曲褶剛毛藻在對蝦養殖尾水無機氮鹽凈化中的應用

廖秀睿，李 曦，柳睿杰，鄭 興，楊守國,，唐賢明，邢詒炫，顧志峰

(1.海南大學 海洋學院，海口,570228;2.海南省海洋與漁業科學院，海口 571126)

0 引言

水、種及餌是水產養殖的三大生產要素，其中，“水”最為關鍵，即水體生態環境的優劣對養殖生產能否成功起著關鍵性作用，能直接影響養殖成敗。目前，主要的養殖水質控制技術可分為3類：1)使用光合細菌、芽孢桿菌、放線菌等有益微生物進行水質凈化的有益微生物控制法[1-2]；2)利用微藻和菌類共生系統進行污水處理的藻菌共生控制法[3]；3)利用大型水生植物吸收N、P 等主要營養元素進行水體處理的大型水生植物凈化法[4-6]。

大型藻類作為初級生產者，在其生長過程中會以水體中的營養鹽(主要是氨態氮、 硝態氮和磷酸鹽)作為養分，能夠吸收過量的N、P從而改善水體環境。因此，大型藻類也是綜合水產養殖的重要組成部分。綜合水產養殖是生態系統水平水產養殖理念的體現，具有產品多樣、環境友好等優點，是實現水產養殖業高效低碳發展的重要途徑[7]。大型藻類具很強的水體營養鹽吸收及富集能力，且不同種存在不同的生物特性，可作為水質生物過濾器或綜合水產養殖營養級構成者[8-9]。目前，對大型海藻營養鹽吸收能力及養殖特性研究多集中在幾種常見經濟海藻(如石莼UlvalactucaL、江蘺Gracilaria和龍須菜AsparagusschoberioidesKunth等)[10]，而忽略了一些目前尚未開發的大型藻類(如剛毛藻Chladophora)。

本研究通過曲褶剛毛藻(Cladophoraflexuosa)對養殖尾水氮鹽的凈化實驗，探討曲褶剛毛藻對養殖尾水的凈化效果，旨在為其在綜合水產養殖生物水質凈化技術應用提供基礎數據及依據。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

1.1.1 大型海藻獲得及暫養

實驗所用的曲褶剛毛藻由海南省海洋與漁業科學院培養提供。實驗前將所用大型海藻在新鮮海水中暫養1周，暫養海水鹽度為33，溫度為(27±2)℃，采用自然光照周期。

1.1.2 養殖尾水收集

實驗所用的對蝦高密度養殖尾水由海南省海洋與漁業科學院提供。氨態氮、亞硝酸態氮、硝酸態氮的初始質量濃度分別為0.683，0.015，0.912 mg·L-1。

1.2 實驗設計

實驗設3個處理組，1個對照組。對照組CK為不添加任何海藻的對蝦養殖尾水，處理組分別為(CF100)處理組(在對蝦養殖尾水中添加100 g·m-3的曲褶剛毛藻)、CF150處理組(在對蝦養殖尾水中添加150 g·m-3的曲褶剛毛藻)和CF200處理組(在對蝦養殖尾水中添加200 g·m-3的曲褶剛毛藻)。每組3個重復。

實驗進行7 d，實驗條件與暫養條件一致。每隔24 h采集各組水樣，并使用0.22 μm濾膜(天津市津騰實驗設備有限公司)過濾水樣雜質后保存待測。

1.3 水樣營養鹽測定方法

1.4 數據分析

用統計分析軟件DPS 14.5進行顯著性檢驗統計分析，當P<0.05時，差異顯著。

2 結果與分析

2.1 不同密度曲褶剛毛藻對氨態氮濃度的影響

從圖1可知，曲褶剛毛藻可顯著有效地凈化對蝦養殖尾水中的氨態氮，對照組氨態氮濃度隨著實驗時間的延長而有略微上漲，而加了曲褶剛毛藻的所有處理組的氨態氮濃度在實驗第2天都發生顯著下降(P<0.05)。曲褶剛毛藻的養殖密度對對蝦養殖尾水的氨態氮凈化速率也有顯著影響(P<0.05)，CF100處理組基本為平穩的直線下降，第2 天由最初的(0.671±0.04) mg·L-1顯著降低至(0.56±0.05) mg·L-1，在第7 天時，氨態氮質量濃度降到0.012 mg·L-1；CF150處理組和CF200處理組對于氨態氮凈化速率相近，在第2 天分別顯著降低至(0.411±0.05) mg·L-1和(0.380±0.05) mg·L-1，在第6 天時基本使養殖尾水中的氨態氮質量濃度達到最低值(0.05 mg·L-1)，且在第6 天對氨態氮的處理能力都顯著高于CF100處理組(P<0.05)。

圖1 不同密度曲褶剛毛藻對養殖尾水氨態氮濃度變化的影響注：不同小寫字母代表同組別在不同時間下存在顯著差異；不同大寫字母代表相同時間下不同組別存在顯著差異(P<0.05)，下同。

