微藻投喂量和文蛤密度對(duì)養(yǎng)殖水環(huán)境的影響

張志東，陳愛華，吳楊平，張雨，曹奕，陳素華，田鎮(zhèn),2，李秋潔,2

（1.江蘇省海洋水產(chǎn)研究所，江蘇 南通 226007；2.上海海洋大學(xué)水產(chǎn)科學(xué)國家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，上海 201306）

微藻是自然界中分布廣、種類多、數(shù)量大的古老低等植物，可在光合作用時(shí)吸收營養(yǎng)元素，合成生物質(zhì)。與傳統(tǒng)污水處理工藝相比，微藻具有營養(yǎng)鹽去除效率高、運(yùn)行能耗低、同步固碳等諸多優(yōu)點(diǎn)[1]。許多研究表明：微藻對(duì)污水中氮、磷等物質(zhì)具有較高去除效果。用微藻處理污水是一項(xiàng)極具潛力的綠色技術(shù)[2]。陳春云等[3]利用小球藻Chlorella vulgaris 凈化水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水，取得良好的效果。Mccarthy 等[4]研究發(fā)現(xiàn)，藻類利用水體中各種形式氮的優(yōu)先順序?yàn)榘钡鞠鯌B(tài)氮＞亞硝態(tài)氮。竇勇等[5]在研究威氏海鏈藻Thalassiosira weissflogii 的生長及光合作用時(shí)，得出了相似結(jié)論。李達(dá)等[6]認(rèn)為，微藻對(duì)氮源選擇性利用的原因可能是同化氨氮的過程需要的能量更少。但當(dāng)水體中氮磷濃度過高，藻類將大量繁殖，而從破壞水域生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定。針對(duì)微藻過量繁殖的現(xiàn)象，生產(chǎn)中多用濾食性貝類或魚類攝食過量微藻，使水體中微藻數(shù)量達(dá)到平衡。用微藻投喂貝類，研究貝類與微藻對(duì)養(yǎng)殖水環(huán)境的聯(lián)合作用，對(duì)文蛤Meretrix meretrix 池塘養(yǎng)殖及其水環(huán)境調(diào)控具有重要意義。

文蛤是江蘇傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)貝類之一。近年來圍填海、港口建設(shè)等不同程度影響了潮間帶的生境，自然采捕和灘涂養(yǎng)殖的成品文蛤資源量驟減，使文蛤養(yǎng)殖由海區(qū)粗養(yǎng)逐步轉(zhuǎn)向人工池塘養(yǎng)殖。文蛤以水中的微藻和有機(jī)碎屑為食，可與蝦類或魚類進(jìn)行多元立體養(yǎng)殖，逐漸成為江蘇池塘高效養(yǎng)殖的主要種類之一。目前有關(guān)貝類對(duì)養(yǎng)殖水環(huán)境的影響仍有所分歧，一是認(rèn)為貝類是環(huán)境友好型生物，放養(yǎng)貝類可有效減少水體中營養(yǎng)負(fù)荷，抑制水體的富營養(yǎng)化[7,8]；二是認(rèn)為隨著貝類養(yǎng)殖年限的增加，排泄物（糞便和假糞）沉積于池底或再懸浮，當(dāng)超過海水的自凈能力時(shí)，使海水透明度下降，水質(zhì)惡化[9,10]。董雙林等[11]認(rèn)為：貝類放養(yǎng)密度是產(chǎn)生上述分歧的重要原因。目前對(duì)文蛤放養(yǎng)密度對(duì)養(yǎng)殖水環(huán)境的影響還未見報(bào)道。本文通過研究增加微藻投喂量對(duì)不同養(yǎng)殖密度文蛤水環(huán)境的影響，探究文蛤池塘養(yǎng)殖的適宜密度，以期為文蛤池塘健康養(yǎng)殖、水質(zhì)調(diào)控及生態(tài)養(yǎng)殖提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)用文蛤與球等鞭金藻Isochrysis galbana 液均來自江蘇省文蛤良種場。文蛤?yàn)榧t殼色選育系子四代，取出后在室內(nèi)砂濾海水中暫養(yǎng)7 d，每天投喂一次1×105cell/mL 的球等鞭金藻，每天換水1 次。試驗(yàn)前2 d 停止投喂，挑選健康、大小相近，平均殼長為（25.91±2.76）mm，平均粒重為（4.30±1.08）g的個(gè)體進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)用水為二次煮沸的砂濾海水，添加硝酸鈉和磷酸二氫鉀配置而得。氮磷初始濃度為：無機(jī)氮1.65 mg/L，無機(jī)磷0.23 mg/L。底泥采于江蘇呂四灘涂，運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室后，用烘箱烘干待用。

