EM菌對海參養殖水體主要污染物凈化效果的研究

田功太，劉 飛，段登選，杜興華，張金路，陳述江，張明磊，王 慧

(1.山東省淡水水產研究所，山東濟南 250013;2.山東農業大學動物科技學院，山東泰安 271018)

近年來，海參(Apostichopus japonicus Selenka)養殖業在北方發展迅速。由于海參的養殖周期長，隨著排泄物和殘餌的積累，有害微生物滋生繁殖，水質容易惡化。通過傳統的換水、倒池或藥物等途徑來防控海參疾病，不僅會帶來機械損傷和加大勞動強度;還會帶來環境污染和食品安全等一系列不利于海參養殖業健康發展的問題。改善養殖環境和調控水質成為海參養殖業亟待解決的關鍵問題［1］。EM菌是由光合細菌、乳酸菌、芽孢桿菌、消化細菌等多種有益菌群組成的，其特點是可在厭氧光照或好氧黑暗條件下利用有機物或硫化氫等代謝產物作供氫體兼碳源，進行不放氧光合作用［2－5］。大量研究證明，EM菌能有效抑制動物腸道的有害菌繁殖;同時，又因EM菌含高蛋白和平衡氨基酸而成為海參水產動物育苗期的高效餌料;EM菌可在凈化水質、降低氨氮、亞硝酸鹽等有毒物質濃度、提高動物免疫力和實現健康養殖方面發揮重要作用。EM菌還具有成本低、無毒副作用、不污染生態環境等特點，因而，在水產養殖以及鹽堿地等池塘改良養殖水產動物方面得到廣泛應用［6－21］。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

海參(Apostichopus japonicus Selenka)養殖，在山東省淡水所東營市水產養殖實驗基地進行，EM菌為中日合資生產的EM原液，登記號:微生物(2008)臨字(0709)號，執行標準:GB20287－2006，有效微生物含量為2×109cfu/mL，主要成分為乳酸菌(Lactobacillus)、芽孢桿菌(Bacillus Cohn，1872)、酵母菌(yeast)、硝化細菌(nitrifying)。

1.2 養殖條件

海參養殖生產試驗池東西走向，長方形，周邊水泥板護坡，池底沙質，面積1.33 hm2，水深1.0－1.5 m，池底每隔7 m 放置一排人工瓦礫礁石，水溫23.74 ～32.3℃，pH 值7.87 ～9.67，鹽度 24.21 ～29.06 g/L，溶解氧 DO 為4.65 ～12.0 mg/L，NH3－N 為0.46 ～1.7 mg/L，NO－2－N0為011 mg/L，NO－3－N0 為04～0.9 mg/L。試驗自2010年8月10號開始，8月27號結束。

1.3 室內試驗

用塑料周轉箱，分別加水180 L，取參池表層底泥充分混勻，每箱加底泥10 kg，使其平鋪箱底。共分7組，第1至第6試驗組依次添加1.0×109cfu/m3至6.0×109cfu/m3濃度的EM菌液，對照組添加等量蒸餾水，每組2個重復。試驗組和對照組加入底泥后靜止24 h，對各組水質和底泥指標采樣檢測，每隔24 h采樣檢測一次，連續檢測10 d。

1.4 室外池塘實驗

選擇條件基本一致的生產性海參養殖池進行，分別作為試驗池和對照池，面積1.33 hm2，海參規格200 g，養殖密度9萬只/hm2。試驗池每隔7 d潑灑1次EM菌原液，每次用量為2.4×109cfu/m3，對照池潑灑相同量的蒸餾水。每天檢測一次水質指標。

1.5 檢測項目和方法

水溫用YSI556MPS(美國產)多參數水質儀測定，NH－3－N、NO－2－N、NO－3－N、P03－4－P 等用 YSI9100(美國產)分光光度計測定，COD用堿性高錳酸鉀法測定，底泥TN用半微量開氏法測定，底泥TP用酸容－鉬銻抗比色法測定。

1.6 計算公式

去除率=(對照組－試驗組)/對照組*100%;平均去除率=(對照組平均值－試驗組平均值)/對照組平均值*100%;最高去除率=對照組與試驗組同一天最大差值/對照組對應值*100%。

1.7 數據、圖表處理

試驗數據采用方差分析法(ANOVA)進行統計分析，顯著性水平p設定為0.05，用Microsoft Excel 2003進行圖表處理。

2 結果與分析

2.1 添加EM菌對海參養殖水體中的作用

室內試驗:各試驗組的NH3－N含量總體呈先升后降的趨勢。Ⅰ組平均為1.48 mg/L，第5 d降至最低為1.00 mg/L;Ⅱ組平均為1.41 mg/L，第6 d降至最低為0.80 mg/L;Ⅲ組平均1.41 mg/L，第6 d降至最低為0.80 mg/L;Ⅳ組平均為1.17 mg/L，第6 d降至最低為 0.50 mg/L;Ⅴ組平均為1.30 mg/L，第 5 d降至最低為0.62 mg/L;Ⅵ組平均為1.21 mg/L，第6 d降至最低0.70 mg/L。對照組平均為1.90 mg/L，始終呈上升趨勢。Ⅳ組NH3－N去除效果最好，去除率達73.68%，平均去除率為38.42%，試驗組與對照組差異顯著(P＜0.05)(圖1)。

