極大硬毛藻無性系對海水養殖廢水中氮鹽的去除效果

李雪瑩，李 賢，王金霞，馬曉娜，周浩然，徐建平，劉 欽，李 軍

極大硬毛藻無性系對海水養殖廢水中氮鹽的去除效果

李雪瑩1,3，李 賢1,2※，王金霞1,2，馬曉娜1,2，周浩然3，徐建平1，劉 欽3，李 軍1

（1. 中國科學院海洋研究所，實驗海洋生物學重點實驗室，青島 266071； 2. 中國科學院海洋大科學研究中心，青島，266071；3. 青島理工大學環境與市政工程學院，266000）

養殖水體中無機氮的高效去除是開展循環水養殖的重要保障條件之一。該論文研究了極大硬毛藻無性系（簡稱極大硬毛藻）對循環水養殖水體中無機氮鹽的去除效率及特征。結果表明，當藻體密度為(10±1) g/L時，在一定濃度范圍（氨氮：0～15 mg/L，亞硝酸鹽氮：0～3 mg/L，硝酸鹽氮：0～15 mg/L），極大硬毛藻對海水中3類無機氮鹽的吸收速率隨著時間變化即氮鹽濃度降低而降低；其中藻類對氨氮的吸收速率變化較大，而對亞硝酸鹽和硝酸鹽的吸收速率相對穩定。當3種氮鹽質量濃度為3 mg/L，極大硬毛藻首先選擇吸收氨氮；當氨氮質量濃度降至1.5 mg/L時，藻開始吸收亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮。極大硬毛藻對人工模擬養殖廢水中氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮的15 h去除率可達到94.3%、100%、82.2%。該研究可為極大硬毛藻在循環水養殖水體凈化的應用、養殖廢水資源化利用和無害化處理技術的建立提供科學依據。

廢水；氮；養殖；極大硬毛藻無性系；吸收速率；去除率

0 引 言

工廠化循環水養殖作為一種新興的陸基養殖模式，憑借其養殖密度高、可控性強、環境友好等優點，在中國沿海及內陸地區得到快速的推廣和應用[1-2]。循環水養殖水體回用率高達90%以上，可有效降低養殖水體需求量[3]，生物濾器是循環水養殖系統的核心水處理單元，可將水中毒性較大的氨氮降解、氧化為毒性相對較低的硝酸鹽[4]；但較低的水體更新率，會導致硝酸鹽在水體中大量積累[5-6]。已有研究表明，硝酸鹽的積累會影響魚體的滲透壓和血細胞的運氧能力，引起魚體色澤和肉質下降，同時富含硝酸鹽的養殖廢水直接排放，亦會造成水體富營養化[7-10]。

養殖海水中硝酸鹽的去除可通過微生物的反硝化作用將其轉化為氮氣，但是此過程作用歷程長，條件控制要求嚴格，需要額外投加碳源，轉化效率有限[11]。藻類可吸收海水中的氨氮（NH4+-N）、亞硝酸鹽（NO2--N）、硝酸鹽（NO3--N）等轉化為自身的細胞物質，效率相對較高，或可緩解養殖水體中硝酸鹽積累[12-13]。在多營養級復合養殖系統中（integrated multi-trophic aquaculture），藻類常布設于系統中用于吸收養殖動物產生的氮、磷代謝產物[14]。近年來，藻類對不同濃度、種類營養鹽的吸收效率和特征亦有研究，例如，孫瓊花[15]研究了孔石莼、壇紫菜對不同濃度養殖廢水的水質凈化效果。董文斌等[16]研究了狐尾藻對養殖廢水的減控去污效果。Lavania-Baloo等[17]將大型海藻石莼（）和帚狀江蘺（）用于處理蝦類養殖廢水。

采自于自然海區的海藻生長具有季節性，其對廢水凈化效率隨其生長周期和季節而變，不能實現全年穩定凈化水質[18-20]。近年來，王金霞等[21]利用大型海藻細胞的全能性構建了大型海藻無性系，不再進行有性生殖，可全年穩定、持續吸收水體中的無機氮磷，凈化水質。而利用藻無性系處理養殖廢水的相關研究較為有限。本研究探討極大硬毛藻無性系（后簡稱極大硬毛藻）對養殖水體中無機氮去除特點及效果，重點研究其對硝酸鹽的去除效率及特征，為極大硬毛藻在循環水養殖、養殖廢水凈化的應用提供依據，促進循環水養殖模式的推廣和養殖廢水資源化處理技術的發展。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

