻藻種液1 L，在光照培養(yǎng)箱中以30 ℃、光照強(qiáng)度3 000 lx、光暗比12 h∶12 h，進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)至4 L，每日搖動(dòng)藻液培養(yǎng)瓶3 次，避免藻細(xì)胞貼壁生長(zhǎng)。當(dāng)螺旋藻密度達(dá)到約107個(gè)·mL-1時(shí)，將其轉(zhuǎn)移至集約化對(duì)蝦養(yǎng)殖車(chē)間，用容積為100 L的塑料白桶作為容器，以鹽度15‰ 的咸淡水添加單細(xì)胞藻類(lèi)生長(zhǎng)素和碳酸氫鈉作為培養(yǎng)基，利用日光照射，在溫度為 (30±4) ℃并持續(xù)充氣的條件下進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)，待螺旋藻密度達(dá)到約107個(gè)·mL-1時(shí)，再將藻液轉(zhuǎn)移至容積約1 000 L 的塑料大白桶中進(jìn)行培養(yǎng)。

1.3 實(shí)驗(yàn)水體

生物絮團(tuán)養(yǎng)殖尾水取自廣東省茂名市某養(yǎng)殖場(chǎng)的凡納濱對(duì)蝦生物絮團(tuán)零換水養(yǎng)殖池系統(tǒng)。水體條件：水溫25.5 ℃，溶解氧4.56 mg·L-1，pH 7.6，NH4+-N 0.35 mg·L-1，NO2--N 0.12 mg·L-1，NO3--N 22.89 mg·L-1，PO43--P 1.99 mg·L-1，絮團(tuán)生物沉降體積分?jǐn)?shù) 6 mL·L-1。

1.4 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)前隨機(jī)挑選活性較好的牡蠣個(gè)體。實(shí)驗(yàn)容器為1 000 L 的養(yǎng)殖白桶，桶底部直徑1.0 m，桶口直徑1.2 m，桶高1.0 m。實(shí)驗(yàn)水體為500 L 的養(yǎng)殖尾水，水深0.6 m，實(shí)驗(yàn)分為5 組，分別為小規(guī)格組 (S)、中規(guī)格組 (M)、大規(guī)格組 (L)、陰性對(duì)照組(NC) 和空白對(duì)照組 (BC)，每組設(shè)置3 個(gè)平行桶。每組實(shí)驗(yàn)桶添加約8×105個(gè)·mL-1的螺旋藻和生物量為3 kg·m-3的牡蠣，S、M 和L 組每桶分別放入個(gè)體均質(zhì)量為 (50.99±7.01)、(100.25±8.87) 和(148.81±15.61) g 的牡蠣各30、15 和10 只；NC 組不放牡蠣但接入螺旋藻；BC 組不放牡蠣和螺旋藻。牡蠣均勻放入直徑0.5 m 的圓形塑料框中，再將塑料框吊在水面下0.3 m 處。實(shí)驗(yàn)時(shí)間為70 d，期間用納米管曝氣保證足夠的溶解氧。

1.5 香港牡蠣胃內(nèi)容物觀察

實(shí)驗(yàn)第35 天，每桶隨機(jī)挑選1 只牡蠣，解剖取出胃組織，置于載玻片上，于400×顯微鏡下觀察胃內(nèi)容物中的微藻并進(jìn)行主要微藻鑒定。

1.6 藻細(xì)胞數(shù)量測(cè)定

分別于第0、第7、第14、第21、第28、第35、第63、第70 天采集各桶微藻樣品1 mL，加40 μL 甲醛固定保存于4 ℃冰箱。螺旋藻計(jì)數(shù)前先用超聲波破碎機(jī) (JY92-IIDN，寧波新芝) 在不影響藻細(xì)胞形態(tài)完整的條件下，將藍(lán)藻細(xì)胞團(tuán)塊破碎為大量易于計(jì)數(shù)的短桿狀藻細(xì)胞群體，取100 μL 于浮游生物計(jì)數(shù)板，用顯微鏡目微尺實(shí)測(cè)破碎后螺旋藻藻體及單個(gè)細(xì)胞的長(zhǎng)度，然后計(jì)算出藻細(xì)胞數(shù)量，每個(gè)樣品測(cè)量3 次取平均值。