室內實驗對照組NO－2－N的平均水平為0.44 mg/L，各試驗組平均水平為0.34～0.39 mg/L，其中以Ⅴ組的降解效果最好，NO－2－N平均含量為0.34 mg/L，最低為0.25 mg/L。最高去除率為43.75%，平均去除率為22.73%，差異顯著(P＜0.05)(圖3)。室外池塘試驗檢測情況:試驗池平均NH3－N水平為0.66 mg/L，總體呈下降趨勢，第7 d降至最低為0.46 mg/L。對照池平均NH3－N水平為1.03 mg/L，且總體呈上升趨勢。試驗池平均去除率為35.92%，試驗池與對照池差異極顯著(P＜0.01)(圖2)。

室內試驗Ⅰ組 NO－3－N的平均值為0.31 mg/L，Ⅱ組為0.40 mg/L，Ⅲ組為0.40 mg/L，Ⅳ組為0.30 mg/L，Ⅴ組為0.38 mg/L，Ⅵ組為0.32 mg/L，對照組平均為0.58 mg/L。試驗組與對照組差異不顯著(P＞0.05)(圖5)。

室外池塘試驗情況:試驗池平均NO－2－N水平為0.023 mg/L，總體呈下降趨勢，第6 d降至最低為0.015 mg/L，對照池平均水平為0.037 mg/L，總體呈上升趨勢。試驗池對NO－2－N的平均去除率為37.84%，試驗池與對照池總體差異極顯著(P＜0.01)(圖4)。

室外池塘試驗情況:試驗池平均NO－3－N含量為0.27 mg/L，對照池平均含量0.13 mg/L，隨著試驗進行，試驗池NO－3－N升高極顯著(P＜0.01)(圖6)。

室內試驗和池塘試驗說明EM菌對NH3－N和NO－2－N有顯著降解作用，這與曹煜成等［9］、孟睿［10］等、齊欣等［11］、沈南南等［12］、黃永春［13］和劉建勇［14］等的結果一致。

添加EM菌對P03－4－P的降解作用

室內試驗情況:對照組P03－4－P平均檢測值為0.12 mg/L，各試驗組平均檢測值在0.05～0.11 mg/L之間，顯著均低于對照組(P ＜0.05)，其中Ⅳ組最低，平均為0.05 mg/L，最低為 0 mg/L(第 4、6、7d)，平均去除率為58.33%(圖7)。

室外池塘試驗情況:開始時對照池的P03－4－P為0.03 mg/L，試驗池為0.07 mg/L，是對照池的2.33倍。試驗結束時試驗池P03－4－P平均水平為0.04 mg/L，對照池平均水平為0.02 mg/L，是對照池的2.00倍，試驗池總體下降33.00%，差異顯著(P＜0.05)(圖8)。

室內外的試驗結果證明，EM菌 對水體中的P03－4－P去除效果明顯。這與曹煜成等［9］的結果一致。

2.3 添加EM菌對水體化學耗氧量(COD值)的影響

室內試驗情況:對照組平均COD為4.65 mg/L，試驗組平均COD在3.83－4.28 mg/L之間，各試驗組均顯著低于對照組(P＜0.05)。Ⅴ組最低，平均為3.83 mg/L，第6 d最低為3.12 mg/L，平均去除率為17.63%(圖9)。

室外池塘試驗情況:添加EM菌液的試驗池平均COD水平顯著低于對照池，且第2 d始呈緩慢下降趨勢，第6 d降至最低。試驗池開始時COD為6.43 mg/L，結束時為4.95 mg/L，平均5.24 mg/L，平均降低18.51%，而對照池總體無明顯下降，添加EM對降低COD的效果極明顯(P＜0.01)(圖10)。

室內外試驗均說明，EM 菌對降低 COD 值的效果顯著。這與孟睿［10］等、齊欣等［11］、黃永春［13］、劉建勇［14］等的研究結果一致，但與沈南南等［12］、葉樂等［15］和馬江耀等［16］的研究結果不同，沈南南等認為地衣芽孢桿菌(Bacillus licheniformis，BL)、莢膜紅假單胞菌(Rhodopseudomonas capsulate，RC)和乳酸桿菌(Lactobacillus spp，LB)對凡納濱對蝦工廠化養殖水質各處理組中的P03－4－P、COD均無顯著效果;葉樂等、馬江耀等認為，光和細菌、EM菌降低COD效果皆不明顯。這可能與不同試驗者采用的試驗菌株存在差異有關。

2.4 添加EM菌對底泥中TN值和TP值的影響

室內試驗結果:Ⅰ組 TN 值為0.161 mg/L，Ⅱ組為0.172 mg/L，Ⅲ組為0.197 mg/L，Ⅳ組為0.160 mg/L，Ⅴ組為0.164 mg/L，Ⅵ組為0.200 mg/L，對照組為0.162 mg/L(圖11)。

