翅堿蓬處理凡納濱對蝦養(yǎng)殖尾水效果的初步研究

杜世瀛 姜玉聲 黃姝 張冰倩 竇海琪 常尚龍 吳元浩

摘 要：為研究耐鹽堿植物翅堿蓬（Suaeda heteroptera）對養(yǎng)殖尾水的凈化效果，選擇初始株高為（6.83±0.35）cm，株徑為（2.12±0.13）mm的翅堿蓬，分別以0株/m2（對照組，A組）、40株/m2（處理組，B組）、80株/m2（處理組，C組）和120株/m2（處理組，D組）的種植密度，在靜水狀態(tài)下進(jìn)行了為期30 d的凡納濱對蝦養(yǎng)殖尾水處理試驗。試驗結(jié)果顯示，A組水體鹽度下降幅度（56.17%）最小，C組水體鹽度下降幅度（79.74%）最大。各處理組水體pH呈先波動上升后下降趨勢，至試驗結(jié)束時，B組、C組、D組水體pH顯著高于A組（P＜0.05）；養(yǎng)殖尾水中溶解氧（DO）含量隨著翅堿蓬種植密度的增加而升高；增加翅堿蓬種植密度對降低養(yǎng)殖尾水中總氨氮、亞硝酸氮（NO2--N）、硝酸氮（NO3--N）和活性磷（PO43--P）含量具有顯著效果，而化學(xué)需氧量（COD）下降不明顯。試驗結(jié)果表明，翅堿蓬對凡納濱對蝦養(yǎng)殖尾水具有一定凈化作用，合理增加翅堿蓬種植密度有利于提高對養(yǎng)殖尾水的凈化效果。

關(guān)鍵詞：翅堿蓬；凡納濱對蝦；養(yǎng)殖尾水；凈化

凡納濱對蝦（Litopenaeus vannamei）俗稱南美白對蝦，具有生長周期短、抗逆性強、肉質(zhì)鮮美等特點，是世界養(yǎng)殖產(chǎn)量最高的對蝦之一，也是我國養(yǎng)殖的主要對蝦種類［1-2］。隨著對蝦養(yǎng)殖業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)張，其對環(huán)境的影響越來越受到關(guān)注［3-4］。養(yǎng)殖尾水治理是我國水產(chǎn)綠色健康養(yǎng)殖技術(shù)推廣“五大行動”的重要內(nèi)容，對水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)綠色健康發(fā)展具有重要意義，也是當(dāng)下的研究熱點［5-8］。然而，基于凡納濱對蝦特定養(yǎng)殖模式特點的高效、低成本的尾水處理方法尚處于探究階段，尤其是針對鹽度、溫度、排水量等影響因子的“因地制宜型”尾水處理方案有待進(jìn)一步研究。

翅堿蓬（Suaeda heteroptera）又名鹽蒿、黃須菜，其葉呈條狀且肉質(zhì)化，為藜科堿蓬屬一年生耐鹽堿草本植物，是黃河、遼河等北方河流入海口濕地的主要優(yōu)勢物種。我國的翅堿蓬種類較多，分布廣泛，常見于“三北”地區(qū)濱海濕地、鹽沼湖泊的灘涂區(qū)域［9］。例如，遼寧盤錦“紅海灘”就是以翅堿蓬為主要植被類型的濕地，每年4月—10月，當(dāng)?shù)爻釅A蓬連片生長，景色壯麗，不僅為當(dāng)?shù)芈糜螛I(yè)創(chuàng)造了巨大價值，同時也為渤海遼東灣提供了重要的生態(tài)屏障。翅堿蓬對環(huán)境的耐受力極強，在淹沒或干露狀態(tài)下均能存活，且能夠吸收土壤中的鹽分以及氮、磷等富營養(yǎng)物質(zhì)［10］，對重金屬、石油烴等有機(jī)污染物也有富集和降解作用［11-12］，具有較強的水質(zhì)凈化能力［13］。