極大硬毛藻（），隸屬剛毛藻科（），硬毛藻屬()。本試驗用藻為極大硬毛藻無性系，取自中國科學院海洋所。

1.2 試驗方法

試驗裝置采用5 L燒杯，極大硬毛藻的投放密度為(10±1) g/L，試驗期間水溫(25±2) ℃，pH值7.6～7.7，鹽度31‰，光照強度為10 000 lx，化學需氧量（CODMn）為(5±0.5) mg/L。試驗每個處理組設置3個平行和3個無藻組作為空白對照。試驗時間控制在20 h內，每1 h取樣1次，測定水體中NH4+-N、NO2--N、NO3--N以及PO43--P的含量，當水體中NH4+-N、NO2--N、NO3--N以及PO43--P濃度無明顯變化時結束試驗。

循環水系統NH4+-N質量濃度一般在0～5 mg/L內，NO2--N質量濃度一般在0～2 mg/L，NO3--N質量濃度一般在1～100 mg/L之內。本研究試驗設計的各項氮鹽濃度范圍涵蓋實際循環水養殖工況下水體中氮鹽參數范圍。

1.2.1 極大硬毛藻對NH4+-N、NO2--N、NO3--N的處理試驗

試驗用水為沙濾后天然海水，水體中NH4+-N、NO2--N、NO3--N、PO43--P濃度分別用氯化銨、亞硝酸鈉、硝酸鈉、磷酸二氫鉀調控，CODMn濃度用葡萄糖、淀粉調控。

第1部分研究設置3個NO3--N濃度梯度，分別為(5.0±0.5)、(10.0±0.5)、(15.0±0.5) mg/L。第2部分研究設置3個NH4+-N濃度梯度，分別為(5.0±0.5)、(10.0±0.5)、(15.0±0.5) mg/L。第3部分研究設置3個NO2--N濃度梯度，分別為(1.0±0.5)、(2.0±0.5)、(3.0±0.5) mg/L。PO43--P起始質量濃度均為0.2 mg/L。

1.2.2 極大硬毛藻對相同濃度下不同氮鹽吸收優先級試驗

試驗用水為沙濾后天然海水，水體中NH4+-N、NO2--N、NO3--N、PO43--P濃度分別用氯化銨、亞硝酸鈉、硝酸鈉、磷酸二氫鉀調控，CODMn濃度用葡萄糖、淀粉調控。NH4+-N、NO2--N、NO3--N起始質量濃度為(3.0±0.5) mg/L，PO43--P起始質量濃度均為0.2 mg/L，COD為(5±0.5) mg/L。

1.2.3 極大硬毛藻對人工配置的養殖廢水中氮鹽的處理效果

采用人工模擬海水養殖廢水：用100 g曬干的大西洋鮭殘餌、糞便與其飼料按照質量1∶1混合粉碎后，加入20 L新鮮海水，于陰暗處發酵3 d后，用300目篩絹過濾，最后使用新鮮海水稀釋得到人工模擬海水養殖廢水。NH4+-N質量濃度(3.0±0.5) mg/L，NO2--N質量濃度為(0.1±0.05) mg/L，NO3--N質量濃度為(3.0±0.5) mg/L，PO43--P起始質量濃度為0.2 mg/L，COD為(5±0.5) mg/L。

1.3 水質測定與數據分析方法

1.3.1 水質檢測方法

水質指標測定參照海洋監測規范（GB 17378.4—2007）。具體水質檢測指標和方法見表1。

表1 檢測指標及分析方法

1.3.2 計算參數

極大硬毛藻對氮鹽的吸收速率計算公式如下

=(C1—C2)/(·)（1）

式中為吸收速率，mg/(g·h)；C1為1時間下試驗組水體中營養鹽濃度，mg/L；C2為2時間下試驗組水體中營養鹽濃度，mg/L；為所用水體體積，L；為1到2試驗時間，h；為極大硬毛藻鮮質量，g。

去除率計算公式如下

=(C0—C)C0×100%（2）

式中為營養鹽去除率，%；C0為時間下空白對照組水體中營養鹽濃度，mg/L；C為時間下試驗組水體中營養鹽濃度，mg/L。

1.3.3 數據分析方法

試驗結果以平均值±標準差表示。數據分析采用軟件IBM SPSS Statistics（SPSS 11.0），單因素方差分析采用one-way ANOVA。

2 結果與分析

2.1 極大硬毛藻對NH4+-N、NO2--N、NO3--N的處理效果

極大硬毛藻對NO3--N的吸收情況見圖1a。總去除率隨時間變化而上升，其中，5 mg/L組、10 mg/L組和15 mg/L組去除率達到90%所用時間分別為16、23和32 h；3個處理組NO3--N質量濃度達到1 mg/L所用時間分別為14、23和32 h；試驗結束時3個處理組NO3--N質量濃度分別為0.52、0.61、1.00 mg/L。隨著時間的變化，極大硬毛藻對NO3--N單位小時吸收速率則呈略微下降趨勢，藻類在試驗開始階段處于適應期，吸收速率隨時間變化有所升高，3組吸收速率15 mg/L組>10 mg/L組>5 mg/L組，在第6小時后3組吸收速率開始下降，8 h后15 mg/L組吸收速率迅速下降，甚至在第10小時至13小時內低于5 mg/L組。3個處理組最終吸收速率穩定在20～30 mg/(g·h)。

