泥蚶与不同浓度微生态制剂净化养殖废水的研究

周婷婷，林志华，张启鹏，刘志芳，何 琳

(1.浙江师范大学 化学与生命科学学院，金华 321000； 2.浙江万里学院 生物与环境学院，宁波 315000 )

凡纳滨对虾又称南美白对虾 (Litopenaeusvannamei)，是当前世界上公认的对虾三大优良养殖品种之一，近几年来，随着我国对虾养殖业迅猛发展，大棚对虾精养已成为池塘养殖的主要模式，由于养殖密度越来越高，导致水质恶化，疾病暴发。贾晓平等[1]研究发现南美白对虾从虾苗 (0.02 g) 育成成虾 (20 g) 过程中，每个养殖个体的累积N、累积P排泄量分别为868.0 mg、37.9 mg；累积粪N、累积粪P排出量分别为218.3 mg、190.8 mg。研究调查表明：养殖30万t成品对虾，需饲料39万t，亦即是向养殖环境排放26.53万t代谢产物，由此可知，对虾养殖业的自身污染程度十分严重[2]。另外，富集氮磷等营养物质不仅造成养殖环境的自源性污染，而且随地表径流排入沿海水体的污水也导致当地海域水质恶化，生态平衡受到破坏。根据相关专家介绍，即使是管理最好的对虾养虾场，也有30%的饵料未被摄食，残饵溶失的氮、磷营养物质是虾池及其邻近浅海的主要污染物[3]。由此可知，水质污染已成为制约海水养殖可持续发展的瓶颈，因此，解决海水养殖废水的污染问题迫在眉睫。

泥蚶 (Tegillarcagranosa) 俗称花蚶、血蚶，是一种栖息于浅海软泥滩中的广温性双壳类软体动物，营养丰富，经济价值高。利用其滤食作用，可去除水中的悬浮物和藻类。EM菌是有益微生物的总称，它可以通过氧化、氨化、硝化、反硝化、硫化、解磷、固氮等作用，将动物排泄物、残饵、粪便等分解为二氧化碳、硝酸盐、磷酸盐、硫酸盐等，有效地降解有机污染物，改良水质，是物质循环不可缺少的环节[4-5]。田功太等[6]研究了不同浓度的EM菌原液对海参 (ApostichopusjaponicusSelenka) 养殖水体的净化效果，结果表明，EM菌能显著降解氨氮、亚硝酸盐、磷酸盐，对养殖废水有较好的净化作用。本实验中，作者采用不同浓度的微生态制剂与泥蚶共同净化对虾养殖废水，旨在构建一套新型高效的综合养殖结构，增加养殖系统中生物种类，维持养殖体系的生态平衡，提高养殖环境的稳定性，促进养殖品种生长，并且提高饲料的利用率，促进养殖水环境中能量流动和物质循环，减轻养殖用水对沿岸水环境造成的富营养化和污染[7-9]。

1 材料与方法

1.1 实验材料

本实验在浙江宁波市海洋与渔业科技创新基地的对虾养殖车间中进行，实验周期7 d，实验材料，泥蚶采集于宁波市咸祥镇人工养殖区，泥蚶平均湿质量为(12±1) g；取回实验室后选取健康、活力较强的个体，清洁壳表淤泥，实验开始前在室内进行暂养72 h，实验装置为100 L的白色聚乙烯塑料水桶，每桶注入60 L的废水；实验用水为大棚对虾养殖排放的废水，EM原露采购于广东省饶平县广东海富药业有限公司，EM菌主要成分为海洋芽孢杆菌、海洋光和细菌群、海洋酵母菌群，丝状菌群等，活菌数量>1.0×109cfu，为黑褐色菌液。