室內試驗結果:Ⅰ組底泥中TP值為0.042 mg/L，Ⅱ組為0.041 mg/L，Ⅲ組為0.043 mg/L，Ⅳ組為0.042 mg/L，Ⅴ組為 0.043 mg/L，Ⅵ組為0.052 mg/L，對照組為0.042 mg/L(圖12)。

各試驗組TN、TP結果經方差分析表明，變化均不顯著(P＞0.05)。

3 討論

3.1 添加EM菌液對改善養殖水體環境的效果

本研究發現，添加EM菌液對改善海參養殖水體環境具有良好效果，對于改善水體環境，降低氨氮等有毒有害物質，降低化學耗氧量等具有十分顯著的效果。

EM菌是有益微生物的總稱，它通過氧化、氨化、硝化、反硝化、硫化、解磷、固氮等作用，將動物排泄物、殘餌、糞便等分解為二氧化碳(CO2)、硝酸鹽(NO－3－)、磷酸鹽(PO3－4－)、硫酸鹽(S2－－)等，有效地降解有機污染物，改良水質，是物質循環不可缺少的環節［2－3］。

人們對于EM在水產養殖中的應用做了大量研究，王夢亮［4］用光和細菌(photossynthetic bacteria)使水體溶解氧(DO)增加了68%，化學耗氧(COD)下降了21%，氨氮(NH3－N)下降了58.7%，硝酸氮(NO－3－N)下降了29.4%，硫化物(S2－－)下降了77.4%。楊艷等［5］用巨大芽孢桿菌(megaterium)對養魚水質進行了凈化研究。劉慧玲［6］進行了光合細菌降解水體亞硝酸鹽(NO－2－)的研究。NOGAMI［7］等探討了有益菌在三疣梭子蟹(Portunus trituberculatus)中的應用，曹煜成等［8］研究了地衣芽孢桿菌(Bacillus licheniformis strain)對草魚養殖水體的改善，都取得了良好效果。

海參對許多藥物都較敏感，應急反應強烈，若用藥不當，極易引起身體溶解、生長停滯或死亡。在海參養殖中須盡量避免或減少藥物使用，因此，充分利用EM菌綜合改善和調節海參養殖水環境意義重大。

3.2 EM菌液對海參養殖水體中含氮物的改良效果

通過室內和室外池塘試驗發現，EM菌對NH3－N、NO－－2N、PO3－4－P、COD等指標皆有明顯的去除效果。但是，NO－3－N的室內試驗與室外池塘試驗結果不一致，室內試驗中NO－3－N的變化不明顯，而室外添加EM菌液的試驗池塘中，NO－3－N非但沒有降低，反而升高幅度顯著(P＜0.01)，這可能與試驗池溶氧充足，而室內試驗門窗關閉，溶氧偏低有關。在氧氣充足的情況下，好氧細菌活躍，硝化作用強烈，NH4+－N、NO－2－N在硝化細菌的作用下轉化為NO－3－N較徹底，因而，形成 NO－3－N較高濃度的積累［17］。劉福軍、胡文英［18］在研究光合細菌對鹽堿地池塘水質改良時也發現了NO－3－N升高的情況。

3.3 EM菌液對海參養殖池底泥TN、TP降解效果不明顯的原因

各試驗組底泥中的TN和TP變化不顯著(P＞0.05)，分析其中的原因，一是與試驗時間較短有關，EM菌液的作用還沒有完全發揮出來。二是與EM菌的使用方法有關，我們采用的是潑灑法，這種方法方便快捷，較適合于對溶解或凝聚于水體中污染物的降解，而對底泥中污染物降解的效果不如底施法好。

3.4 EM菌的適宜濃度及使用周期

本研究發現，室內各試驗組施加EM菌液后，除了對底泥中TN、TP在的效果不明顯外，其它NH3－N、PO3－4－P等指標皆以Ⅳ組(添加濃度為4.0×109cfu/m3)為最好，Ⅴ組(5.0×109cfu/m3)對 NO－2－N和COD兩項指標的去除效果較好。方云東［19］等對EM菌在南美白對蝦養殖中的應用研究結果表明，添加EM菌液濃度為2 mg/L的綜合凈水效果最好，但對EM菌的有效微生物含量沒有提及。陸家昌等［20］研究認為，枯草芽孢桿菌投放濃度為1.25×104cfu/mL時，對水體COD、NH3－N、NO－2－N的降解效果最好。

本研究結果表明，一般在添加EM菌液5～7 d后便會出現拐點，張明磊等［21］在研究光合細菌對鹽堿地水質的改善作用時發現，8 d左右出現拐點。綜合試驗研究結果并結合生產實際認為，每7～10 d使用一次EM菌原液，每次使用的有效微生物含量為4.0～5.0×109cfu/m3是較適宜的。沈南南等研究認為，微生態制劑的使用并非濃度越高越好，也不是時間越短越好，7 d左右較適宜［12］。當然，使用周期和使用量與池塘水質狀況、底質狀況、負載量等因素密切相關，況且不同研究者采用的微生物制劑的有效微生物組成、含量、生理活性、生態特點各異，不能一概而論。

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