對NH4+-N的處理效果見圖1b。極大硬毛藻對NH4+-N的去除率在試驗開始后迅速上升，隨著時間的變化逐漸緩慢，3個處理組無顯著區別，并且18 h后3組藻類對NH4+-N的去除率均大于90%。3個處理組NH4+-N質量濃度達到1 mg/L所用時間分別為12、14和15 h。試驗結束時5 mg/L組、10 mg/L組和15 mg/L組NH4+-N質量濃度分別為0.52、0.49、1.35 mg/L。3組藻類對NH4+-N的單位時間吸收速率隨時間的變化迅速下降，3個處理組之間顯示出顯著差異，試驗過程中，3組吸收速率關系為15 mg/L組>10 mg/L組>5 mg/L組，試驗結束時5 mg/L組和10 mg/L組的吸收速率基本為0，15 mg/L組吸收速率約為20 mg/(g·h)。

極大硬毛藻對NO2--N的處理效果見圖1c。隨著時間變化，極大硬毛藻對NO2--N的去除率呈上升趨勢，且試驗過程中去除率1 mg/L組>2 mg/L組>3 mg/L組，1 mg/L組26 h去除率基本達到100%，NO2--N質量濃度基本為0，2 mg/L組去除率為50%～60%，3 mg/L組僅為30%～40%；試驗結束時3個處理組NO3--N質量濃度分別為0.03、0.49、1.14 mg/L。藻類對NO2--N的單位小時吸收速率隨時間變化整體略微下降，但大至居于2～4×103mg/(g·h)范圍內，3組之間無顯著差異。

2.2 極大硬毛藻對相同濃度的不同氮鹽吸收優先級試驗

由圖2可知，極大硬毛藻首先選擇吸收的氮鹽為NH4+-N，吸收率較高，在第7小時，NH4+-N質量濃度降至0.37 mg/L，總去除率達到88.0%；NH4+-N質量濃度在第7小時至9小時之間無顯著性差異（>0.05）。前6小時NO3--N及NO2--N質量濃度均無明顯變化。在第6小時之后，NH4+-N質量濃度為0.68 mg/L，此時NO3--N和NO2--N質量濃度開始降低；在第12小時，NO3--N質量濃度降低至0.77 mg/L，總去除率為72.4%。NO3--N質量濃度在第12小時之后無顯著性變化（>0.05）。NO2--N質量濃度在第14小時后基本為0，總去除率接近100%。

注：NH4+-N、NO2--N、NO3--N起始質量濃度為(3.0±0.5) mg·L-1，PO43--P起始質量濃度均為0.2 mg·L-1，COD為(5±0.5) mg·L-1。

2.3 極大硬毛藻對模擬養殖廢水的處理效果

由圖3可知，前6 h NH4+-N質量濃度迅速降低，NO2--N和NO3--N無明顯變化。在第7小時，NH4+-N質量濃度降至0.20 mg/L，總去除率達到94.3%，第7小時至8小時之間NH4+-N質量濃度無顯著性差異（>0.05）。前5 h NO3--N及NO2--N質量濃度均無明顯變化。在第5小時之后，NH4+-N質量濃度為0.54 mg/L，NO3--N質量濃度開始降低。在第10小時，NO3--N質量濃度降低至1.61 mg/L。第10小之后NO3--N質量濃度繼續降低，并且NO2--N質量濃度開始同步降低。第15小時后，NO3--N質量濃度為0.52 mg/L，總去除率為82.2%，NO2--N質量濃度基本為0，總去除率接近100%，二者在第7小時至8小時之間無顯著性差異（>0.05）。