1.2 方法

1.2.1 实验设计

实验为静态试验，设为5组，每组3个重复，依照EM原露的使用方法，分别设置如下浓度：第1组添加390 μL的EM菌和33粒泥蚶，第2组添加510 μL的EM菌和33粒泥蚶，第3组添加浓度720 μL的EM菌和33粒泥蚶，第4组只投放33粒泥蚶，另设一个空白组，DO为8.81 mg/L，盐度为21.44，水温为18.9℃，硝酸盐为1.36 mg/L，磷酸盐为0.98 mg/L，氨氮为1.47 mg/L。采用连续曝气的方式，实验期间不换水，不投放饵料，光照采用自然光照。

1.2.2 水质检测

该实验选取了硝酸盐、磷酸盐、氨氮、总氮、总磷等指标用于水质分析，N、P营养盐、每天下午3：00取样1次，测定7 d，水样采集方法：在每个取样点各采集1个水样 (50 mL)，将取样瓶浸入水层下取中层部分，摇晃瓶体洗涤1次，搅动水体，排除水层泡沫，快速取水，取样后将取样瓶放于颜色较深的塑料袋中；每处取1个水样。

水质监测方法参照海洋监测规范[10]：其中氨氮采用DIN和ISO的标准法；总氮：硫酸肼还原法；磷酸盐：磷钼蓝分光光度法；硝酸盐：锌镉还原法；总磷[11]：总氮总磷联合消化钼-锑-抗分光光度法实验过程水体中溶解氧、盐度、温度使用溶氧仪 (YSI) 进行测定。各物质去除率(η)计算公式：η=(Co-CG)/Co×100%，式中，Co为进水水质指标平均浓度；CG为实验组营养盐平均浓度[12]。

1.2.3 数据分析方法

实验结果以平均值±标准差表示，实验数据分析采用软件 SPSS 19.0进行单因素方差分析 (one-way ANOVA)，采用LSD进行统计检验 (P<0.05)。以P<0.01表示差异极显著，P<0.05表示差异显著，P>0.05表示差异不显著。

2 结果与分析

2.1 对废水中氨氮的去除效果

泥蚶与不同浓度的EM菌在7 d内对废水中氨氮的去除效果比较，如图1所示。5组处理对氨氮均有一定的去除效果，且呈现出去除率不断增加的趋势，其中第1组的去除效率为63.75%±4.33%，第2组的去除率为72.85%±3.62%，第3组的去除效率为60.54%±3.17%，第4组的去除效率为36.42%±2.35%，空白组的去除效率为13.7%±2.49%。单因素方差分析表明空白组与第2组之间差异极显著 (P<0.01)，空白组与第3组之间差异显著 (P<0.05)，其他均不显著 (P>0.05)。

2.2 对废水中硝酸盐的去除效果

不同处理组中硝酸盐的变化情况：7 d内泥蚶与不同浓度的EM菌对硝酸盐均有一定的去除效果，且呈现出不断增加的趋势，只有空白组对硝酸盐的去除效果不断下降，说明空白组的硝酸盐浓度并未减少，反而逐渐增加。其中第1组的去除效率为51.35%±0.23%，第2组的去除率为68.61%±0.25%，第3组的去除效率为60.5%±0.22%，第4组的去除效率为40.1%±0.17%，空白组的去除效率为-28.7%±0.16%。单因素方差分析表明5组之间差异显著(P<0.05)，见图2。

图1 泥蚶与不同浓度的EM菌对废水中氨氮的去除效果比较Fig 1 Ammonia nitrogen removal rates by blood clam and different levels of EM

图2 泥蚶与不同浓度的EM菌对废水中硝酸盐的去除效果比较Fig 2 Nitrites removal rates by blood clam and different levels of EM

2.3 对废水中磷酸盐的去除效果

泥蚶与不同浓度的EM菌对废水中磷酸盐的去除效果比较：7 d内5组处理对磷酸盐均有一定的去除效果，第1组从第3天开始出现正值，其他4组从第4天开始去除率呈现不断增加的趋势，其中第1组的去除效率为72.62%±3.53%，第2组的去除率为85.34%±2.94%，第3组的去除效率为68.09%±3.24%，第4组的去除效率为40.3%±2.15%，空白组的去除效率为12.01%±1.32%。单因素方差分析表明空白组与第2组之间差异显著(P<0.05)，第4组与第2组之间差异显著(P<0.05) ，具体(如图3)所示。

