普通小球藻對水體NH4+-N、NO2?-N去除效果及NO2?-N的同化途徑

沈 雷， 高建操， 聶志娟， 鄭兆偉， 胡佳雯，邵乃麟， 孫 毅， 徐鋼春,,*

(1. 上海海洋大學(xué)水產(chǎn)與生命學(xué)院，上海 201306；2. 中國水產(chǎn)科學(xué)研究院淡水漁業(yè)研究中心，江蘇 無錫 214081；3. 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)無錫漁業(yè)學(xué)院，江蘇 無錫 214081)

氨氮(主要為非離子氨)、亞硝酸鹽氮是養(yǎng)殖水體中主要的毒害物質(zhì)，對水產(chǎn)動(dòng)物生存環(huán)境有至關(guān)重要的影響。水體中非離子氨與離子氨能夠相互轉(zhuǎn)化；水溫或pH越高，水中非離子氨的含量也越高。而水體中NH4+-N和NO2?-N濃度過高會(huì)造成養(yǎng)殖動(dòng)物免疫力下降、發(fā)生病害甚至死亡[1-5]。因此，去除養(yǎng)殖水體中NH4+-N和NO2?-N對于保證養(yǎng)殖動(dòng)物的健康意義重大[6-7]。

對于養(yǎng)殖水體NH4+-N和NO2?-N的升高，生產(chǎn)中常用化學(xué)氧化劑緩解。化學(xué)方法雖在短期內(nèi)具有較好的去除效果，但同時(shí)會(huì)影響水體微生物群落組成，擾亂池塘生態(tài)平衡[8-11]。隨著生態(tài)理念的推廣和綠色養(yǎng)殖技術(shù)的普及，越來越多的養(yǎng)殖戶選擇微生態(tài)制劑調(diào)控水質(zhì)及改良底質(zhì)；在循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)(RAS)等工廠化養(yǎng)殖中尤為明顯[12-13]。除微生物外，藻類作為池塘中的初級生產(chǎn)者，對維護(hù)養(yǎng)殖池塘生態(tài)平衡同樣具有重要的作用。

普通小球藻(Chlorella vulgaris)作為單細(xì)胞浮游植物，以其繁殖迅速、生命力強(qiáng)被水產(chǎn)界廣泛使用[14-16]。目前，多項(xiàng)研究關(guān)注小球藻對NH4+-N和NO2?-N的去除效果，而忽略了二者之間的關(guān)聯(lián)[17-20]；而實(shí)際養(yǎng)殖水體中NH4+-N、NO2?-N同時(shí)存在，兩者之間存在協(xié)同和轉(zhuǎn)化。近年來，多數(shù)研究表明小球藻具有凈化養(yǎng)殖水體的功能，但不同種類的小球藻去除NH4+-N、NO2?-N效果不盡相同。劉祥等[21]研究發(fā)現(xiàn)普通小球藻在自養(yǎng)模式下無法去除NH4+-N。而許元釗等[22]發(fā)現(xiàn)索羅金小球藻(C. sorokiniana)能夠去除NH4+-N，但無法去除NO2?-N。我國常見的小球藻種類有普通小球藻、蛋白核小球藻(C. pyrenoidosa)和橢圓小球藻(C.ellipsoidea)等，其中普通小球藻是水產(chǎn)養(yǎng)殖中廣泛使用的一種。因此，揭示普通小球藻對NH4+-N、NO2?-N去除效果及相關(guān)影響因子對于水產(chǎn)健康養(yǎng)殖意義重大。

目前，小球藻對水體中NH4+-N去除途徑研究的比較透徹，主要為小球藻直接同化吸收以及水體中pH變化導(dǎo)致NH4+-N揮發(fā)[23-24]；而有關(guān)小球藻去除水體中NO2?-N的研究較少。這也導(dǎo)致了養(yǎng)殖池塘亞硝酸鹽濃度偏高時(shí)，養(yǎng)殖戶缺乏有效的生態(tài)應(yīng)對措施。本研究以普通小球藻為研究對象，檢測了普通小球藻對水體中NH4+-N、NO2?-N的去除效果和規(guī)律，同時(shí)探究了普通小球藻同化水體中NO2?-N潛在途徑。本研究結(jié)果將有助于進(jìn)一步加深對小球藻去除NO2?-N效果和途徑的認(rèn)知，為小球藻在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的科學(xué)使用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

