3種耐鹽植物對水產養殖廢水凈化效果

王成強，相智巍，黃炳山，王忠全，王際英，李寶山

3種耐鹽植物對水產養殖廢水凈化效果

王成強，相智巍，黃炳山，王忠全，王際英，李寶山

（山東省海洋資源與環境研究院 / 山東省海洋生態修復重點實驗室，山東 煙臺 264006）

【】探究海馬齒()、堿蓬()和江蘺()等三種耐鹽性植物對海水池塘養殖尾水中無機氮、總氮和總磷的凈化效果。每種耐鹽性植物設置3個密度梯度，每個梯度3個重復，實驗周期為12 d，分析不同密度下單一品種對石斑魚養殖尾水的處理效果。不同密度耐鹽植物對水質修復有不同效果，其中1.5 g/L海馬齒處理組、1.5 g/L堿蓬處理組和1.6 g/L江蘺處理組在單一處理實驗中表現出較佳凈化效果，對總氨氮（TAN）、亞硝酸鹽氮（NO2--N）和硝酸鹽氮（NO3--N）的去處率分別為80.49%、70.28%和76.06%，73.39%、52.44%和74.38%，30.30%、31.24%和54.08%。對比發現，在對無機氮的去除率方面，1.6 g/L江蘺處理組對NO3--N的去除率顯著高于其他兩組，對NO2--N的去除率也顯著高于1.5 g/L堿蓬處理組（< 0.05），而與1.5 g/L 海馬齒處理組無顯著差異（> 0.05）。同時，1.6 g/L江蘺處理組對總氮（TN）和總磷（TP）的去除率均顯著高于1.5 g/L堿蓬處理組和1.5 g/L海馬齒處理組（< 0.05）。在實驗進行10 d后，高密度處理組的三種鹽生植物對TN和TP的去除率明顯降低。1.6 g/L江蘺處理組、1.5 g/L 海馬齒處理組和1.5 g/L 堿蓬處理組表現出較佳的養殖廢水凈化效果，其中1.6 g/L江蘺處理組效果最佳。

海馬齒；堿蓬；江籬；耐鹽植物；養殖廢水；氮磷營養鹽；去除率；水質凈化

在海水養殖廢水凈化方面，生物修復方式因其成本低、安全性高、綠色環保等優點頗受歡迎，在實際中也得到越來越廣泛的應用[1-2]。其中，利用耐鹽植物凈化養殖廢水是生物修復的重要手段之一，通過養殖一些根莖類植物、大型植物或藻類等，達到去除廢水中有機物、懸浮物、無機鹽、重金屬等污染物質[3-4]。李甍等[5]利用龍須菜（）處理大西洋鮭（）養殖廢水的研究中發現，2.4 g/L的龍須菜對廢水處理效果較佳；對海馬齒（）的研究[6-7]也發現，其對降低海水養殖廢水中的營養鹽和重金屬含量具有較佳效果。王趁義等[8]利用堿蓬（）對海水池塘養殖廢水進行處理，結果表明鹽地堿蓬修復海水養殖池塘水體具有良好潛力；在生態浮床養殖條件下，海蓬子（L）和堿菀（Nees）對氮的去除效果好[9]；Mozdzer等[10]研究發現，互花米草（Loisel）和蘆葦（）對海水養殖廢水中的不溶性有機氮均有一定的吸收凈化效果。

當前，利用耐鹽植物凈化廢水，多數集中在低鹽度養殖廢水的處理方面，而在高鹽度海水養殖廢水的處理方面研究較少[11]。本實驗以黃河三角洲地區海水池塘養殖廢水為研究對象，選用當前研究較多的三種耐鹽性植物，分別為海馬齒、堿蓬和脆江蘺（），探究不同密度下三種植物對海水池塘養殖廢水主要污染物的凈化效果，為黃三角地區海水池塘養殖綠色高效化處理提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

本實驗在山東省海洋資源與環境研究院東營實驗基地養殖車間進行，實驗周期為12 d。海馬齒和脆江蘺，均購自漳州市東山縣海域，4 ～ 8 ℃運送至實驗基地，用于后續實驗。堿蓬采集于山東省東營市黃河三角洲養殖池塘堤岸旁。所有實驗植物均去除表面雜質、選取大小均勻若干植物體，用于后續實驗。