图3 为泥蚶与不同浓度的EM菌对废水中磷酸盐的去除效果比较Fig 3 Phosphate removal rates by blood clam and different levels of EM

2.4 对废水中总氮去除效果

不同处理组对废水中总氮浓度的去除效果比较：7 d内5组处理对总氮均有一定的去除效果，但去除率并不是太高，前3组从第4天开始出现正值，说明总氮浓度开始降低，第4组与空白组从第5天开始出现正值，其中第1组的去除效率为53.07%±1.38%，第2组的去除率为59.24%±3.16%，第3组的去除效率为47.88%±2.14%，第4组的去除效率为35.31%±3.06%，空白组的去除效率为9.04%±2.15%，单因素方差分析表明除空白组与第2组之间差异显著 (P<0.05) 外，其他4组差异性均不显著(P>0.05)，具体(如图4)所示。

图4 泥蚶与不同浓度的EM菌对废水中TN的去除效果比较Fig 4 Total nitrogen removal rates by blood clam and different levels of EM

2.5 对废水中总磷的去除效果

泥蚶与不同浓度的EM菌在7 d内对废水中总磷的去除效果比较。如图5所示，5组处理对总磷均有一定的去除效果，且从第3天开始去除率不断增加的趋势，其中第1组的去除效率为71.05%±3.42%，第2组的去除率为79.82%±2.15%，第3组的去除效率为68.95%±2.97%，第4组的去除效率为39.22%±3.03%，空白组的去除效率为10.03%±1.08%。单因素方差分析表明空白组与前3组之间差异显著 (P<0.05)，第4组与第2组之间差异显著 (P<0.05)，其他均不显著 (P>0.05)。

图5 泥蚶与不同浓度的EM菌对废水中TP的去除效果比较Fig 5 Total phosphorus removal rates by blood clam and different levels of EM

3 讨论

3.1 5组处理对营养盐去除率的比较

滤食性双壳贝类通过其滤食作用，能够去除养殖废水中的悬浮物和营养盐，实现自身生物量的增长。马晓娜等[12]在贝藻混养对大西洋鲑 (Salmosalar) 养殖废水的生物滤除中研究表明太平洋牡蛎 (Crassostreagigas) 对大西洋鲑养殖废水中总磷、氨态氮和硝酸盐氮的去除率分别达到6.46%、41.67%及11.35%。赵志东等[13]研究发现将缢蛏(Sinonovaculaconstricta) 和凡纳滨对虾混养可以显著降低养殖系统中的化学需氧量、磷酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐、氨氮及悬浮物等水环境因子含量。微生态制剂(Microecologics) 又叫微生态调节剂，是从天然环境或动物体内分离筛选，经过特定的方法培养制成，对宿主有益的活菌制剂[14]。李卓佳等将以芽孢杆菌为主体的复合微生物投入主养罗非鱼(Tilapiamossambica)的池塘，发现水质条件明显改善，溶氧增加，氨氮和亚硝酸盐浓度降低，优良单胞硅藻数量增加，养殖水色优良，可促进罗非鱼的生长[15]。NOGAMI等[16]研究了有益菌在三疣梭子蟹 (Portunustrituberculatus) 中的应用，发现微生态制剂降低了池塘氨氮含量，提高了溶氧水平。在本次试验中，使用EM菌与泥蚶联合净化对虾养殖废水，发现：添加510 μL的EM菌与33粒泥蚶的第2组净化养殖废水的效果最佳，对水体中HNO3、NH3-N、H3PO4、TN和TP的去除率最高，添加390 μL的EM菌与33粒泥蚶的第1组次之，第3组与只放33粒泥蚶的第4组对废水营养盐的去除率依次降低，空白组对废水营养盐的去除率最低。5组处理在对硝酸盐的去除中，各组间差异性显著 (P<0.05)，第2组在去除废水中营养盐的效果均显著于空白组 (P<0.05)，在去除氨氮的效果时极显著高于空白组 (P<0.01)，总磷的去除效率中第4组显著低于第2组 (P<0.05)，去除硝酸盐过程中，5组之间差异性显著 (P<0.05)。