1.2 方法

試驗(yàn)在75 個(gè)68 cm×46 cm×35 cm 聚乙烯水槽中進(jìn)行，文蛤放養(yǎng)密度為每個(gè)水槽0 粒、25 粒、50粒、75 粒和100 粒/水槽，即（0 粒/m2、80 粒/m2、160 粒/m2、240 粒/m2和320 粒/m2），微藻投喂量為0 cell/mL、5.00×105cell/mL、1.00×106cell/mL、1.50×106cell/mL 和2.00×106cell/mL，兩兩交叉設(shè)計(jì)雙因素實(shí)驗(yàn)，設(shè)3 個(gè)平行組，其中各實(shí)驗(yàn)組標(biāo)號(hào)如表1所示。試驗(yàn)期間，采用小型氣泵連續(xù)曝氣，每個(gè)水槽中平鋪100 g 底泥。試驗(yàn)開始后3 h、6 h、12 h、24 h、48 h、72 h 和96 h 取水樣300 mL，經(jīng)4%甲醛固定后，用于測定水質(zhì)指標(biāo)。

表1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)Tab.1 Experimental design labels

試驗(yàn)測定的水質(zhì)指標(biāo)主要包括水體中氨氮（NH4+-N）、亞硝態(tài)氮（NO2--N）、硝態(tài)氮（NO3--N）和無機(jī)磷（IP）含量。NH4+-N 采用次溴酸鹽氧化法測定；NO2--N 采用磺胺-鹽酸萘乙二胺法測定；NO3--N 采用鋅鎘還原法測定；IP 采用鉬藍(lán)分光光別為水體氨氮、亞硝態(tài)氮及硝態(tài)氮含量（mg/L）。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

試驗(yàn)數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差（Mean±SD）表示，采用Excel 2016 進(jìn)行整理，用Origin8.0 繪圖；采用SPSS19.0 進(jìn)行方差分析（ANOVA）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同微藻投喂量對(duì)不同密度文蛤養(yǎng)殖水中無機(jī)氮含量的影響

由圖1 可知，隨著試驗(yàn)時(shí)間的延長，微藻顯著降低了水體中無機(jī)氮含量（P＜0.05）,且微藻的濃度越高，無機(jī)氮含量下降越明顯。隨著試驗(yàn)時(shí)間的延長，文蛤也顯著降低水體的無機(jī)氮含量（P＜0.05）。然而，隨著文蛤放養(yǎng)密度的增加，無機(jī)氮含量呈先下降后上升的趨勢。在文蛤放養(yǎng)密度不足75 粒/水槽（240 粒/m2）時(shí)，無機(jī)氮含量呈下降趨勢；文蛤放養(yǎng)密度在75 粒/水槽（240 粒/m2）時(shí)，無機(jī)氮含量最低；超過75 粒/水槽（240 粒/m2）時(shí)，無機(jī)氮含量呈上升趨勢。由圖1 可知，給文蛤投喂微藻時(shí)，能顯著降低水體無機(jī)氮含量。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，M0A20組水體中無機(jī)氮含量最低，M100A0組水體中無機(jī)氮含量最高。雙因素結(jié)果顯示，文蛤放養(yǎng)密度越少，微藻投喂越多時(shí)，水體無機(jī)氮含量下降越明顯（圖2）。

圖1 微藻投喂量對(duì)文蛤養(yǎng)殖水中無機(jī)氮（IN）含量的影響Fig.1 Effect of various microalga feeding rates on concentration of IN in water of hard clam culture

圖2 不同文蛤放養(yǎng)密度與微藻投喂量對(duì)養(yǎng)殖水中無機(jī)氮含量的影響Fig.2 Effects of different stocking densities and microalga feeding rates on inorganic nitrogen content in water

2.2 微藻的不同投喂量對(duì)不同密度文蛤養(yǎng)殖水中無機(jī)磷含量的影響

由圖3-a 可知，在不放養(yǎng)文蛤時(shí)，微藻顯著降低了水體無機(jī)磷含量。在微藻投喂量為0～1.50×106cell/mL 時(shí)，無機(jī)磷含量隨著投喂量的增加而降低；微藻投喂量為1.50×106cell/mL 時(shí)，水體無機(jī)磷含量最低；微藻投喂量超過1.50×106cell/mL 時(shí)，水體無機(jī)磷含量升高。

由圖3-b～e 可知，在放養(yǎng)文蛤時(shí)，隨著微藻投喂量的提高，水體無機(jī)磷含量降低明顯。隨著文蛤放養(yǎng)密度的增加，水體無機(jī)磷含量也隨之增加。投喂微藻時(shí)，有效抑制了無機(jī)磷含量上升，微藻投喂量越大，無機(jī)磷含量上升越緩慢。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，M0A15組水體中無機(jī)磷含量最低（圖4），M100A0組水體中無機(jī)磷含量最高。雙因素結(jié)果顯示，文蛤放養(yǎng)密度越少，微藻投喂越多時(shí)，水體無機(jī)磷含量下降越明顯。