注：NH4+-N、NO3--N起始質量濃度為(3.0±0.5) mg·L-1，NO2--N質量濃度為(0.1±0.05) mg·L-1。

3 討 論

3.1 極大硬毛藻對無機氮鹽的吸收效率

藻類對營養鹽吸收效率主要受藻類自身的酶活性和水體中營養鹽離子濃度影響。試驗過程中水體中NO3--N質量濃度是隨時間變化而降低的，極大硬毛藻對NO3--N的吸收速率也隨時間略微下降。這一結果與大多數研究者對藻類的研究結果一致[22,25-27]。但由于藻類對NO3--N的吸收更多局限于自身的酶活性，因此高濃度的NO3--N并不能十分有效的提高藻類對NO3--N的吸收速率。從本次試驗結果中還可以看出，過高的NO3--N質量濃度對藻類活性也有一定影響，并且這種不利影響短時間內無法隨NO3--N質量濃度的降低而恢復。

循環水養殖系統中，微生物將水體中的NH4+-N和NO2--N轉化為NO3--N，而NO3--N無法被去除，因此會產生積累。應用藻類直接吸收水中的NH4+-N和NO2--N，也可有效地解決NO3--N積累問題。有研究表明過高濃度的NH4+-N會對藻產生毒害作用，從而抑制藻對NH4+-N的吸收[27-28]。周金波等[29]研究發現，不同沉水植物的相對生長率均隨著水體氨氮濃度的升高呈現先上升后下降的規律，輪葉黑藻、苦草、金魚藻、小茨藻的氨氮最大適宜濃度和最大耐受質量濃度分別為2、2、1、0.5和6、6、4、2 mg/L。但本次的試驗結果顯示出極大硬毛藻對NH4+-N的耐受度較高，在試驗所設計的濃度范圍內，并未顯示出NH4+-N對藻類活性的不利影響。與NO3--N不同的是，藻類對NH4+-N的吸收并不依賴自身的酶活性，在試驗結果中也可以看出藻類對NH4+-N的吸收速率隨時間變化較為明顯，由此可以推斷NH4+-N濃度對藻類的吸收速率影響較大。極大硬毛藻對NH4+-N的去除率較高，可達到90%以上，但與微生物的轉化效果對比而言，所需的停留時間較長[30]。

NO2--N作為氮源的一種也可被藻類吸收，黃翔鵠等[31]分別研究了波吉卵囊藻對亞硝酸鹽氮吸收速率，劉盼等[32]研究了蛋白核小球藻和斜生柵藻對亞硝酸鹽氮吸收速率，結果均表明藻類在高濃度NO2--N下的吸收速率高于其在低濃度下的吸收速率。藻類對NO2--N的吸收也需要酶的轉化作用，本研究發現極大硬毛藻對NO2--N的去除效果與NO3--N有相似之處，吸收速率隨時間和濃度變化略有降低。本次試驗并未發現NO2--N質量濃度對藻類活性產生影響，其原因可能是本次試驗所設置的NO2--N質量濃度較低。

3.2 極大硬毛藻對氮鹽的吸收次序

一般認為在NH4+-N、NO2--N和NO3--N同時存在的情況下，大多數藻類會優先選擇吸收NH4+-N，其次是NO2--N，最后選擇吸收NO3--N。NO2--N和NO3--N的吸收要通過硝酸還原酶將其轉化為NH4+-N后間接吸收利用[31-34]。對于極少種類藻類，NO3--N是首選氮源，只有當NO3--N來源不足時，藻類才會選擇吸收NH4+-N[35]。姜宏波等[36]在鼠尾草的研究中發現，當NH4+-N和NO3--N的濃度相同時，兩者在吸收速率上并沒有顯著差異。竇碧霞等[37]對海馬齒的研究中發現在NH4+-N/NO3—N>1時，海馬齒優先吸收NO3--N，NH4+-N/NO3--N<1時，海馬齒對NH4+-N的吸收增加，李洋等[38]在對瓊枝的研究中發現，3種營養鹽相同的濃度下，瓊枝優先吸收NH4+-N，其次是NO3--N和NO2--N。本研究發現，當NH4+-N、NO2--N、NO3--N質量濃度相同時，極大硬毛藻首先選擇吸收NH4+-N，當NH4+-N質量濃度降低至約0.5mg/L時，開始吸收NO2--N和NO3--N，且NO2--N與NO3--N同步降低，無明顯先后順序。

3.3 極大硬毛藻對模擬養殖廢水的處理效果

藻類吸收的營養鹽主要為無機氮鹽，養殖廢水中的有機物對其并沒有影響[39]。在極大硬毛藻對模擬養殖廢水中氮鹽的吸收研究中發現，3種氮鹽濃度不同時，極大硬毛藻依然首先選擇吸收NH4+-N，在NH4+-N濃度不足時，由于NO2--N濃度過低，其選擇吸收濃度較高NO3--N，當NO3--N濃度降低至約1.5 mg/L時，為彌補氮鹽不足極大硬毛藻在選擇吸收NO3--N的同時也選擇吸收NO2--N。