3.2 EM菌与贝类联合净化含氮物质的研究

在鱼虾养殖过程中，营养盐是其不可或缺的重要因素，然而营养盐过高抑或是过低都将影响鱼虾的生长及健康。营养盐过高会导致水体富营养化，使鱼虾生活在一个有毒的环境，导致其生长缓慢、疾病暴发，甚至死亡；营养盐过低又会使其营养不良，抑制鱼虾生长。近几年来，人们为了提高其经济效益，对鱼虾养殖密度的不断加大，对池塘的投入也在不断地增加，加深了水质的富营养化，特别是对虾等高档水产品所投喂的饲料蛋白质含量较高，因所产生的粪便蛋白质含量较高，水体的负载大都达到或超过饱和程度，氨态氮是对虾排泄物的主要成分，非离子氨会对养殖生物产生毒害作用。氨态氮的积累会影响水生生物生理、生化指标进而影响其生长，严重时致使生物死亡，造成经济损失[4]。

3.3 EM菌与贝类联合去除磷酸盐的研究

本次实验前期，磷酸盐去除率并没有提高反而有所下降，因为EM菌建立优势菌群需要一定的时间，主要依靠贝类的滤食功能，对磷酸盐的去除效果较差，从第5天开始，磷酸盐的去除率明显上升，与单独泥蚶养殖并未有显著差异，可能与养殖周期过短有关，EM菌液的作用还没有完全发挥出来，但从磷酸盐去除趋势来看，添加EM菌的处理组要远远高于泥蚶单独养殖组。张明磊等[18]在研究光合细菌对盐碱地水质的改善作用时发现，8 d左右出现拐点。沈南南等研究认为，微生态制剂的使用并非浓度越高越好，也不是时间越短越好，7 d左右较适宜[19]。本次研究结合生产实践来讲，不同的菌群发挥功效的时间也与水质环境、富营养化程度和菌群的差异有关。

在总磷去除率中，空白组和单独养殖泥蚶的处理组均与510 μL EM+33粒泥蚶组差异显著 (P<0.05)。由此可知本次研究中添加510 μL EM与33粒泥蚶配比最为适宜。原因可能为以下两点：第一，EM菌调节水质，主要是通过有益菌占领固有的生态位，进而产生一系列复杂的生理生化反应，若EM菌投放量不足，则不能达到相应的目的，发挥不到理想的效果。第二，若EM菌投放量过高，环境中有益菌剧增，有害菌减少，则会使有益菌之间产生竞争，打破生态平衡。另外，EM菌调节水体环境时，会促进水中微藻的大量繁殖，EM菌过量将导致微藻繁殖过盛，造成富营养化，效果适得其反。

4 结论

本次实验中EM菌与泥蚶结合在处理废水方面取得了良好的净化效果。泥蚶通过其滤食功能，去除养殖废水中的悬浮物和营养盐，实现自身生物量的增长，其代谢产物被EM菌通过一系列复杂的生理生化反应转化或利用供自身的生长繁殖。另外，适宜浓度的EM菌，在分解和转化水体中残饵、粪便等有机物的同时，还可以加快环境中优良微藻的繁殖，为贝类提供丰富的饵料，促进其健康生长。如此有效的循环，能够使环境中的营养物质得到更加合理的利用，从而达到生态、高效净化水质的目的，降低了养殖废水的排放，也为构建新型高效的综合养殖结构提供参考资料。

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