遼寧是我國凡納濱對蝦養(yǎng)殖的主產(chǎn)區(qū)之一，近年來，隨著對蝦養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，尤其是以工廠化、小棚養(yǎng)殖為代表的集約化模式的推廣，當(dāng)?shù)匮睾｛}堿地成為了養(yǎng)蝦集中區(qū)域。盤錦、營口地區(qū)作為遼寧省主要的對蝦養(yǎng)殖產(chǎn)區(qū)，養(yǎng)殖歷史悠久，產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)良好，探討“因地制宜”處理養(yǎng)殖尾水的方法和技術(shù)對于當(dāng)?shù)貙ξr養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)綠色健康發(fā)展有著重要意義。本試驗采用靜態(tài)污水處理的方法，分析了不同種植密度的翅堿蓬對凡納濱對蝦養(yǎng)殖尾水的凈化效果，以期為遼寧及北方地區(qū)對蝦養(yǎng)殖尾水生態(tài)處理和鹽堿濕地的生態(tài)修復(fù)提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

試驗用翅堿蓬取自遼寧省盤錦市大洼區(qū)三角洲地區(qū)鹽堿地。選取生長良好、規(guī)格大小基本一致的完整翅堿蓬幼苗，移栽至室內(nèi)種植槽中。種植槽為白色塑料水槽，長53.0 cm，寬35.0 cm，高19.5 cm。種植用土壤與翅堿蓬來自同處，經(jīng)晾干并混合均勻后，等量鋪入種植槽中，并在槽內(nèi)構(gòu)建坡度約為28°的斜坡。養(yǎng)蝦尾水來自盤錦光合蟹業(yè)有限公司凡納濱對蝦工廠化養(yǎng)殖車間。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設(shè)計

試驗前，采用經(jīng)過曝氣的井水在種植槽中預(yù)培養(yǎng)翅堿蓬，待其恢復(fù)正常狀態(tài)后，開始分組進(jìn)行對蝦養(yǎng)殖尾水處理試驗。

試驗于2022年7月2日—8月1日在閑置的養(yǎng)蝦車間進(jìn)行，共30 d，試驗期間室溫為25～31 ℃。根據(jù)盤錦當(dāng)?shù)仞B(yǎng)蝦車間周圍翅堿蓬的數(shù)量及自然分布特點，將翅堿蓬種植密度分為0株/m2（對照組，A組）、40株/m2（B組）、80株/m2（C組）、120株/m2（D組）4個組，每組設(shè)3個平行。采用靜態(tài)污水處理法將養(yǎng)蝦尾水澆灌于各種拉槽，每組試驗用水均為18 L。試驗期間，每3 d從各組采集水樣，每組水樣采集量為25 mL。各組初始水位高度均為14.5 cm，其間用去離子水（不含氮、磷）補充蒸發(fā)和采樣所損耗的水量，維持水位不變。定期檢查并用完好且大小基本一致的預(yù)留植株及時更換死亡或發(fā)生病害的植株，以保持翅堿蓬良好的生長狀態(tài)。

1.2.2 水質(zhì)指標(biāo)的測定方法

試驗期間，每3 d以“5點取樣法”分別采集對照組（A組）和3個試驗組（B、C、D組）的中上層水樣，分別混勻后進(jìn)行相關(guān)水質(zhì)指標(biāo)的測定。具體水質(zhì)指標(biāo)及測定方法見表1［14-15］。

根據(jù)以下公式計算水體中所測定水質(zhì)指標(biāo)的去除率［16］（Wi，%）。

Wi=［（C0-Ci）/C0］×100 （1）

式（1）中，C0為所測定水質(zhì)指標(biāo)的初始質(zhì)量濃度，Ci為第i天時所測定水質(zhì)指標(biāo)的質(zhì)量濃度。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。使用SPSS 25.0軟件對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析（one-way ANOVA），采用Duncans檢驗法對多組均值進(jìn)行多重比較，設(shè)P＜0.05為差異顯著。使用GraphPad Prism 9.0.0軟件繪圖。

2 結(jié)果

2.1 對蝦養(yǎng)殖尾水中鹽度、pH和DO的變化情況

試驗期間，對蝦養(yǎng)殖尾水鹽度隨處理時長的變化見圖1。隨著試驗的進(jìn)行，對照組A組和B、C、D 3個處理組對蝦養(yǎng)殖尾水的鹽度均呈下降趨勢。其中A組鹽度下降幅度最小，為56.17%，C組鹽度下降幅度最大，為79.74%。