4 結 論

綜合上述結果，當極大硬毛藻的投放密度為(10±1) g/L時，一定濃度范圍內，極大硬毛藻對NO3--N和NH4+-N的處理周期較短，然而其對NH4+-N的吸收速率無法取代微生物；極大硬毛藻對養殖水體中3種無機氮鹽的吸收速率隨著時間變化即氮鹽濃度的降低而降低，對NO3--N和NO2--N吸收速率較NH4+-N而言較為穩定。當前循環水養殖模式下（新水更新率較高），NO3--N質量濃度一般在0～10 mg/L，此濃度范圍不會對藻類活性產生影響。添加藻類處理單元去除NO3--N可以有效地降低系統新水更新率。因此藻類處理單元的實際應用應綜合考慮藻類處理效率和水更新率。循環水系統NH4+-N質量濃度一般在0～5 mg/L內，NO2--N質量濃度一般在0～2 mg/L，在此濃度范圍內兩者不會對藻類造成不利影響。

由極大硬毛藻對相同濃度的不同氮鹽吸收優先級試驗結果中可以看出，當3種氮鹽濃度足夠的情況下，極大硬毛藻首先選擇吸收NH4+-N，吸收速率較快，對NH4+-N的總去除率可達到約90%。NO2--N和NO3--N優先級相同，吸收速率相對較慢，藻對NO2--N總去除率可達100%，對NO3--N的總去除率約為80%。在實際生產中，可根據水中NO3--N的濃度適當調整藻類鮮質量與水體體積的比例關系，從而提高硝酸鹽的去除率。

[1]胡金城，于學權，辛乃宏，等. 工廠化循環水養殖研究現狀及應用前景[J]. 中國水產，2017(6)：94－97. Hu Jincheng, Yu Xuequan, Xin Naihong, et al. Research status and application prospect of industrial recycling aquaculture[J]. China Fisheries, 2017(6): 94－97. (in Chinese with English abstract)

[2]中華人民共和國農業部漁業局. 2018年中國漁業統計年鑒[M]. 北京：中國農業出版社，2018.

[3]劉鷹. 海水工業化循環水養殖技術研究進展[J]. 中國農業科技導報，2011，13(5)：50－53. Liu Ying. Research progress on marine industrial recirculating aquaculture technology[J]. Journal of Agricultural Science and Technology, 2011, 13(5): 50－53. (in Chinese with English abstract)

[4]李梅. 全封閉式循環水養殖系統中生物濾器生物膜培養[J]. 農業與技術，2017，37(16)：241－242. Li Mei. Biofilm culture of biofilm in fully enclosed circulating aquaculture system[J]. Agriculture and Technology, 2017, 37(16): 241－242. (in Chinese with English abstract)

[5]Zou S Q, Guan L, Taylor D P, et al. Nitrogen removal from water of recirculating aquaculture system by a microbial fuel cell[J]. Aquaculture, 2018, 497: 74－81.

[6]Timmons M B, Ebeling J M, Wheaton F W, et al. Recirculating Aquaculture System[M]. NewYork: Cayuga Aqua Ventuers, 2002.

[7]Davidson J, Good C, Williams C, et al. Evaluating the chronic effects of nitrate on the health and performance of post-smolt Atlantic salmonin freshwater recirculation aquaculture systems[J]. Aquacultural Engineering, 2017, 791: 1－8.

[8]Torno J, Einwachter V, Schroeder J P, et al. Nitrate has a low impact on performance parameters and health status of on-growing European sea bass () reared in RAS[J]. Aquaculture, 2018, 489: 21－27.

[9]羅國芝，高錦芳，賴才勝，等. 固相反硝化去除水產養殖用水硝酸鹽研究[C]//中國水產學會學術年會，2015. Luo Guozhi, Gao Jinfang, Lai Caisheng. Nitrate removal from aquaculture water using BDPs as both the organic carbon source and the biofilm carrier[C]// Annual Meeting of the Chinese Academy of Fisheries, 2015. (in Chinese with English abstract)

[10]Bussel C G J, Schroeder J P, Wuertz S, et al. The chronic effect of nitrate on production performance and health status of juvenile turbot ()[J]. Aquaculture, 2011, 326: 頁碼.

[11]Akizuki S, Nagao N, Toda T. A multifunctional single-stage process for the effective methane recovery and denitrification of intermittently discharged wastes[J]. International Biodeterioration & Biodegradation, 2018, 127: 201－208.

[12]Doncato K B, Costa C S B. Growth and mineral composition of two lineages of the sea asparagusirrigated with shrimp farm saline effluent[J]. Experimental Agriculture, 2017, 54(3): 1－18.