普通小球藻由實(shí)驗(yàn)室制備，接種于新鮮無菌的BG-11培養(yǎng)基，于光照4500 lx、光暗比12 h/12 h、溫度26 ℃下恒溫培養(yǎng)，達(dá)到對數(shù)生長期的高密度藻液用于實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)水體由水產(chǎn)飼料在自來水中自然釋放氮營養(yǎng)鹽制得；實(shí)驗(yàn)容器為3 L玻璃燒杯。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

將藻母液置以3500 r/min離心10 min后，棄去上清液，用蒸餾水反復(fù)洗滌3次，去除藻液中營養(yǎng)鹽。飼料廢水置以5000 r/min離心5 min后，取上清液用于實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)溫度為28 ℃，曝氣量為2 L/min，連續(xù)曝氣與光照。

不同條件下小球藻對NH4+-N、NO2?-N的去除效果實(shí)驗(yàn)取飼料廢水15 L，充分混勻后分成15份，實(shí)驗(yàn)組添加普通小球藻至初始密度為2.5×105個(gè)/mL，光照強(qiáng)度為18000 lx。設(shè)置A組∶對照，B組∶普通小球藻，C組∶普通小球藻＋曝氣，D組∶普通小球藻＋光照，E組∶普通小球藻＋光照＋曝氣，每組3個(gè)平行，每隔12 h檢測各組水體中NH4+-N、NO2?-N質(zhì)量濃度及小球藻細(xì)胞密度。

不同光照強(qiáng)度下普通小球藻對NH4+-N、NO2?-N的去除效果實(shí)驗(yàn)取飼料廢水15 L，充分混勻后分成15份，添加普通小球藻至初始密度為2.5×105個(gè)/mL，設(shè)置不同光照強(qiáng)度組∶0 lx(A組)、3000 lx (B組)、6000 lx (C組)、9000 lx(D組)和18000 lx (E組)5個(gè)組，每組3個(gè)平行，給予曝氣條件，每隔12 h檢測水體中NH4+-N、NO2?-N質(zhì)量濃度及藻細(xì)胞密度。

不同初始密度的普通小球藻對NH4+-N、NO2?-N的去除效果實(shí)驗(yàn)取飼料廢水12 L，充分混勻后分成12份，設(shè)置初始藻密度分別為對照(0)、低密度(5.0×104個(gè)/mL)、中密度(2.5×105個(gè)/mL)、高密度(1.25×106個(gè)/mL) 4個(gè)組，每組3個(gè)平行，給予18000 lx光照與曝氣條件，每隔12 h檢測水體中NH4+-N、NO2?-N質(zhì)量濃度及藻細(xì)胞密度。

曝氣對亞硝酸鈉溶液中NO2?-N濃度的影響實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確稱取0.4928 g亞硝酸鈉(分析純)，溶解于超純水，定容至1 L，制成NO2?-N質(zhì)量濃度為0.100 mg/mL的標(biāo)準(zhǔn)液。分別取1、3 和5 mL標(biāo)準(zhǔn)液，用純水稀釋配置成質(zhì)量濃度分別為0.1、0.3和0.5 mg/L的NO2?-N溶液，給予18000 lx光照與曝氣條件，每隔6 h檢測水體中NO2?-N含量。

普通小球藻處理下NH4+-N、NO2?-N、NO3?-N質(zhì)量濃度的變化規(guī)律實(shí)驗(yàn)取飼料廢水6 L，經(jīng)高壓蒸汽滅菌后充分混勻分成6份，3份添加普通小球藻為實(shí)驗(yàn)組，設(shè)置初始藻密度為5.0×105個(gè)/mL，對照組不添加普通小球藻。給予18000 lx光照與曝氣條件，每隔6 h檢測水體中NH4+-N、NO2?-N、NO3?-N質(zhì)量濃度及藻細(xì)胞密度。并分別在6 h (NH4+-N吸附過程)和24 h(NO2?-N吸附過程)時(shí)檢測普通小球藻亞硝酸鹽還原酶(NiR，江蘇酶免實(shí)業(yè)有限公司)活性。