1.7 水質(zhì)測(cè)定

分別于第0、第7、第14、第21、第28、第35、第63、第70 天采集各桶水樣于聚乙烯瓶中，依照GB/T 12763.4—2007《海洋調(diào)查規(guī)范》，分別采用靛酚藍(lán)分光光度法、鹽酸萘乙二胺分光光度法、鋅鎘還原法和磷鉬藍(lán)分光光度法測(cè)定水樣中的NH4+-N、NO2--N、NO3--N 和PO43--P，總無(wú)機(jī)氮(TIN) 為NH4+-N、NO2--N 和NO3--N 濃度的總和。以過(guò)硫酸鉀氧化法測(cè)定水樣的總氮 (TN) 和總磷(TP)。以質(zhì)量法、堿性高錳酸鉀法和pH 法測(cè)定水樣的總懸浮物 (TSS)、化學(xué)需氧量 (COD) 及總堿度(TA)。

1.8 數(shù)據(jù)分析

牡蠣的成活率和體質(zhì)量增長(zhǎng)率計(jì)算公式為：

式中：RS為成活率(%)；Nt為取樣測(cè)定的只數(shù)；N0為初始只數(shù)；RWG為體質(zhì)量增長(zhǎng)率(%)；Wt為取樣測(cè)定的體質(zhì)量；W0為初始體質(zhì)量。

各水質(zhì)指標(biāo)去除率 (R) 的計(jì)算公式為：

式中：Ct為取樣時(shí)的濃度；C0為初始濃度。

采用Excel 2019 軟件對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行線性擬合分析，并以SPSS 20.0 軟件進(jìn)行單因素方差分析(One-way ANOVA)，比較各組數(shù)據(jù)的差異顯著性，顯著性水平設(shè)定為P＜0.05。

2 結(jié)果

2.1 香港牡蠣存活及生長(zhǎng)情況

實(shí)驗(yàn)第35 天各實(shí)驗(yàn)組牡蠣的成活率均較高，S 和M 組均為93.33%，顯著高于L 組 (P＜0.05)；體質(zhì)量增長(zhǎng)率各組無(wú)顯著性差異 (P＞0.05)。實(shí)驗(yàn)第70 天L 組牡蠣成活率最低 (26.67%)，S 組成活率最高 (57.78%)；M 組體質(zhì)量增長(zhǎng)率為2.57%，顯著高于S 和L 組 (P＜0.05) (表1)。

表1 牡蠣的生長(zhǎng)及存活Table 1 Growth and survival of C.hongkongensis

2.2 鈍頂螺旋藻密度變化

在養(yǎng)殖尾水初始水體中，S、M、L 和NC 組接入的螺旋藻密度分別為 (8.62±0.56)×105、(8.37±0.90)×105、(7.33±0.13)×105和 (8.47±0.83)×105個(gè)·mL-1，各組藻密度無(wú)顯著性差異 (P＞0.05)。實(shí)驗(yàn)第70 天時(shí)，螺旋藻密度分別為 (1.02±0.22)×107、(1.22±0.45)×106、(8.08±1.15)×106和 (1.30±0.25)×107個(gè)·mL-1，其中NC 組的藻密度最高，M 組藻密度最低 (圖1)。L 組的螺旋藻密度實(shí)驗(yàn)期間呈上升趨勢(shì)，M 組則呈先升高后降低的變化趨勢(shì)；S 和NC 組的螺旋藻密度在實(shí)驗(yàn)前63 d 均呈上升趨勢(shì)，第70 天時(shí)藻密度有所降低。實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，S、L 和NC 組藻密度與實(shí)驗(yàn)初始藻密度相比均顯著增長(zhǎng) (P＜0.05)，而M 組藻密度增長(zhǎng)不顯著 (P＞0.05)。

圖1 螺旋藻密度變化注：組內(nèi)不同上標(biāo)字母表示差異顯著 (P＜0.05)；圖中螺旋藻密度用以 10 為底的對(duì)數(shù)形式表示。Fig.1 Quantity change of spirulinaNote: Values with different letters within the same group indicate significant differences (P＜0.05).Spirulina densities are shown in logarithmic form with a base of 10.