[13]Stumm W, Morgan J J. Aquatic Chemistry: An Introduction Emphasizing Chemical Equilibria in Natural Waters[M]. New York: A Wiley-Interscience Publication, 1981.

[14]Mahmood T, Fang J, Jiang Z, et al. Seasonal distribution, sources and sink of dissolved organic carbon in integrated aquaculture system in coastal waters[J]. Aquaculture International, 2016, 25(1): 1－15.

[15]孫瓊花. 大型海藻對養殖廢水營養鹽吸收及海區的生物修復[D]. 福州：福建師范大學，2013. Sun Qionghua. Nutrients Absorption of Aquaculture Wastewater and Bioremediation of Sea Area by Macroalgae[D]. Fuzhou: Fujian Normal University, 2013. (in Chinese with English abstract)

[16]董文斌，何鐵光，董炎成，等. 狐尾藻對養殖廢水的減控去污效果[J]. 南方農業學報，2017，48(7)：1204－1210. Dong Wenbin, He Tieguang, Dong Yancheng, et al. Reduction and decontamination effects ofon livestock wastewater[J]. Journal of Southern Agriculture, 2017, 48(7): 1204－1210. (in Chinese with English abstract)

[17]Lavania-Baloo, Azman S, Said M I M, et al. Biofiltration potential of macroalgae for ammonium removal in outdoor tank shrimp wastewater recirculation system[J]. Biomass & Bioenergy, 2014, 66(7): 103－109.

[18]林清菁，蔣霞敏，徐鎮，等. 嵊泗列島潮間帶大型海藻群落結構的季節變化[J]. 生態學雜志，2012，31(9): 2350－2355. Lin Qingjing, Jiang Xiamin, Xu Zhen, et al. Seasonal changes of macroalgae community structure in intertidal zone of Shengsi Archi-pelago, East China[J]. Chinese Journal of Ecology, 2012, 31(9): 2350－2355. (in Chinese with English abstract)

[19]許博. 鼠尾藻（）繁殖生態學研究[D]. 青島：中國海洋大學，2009. Xu Bo. Studies on the Reproductive Ecology ofi[D]. Qingdao: Ocean University of China, 2009. (in Chinese with English abstract)

[20]朱琳. 龍須菜（）生活史不同發育階段對UV-B輻射的響應特征及機理研究[D]. 青島：中國海洋大學，2014. Zhu Lin. Response Chraracteristics and Mechanisms of Life History ofto UV-B Radiation[D]. Qingdao: Ocean University of China, 2014. (in Chinese with English abstract)

[21]王金霞，李愛芬，周百成. 大型海藻無性系微球體構建和反應器培養研究[J]. 海洋科學，2011，35(2)：17－21. Wang Jinxia, Li Aifen, Zhou Baicheng, et al. Studies on developments of microspheres from macroalgal clones and cultivations in airlift photobioreactor[J]. Marine Sciences, 2011, 35(2): 17－21. (in Chinese with English abstract)

[22]閆修花，王桂珍，陳迪軍，等. 納氏試劑比色法直接測定海水中的氨氮[J]. 中國環境監測，2003，19(6)：8－10. Yan Xiuhua, Wang Guizhen, Chen Dijun, et al. To determine NH4+-N directly in sea-water using Nessler's reagent-colorimetry[J]. Environmental Monitoring in China, 2003, 19(6): 8－10. (in Chinese with English abstract)

[23]國家質量技術監督局. 海洋監測規范第4部分：海水分析：GB 17378. 4—2007[S]. 2007.

[24]邢殿樓，霍堂斌，吳會民，等. 總磷、總氮聯合消化的測定方法[J]. 大連水產學院學報，2006(3)：219－225. Xing Dianlou, Huo Tangbin, Wu Huimin, et al. Simultaneous digestion for determ ination of total phosphorus and total nitrogen in sea water[J]. Journal of Dalian Fisheries University, 2006(3): 219－225. (in Chinese with English abstract)

[25]Naldi M, Viaroli P. Nitrate Uptake and Storage in the Seaweed Ulva Rigida C. Agardh in Relation to Nitrate Availability and Thallus Nitrate Content in a Eutrophic Coastal Lagoon (Sacca di Goro, Po River Delta, Italy)[M]// Contemporary Problems in Carbonium Ion Chemistry. Springer-Verlag, 2002: 65－83.