實驗用水為養殖基地石斑魚（sp.）養殖池塘排放水，經弧形篩過濾處理后的水，實驗期間水質的基本指標：溫度22 ～ 24 ℃，鹽度25 ～ 26，pH 7.5 ～ 7.7，溶解氧> 7 mg/L。另外，進水總氨氮1.41 ～ 1.76 mg/L，進水亞硝酸鹽氮0.11 ～ 0.19 mg/L，進水硝酸鹽氮0.72 ～ 0.81 mg/L，進水總氮3.15 ～ 4.21 mg/L，進水總磷0.14 ～ 0.20 mg/L，實驗使用容器為直徑75 cm、深度80 cm藍色玻璃鋼桶，水體積為300 L。

1.2 實驗設計

實驗為靜態實驗，均采用連續曝氣方式進行。按照實驗對象濕質量設計密度梯度（按照處理水量計），每種植物設立3個處理組，每個處理組設計3個重復。海馬齒的密度分別為0.5、1.5和3.0 g/L，密度設置參考應銳等[12]實驗設計；堿蓬密度分別為0.5、1.5和3.0 g/L，密度設置參考王趁義等[13]實驗設計；脆江蘺的密度分別為0.8、1.6和2.4 g/L，密度設置參考李甍等[5]實驗設計。

實驗開始前，將海馬齒和堿蓬洗凈后扦插到白色珍珠棉上，置于營養液中預培養至生根。正式實驗開始前，將三種植物均置于正式實驗相同的條件下暫養7 d。實驗開始后，每2 d早上08: 00取樣，共計取樣6次，用以后續測定各組水體水質指標的變化。

1.3 水質指標測定方法

本實驗水質參數的測定參照《海洋監測規范》（GB 17378-2007）[14]，其中總氨氮（TAN）采用納氏試劑比色法，亞硝酸鹽氮（NO2--N）采用鹽酸萘乙二胺分光光度法，硝酸鹽氮（NO3--N）采用鋅-鎘還原法，總氮（TN）和總磷（TP）均采用過硫酸鉀氧化法。

1.4 數據分析方法

所得實驗數據用平均值±標準誤差（Mean ± S.E）來表示，用SPSS 19.0分析軟件對實驗數據進行單因素方差分析（One-Way ANOVA），另外用Duncan’s檢驗方法對實驗數據進行多重比較，顯著水平= 0.05。采用Microsoft Excel 2010進行圖表制作。

2 結果

2.1 海馬齒凈化效果

由圖1可知，隨著時間推移，3組處理對石斑魚（）養殖廢水的TAN、NO2--N、NO3--N的去除率均具有明顯效果(< 0.05)。12 d時，3個處理組對TAN的去除率分別為69.09%、80.49%和80.73%，對NO2--N的去除率分別為59.79%、73.39%和70.77%，對NO3--N的去除率分別為22.93%、30.30%和32.20%。1.5 g/L和3.0 g/L處理組對TAN、NO2--N、NO3--N的去除率均顯著高于0.5 g/L處理組(< 0.05)。3.0 g/L處理組對TN和TP的去除率在前8 d顯著上升，而8 d后急劇下降。10 d內，0.5和1.5 g/L處理組對TN和TP的去除率一直呈上升趨勢，12 d時1.5 g/L處理組對TN和TP去處理率緩慢下降。其中12 d時，3個處理組對TN的去除率分別為28.09%、33.09%和20.58%，對TP的去除率分別為31.51%、41.07%和19.99%。海馬齒密度1.5 g/L處理組對TN和TP去處理率均顯著高于其余兩組(< 0.05)。