1.3 水質(zhì)測定

NH4+-N測定采用納氏試劑分光光度法，NO2?-N采用N-(1-萘基)-乙二胺分光光度法，NO3?-N采用紫外分光光度法[25]，溶解氧(DO)和pH采用水質(zhì)分析儀測定(Thremo Orion Star A329; Thermo Fisher Scientific Inc, Waltham, 美國)。普通小球藻采用血球計(jì)數(shù)板計(jì)數(shù)。去除率r計(jì)算公式∶

式中，C0和C1分別為某時(shí)刻對照組與處理組濃度(mg/L)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(mean±SD)表示，采用SPSS 18.0軟件進(jìn)行方差分析與回歸分析，其中P＜0.05和＊表示差異顯著，P＜0.01和＊＊表示差異極顯著。采用Microsoft Excel 2019軟件繪圖，其中組內(nèi)時(shí)間上差異顯著性用大寫字母標(biāo)注，組間差異用小寫字母標(biāo)注。

2 結(jié)果

2.1 不同條件下普通小球藻對NH4+-N、NO2?-N去除效果及藻密度變化

無光照組間NH4+-N含量無顯著差異(P＞0.05)，而有光照組從第12小時(shí)開始 NH4+-N含量顯著低于無光照組(P＜0.05)；在第24和48小時(shí)，E組NH4+-N去除率顯著高于D組(P＜0.05；表1)；表明光照是普通小球藻去除NH4+-N的必要條件，而曝氣對NH4+-N的去除有一定的促進(jìn)作用。

表1 不同條件下小球藻去除NH4+-N、NO2?-N效果及藻密度變化Tab. 1 Removal effects of NH4+-N and NO2?-N by C. vulgaris under different conditions and the changes of algal density

無光照組NO2?-N含量有隨時(shí)間逐步上升的趨勢，而D、E組NO2?-N含量分別在第36和24小時(shí)顯著低于無光照組(P＜0.05；表1)；與D組相比，E組在24～72 h具有更高的NO2?-N去除率。綜上表明，普通小球藻對NO2?-N去除明顯滯后于NH4+-N的去除；合適的光照條件下，普通小球藻能有效去除NO2?-N，同時(shí)曝氣可以顯著提高普通小球藻對NO2?-N的去除速率與去除率(P＜0.05)；在缺乏光照的條件下，曝氣會(huì)誘導(dǎo)NO2?-N產(chǎn)生。

光照組普通小球藻數(shù)目迅速增加且顯著高于無光照組(P＜0.05；表1)；E組藻密度略高于D組；說明光照充足時(shí)，普通小球藻能快速利用水體營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行增殖，曝氣對普通小球藻生物量的增加有一定的促進(jìn)作用。

2.2 不同光照強(qiáng)度下普通小球藻對NH4+-N、NO2?-N去除效果及藻密度變化

自實(shí)驗(yàn)開始，各處理組NH4+-N含量均顯著低于A組(P＜0.05)，B、C、D三組在0～24 h隨光照強(qiáng)度增加，NH4+-N去除速率顯著加快(P＜0.05)，D組與E組無顯著差異(P＞0.05)；36 h后各處理組NH4+-N去除率無顯著差異(P＞0.05；表2)；表明光照強(qiáng)度增加有利于提高NH4+-N去除速率，光照強(qiáng)度為9000 lx時(shí)即有較好的NH4+-N去除效果。在第48小時(shí)時(shí)，E組具有最高的NH4+-N去除率，為96.23%(表2)；經(jīng)回歸分析，NH4+-N去除率(Y)與時(shí)間(X1)、光照(X2)關(guān)系∶YNH4＋-N=1.189X1+5.79×10?4X2+24.158，R2=0.664。

表2 不同光照強(qiáng)度下小球藻去除NH4+-N、NO2?-N效果及藻密度變化Tab. 2 Removal effects of NH4+-N and NO2?-N by C. vulgaris under different light intensities and the changes of algal density