2.3 牡蠣對(duì)尾水中螺旋藻的攝食情況

香港牡蠣的胃內(nèi)容物中均發(fā)現(xiàn)含有鈍頂螺旋藻(圖2)，表明3 種規(guī)格的香港牡蠣在養(yǎng)殖尾水中均可攝食螺旋藻。

圖2 香港牡蠣胃內(nèi)容物中的藻類(lèi) (400×)Fig.2 Algae in stomach contents of C.hongkongensis (400×)

2.4 貝、藻耦合對(duì)養(yǎng)殖尾水水質(zhì)的影響

2.4.1 養(yǎng)殖尾水中TSS 的變化

實(shí)驗(yàn)70 d 后，S、L 和NC 組的TSS 質(zhì)量濃度升高 (圖3，表2)，由第0 天的 (189.60±17.00)、(163.80±19.50) 和 (193.30±7.36) mg·L-1分別升高至 (263.33±37.12)、(286.67±30.00) 和 (434.00±9.86) mg·L-1，其去除率分別為-38.89%、-75.01%和-124.52%。M組TSS 質(zhì)量濃度先升高后降低，由初始的 (176.30±11.03) mg·L-1下降至 (122.33±28.66) mg·L-1，去除率為30.61%?？梢?jiàn)，TSS 的去除率M 組＞S 組＞L 組＞NC 組。

圖3 水體懸浮顆粒物質(zhì)量濃度變化Fig.3 Change in TSS mass concentration in water

表2 養(yǎng)殖尾水水質(zhì)凈化效果 (以去除率計(jì))Table 2 Purification effect of aquaculture tail water (Calculated by removal rate)%

2.4.2 養(yǎng)殖尾水中N、P 營(yíng)養(yǎng)鹽變化

不同牡蠣規(guī)格和螺旋藻耦合對(duì)養(yǎng)殖尾水中的N、P 營(yíng)養(yǎng)鹽具有明顯的凈化效果 (表2，圖4)。實(shí)驗(yàn)第35 天各組NH4+-N 質(zhì)量濃度均降低，第70 天NH4+-N 質(zhì)量濃度均上升，但各組質(zhì)量濃度始終維持在1.00 mg·L-1以下。各組NO2--N 質(zhì)量濃度第35 天均維持在0.30 mg·L-1以下，第70 天 S、M、L 和BC 組質(zhì)量濃度均升高，各組始終維持在1.20 mg·L-1以下。S、M、L 和NC 組的NO3--N 質(zhì)量濃度70 d 內(nèi)均呈降低趨勢(shì)，由第0 天的 (22.95±0.96)、(22.99±0.72)、(22.77±1.19) 和 (22.84±0.88)mg·L-1分別降至 (3.71±1.62)、(10.37±1.56)、(5.81±0.46) 和 (2.13±0.07) mg·L-1，其去除率分別為83.85%、54.88%、74.50%和90.67%。S、L 和NC 組的NO-3-N 去除率顯著高于對(duì)照組 (48.54%,P＜0.05)，M 組的去除率無(wú)顯著性差異 (P＞0.05)?？俆IN 的質(zhì)量濃度變化與NO3--N 基本一致，S、M、L 和NC 組的TIN 質(zhì)量濃度由第0 天的 (23.24±0.91)、(23.41±0.63)、(23.36±1.30) 和 (23.31±0.92)mg·L-1分別降至 (5.28±1.44)、(11.93±1.95)、(6.29±0.42) 和 (2.50±0.45) mg·L-1，其去除率分別為77.30%、49.05%、73.07% 和89.29%。S、L 和NC 組的TIN 去除率均顯著高于BC 組 (47.23%,P＜0.05)，M 組的去除率與BC 組相比無(wú)顯著性差異 (P＞0.05)。

圖4 養(yǎng)殖尾水中氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽濃度變化Fig.4 Concentration variation of nitrogen and phosphorus nutrients in aquaculture tail water

S、M、L 和NC 組PO34--P 質(zhì)量濃度由第0 天的 (1.90±0.13)、(2.30±0.18)、(1.76±0.24) 和 (2.00±0.20)mg·L-1，分別降至第70 天的 (0.09±0.09)、(0.71±0.38)、(0.03±0.01) 和 (0.02±0.01) mg·L-1，其去除率分別為95.52%、69.36%、98.37%和98.93%，均顯著高于BC 組 (59.13%,P＜0.05)。

S、M 和L 組的TN 質(zhì)量濃度由第0 天的 (44.15±2.33)、(41.24±0.89) 和 (41.65±4.89) mg·L-1分別降低至第70 天的 (25.32±2.67)、(25.20±0.90) 和(27.71±2.87) mg·L-1，其去除率分別為42.64%、38.91% 和33.46%，均顯著高于NC 組 (18.23%,P＜0.05)。TP 質(zhì)量濃度由 (4.30±0.41)、(4.21±0.39)和 (4.21±0.20) mg·L-1分別降低至 (2.32±0.12)、(1.90±0.09) 和 (2.55±0.31) mg·L-1，其去除率分別為46.04%、55.10%和39.43%，均顯著高于NC 組(20.63%,P＜0.05)。