◆：0.5 g/L海馬齒；：1.5 g/L海馬齒；▲：3.0 g/L海馬齒。相同時間點凡含相同字母或無字母者表示差異不顯著（P > 0.05）。

2.2 堿蓬凈化效果

三個堿蓬處理組對養殖廢水的凈化效果見圖2。結果顯示，12 d時，3個處理組對TAN的去除率分別為58.76%、70.28%和72.23%，對NO2--N氮的去除率分別為41.57%、52.44%和53.13%，對NO3--N的去除率分別為22.05%、31.24%和35.75%。3.0 g/L處理組對TAN和NO3--N的去除率均顯著高于0.5和1.5 g/L處理組(< 0.05)，同時1.5和3.0 g/L處理組對NO2--N的去除率均顯著高于0.5 g/L處理組(< 0.05)，而兩處理組間無顯著性差異(> 0.05)。3.0 g/L處理組對TN和TP的去除率在前8 d顯著上升，最高分別達到21.86%和39.83%，而8 d后均急劇下降，12 d時分別為16.19%和18.56%。8 d內，1.5 g/L處理組對TN和TP的去除率一直呈明顯上升趨勢，而在8 ～ 12 d時去除率趨于平緩狀態，12 d時對TN和TP的去除率分別為25.67%和39.37%，均顯著高于其他兩處理組(< 0.05)。

◆：0.5 g/L海馬齒；：1.5 g/L海馬齒；▲：3.0 g/L海馬齒。相同時間點凡含相同字母或無字母者表示差異不顯著（P > 0.05）。

2.3 江蘺凈化效果

圖3顯示，12 d內，不同密度脆江蘺對養殖廢水中的部分營養鹽指標均具有明顯去除效果。0.8、1.6和2.4 g/L三個處理在12 d內對TAN、NO2--N、NO3--N的去除率均呈上升趨勢，對TAN的去除率分別為58.18%、76.06%和77.76%，對NO2--N的去除率分別為57.67%、74.38%和76.46%，對NO3--N的去除率分別為38.73%、54.08%和53.25%。12 d時，1.5和3.0 g/L處理組對TAN、NO2--N、NO3--N的去除率均顯著高于0.5 g/L處理組(< 0.05)，而這兩組間對三者的去除率均無顯著差異(> 0.05)。1.6 g/L處理組對TN和TP的去除率在12 d內呈上升趨勢，而8 ～ 12 d時兩者的去除率增加緩慢，最終去除率分別為52.51%和64.45%。8 d內2.4 g/L處理組對TN和TP去除率顯著上升，而8 ～ 12 d時對兩者去除率呈下降趨勢，12 d時的去除率分別為44.56%和52.56%。0.8 g/L脆江蘺處理組對TN和TP的去除率均呈上升趨勢，12 d時的去除率分別為36.76%和42.21%。12 d實驗結束時，1.6 g/L處理組對TN和TP的去除率均顯著高于0.8和2.4 g/L處理組(< 0.05)。

2.4 三種植物最適密度對部分營養鹽指標去除率對比

經過對比后，篩選出綜合處理效果較佳的三個處理組，分別為1.5 g/L海馬齒處理組、1.5 g/L堿蓬處理組和1.6 g/L脆江蘺處理組。同時，對三個處理組的部分營養鹽去除率進行分析（表1）。1.6 g/L脆江蘺處理組對NO3--N、TN和TP的去除率均顯著高于其他兩組，另外對NO2--N的去除率也顯著高于1.5 g/L堿蓬處理組(< 0.05)，而與1.5 g/L海馬齒處理組無顯著差異(> 0.05)。1.5 g/L海馬齒處理組對TAN去除率顯著高于其他兩處理組(< 0.05)，對NO2--N和TN的去除率顯著高于1.5 g/L堿蓬處理組(< 0.05)，對TN的去除率與1.5 g/L堿蓬處理組無顯著差異(> 0.05)。

◆：0.5 g/L海馬齒；：1.5 g/L海馬齒；▲：3.0 g/L海馬齒。相同時間點凡含相同字母或無字母者表示差異不顯著（P > 0.05）。

表1 12 d時最佳密度海馬齒、堿蓬和脆江蘺對營養鹽指標去除率對比

注：同列數據中上標不同字母表示差異顯著(< 0.05)。

Note: Values with different superscript letters in the same column mean significant difference (< 0.05).