B、C、D、E組NO2?-N含量分別從第60、36、24和24小時(shí)顯著低于A組(P＜0.05)，且E組NO2?-N去除率在第36小時(shí)顯著高于D組(P＜0.05)；表明NO2?-N去除速率隨光照強(qiáng)度增加而加快。在第60小時(shí)時(shí)，D組具有最高的NO2?-N去除率，為99.19%(表2)；經(jīng)回歸分析，NO2?-N去除率(Y)與時(shí)間(X1)、光照(X2)關(guān)系∶YNO2?-N=1.562X1+1.909×10?3X2?26.078，R2=0.762。

A組藻密度未顯著升高，而B、C、D、E組藻密度自實(shí)驗(yàn)開始即快速上升，分別在第60、60、36和24小時(shí)達(dá)到平臺(tái)期(表2)。表明在充足的營養(yǎng)條件下，隨著光照強(qiáng)度增加，微藻繁殖速率加快。

2.3 不同普通小球藻密度去除NH4+-N、NO2?-N效果及藻密度變化

對照組NH4+-N含量逐步下降，低、中、高密度組NH4+-N含量分別在第24、12和12小時(shí)顯著低于對照組(P＜0.05)，且高密度組NH4+-N去除率顯著高于中密度組(P＜0.05)；表明NH4+-N去除速率隨藻密度增加而加快。在第24小時(shí)中密度組具有最高的NH4+-N去除率，為94.92%(表3)；經(jīng)回歸分析，NH4+-N去除率(Y)與時(shí)間(X1)、藻密度(X3)關(guān)系為YNH4＋-N=0.888X1+1.02×10?5X3+32.555，R2=0.408。

表3 不同普通小球藻密度去除NH4+-N、NO2?-N效果及藻密度變化Tab. 3 Removal effects of NH4+-N and NO2?-N by C. vulgaris at different densities and the changes of algal density

低、中、高密度組NO2?-N含量分別在第48、24和24小時(shí)顯著低于對照組，中、高密度組之間無顯著差異(P＜0.05)；表明藻密度為2.5×105個(gè)/mL即有較好的NO2?-N去除效果。在第60小時(shí)，中密度組具有最高的NO2?-N去除率，為99.05%(表3)；經(jīng)回歸分析，NO2?-N去除率(Y)與時(shí)間(X1)、藻密度(X3)關(guān)系為YNO2?-N=1.746X1+1.64×10?5X3?17.250，R2=0.613。

三個(gè)處理組藻密度均逐漸上升(表3)，低密度與中密度組在第48小時(shí)達(dá)到平臺(tái)期；高密度組在第24小時(shí)達(dá)到平臺(tái)期，36 h后開始下降；中密度組藻密度在第48～72小時(shí)顯著高于其他2組(P＜0.05)，其他2組之間無顯著差異(P＞0.05)。綜上，在充足的營養(yǎng)條件下，微藻繁殖速度隨藻密度增加而加快，而營養(yǎng)缺乏時(shí)，微藻生物量會(huì)迅速下降。

2.4 曝氣對NO2?-N的去除效果及水體溶解氧(DO)變化

圖1-a為曝氣對NO2?-N的去除效果，3種濃度NO2?-N均未呈現(xiàn)出下降趨勢。而12 h后溶解氧含量達(dá)到9 mg/L以上(圖1-b)，說明短時(shí)曝氣無法去除NO2?-N，即空氣中的氧氣無法直接氧化NO2?-N。3組DO變化趨勢一致，先快速上升，隨后在平臺(tái)期上下波動(dòng)(圖1-b)。

圖1 曝氣對不同初始濃度NO2?-N含量、溶解氧的影響不同大寫字母表示組內(nèi)不同時(shí)間點(diǎn)指標(biāo)差異顯著(P＜0.05)，下同。Fig. 1 Effects of aeration on NO2?-N content and dissolved oxygen at different initial concentrationsDifferent uppercase letters indicated temporal differences in a given group(P＜0.05), the same below.