2.4.3 養(yǎng)殖尾水中COD 的變化

COD 變化趨勢(shì)與TSS 基本一致 (圖5-a，表2)。S、L 和NC 組由第0 天的(34.85±3.45)、(31.91±1.08) 和 (34.72±3.79) mg·L-1升高至第70 天的 (41.34±0.43)、(38.41±2.35) 和 (44.62±0.94) mg·L-1，其去除率分別為-9.94%、-20.35% 和-28.49%。M 組由 (35.95±1.96) mg·L-1下降至 (33.81±4.01)mg·L-1，去除率為5.95%。

圖5 水體化學(xué)需氧量和總堿度變化Fig.5 Change in COD and TA in water

2.4.4 養(yǎng)殖尾水中總堿度的變化

實(shí)驗(yàn)期間，各組總堿度均呈先升高后降低再升高的趨勢(shì) (圖5-b)，各組之間無(wú)顯著性差異 (P＞0.05)。

2.5 空白對(duì)照組中微藻及藻密度變化

對(duì)照組中自然生長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)微藻經(jīng)鑒定為卵囊藻 (圖6)。藻濃度變化如圖7 所示，由第0 天的(3.23±0.29)×105個(gè)·mL-1增長(zhǎng)至第70 天的 (1.07±0.38)×107個(gè)·mL-1(P＜0.05)。

圖6 對(duì)照組水體中的優(yōu)勢(shì)微藻Fig.6 Dominant microalgae in water of control group

圖7 對(duì)照組卵囊藻密度變化注：不同小寫(xiě)字母表示差異顯著 (P＜0.05)。Fig.7 Change in density of oocysts in control groupNote: Different lowercase letters indicate significant difference (P＜0.05).

2.6 水體理化指標(biāo)變化

養(yǎng)殖實(shí)驗(yàn)期間水體溫度、溶解氧、pH 和鹽度分別為 (18.3±4.3) ℃、(5.25±0.45) mg·L-1、8.6±0.3和 (17±1)‰ (表3)?？傮w而言，常規(guī)水質(zhì)理化指標(biāo)相對(duì)穩(wěn)定，可滿(mǎn)足香港牡蠣和鈍頂螺旋藻的正常生長(zhǎng)需求。

3 討論

3.1 尾水的資源化循環(huán)效益

資源的回收和再利用是實(shí)現(xiàn)尾水凈化以及可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵點(diǎn)，養(yǎng)殖尾水作為一種富營(yíng)養(yǎng)化的水體，是一種可循環(huán)利用的資源。傳統(tǒng)的泡沫分離法水處理工藝處理懸浮顆粒物速度快、效率高，如有研究顯示在2 min 水力停留時(shí)間內(nèi)可去除34.06%的TSS[20]，但該方法對(duì)溶解態(tài)的N、P 的去除效果不理想[21]，如NH4+-N 和NO-2-N 的去除率只有8.5%和0.15%[22]，且用于處理海水養(yǎng)殖尾水時(shí)設(shè)備損耗快、運(yùn)行成本高[23]。化學(xué)氧化處理方法雖然效率高，如臭氧技術(shù)改善養(yǎng)殖尾水水質(zhì)時(shí)，對(duì)NH4+-N、NO2--N、NO3--N 和PO43--P 的去除率分別為97.48%、99.26%、97.84%和33.65%[24]，但處理成本較高且臭氧使用不當(dāng)有造成二次污染的風(fēng)險(xiǎn)[25]。相比而言，物理和化學(xué)處理技術(shù)均不能實(shí)現(xiàn)尾水營(yíng)養(yǎng)鹽的循環(huán)利用，本研究采用尾水培養(yǎng)微藻去除N、P 營(yíng)養(yǎng)鹽，再利用濾食性貝類(lèi)攝食尾水中微藻和懸浮物的生物處理方法，不僅能實(shí)現(xiàn)尾水的高效凈化，且能收獲微藻和貝類(lèi)，兼具生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 貝、藻的生態(tài)適應(yīng)性