[26]張文文，郭永堅，李俊偉，等. 營養鹽對海蘿生長和藻體生化成分的影響[J]. 南方水產科學，2016，12(2)：30－35. Zhang Wenwen, Guo Yongjian, Li Junwei, et al. Effect of nutrient on growth and biochemical composition of[J]. South China Fisheries Science, 2016, 12(2): 30－35. (in Chinese with English abstract)

[27]劉靜雯，董雙林. 氮饑餓細基江蘺繁枝變型和孔石莼氨氮的吸收動力學特征[J]. 海洋學報：中文版，2004，26(2)： 95－103. Liu Jingwen, Dong Suanglin, Nature of NH+4uptake kinetics ofvar.and[J]. Acta Oceanologica Sinica: Chinese edition, 2004, 26(2): 95－103. (in Chinese with English abstract)

[28]Wang C, Zhang S H, Li W, et al. Nitric oxide supplementation alleviates ammonium toxicity in the submerged macrophyte(L. f. ) Royle[J]. Ecotoxicology and Environmental Safety, 2010, 74(1): 63-73.

[29]周金波，金樹權，包薇紅，等. 不同濃度氨氮對4種沉水植物的生長影響比較研究[J]. 農業資源與環境學報，2018，35(1)：74－81. Zhou Jinbo, Jin Shuquan, Bao Weihong, et al. Comparison of Effects of ammonia-nitrogen concentrations on growth of four kinds of submerged macrophytes[J]. Journal of Agricultural Resources and Environment, 2018, 35(1): 74－81. (in Chinese with English abstract)

[30]徐建平. 幾種環境因子對海水生物濾器硝化性能及亞硝酸鹽積累的影響研究[D]. 青島：青島理工大學，2018. Xu Jianping. Effects of Several Envitonmental Factors on Nitrification and Nitrite Accumulation in Seawater Biofilter[D]. Qingdao: Qingdao University of Technology, 2018. (in Chinese with English abstract)

[31]黃翔鵠，劉梅，周美華，等. 水體環境因子對波吉卵囊藻亞硝酸鹽氮吸收速率的影響[J]. 漁業現代化，2012，39(1)：40－45 Huang Xianghu, Liu Mei, Zhou Meihua, et al. Effects of water environmental factors on the uptake rate of nitrite nitrogen by[J]. Fishery Modernization, 2012, 39(1): 40－45. (in Chinese with English abstract)

[32]劉盼，賈成霞，楊慕，等. 2種微藻對養殖水體中氨氮和亞硝態氮的凈化作用[J]. 水產科學，2018，37(3)：389－393. Liu Pan, Jia Chengxia, Yang Mu, et al. Removal of ammonia and nitrite nitrogen in aquaculture water by two species of microalgae[J]. Fisheries Science, 2018, 37(3): 389－393. (in Chinese with English abstract)

[33]Naldi M. Viaroli. Nitrate uptake and storage in the seaweedC. Agardh. In relation to nitrate availability and thallus nitrate content in a eutrophic coastal lagoon[J]. Journal of Experimental Marine Biology Ecology, 2002, 269(1): 65－83.

[34] Hurd C L, Berges J A, Osbome J. An invitro nitrate reductase assay for marine macroalgae: Optimization and characterization of the enayme for(phaeophyta)[J]. Journal of Phycology, 1995, 31: 835－843.

[35]Richter G. Plant Metabolism[M]. Beijing: Science Press, 1985: 301－314.

[36]姜宏波，田相利，董雙林，等. 不同營養鹽因子對鼠尾藻氮、磷吸收速率的影響[J]. 中國海洋大學學報，2007，37(s1)：175－180. Jiang Hongbo, Tian Xiangli, Dong Shuanglin, et al. Effeets of nutrient faetors on the uptake of nitrogen and phosphorus by[J]. Perpidical of Ocean University of China, 2007, 37(s1): 175－180. (in Chinese with English abstract)

[37]竇碧霞，黃建榮，李連春，等. 海馬齒對海水養殖系統中氮、磷的移除效果研究[J]. 水生態學雜志，2011，32(5)：94－99. Dou Bixia, Huang Jianrong, Li Lianchun, et al. Research on effects of nutrient and phosphate removal from marine aquaculture system by[J]. Journal of Hydroecology, 2011, 32(5): 94－99. (in Chinese with English abstract)

[38]李洋，段澤林，黃勃，等. 藻場海水氮磷含量對瓊枝氮磷吸收的影響[J]. 熱帶生物學報，2016，7(1)：30－35. Li Yang, Duan Zelin, Huang Bo, et al. The effects of N, P concentrations of sea water on the N, P absorption by[J]. Journal of Tropical Biology, 2016, 7(1): 30－35. (in Chinese with English abstract)