2.5 普通小球藻對NH4+-N、NO2?-N、NO3?-N的去除效果及其變化規(guī)律

藻組NH4+-N、NO3?-N、NO2?-N含量分別從0、12和18 h后開始下降(圖2-a～c)；最高去除率分別為94.73%、92.24%和98.99%(表4)。表明普通小球藻能有效去除氮無機(jī)鹽，去除順序?yàn)镹H4+-N＞NO3?-N＞NO2?-N。結(jié)合0～12 h藻組溶解氧含量迅速升高(圖2-d)，而此時(shí)間段NO3?-N、NO2?-N濃度均未發(fā)生顯著變化，表明普通小球藻光合作用產(chǎn)生的氧氣無法將NO2?-N氧化成NO3?-N。

圖2 普通小球藻對NH4+-N、NO2?-N與NO3?-N去除效果及水體中DO、pH、藻密度變化“*”表示同一時(shí)間點(diǎn)各處理組間差異顯著(P＜0.05)，“**”表示同一時(shí)間點(diǎn)各處理組間差異極顯著(P＜0.01)，下同。Fig. 2 Removal effects of C. vulgaris on NH4+-N, NO2?-N and NO3?-N and the changes of DO, pH and algae density in water"*" means significant difference between treatment groups at the same time point (P＜0.05), "**" means extremely significant difference between treatment groups at the same time point (P＜0.01), the same below.

表4 普通小球藻對NH4+-N、NO2?-N與NO3?-N的去除率變化Tab. 4 Removal rates of NH4+-N、NO2?-N與NO3?-N by C. vulgaris %

實(shí)驗(yàn)期間，普通小球藻數(shù)目逐步上升(圖2-f)，藻組與對照組DO、pH均顯著上升(P＜0.05)，但藻組上升幅度大于對照組，其中藻組DO含量在12～30 h均顯著高于對照組(P＜0.05；圖2-d)，藻組pH在6～30 h均顯著大于對照組(P＜0.05；圖2-e)。綜上，普通小球藻利用氮鹽繁殖時(shí)有利于提高水體DO與pH。

2.6 NH4+-N、NO2?-N下降過程中普通小球藻亞硝酸鹽還原酶活性變化

第6和24小時(shí)分別為NH4+-N與NO2?-N下降過程，小球藻細(xì)胞內(nèi)亞硝酸鹽還原酶活性分別為(56.59±3.56) ng/L和(130.62±7.41) ng/L，二者差異顯著(P＜0.05；圖3)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，普通小球藻細(xì)胞內(nèi)存在亞硝酸鹽還原酶，NO2?-N可能在該酶的作用下被還原成氨氮，由此造成24～30 h氨氮去除率輕微下降(表4)。

圖3 NH4+-N、NO2?-N下降過程中普通小球藻亞硝酸鹽還原酶活性變化Fig. 3 Changes of nitrite reductase activity during NH4+-N and NO2?-N descending process

3 討論

3.1 普通小球藻對水體中無機(jī)氮的去除

本研究發(fā)現(xiàn)在適宜的光照條件下，普通小球藻能有效去除氮營養(yǎng)鹽，充足的碳源可能是必要保障。光照條件下，曝氣能夠提高藻對NO2?-N的去除速率，可能是CO2作為額外碳源增加了水體碳氮比，削弱了普通小球藻繁殖的碳限制[26-27]。類似地，王瑋蔚等[28]發(fā)現(xiàn)，隨著HCO3?濃度的增加，普通小球藻生長逐漸加快。研究表明，普通小球藻在光照下能利用無機(jī)碳源進(jìn)行自養(yǎng)繁殖，同時(shí)普通小球藻還能夠直接利用葡萄糖、D-果糖等有機(jī)碳源進(jìn)行異養(yǎng)繁殖[29-30]。Babaei等[31]以葡萄糖為碳源，在黑暗環(huán)境中異養(yǎng)培養(yǎng)普通小球藻能有效去除NH4+-N。綜上，在生產(chǎn)上同時(shí)提供無機(jī)和有機(jī)碳源可能加速小球藻去除無機(jī)氮的效果，但具體效果還需要進(jìn)一步的研究。