圖3 微藻的不同投喂量對(duì)文蛤養(yǎng)殖水中無機(jī)磷（IP）含量的影響Fig.3 Effect of feeding rates of microalga on content of inorganic phosphorus（IP）in water of hard clam culture

圖4 不同文蛤放養(yǎng)密度與微藻投喂量對(duì)水中無機(jī)磷含量的影響Fig.4 Effects of different stocking densities and microalga feeding rates on inorganic phosphorus content in water of hard clam culture

3 討論

微藻在水生生態(tài)系統(tǒng)中能吸收水體中無機(jī)氮（主要是氨氮）和無機(jī)磷，通過一系列生物化學(xué)反應(yīng)將其變?yōu)樽陨淼慕M成物質(zhì)，完成元素的轉(zhuǎn)移[12]。海洋、湖泊等水體中的無機(jī)氮及無機(jī)磷主要被藻類和微生物利用及硝化和反硝化、氨揮發(fā)等作用轉(zhuǎn)移出水體[13]。本研究結(jié)果顯示，隨著微藻投喂量的增加，水體中氮磷含量顯著下降（圖2、圖4），與上述規(guī)律一致。但在不同條件下微藻對(duì)氮磷利用效率差異很大。在適當(dāng)?shù)臏囟群凸庹諒?qiáng)度范圍內(nèi)，氮磷利用效率隨溫度和光照強(qiáng)度的增加顯著提高[14]。本試驗(yàn)中12～24 h 時(shí)處于夜晚，微藻無法進(jìn)行光合作用，故氮磷含量變化不顯著，與此規(guī)律一致。雖然藻類濃度越高，對(duì)氮磷的吸收效果越好，但藻類的過量生長會(huì)影響生態(tài)系統(tǒng)中其他生物的生長，破壞生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性[15]。因此，在生產(chǎn)中可以通過放養(yǎng)濾食性貝類或魚類防止微藻過量生長。

貝類的濾食、排泄、管道筑建、穴居等生理活動(dòng)會(huì)影響?zhàn)B殖水環(huán)境[16]。已有研究表明，貝類濾食水中的微藻及懸浮顆粒物，能在一定程度上改善水質(zhì)，降低水體的氮磷含量。但放養(yǎng)密度不宜過高，放養(yǎng)密度過高時(shí)，貝類會(huì)形成大量假糞，通過微生物及自身的生物擾動(dòng)作用，加快系統(tǒng)的礦化反應(yīng)，向水體中釋放大量無機(jī)氮[17]。在池塘中放養(yǎng)貝類可明顯提高營養(yǎng)物質(zhì)的利用率，但不同的放養(yǎng)密度下，營養(yǎng)物質(zhì)的利用率也顯著不同，因此，合理放養(yǎng)貝類才能達(dá)到較好的生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益[18]。本研究結(jié)果顯示：隨著文蛤放養(yǎng)密度的增加，無機(jī)氮含量先下降后上升。在文蛤放養(yǎng)密度不足75 粒/水槽時(shí)，無機(jī)氮含量呈下降趨勢；文蛤放養(yǎng)密度在75 粒/水槽時(shí)，無機(jī)氮含量最低；超過75 粒/水槽時(shí)，無機(jī)氮含量上升（圖2）。因此，文蛤放養(yǎng)密度不宜超過75 粒/水槽（225 粒/m2）。本研究中，隨著文蛤放養(yǎng)密度的增加，無機(jī)磷含量呈上升趨勢（圖4），但投喂微藻后，無機(jī)磷上升趨勢明顯變緩。由此推測，微藻與貝類對(duì)富營養(yǎng)化水體調(diào)控可能存在一定的正反饋效應(yīng)。有研究認(rèn)為，水體氮、磷濃度顯著降低的主要原因，一是貝類對(duì)浮游微藻的高強(qiáng)度濾食，二是貝類對(duì)底棲藻類的生長有促進(jìn)作用，抑制了沉積物營養(yǎng)釋放，間接降低了水體氮磷濃度[19]。因此利用貝類與微藻協(xié)同效應(yīng)，降低水體氮磷濃度具有廣闊前景。結(jié)論

文蛤在降低水體無機(jī)氮效果有限，放養(yǎng)密度不宜超過75 粒/水槽（225 粒/m2）。隨著養(yǎng)殖時(shí)間的延長，水體無機(jī)磷含量逐漸升高，有富營養(yǎng)化趨勢，而微藻能有效減緩富營養(yǎng)化趨勢。因此，利用文蛤與微藻協(xié)同效應(yīng)，降低水體氮磷濃度具有廣闊前景。