[39]程芬，李樂，殷小龍，等. 3種海藻對無機鹽和有機物水體中氨態鹽凈化效果比較[J]. 基因組學與應用生物學，2017，36(3)：1084－1089. Cheng Fen, Li Le, Yin Xiaolong, et al. Comparison on purification effect of three macroalgae species on ammonia salt in inorganic and organic water[J]. Genomics and Applied Biology, 2017, 36(3): 1084－1089. (in Chinese with English abstract)

Removal efficiency of nitrogen salts byin aquacultural wastewater

Li Xueying1,3, Li Xian1,2※, Wang Jinxia1,2, Ma Xiaona1,2, Zhou Haoran3, Xu Jianping1, Liu Qin3, Li Jun1

(1.,,,266071,; 2.-,,,266071,; 3.,,266000,)

The high efficiency in removing nitrogen salt is the key to insure the operation of recirculating aquacultural systems. The current study focused on the efficiency and the characteristic ofclones (hereinafter referred to as) to remove the ammonia, the nitrite and the nitrate in seawater. The absorption efficiency ofto nutrients is mainly affected by the enzyme activity of algae and the concentration of nutrients in water. The absorption of NO3--N and NO2--N byis more limited to its enzyme activity. The absorption of NH4+-N depends on the concentration of NH4+-N in water. Within a certain concentration (NH4+-N: 0-15 mg/L, NO2--N: 0-3 mg/L, NO3--N: 0-15 mg/L), the absorption rate ofon nitrogen salt suppressed with the reduction of nitrogen concentration in the water. The absorption rate of ammonia nitrogen by algae changed greatly. The final absorption rate of the 5, 10 mg/L group was close to 0, and that of the 15 mg/L group was 20×103mg/(g·h). While the absorption rate of nitrite and nitrate is relatively stable. The final absorption rate of three groups of NO3--N is 20-30 mg/(g·h), and that of NO2--N was 2-4 mg/L. When the concentrations of three nitrogen salts were same (3 mg/L),first absorbed NH4+-N, and the absorption rate on NH4+-N was notably higher than on NO2--N and NO3--N. There was no significant difference between NO2--N and NO3--N. However, when the NO2--N content was too low, the algae will preferentially absorb NO3--N. When ratio (g/L) of the fresh weight ofto water volume was 10∶1, the removal rates on NH4+-N, NO2--N and NO3--N ofin the artificial aquacultural wastewater (NH4+-N: 3.0±0.5 mg/L, NO2--N: 0.1±0.05 mg/L, NO3--N: 3.0±0.5 mg/L, PO43--P: 0.2±0.5 mg/L）were 94.3%, 100% and 82.2% in 15 hours. Although the removal rate of NH4+-N bywas high, it could not replace microorganism as the main unit of NH4+-N removal completely. In order to obtain sufficient ammonia NH4+-N as electron acceptor for microbial, the algae unit was suggested to be located behind the microbial unit. The practical application of algae treatment unit should consider comprehensively both the algae treatment efficiency and water renewal rate. In the actual production, the ratio between the fresh algae quality and the water volume can be adjusted according to the concentration of NO3--N in the water, so as to improve the removal rate of nitrate. The mass concentrations of NO3--N, NH4+-N, NO2--N in recirculating aquacultural systems were generally at 0-10, 0-5, 0-2 mg/L. Within the range of nitrogen salt concentration in circulating water system, three kinds of nitrogen salts will not cause adverse effects on algae. This study could provide data for the application ofclones in the treatment of aquacultural wastewater and promoted the utilization of aquaculture wastewater as a resource.

wastewater; nitrogen; aquaculture;Clones; absorption rate; removal rate

李雪瑩，李 賢，王金霞，馬曉娜，周浩然，徐建平，劉 欽，李 軍. 極大硬毛藻無性系對海水養殖廢水中氮鹽的去除效果[J]. 農業工程學報，2019，35(24)：206－212.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.24.025 http://www.tcsae.org

Li Xueying, Li Xian, Wang Jinxia, Ma Xiaona, Zhou Haoran, Xu Jianping, Liu Qin, Li Jun. Removal efficiency of nitrogen salts byin aquacultural wastewater[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(24): 206－212. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.24.025 http://www.tcsae.org

2019-05-29

2019-11-28

國家重點研發計劃（2017YFD0701700），廣東省重點研發計劃（2019B020215001）和國家海水魚產業技術體系（CARS-47）

李雪瑩，主要從事污水資源化處理。Email：342492236@qq.com

李 賢，副研究員，主要從事水產養殖工程與生態學相關研究。Email：lixian@qdio.ac.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.24.025

5959

A

1002-6819(2019)-24-0206-07