與Syrett[32]研究結(jié)果一致，本研究發(fā)現(xiàn)普通小球藻對NH4+-N、NO2?-N、NO3?-N均具有較強(qiáng)的去除能力，且普通小球藻利用氮營養(yǎng)鹽順序?yàn)镹H4+-N＞NO3?-N＞NO2?-N。在前人的研究中也有不同的報(bào)道，楊坤等[33]研究小球藻凈化養(yǎng)殖水體水質(zhì)時(shí)，發(fā)現(xiàn)NO3?-N無法去除。劉娥等[34]利用菌藻系統(tǒng)處理水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水時(shí)，發(fā)現(xiàn)單藻條件下無法去除NO2?-N。秦璐等[35]研究小球藻對羅非魚養(yǎng)殖水體水質(zhì)的影響，結(jié)果表明小球藻對NO2?-N與NO3?-N均無顯著去除效果。上述研究與本研究結(jié)果不符的原因在于普通小球藻利用氮鹽具有選擇性，當(dāng)水體中NH4+-N持續(xù)存在時(shí)，普通小球藻僅優(yōu)先利用NH4+-N，導(dǎo)致NO2?-N、NO3?-N去除效果不顯著。然而，劉梅等[36]利用蛋白核小球藻凈化凡納濱對蝦養(yǎng)殖廢水，發(fā)現(xiàn)蛋白核小球藻優(yōu)先去除NO2?-N與NO3?-N，這可能是由于NH4+-N濃度超出了藻類的理想吸收范圍導(dǎo)致的；Ohmori等[37]研究表明，氨氮濃度降低到一定濃度時(shí)，微藻對氨氮的吸收速率顯著提高。

3.2 光照強(qiáng)度與初始藻密度對NH4+-N、NO2?-N的去除效果

本實(shí)驗(yàn)中對照組NH4+-N含量降低與曝氣導(dǎo)致的NO2?-N含量升高，可能是NH4+-N揮發(fā)與被氧化所致[38-40]。在有氧環(huán)境下，亞硝酸細(xì)菌將NH4+-N氧化成NO2?-N，而硝酸細(xì)菌繁殖周期相對較長，不能及時(shí)將NO2?-N氧化成NO3?-N，因此導(dǎo)致NH4+-N降低與NO2?-N堆積[41-42]。

與鄭嬌莉等[43]研究結(jié)果相似，本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，光照強(qiáng)度為18000 lx時(shí)NH4+-N去除率可達(dá)96.23%，接種初始藻密度為2.5×105個(gè)/mL 時(shí)NH4+-N去除率達(dá)94.92%，而對NO2?-N去除率均接近100%；效果優(yōu)于劉盼等[18]、楊坤等[33]與焦蓉婷等[44]實(shí)驗(yàn)中NH4+-N和NO2?-N的去除效果，表明藻類去除氮鹽效果與藻種類、環(huán)境等密切相關(guān)。本研究表明，在18000 lx時(shí)NH4+-N去除率最高，在9000 lx時(shí)NO2?-N去除率最高，初始藻密度在2.5×105個(gè)/mL時(shí)對NH4+-N、NO2?-N去除率最高，但光照與藻密度交互作用對氮鹽的去除效果尚需進(jìn)一步研究。

3.3 NO2?-N的同化途徑

本研究顯示，曝氣條件下溶解氧含量達(dá)到9 mg/L以上NO2?-N含量未發(fā)生顯著變化，同時(shí)在普通小球藻快速產(chǎn)氧期(0～12 h)時(shí)水體中NO2?-N與NO3?-N含量未發(fā)生顯著變化，表明氧氣無法氧化NO2?-N，這可能與NO2?-N自身具有一定強(qiáng)度的氧化性有關(guān)[45-46]。在生產(chǎn)中，開增氧機(jī)能降低養(yǎng)殖池塘NO2?-N含量，其原因可能是硝化細(xì)菌將NO2?-N氧化所致，因?yàn)樵谟醒醐h(huán)境中硝化細(xì)菌能夠加速將NO2?-N氧化至NO3?-N[47]。本實(shí)驗(yàn)中NH4+-N下降階段(6 h)亞硝酸鹽還原酶活性較低[(56.59±3.56) ng/L]，而在NO2?-N下降階段(24小時(shí))亞硝酸鹽還原酶活性升高了2.3倍。因此，本實(shí)驗(yàn)中小球藻去除NO2?-N的機(jī)理∶藻細(xì)胞內(nèi)亞硝酸鹽還原酶將NO2?-N還原成NH4+-N進(jìn)而被同化吸收。