試驗期間，對蝦養(yǎng)殖尾水pH隨處理時長的變化見圖2。A組水體的pH基本呈持續(xù)下降的態(tài)勢，從試驗初始的8.56±0.02降至8.31±0.06；B、C、D組水體pH則呈現(xiàn)先上升后下降的態(tài)勢，其中C組在試驗第9天達(dá)到峰值9.00±0.04，B組和D組則在第12天時分別達(dá)到峰值9.14±0.03和9.01±0.06，均顯著高于同一時間A組的pH（P＜0.05）。試驗第21天至第30天，B、C、D組水體pH在8.66～8.74范圍內(nèi)波動，且3個處理組間無顯著差異（P＞0.05）。

試驗期間，對蝦養(yǎng)殖尾水DO含量隨處理時長的變化見圖3。在試驗第18天，A組水體中的DO含量與其余各組存在顯著差異，且隨著試驗的進(jìn)行差距逐漸增大（P＜0.05）。在試驗開始后的前15 d，B組DO從（7.92±0.03）mg/L下降至（7.22±0.07）mg/L，隨后有所上升但變化較平緩，在試驗第27天達(dá)到（7.27±0.04）mg/L。隨著處理時間的延長，C組和D組DO含量在試驗第12～30天期間無顯著差異（P＞0.05）。

2.2 對蝦養(yǎng)殖尾水中氮、磷及COD的變化情況

試驗期間，對蝦養(yǎng)殖尾水總氨氮（TAN）含量隨處理時長的變化見圖4。在試驗的前3 d，D組水體中TAN含量下降速率最快，其次為C組，A組和B組TAN含量無顯著差異（P>0.05）。在第9天，B組TAN質(zhì)量濃度為（0.63±0.07）mg/L，顯著低于C組的（0.78±0.06）mg/L（P＜0.05）。試驗結(jié)束，A組TAN去除率（60.43%）最小，D組TAN去除率（77.70%）最大。

試驗期間，對蝦養(yǎng)殖尾水中的NO2--N含量隨處理時長的變化見圖5。在試驗的前3 d，D組水體中NO2--N含量下降最快，其次為C組，A組和B組NO2--N含量無顯著差異（P>0.05）。在第12天，B、C、D組間的NO2--N含量無顯著差異（P>0.05），但均顯著低于A組（P＜0.05）。試驗結(jié)束，A組對蝦養(yǎng)殖尾水中NO2--N的去除率為100%，其余各組對蝦養(yǎng)殖尾水中NO2--N的去除率均為99.20%。

試驗期間，對蝦養(yǎng)殖尾水中的NO3--N含量隨處理時長的變化見圖6。在試驗的前3 d，D組水體中的NO3--N含量下降最快，其次為C組，A組和B組的NO3--N含量無顯著差異（P>0.05）。在第9天和第12天，B、C、D組間的NO3--N含量無顯著差異（P>0.05），但均顯著低于A組（P＜0.05）。在第18天，D組NO3--N質(zhì)量濃度升至（0.61±0.05）mg/L，之后逐漸下降。在第21天，B組和C組NO3--N質(zhì)量濃度分別升至（0.71±0.04）、（0.83±0.05）mg/L，之后逐漸下降。試驗結(jié)束時，B組對蝦養(yǎng)殖尾水中NO3--N的去除率（94.29%）最小，D組NO3--N的去除率（99.29%）最大。

試驗期間，對蝦養(yǎng)殖尾水中的PO43--P含量隨處理時長的變化見圖7。在試驗第12天，B組、C組及D組的PO43--P質(zhì)量濃度分別為（0.17±0.04）mg/L、（0.17±0.04）mg/L和（0.09±0.07）mg/L，組間均無顯著差異（P>0.05）。試驗結(jié)束時，A組和D組PO43--P的去除率較高，均為98.85%，B組和C組PO43--P的去除率分別為95.40%、94.25%，但組間無顯著差異（P>0.05）。

試驗期間，對蝦養(yǎng)殖尾水COD隨處理時長的變化見圖8。在試驗開始后前6 d，C組和D組的COD快速上升，之后逐漸放緩；而B組的COD在試驗前15 d呈現(xiàn)連續(xù)升高的趨勢，之后在（11.51±0.34）～（11.98±0.50）mg/L范圍內(nèi)波動。對照組A組的COD在試驗期間變化較小，呈現(xiàn)緩慢降低后又逐漸升高的趨勢。