3 討論

養殖水體氨氮、亞硝酸鹽和硝酸鹽的積累會影響養殖動物的生理狀況，容易誘發魚病，嚴重時致使養殖動物死亡，造成較大經濟損失，同時更容易造成養殖水體的富營養化[15-17]，因此，控制好養殖水體中氨氮、亞硝酸鹽和硝酸鹽含量是保障水產養殖健康發展的重要措施之一。水生植物一方面通過光合作用吸收水體中的二氧化碳、氮等物質[18]，另一方面通過根系吸收養殖廢水中的營養鹽，同時可以改變微生物群落及活性，清除有機質，從而起到凈化水質的作用[19]。

3.1 海馬齒對海水池塘養殖廢水的凈化效果

海馬齒是一種適宜生長海邊沙地或鹽堿地的多年草本植物，廣泛地分布在全球熱帶或亞熱帶地區[20]。近年來，一系列研究表明，浮床種植海馬齒可以對養殖廢水的凈化起到較好效果。張志英等[21]通過在富營養化海水中，利用浮床種植海馬齒，結果表明海馬齒對富營養化海水中N、P的月移除量分別為1.11、0.19 g/m3，海水富營養化水平得到明顯改善。當海馬齒的浮床覆蓋率為池塘10%時，養殖池塘中的污染物濃度和有機氮含量的質量百分比顯著下降[22]。本研究也發現，浮床種植海馬齒對海水養殖廢水也具有明顯的凈化效果。當種植密度為1.5 g/L時，對無機氮、總氮、總磷均具有較高去除率。這主要得益于海馬齒發達的根系，可能很好地吸收廢水中的營養鹽，其吸收營養鹽的方式主要包括植物組織及根系滯留、根際微生物吸收、根際周圍硝化反硝化等作用。這同應銳等[12]研究報道相一致，其結果表明當海馬齒種植密度為4.8 g/L時，12 d實驗結束后，對氨氮、總氮和無機磷的去除率均顯著高于其他兩組。陳婧芳等[23]研究也表明，當海馬齒種植密度為1.5株/L時，水體中氮磷營養鹽及COD得到較高去除率。這也進一步說明，在利用水生植物修復養殖廢水的過程中，植物種植密度是影響廢水凈化效果的關鍵因素之一。

同時，本實驗發現，12 d實驗期間，進行到第8 d后，高密度海馬齒處理組（3.0 g/L）的TN、TP去除率顯著降低，廢水中TN和TP質量濃度出現升高現象。這可能是因為種植密度較高時，植株浮床對水面覆蓋率較大，影響了水體透光，再加上生長空間有限，阻礙根部組織生長，甚至導致部分海馬齒根部出現腐爛現象，這樣不僅影響根部對營養鹽的吸收，還導致氮磷等營養鹽的釋放。Ciria等[24]在香蒲（Presl）、Macchiavello等[25]在石莼（）、應銳等[14]在海馬齒中的研究結果相似，結果均表明當水生植物密度過高時，可能會引起植物死亡，從而導致營養鹽的吸收量降低和釋放量的增加。

3.2 堿蓬對海水池塘養殖廢水的凈化效果

堿蓬是一種適應性較強的耐鹽植物，可以通過其葉或莖代謝吸收掉鹽分，具有較強耐鹽性，有研究[26]表明當鹽度為80 g/kg時，堿蓬存活率仍可以達到80%左右。同時，不少報道[13,27]稱，利用堿蓬浮床去除海水養殖廢水中氮磷等營養鹽具有較好效果。本實驗中，選用當地耐鹽植物堿蓬作為研究對象，實驗結果表明不同處理組，堿蓬浮床對氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮的去除率分別為58.76% ～ 72.23%、41.57% ～ 53.13%和22.05% ～ 35.75%，對養殖廢水的凈化均具有一定效果，其中密度為1.5 g/L時凈化效果最好。Wu等[28]研究報道，在氨氮質量濃度水平較低時，部分水生植物一般優先選擇氨氮作為生長所需的氮源進行吸收利用。本研究中堿蓬浮床對氨氮去除率要顯著高于其他指標，這也在一定程度上驗證了這一研究報道。同時，由結果可知，在實驗前期，堿蓬浮床對廢水中各種營養鹽指標去除效率較高，而到實驗后期各指標的去除率降低，趨于平緩。這主要是因為堿蓬栽培前期需要大量吸收水體中養分，以維持自身正常生長。而到實驗后期，一方面堿蓬自身對各種營養鹽需求降低，另一方面植物體內氮磷等元素富集量較高，使得機體吸收氮磷等營養鹽的速率降低，這也是導致后期凈化水質效果降低的原因[29]。