2.2 不同密度曲褶剛毛藻對亞硝態氮濃度的影響

曲褶剛毛藻有助于對蝦養殖尾水中亞硝酸態氮的凈化。從圖2可知，對照組水樣亞硝酸態氮濃度隨著時間的延長而逐步上升，在第6 天時，由最初的(0.015±0.001) mg·L-1顯著增長至(0.232±0.110) mg·L-1，但隨后開始降低。添加有曲褶剛毛藻的所有處理組中的亞硝酸態氮在整體上并未隨著時間的增長而出現顯著性變化，且各處理組之間相同時間下也無顯著性差異(P>0.05)，質量濃度基本維持在0.013 mg·L-1左右。從第4 天開始，所有曲褶剛毛藻處理組的亞硝酸態氮質量濃度均顯著低于對照組(P<0.05)，并持續至實驗結束。

圖2 不同密度曲褶剛毛藻對養殖尾水亞硝態氮濃度變化的影響

2.3 不同密度曲褶剛毛藻對硝酸態氮濃度的影響

從圖3可知，曲褶剛毛藻可顯著有效地凈化對蝦養殖尾水中的硝酸態氮。對照組中的硝酸態氮濃度未隨時間的延長而發生變化(P>0.05)，而所有曲褶剛毛藻處理都發生了顯著性降低(P<0.05)。曲褶剛毛藻的養殖密度對硝酸態氮的凈化能力也有顯著影響，CF100處理組和CF150處理組在第4 天才發生顯著降低，由最初的0.092 mg·L-1分別顯著降低至(0.071 ± 0.002)mg·L-1和(0.062 ± 0.003)mg·L-1，且但CF150處理組的硝酸態氮質量濃度顯著低于CF100處理組。CF100處理組硝酸態氮濃度在第7 天達到最低值(0.031 ± 0.002)mg·L-1，而CF150處理組在第6天達到最低值(0.032 ± 0.002)mg·L-1。CF200處理組硝酸態氮質量濃度在第3天便發生了顯著降低(P<0.05)，由(0.092 ± 0.006)mg·L-1顯著降低至(0.072 ± 0.004)mg·L-1，并在第5天達到了最低值(0.031 ± 0.001)mg·L-1。

圖3 不同密度曲褶剛毛藻對養殖尾水硝酸態氮濃度變化的影響

3 討論

曲褶剛毛藻(Cladophoraflexuosa)隸屬于綠藻門(Chlorophyta)、綠藻綱(Clorophycase)、 剛毛藻目(Cladophorales)、 剛毛藻科(Caldophoraceae)、剛毛藻屬(Cladophora)[12]。剛毛藻在水產養殖中常被當作有害處理，如對刺參養殖具有一定危害、可能在育苗中導致粘苗等，因此，關于水產養殖的相關研究主要是探究其防控及去除辦法[13]。然而剛毛藻作為一種大型絲狀綠藻，可有效吸收利用氮磷并抑制微藻生長，且具有耐污性強、收獲易等特點[14-16]，是一種潛在水質凈化的強大生物過濾器，在水產養殖尾水處理環節中有著應用前景。剛毛藻藻體色澤亮麗，形體大且易控制，在觀賞水族中也具較好的應用價值。剛毛藻被忽略的價值可被開發利用，進而變“廢”為寶。在開發利用時需注意避開其在水產養殖活動中存在的缺點，若將其作為水質凈化生物工具使用，須注意養殖對象品種及生長階段，可以采用“異位”方式進行尾水凈化處理。

自然環境生態保護愈發重視，相關法律法規反復強調廢水排放高標準要求。水產養殖行業亦是如此，如何有效、高效地進行養殖尾水凈化處理已成為研究熱點[29]。水體富營養化是主要原因，會引起水體透明度、溶解氧降低等問題，進而增加養殖生物死亡率，而大型藻類則可利用營養鹽作為自身養分進行生長，并將高濃度氮儲存在體內[30-31]。需注意的是藻類在營養鹽充足的情況下可正常生長，但當營養鹽濃度過低而無法滿足其生長需求時，部分藻類會死亡或老化，在藻類死亡分解或老化的碎藻消解過程中會釋放出組織中原本儲存的氮磷等營養鹽，在短期內會提高水體營養鹽濃度。因此，在使用大型海藻作為水體生物凈化器使用時需注意使用量及收獲周期所循的規律，需及時進行采收。本實驗結果，表明利用剛毛藻凈化對蝦養殖尾水時在7 d周期內，剛毛藻的使用密度在150 g·m-3到200 g·m-3較佳，對水體中的氮鹽具有良好的凈化處理效果，收獲周期為7 d。

綜上所述，利用中國海區廣泛分布的剛毛藻與水產養殖行業養殖尾水處理相結合，即可滿足水產養殖基本需求，又可改善養殖水體質量。將“廢藻”變為有效工具使用，可充分實現對剛毛藻價值的開發利用。在對蝦養殖尾水氮鹽凈化處理中，曲褶剛毛藻可顯著有效地降低氨態氮和硝酸態氮，且有助于維持亞硝酸態氮的低濃度水平，處理密度控制在150～200 g·m-3為佳，采獲周期為7 d。為避免剛毛藻因快速生長導致水環境失衡而對養殖生物造成影響，建議采用“異位”方式凈化養殖尾水。