3 討論

3.1 翅堿蓬處理養(yǎng)蝦尾水中鹽度、pH和DO的變化

翅堿蓬作為一種嗜鹽植物具有較強的耐鹽堿特性，是典型的鹽堿地指示物種［17］。研究表明，翅堿蓬可以通過調(diào)整細(xì)胞數(shù)目、改變組織器官形態(tài)和結(jié)構(gòu)來適應(yīng)鹽堿環(huán)境［18-19］。張立賓等［20］發(fā)現(xiàn)，種植翅堿蓬3年后，濱海鹽漬土壤的含鹽量從16.4 g/kg下降至12.0 g/kg，脫鹽率達(dá)到26.83%，表明翅堿蓬在鹽堿土壤改良中具有較好的應(yīng)用效果。本研究中，各試驗組對蝦養(yǎng)殖尾水的鹽度均有下降，試驗結(jié)束時，B、C、D組對蝦養(yǎng)殖尾水鹽度的下降幅度依次為71.27%、79.74%、78.08%，均高于對照組A組。由于本研究中對各試驗組的水體取樣量與補充量基本一致，且翅堿蓬植株于試驗裝置內(nèi)分布均勻，推測各組對蝦養(yǎng)殖尾水鹽度下降的原因是：（1）翅堿蓬自身吸收Na+、Cl-等離子用于其生理代謝及生長發(fā)育［21］；（2）為便于分析，試驗過程中使用去離子水（不含氮、磷）補充蒸發(fā)和采樣所消耗的水量，雖然每次水體取樣量和補充量僅占各組試驗水體總量的很小比例，但在一定程度上也降低了水體的鹽度，因此，即使無翅堿蓬種植的A組水體的鹽度也有所下降。

水生植物能夠通過通氣組織向水體供氧，從而有助于促進(jìn)水體中含氮、磷有機(jī)污染物的分解［22］。本試驗在有塑料透明屋頂?shù)氖覂?nèi)進(jìn)行，室內(nèi)光照強度的變化易受天氣影響，因此在不同采樣時期植物的光合作用情況存在一定差異，進(jìn)而會影響各組對蝦養(yǎng)殖尾水中的DO含量。試驗結(jié)果證明，增加翅堿蓬種植密度對于提高養(yǎng)殖尾水中的DO含量具有一定的積極作用。此外，試驗中發(fā)現(xiàn)，在試驗初期B組水體的pH高于C組和D組，而在試驗后期，各處理組pH的變化幅度逐漸縮小，且各處理組間pH無顯著性差異，但B、C、D組與對照組之間pH存在顯著差異。胡傲等［23］通過在不同生長型沉水植物配置對生物量積累和水質(zhì)凈化效果影響的研究中也有類似的結(jié)果。胡傲等［23］通過在不同生長型沉水植物配置對生物量積累和水質(zhì)凈化效果影響的研究中也有類似的結(jié)果。各組間pH差異與變化應(yīng)與植物光合作用吸收CO2，以及尾水中有機(jī)物分解產(chǎn)生CO2有關(guān)，其中更為系統(tǒng)的規(guī)律有待深入研究。

3.2 翅堿蓬處理養(yǎng)蝦尾水中氮、磷及COD的變化

含氮、磷有機(jī)物是水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水中主要的污染物來源［24］，其在微生物氨化、硝化作用下會產(chǎn)生氮、磷營養(yǎng)鹽并消耗水體中的DO［25］，其中TAN和NO2--N通常對水生動物的生長不利［26-27］。氮、磷元素是植物生長發(fā)育所需的營養(yǎng)物質(zhì)［28］。研究證明，通過種植植物可有效吸收并降低養(yǎng)殖尾水中氮、磷污染物的含量，并且氮、磷污染物含量與植物的生長及生物量的積累呈顯著負(fù)相關(guān)，植物種植密度的增加與其對氮元素的需求量呈正相關(guān)［29］。本試驗發(fā)現(xiàn)，與無翅堿蓬種植的對照組相比，翅堿蓬處理組尾水中TAN、NO2--N、NO3--N及PO43--P的含量均有降低，且去除率與種植密度呈正相關(guān)。