溫度是影響?hù)~(yú)類(lèi)、貝類(lèi)等變溫動(dòng)物生命活動(dòng)、機(jī)體代謝及能量轉(zhuǎn)化的主要因素[26]，同時(shí)也是決定水體中微藻呼吸強(qiáng)度的能源水平的重要環(huán)境因子[27]，pH、鹽度、溶解氧和光照也是影響水生動(dòng)植物健康生長(zhǎng)的重要水質(zhì)因子。香港牡蠣在10～33 ℃均可存活，最適宜水溫為15～25 ℃，適宜鹽度為5‰～25‰，適宜pH 為 8.0～8.6；螺旋藻生長(zhǎng)存活溫度為15～40 ℃，但螺旋藻喜高溫，最適生長(zhǎng)溫度一般在28～35 ℃[28]，并可馴化在較低鹽度下存活[29]，適宜pH 為8～11。本實(shí)驗(yàn)期間水體相關(guān)理化指標(biāo)均可滿(mǎn)足香港牡蠣和鈍頂螺旋藻的生長(zhǎng)存活需求，但實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)牡蠣成活率相對(duì)較低，可能是受水體的藻濃度或懸浮顆粒物影響。宋強(qiáng)等[30]研究指出，由于貝類(lèi)的生理和自身攝食機(jī)制受到高濃度TSS 水域的限制，會(huì)出現(xiàn)攝食減少和機(jī)體損傷的不適反應(yīng)。Suedel 等[31]也認(rèn)為水體中TSS 濃度與牡蠣的運(yùn)動(dòng)頻次存在顯著負(fù)相關(guān)，且會(huì)影響牡蠣成活率。本研究后期香港牡蠣成活率明顯降低，可能是螺旋藻濃度升高，水體中的TSS 也不斷升高，高濃度 的TSS 使牡蠣產(chǎn)生生理應(yīng)激反應(yīng)所導(dǎo)致。因此，貝-微藻原位處理養(yǎng)殖尾水時(shí)，選用合適的貝類(lèi)、微藻品種以及微藻密度，將有助于實(shí)現(xiàn)尾水的資源化利用。

3.3 牡蠣對(duì)水體中TSS 的凈化效果

水體中的TSS 主要包括細(xì)菌、浮游植物、殘餌、代謝產(chǎn)物等，這些TSS 大量存在于各類(lèi)養(yǎng)殖尾水中。用牡蠣處理養(yǎng)殖尾水時(shí)，其可攝食養(yǎng)殖水體中的各種藻類(lèi)、原生動(dòng)物和細(xì)菌等[32]供給自身生長(zhǎng)所需，通過(guò)生物沉淀和生物過(guò)濾的方式凈化水體中的TSS。當(dāng)水體中TSS 去除效果不明顯時(shí)，會(huì)影響水體透明度、溶解氧含量以及微藻生長(zhǎng)[33]，出現(xiàn)水質(zhì)惡化反復(fù)的問(wèn)題。Clemence 等[34]用濾食性貝類(lèi)對(duì)沿海水華水體中TSS 的沉積率進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)貝類(lèi)對(duì)TSS 的沉降量可達(dá)50%以上。Ramos和Navarro[35]的研究顯示牡蠣對(duì)TSS 的濾食去除率可達(dá)34.13%，且能去除95.24%的濁度，從而改善尾水質(zhì)量。本實(shí)驗(yàn)中，水體中的TSS 主要以微藻和細(xì)菌的形式存在，實(shí)驗(yàn)第70 天 M 組的TSS 濃度出現(xiàn)降低，而NC 組TSS 最高，S 和L 組TSS 增加但增加量低于NC 組，表明3 種規(guī)格的牡蠣均可降低TSS 濃度，從而凈化水質(zhì)。付家想等[36]研究香港巨牡蠣 (Magallanahongkongensis) 的攝食率和清濾率發(fā)現(xiàn)，隨個(gè)體大小的增加，個(gè)體攝食率和清濾率也明顯上升。本研究也顯示出相似結(jié)果，實(shí)驗(yàn)第35 天 L 組的TSS 濃度低于S、M 和NC 組，但第70 天時(shí)，受牡蠣的成活率和個(gè)體攝食率的雙重影響，M 組相比于S 和L 組對(duì)TSS 具有更明顯的凈化效果。