本實驗，堿蓬浮床對總氮的去除率在1.5 g/L處理組最高（25.69%），這一結果顯著低于任海波等[30]、常雅軍等[31]利用堿蓬去除富營養化海水中氮去除率的結果。產生這一差異的原因，可能是因為浮床系統中氮元素的去除途徑主要有消化和反消化作用、水生植物的吸收[32]，而本實驗各處理組均為曝氣處理，水層中的反消化作用較小，主要依靠植物的吸收作用去除氮元素，所以整個實驗過程對氮的去除率較低。同時，本實驗中，1.5 g/L處理組對TN和TP的去除率最高，分別為25.67%和39.37%，結果顯示對磷的去除率明顯高于對氮的去除率，這同先前研究結果相一致。王趁義等[13]利用堿蓬浮床修復海水養殖廢水，結果顯示對廢水中總氮總磷的去除貢獻率分別為16.10%和78.15%；胡杰等[33]研究表明，在富營養化海水養殖廢水的修復中，堿蓬浮床對TN和TP的去除率分別為62.14%和73.05%。這些研究均表明堿蓬對磷的去除能力高于對氮的去除能力。這可能是因為堿蓬在生長過程中，磷是主要限制營養元素，對磷的攝取速度大于氮，可能是與堿蓬對營養鹽的選擇壓力不同有關，這些結果也均表明堿蓬在生長中對磷元素的吸收速率要快于氮元素，吸收作用是去除水中磷元素的主要原因[27]。

3.3 江蘺對海水池塘養殖廢水的凈化效果

近年來，利用大型藻類等生物手段對生態環境進行修復成為研究熱點。其中，一系列研究[34-36]表明大型海藻，比如龍須菜、海帶（）、石莼、江蘺、鼠尾藻（）等，均具有較強吸收移除水中氮磷營養鹽的能力。其中江蘺，能夠適應較高溫度和在海水池塘中靜水養殖，可以主動吸收大量外界氮磷營養鹽，改善水體富營養化狀況，是凈化水質的良好水生植物。本課題組在前期研究[37]也表明，在珍珠龍膽石斑魚封閉養殖水體養殖一定密度的江蘺（777.78 g /m3），可以有效清除養殖水體的氮磷營養鹽，修復養殖水環境。徐永健等[34]在池塘中將菊花江蘺與凡納濱對蝦（）、青石斑魚（）混養，結果發現江蘺對水中無機氮、無機磷均具有較好凈化作用。

本實驗結果也顯示，脆江蘺在凈化海水池塘養殖廢水方面具有較佳效果，其中1.6 g/L處理組對TAN、NO2--N、NO3--N、TN和TP的去除率分別為76.06%、74.38%、54.08%、52.51%和64.45%，凈化后水質達到海水養殖水排放的二級標準。吳翔宇等[38]研究表明，芋根江蘺（）對養殖廢水中氨氮和活性磷酸鹽的去除率分別為26%和66%左右。在刺參-菊花心江蘺池塘立體綜合養殖技術研究表明，江蘺引入可以顯著降低池塘中總氮、氨氮和磷酸鹽等３個水質指標。但是本實驗結果也顯示，當脆江蘺養殖密度較高時，在10 d以后，廢水中TN和TP的去除率呈下降趨勢，這可能也是因為當養殖藻類密度過高時，影響了光合作用效率，甚至會導致海藻腐解死亡。