隨著翅堿蓬的生長，其自然脫落物及代謝產(chǎn)物的增加使水體中的氮、磷污染物含量出現(xiàn)反彈升高之后又逐漸下降的現(xiàn)象。此外，天氣變化可能影響植物的生長狀態(tài)，進(jìn)而改變植物對水體中氮、磷污染物的凈化效果。Yalcuk等［30］發(fā)現(xiàn)，水體中有機(jī)物含量的增加與廢水滯留時長有關(guān)，隨著垃圾滲濾液在表面流人工濕地系統(tǒng)中滯留時間的延長，廢水中的生物需氧量（BOD5）、COD和總懸浮固體物（TSS）含量逐漸上升。本試驗中也存在類似現(xiàn)象，即隨著處理時間的延長，水體中的COD呈上升趨勢，隨著翅堿蓬種植密度的增加，對蝦養(yǎng)殖尾水中的COD逐漸升高。Hunt等［31］發(fā)現(xiàn)，人工濕地系統(tǒng)中植物生長代謝及凋落物和植物根系分泌物會不斷向系統(tǒng)中添加碳源，這可能是本試驗中各處理組和對照組對蝦養(yǎng)殖尾水COD呈上升趨勢的原因之一。此外，對蝦養(yǎng)殖尾水中存在的固體有機(jī)顆粒、微藻和細(xì)菌等絮凝劑容易生成生物絮凝體，即生物絮團(tuán)［32］，而生物絮團(tuán)能很好地控制養(yǎng)殖水體中TAN、NO2--N和NO3--N含量［33］，而且隨著養(yǎng)殖水體中C/N的提高，可以顯著增強生物絮團(tuán)對養(yǎng)殖水體中氮、磷污染物的去除效果［34］。

土壤微生物在人工濕地處理廢水過程中具有重要作用［35］。本試驗中，未種植翅堿蓬的對照組水體中，TAN、NO2--N、NO3--N含量隨著處理時長的增加而呈下降趨勢，說明翅堿蓬種植土壤中可能含有可以發(fā)生氨化、硝化和反硝化作用的微生物［36-38］。植物的根系可為微生物提供硝化或反硝化過程的場所，同時植物可通過光合作用吸收CO2、釋放O2，營造富氧或厭氧環(huán)境以供微生物生存［39-40］。此外，本試驗在溫暖的室內(nèi)環(huán)境中進(jìn)行，有利于微生物分解含氮、磷有機(jī)物并促進(jìn)相關(guān)微生物發(fā)揮凈化作用［41］。本試驗結(jié)果顯示，通過種植翅堿蓬并提高種植密度可加速降低養(yǎng)殖尾水中的PO43--P含量。含磷污染物濃度的降低得益于植物的吸收和利用［42］，但是植物生長代謝會額外增加水體中磷的含量［43］。因此，及時收集并清理植物代謝產(chǎn)物或?qū)χ仓赀M(jìn)行收割有助于系統(tǒng)對磷等元素的吸收，進(jìn)而促進(jìn)凈化效果。

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A preliminary study on the purification effect of Suaeda heteroptera on the tailwater of Litopenaeus vannamei culture

DU Shiying， JIANG Yusheng， HUANG Shu， ZHANG Bingqian， DOU Haiqi， CHANG Shanglong， WU Yuanhao

（Dalian Key Laboratory of Breeding，Reproduction and Aquaculture of Crustaceans，Dalian 116023，China）

Abstract： In order to study the purification effect of tailwater of the saline-alkali tolerant plant Suaeda heteroptera，the experiment of tailwater treatment of Litopenaeus vannamei aquaculture was carried out under static water for 30 days.The initial heights and diameters of plants used were （6.83±0.35） cm and （2.12±0.13） mm，respectively.The planting densities of four groups were set as 0 plant·m-2（group A），40 plants·m-2（group B），80 plants·m-2（group C），and 120 plants·m-2（group D）.The results showed that the salinity of group A decreased by 56.17 %，and the salinity of group C decreased by 79.74 %.The pH of each treatment group increased first and then decreased.At the end of the experiment，the pH of water in groups B，C and D was significantly higher than that in group A（P＜0.05）.The content of dissolved oxygen（DO） in the tailwater increased with the increase of planting density of S. heteroptera.Increasing the planting density of S. heteroptera had a significant effect on reducing the contents of total ammonia nitrogen，nitrite（NO2--N），nitrate（NO3--N） and active phosphorus（PO43--P） in the tailwater.However，the removal effect of chemical oxygen demand（COD） was not significant.These findings suggest S. heteroptera can effectively purify the tailwater from L. vannamei aquaculture and reasonable increase of planting density is beneficial to improve its purification effect on aquacultural tailwater.

Key words： Suaeda heteropteran; Litopenaeus vannamei; aquaculture tailwater; purification