3.4 貝、藻耦合對(duì)水體中N、P 的凈化效果

集約化海水養(yǎng)殖尾水中高濃度的N、P 營(yíng)養(yǎng)鹽是制約尾水排放的重要壁壘[5,37]。當(dāng)前大量研究發(fā)現(xiàn)微藻可以有效凈化養(yǎng)殖尾水并可提升微藻生物量[16,38]。微藻對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水的凈化效果受微藻細(xì)胞藻濃度、光照和溫度等多種因素的影響。微藻作為貝類(lèi)食物來(lái)源，可被貝類(lèi)通過(guò)濾水和濾食作用利用[36]。呂俊平等[39]通過(guò)設(shè)置不同藻濃度 (25～400 mg·L-1) 處理水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水，發(fā)現(xiàn)較高濃度的藻液對(duì)養(yǎng)殖尾水中NO3--N 的去除率 (91.42%) 顯著高于低濃度組 (57.14%)。Comeau[40]的研究也發(fā)現(xiàn)，不同規(guī)格的牡蠣均對(duì)微藻數(shù)量有抑制作用，且單位個(gè)體的清濾率與個(gè)體大小呈顯著正相關(guān)。在本研究中，基于螺旋藻和香港牡蠣是同時(shí)進(jìn)入養(yǎng)殖尾水，水體理化指標(biāo)變化也基本一致，結(jié)果顯示，螺旋藻增長(zhǎng)量NC 組＞S 組＞L 組＞M 組，說(shuō)明M 組對(duì)螺旋藻的攝食作用最佳。水體中無(wú)機(jī)氮、無(wú)機(jī)磷營(yíng)養(yǎng)鹽的去除效果也與藻濃度密切相關(guān)，表現(xiàn)為M 組的TIN、PO43--P 去除率 (49.05%、69.36%) 均低于S 組(77.30%、95.52%)、L 組 (73.07%、98.37%)，且均低于NC 組 (89.29%、98.93%)。BC 組中無(wú)機(jī)氮、無(wú)機(jī)磷營(yíng)養(yǎng)鹽也有較高的去除率，原因可能是生物絮團(tuán)養(yǎng)殖尾水中含有卵囊藻，實(shí)驗(yàn)期間卵囊藻大量繁殖引起。Geng 等[41]研究發(fā)現(xiàn)廢水中的污染物被微藻生物質(zhì)吸收，三角帆蚌 (Hyriopsiscumingii) 通過(guò)連續(xù)濾食微藻能去除水體中92.89%的TP。曹煜成等[42]研究指出鈍頂螺旋藻的細(xì)胞生物量與其所含TN、TP 間均存在顯著的線性正相關(guān)性。本研究中，實(shí)驗(yàn)第70 天S、M 和L 組對(duì)TN、TP 均有明顯的凈化效果，其中M 組凈化效果最佳，TN 和TP 去除率分別為38.91%和55.10%，高于NC 組的18.23%和20.63%。由于NC 組與實(shí)驗(yàn)組水體中螺旋藻濃度有一定差異，實(shí)驗(yàn)組的螺旋藻被貝類(lèi)攝食后藻量減少，勢(shì)必引起TN、TP 濃度的降低。M 組無(wú)機(jī)氮、無(wú)機(jī)磷和TN、TP 的凈化表現(xiàn)出相反的效果，這可能是因?yàn)镸 組牡蠣對(duì)螺旋藻濾食效果最佳，因此對(duì)TN、TP 的去除率顯著高于其他實(shí)驗(yàn)組，但同時(shí)影響了螺旋藻對(duì)無(wú)機(jī)氮、無(wú)機(jī)磷的吸收，導(dǎo)致M 組無(wú)機(jī)氮、無(wú)機(jī)磷的凈化效果較差。

綜上所述，用不同規(guī)格牡蠣耦合螺旋藻凈化含有高濃度N、P 營(yíng)養(yǎng)鹽的養(yǎng)殖尾水，實(shí)驗(yàn)第70 天M 組體質(zhì)量增長(zhǎng)顯著高于S 和L 組 (P＜0.05)，且對(duì)螺旋藻有較好的攝食效果，明顯降低了TSS 的濃度；NC 組去除無(wú)機(jī)氮、無(wú)機(jī)磷效果最好，去除率分別為89.29%、98.93%；M 組去除TN、TP 效果最優(yōu)，去除率分別為38.91%、55.10%。表明香港牡蠣耦合螺旋藻凈化養(yǎng)殖尾水具有良好的效果，但當(dāng)TSS 較高時(shí)，牡蠣可能產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng)而出現(xiàn)負(fù)效應(yīng)，若將牡蠣和螺旋藻培養(yǎng)進(jìn)行異位處理或調(diào)整營(yíng)養(yǎng)鹽與牡蠣生物量及規(guī)格大小配比，或有利于提高尾水的凈化效果。