本實驗發現，三種耐鹽植物對氨氮、亞硝酸鹽、硝酸鹽氮均產生一定去除作用，使養殖廢水得到凈化，但是去除效率卻有較大差異。通過比較可知，1.6 g/L脆江蘺處理組的凈化效果最佳，其中對NO3--N、TN和TP的去除率均顯著高于1.5 g/L 海馬齒處理組和1.5 g/L 堿蓬處理組。卜雪峰[39]通過24 h的養殖實驗也表明，石莼、海帶、鼠尾藻、馬尾藻（）對氮磷營養鹽的去除率表現出不同效率，其實石莼和海帶對氮磷營養鹽的去除率比較高。張力等[40]通過對比5種耐鹽性植物凈水效果發現，其中水蔥（Vahl）對氨氮、無機氮和活性磷酸鹽的去除率均高于其他品種，其次蘆葦效果僅次于水蔥。這也表明不同鹽生植物（海藻）由于其光合作用效率、根系發達程度、無機鹽吸收水平以及生存環境等不同，在水質修復方面的能力也不同。另外，值得注意的是，本實驗中三種耐鹽植物的氨氮、亞硝酸鹽、硝酸鹽氮去除率曲線顯示基本均未達到平臺期，這個可能與實驗周期、植物密度、廢水水質等因素有關，后續可以在這一方面繼續開展相關研究。

4 結論

在本實驗條件下，三種鹽生植物對養殖廢水具有不同凈化效果，其中單一處理實驗中，1.6 g/L脆江蘺處理組、1.5 g/L 海馬齒處理組和1.5 g/L 堿蓬處理組表現出較佳效果。綜合比較發現，1.6 g/L脆江蘺處理組的凈化效果最佳。這也進一步說明水生植物在修復水質方面具有一定作用，可為今后在海水養殖廢水的治理方面提供一定理論依據。

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Effects of Three Varieties of Halophytes on the Purification of Aquaculture Waste Water

WANG Cheng-qiang, XIANG Zhi-wei, HUANG Bing-shan, WANG Zhong-quan, WANG Ji-ying, LI Bao-shan

（/,264006,）

【】To investigate the purification effects of,andon inorganic nitrogen, total nitrogen and total phosphorus of pond mariculture waste water. 【】In this experiment, three varieties of halophytes were selected, respectively,and. Three density gradients were set for each variety, and each gradient had three replicates. The experiment period was 12 days. The effects of different densities of a single variety on the purification of pond mariculture wastewater of grouper were analyzed.【】 The halophytes of different densities had different effects on water quality restoration. The treatment groups of 1.5 g/L, 1.5 g/Land 1.6 g/Lshowed a better purification effect in a single treatment experiment, and the removal rates of total ammonia nitrogen (TAN), nitrite nitrogen (NO2--N) and nitrate nitrogen (NO3--N) were 80.49%, 70.28% and 76.06%; 73.39%, 52.44% and 74.38%; 30.30%, 31.24% and 54.08%, respectively. In terms of the removal rate of inorganic nitrogen, the removal rate of NO3--N in the 1.6 g/Ltreatment group was significantly higher than those in the other two groups, and the removal rate of NO2--N was also significantly higher than that in 1.5 g/Ltreatment group (< 0.05), but there was no significant difference, compared with the 1.5 g/Ltreatment group (> 0.05). Meanwhile, the removal rates of total nitrogen (TN) and total phosphorus (TP) in the 1.6 g/Ltreatment group were significantly higher than those in the 1.5 g/Land the 1.6 g/Ltreatment groups (< 0.05). In addition, the removal rate of TN and TP by the three halophytes in the high-density treatment group were significantly reduced after 10 days of the experiment. 【】The treatment groups of 1.6 g/L1.5 g/Land 1.5 g/Lshowed good purification effect, among which 1.6 g/Lgrouphad the best effect.

;;; halophyte; aquaculture waste water; nitrogen and phosphorus nutrients; removal rate; water purification

王成強，相智巍，黃炳山，等. 3種耐鹽植物對水產養殖廢水凈化效果[J]. 廣東海洋大學學報，2022，42（3）：25-32.

S959

A

1673-9159（2022）03-0025-08

10.3969/j.issn.1673-9159.2022.03.004

2021-11-30

煙臺市科技計劃項目（2020MSGY067）；山東省海洋生態修復重點實驗室開放課題（201911）；海洋生物資源的開發與利用項目（220-0110-JBN-54EY）

王成強（1988－），男，工程師，研究方向為水產健康養殖和尾水凈化研究。E-mail:chengqiangwang@126.com

李寶山，副研究員，研究方向為水產動物營養與健康養殖。E-mail: bsleeyt@126.com

（責任編輯：劉嶺）