3.4 普通小球藻對水體DO、pH影響及藻密度變化

藻類通式為C106H263O110N16P[48]，與其他藻類一樣，普通小球藻的擴(kuò)增同時(shí)需要碳源和氮源，二氧化碳作為小球藻光合作用的碳源被同化吸收，導(dǎo)致水體中溶解CO2含量變少，其電離平衡向生成CO2的方向移動(dòng)，造成水體中的H+大量消耗，pH升高；同時(shí)光合作用釋放出大量的氧氣，增加水體中溶解氧含量，因此，本實(shí)驗(yàn)中普通小球藻組DO與pH顯著高于對照組。本研究中小球藻在吸收無機(jī)氮源時(shí)，生物量迅速增長，消耗了水體中的營養(yǎng)鹽，限制了后期普通小球藻的增殖[49-51]，表現(xiàn)為藻密度相對穩(wěn)定。

3.5 普通小球藻在水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)上的應(yīng)用

養(yǎng)殖水體添加普通小球藻后，普通小球藻可以迅速同化吸收無機(jī)氮離子，合成自身生物量，此時(shí)氮的走向?yàn)闊o機(jī)氮→小球藻；小球藻被濾食性魚類或輪蟲等浮游動(dòng)物攝食，氮走向變?yōu)樾∏蛟?植物蛋白)→水生動(dòng)物(動(dòng)物蛋白)。通過普通小球藻對水體中氮營養(yǎng)鹽的吸收利用，可有效防止氮營養(yǎng)鹽含量過高引起藍(lán)藻爆發(fā)[52-53]。普通小球藻通過光合作用將水體中溶解的CO2作為碳源同化吸收，保持水體弱堿性環(huán)境，降低有害細(xì)菌繁殖[54]；同時(shí)光合作用釋放氧氣，增加水體溶解氧含量，為養(yǎng)殖動(dòng)物提供生命保障，也為硝化作用提供必要條件，并有效預(yù)防NO3?-N在缺氧環(huán)境下被反硝化為NO2?-N，減少對養(yǎng)殖動(dòng)物的危害[55-57]。光照條件下曝氣可顯著提高普通小球藻對NO2?-N的去除速率與去除率，同時(shí)可促進(jìn)NH4+-N的去除，因此，利用普通小球藻處理富營養(yǎng)化養(yǎng)殖水體時(shí)可配合使用增氧機(jī)。適當(dāng)?shù)脑迕芏仍黾佑欣谔岣逳H4+-N與NO2?-N去除速率，因此，應(yīng)對養(yǎng)殖池塘NH4+-N、NO2?-N驟然升高，應(yīng)選擇合理增加藻體密度，而預(yù)防養(yǎng)殖池塘NH4+-N、NO2?-N升高，選擇較低藻密度處理即可。利用普通小球藻處理工廠化養(yǎng)殖尾水時(shí)，通過合理提高光照強(qiáng)度與藻密度，同時(shí)給予適當(dāng)強(qiáng)度的曝氣條件，可加快水體中氮鹽的去除以改善水質(zhì)。

4 結(jié)論

光照條件下普通小球藻能夠有效去除水體中NH4+-N、NO2?-N與NO3?-N，其利用順序?yàn)镹H4+-N＞NO3?-N＞NO2?-N。普通小球藻吸收亞硝酸鹽過程中，其細(xì)胞內(nèi)亞硝酸鹽還原酶活性顯著升高。光照增強(qiáng)與藻密度增加對氮鹽的去除具有一定的促進(jìn)作用，光照條件下曝氣可顯著提高普通小球藻對NO2?-N的去除速率與去除率。基于池塘水體原位生物修復(fù)，本研究結(jié)果可為綠色健康養(yǎng)殖提供理論支撐。

（作者聲明本文無實(shí)際或潛在的利益沖突）