曲褶刚毛藻在对虾养殖尾水无机氮盐净化中的应用

廖秀睿，李 曦，柳睿杰，郑 兴，杨守国,，唐贤明，邢诒炫，顾志峰

(1.海南大学 海洋学院，海口,570228;2.海南省海洋与渔业科学院，海口 571126)

0 引言

水、种及饵是水产养殖的三大生产要素，其中，“水”最为关键，即水体生态环境的优劣对养殖生产能否成功起着关键性作用，能直接影响养殖成败。目前，主要的养殖水质控制技术可分为3类：1)使用光合细菌、芽孢杆菌、放线菌等有益微生物进行水质净化的有益微生物控制法[1-2]；2)利用微藻和菌类共生系统进行污水处理的藻菌共生控制法[3]；3)利用大型水生植物吸收N、P 等主要营养元素进行水体处理的大型水生植物净化法[4-6]。

大型藻类作为初级生产者，在其生长过程中会以水体中的营养盐(主要是氨态氮、 硝态氮和磷酸盐)作为养分，能够吸收过量的N、P从而改善水体环境。因此，大型藻类也是综合水产养殖的重要组成部分。综合水产养殖是生态系统水平水产养殖理念的体现，具有产品多样、环境友好等优点，是实现水产养殖业高效低碳发展的重要途径[7]。大型藻类具很强的水体营养盐吸收及富集能力，且不同种存在不同的生物特性，可作为水质生物过滤器或综合水产养殖营养级构成者[8-9]。目前，对大型海藻营养盐吸收能力及养殖特性研究多集中在几种常见经济海藻(如石莼UlvalactucaL、江蓠Gracilaria和龙须菜AsparagusschoberioidesKunth等)[10]，而忽略了一些目前尚未开发的大型藻类(如刚毛藻Chladophora)。

本研究通过曲褶刚毛藻(Cladophoraflexuosa)对养殖尾水氮盐的净化实验，探讨曲褶刚毛藻对养殖尾水的净化效果，旨在为其在综合水产养殖生物水质净化技术应用提供基础数据及依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

1.1.1 大型海藻获得及暂养

实验所用的曲褶刚毛藻由海南省海洋与渔业科学院培养提供。实验前将所用大型海藻在新鲜海水中暂养1周，暂养海水盐度为33，温度为(27±2)℃，采用自然光照周期。

1.1.2 养殖尾水收集

实验所用的对虾高密度养殖尾水由海南省海洋与渔业科学院提供。氨态氮、亚硝酸态氮、硝酸态氮的初始质量浓度分别为0.683，0.015，0.912 mg·L-1。

1.2 实验设计

实验设3个处理组，1个对照组。对照组CK为不添加任何海藻的对虾养殖尾水，处理组分别为(CF100)处理组(在对虾养殖尾水中添加100 g·m-3的曲褶刚毛藻)、CF150处理组(在对虾养殖尾水中添加150 g·m-3的曲褶刚毛藻)和CF200处理组(在对虾养殖尾水中添加200 g·m-3的曲褶刚毛藻)。每组3个重复。

实验进行7 d，实验条件与暂养条件一致。每隔24 h采集各组水样，并使用0.22 μm滤膜(天津市津腾实验设备有限公司)过滤水样杂质后保存待测。

1.3 水样营养盐测定方法

1.4 数据分析

用统计分析软件DPS 14.5进行显著性检验统计分析，当P<0.05时，差异显著。

2 结果与分析

2.1 不同密度曲褶刚毛藻对氨态氮浓度的影响

从图1可知，曲褶刚毛藻可显著有效地净化对虾养殖尾水中的氨态氮，对照组氨态氮浓度随着实验时间的延长而有略微上涨，而加了曲褶刚毛藻的所有处理组的氨态氮浓度在实验第2天都发生显著下降(P<0.05)。曲褶刚毛藻的养殖密度对对虾养殖尾水的氨态氮净化速率也有显著影响(P<0.05)，CF100处理组基本为平稳的直线下降，第2 天由最初的(0.671±0.04) mg·L-1显著降低至(0.56±0.05) mg·L-1，在第7 天时，氨态氮质量浓度降到0.012 mg·L-1；CF150处理组和CF200处理组对于氨态氮净化速率相近，在第2 天分别显著降低至(0.411±0.05) mg·L-1和(0.380±0.05) mg·L-1，在第6 天时基本使养殖尾水中的氨态氮质量浓度达到最低值(0.05 mg·L-1)，且在第6 天对氨态氮的处理能力都显著高于CF100处理组(P<0.05)。

图1 不同密度曲褶刚毛藻对养殖尾水氨态氮浓度变化的影响注：不同小写字母代表同组别在不同时间下存在显著差异；不同大写字母代表相同时间下不同组别存在显著差异(P<0.05)，下同。

2.2 不同密度曲褶刚毛藻对亚硝态氮浓度的影响

曲褶刚毛藻有助于对虾养殖尾水中亚硝酸态氮的净化。从图2可知，对照组水样亚硝酸态氮浓度随着时间的延长而逐步上升，在第6 天时，由最初的(0.015±0.001) mg·L-1显著增长至(0.232±0.110) mg·L-1，但随后开始降低。添加有曲褶刚毛藻的所有处理组中的亚硝酸态氮在整体上并未随着时间的增长而出现显著性变化，且各处理组之间相同时间下也无显著性差异(P>0.05)，质量浓度基本维持在0.013 mg·L-1左右。从第4 天开始，所有曲褶刚毛藻处理组的亚硝酸态氮质量浓度均显著低于对照组(P<0.05)，并持续至实验结束。

图2 不同密度曲褶刚毛藻对养殖尾水亚硝态氮浓度变化的影响

2.3 不同密度曲褶刚毛藻对硝酸态氮浓度的影响

从图3可知，曲褶刚毛藻可显著有效地净化对虾养殖尾水中的硝酸态氮。对照组中的硝酸态氮浓度未随时间的延长而发生变化(P>0.05)，而所有曲褶刚毛藻处理都发生了显著性降低(P<0.05)。曲褶刚毛藻的养殖密度对硝酸态氮的净化能力也有显著影响，CF100处理组和CF150处理组在第4 天才发生显著降低，由最初的0.092 mg·L-1分别显著降低至(0.071 ± 0.002)mg·L-1和(0.062 ± 0.003)mg·L-1，且但CF150处理组的硝酸态氮质量浓度显著低于CF100处理组。CF100处理组硝酸态氮浓度在第7 天达到最低值(0.031 ± 0.002)mg·L-1，而CF150处理组在第6天达到最低值(0.032 ± 0.002)mg·L-1。CF200处理组硝酸态氮质量浓度在第3天便发生了显著降低(P<0.05)，由(0.092 ± 0.006)mg·L-1显著降低至(0.072 ± 0.004)mg·L-1，并在第5天达到了最低值(0.031 ± 0.001)mg·L-1。

图3 不同密度曲褶刚毛藻对养殖尾水硝酸态氮浓度变化的影响

3 讨论

曲褶刚毛藻(Cladophoraflexuosa)隶属于绿藻门(Chlorophyta)、绿藻纲(Clorophycase)、 刚毛藻目(Cladophorales)、 刚毛藻科(Caldophoraceae)、刚毛藻属(Cladophora)[12]。刚毛藻在水产养殖中常被当作有害处理，如对刺参养殖具有一定危害、可能在育苗中导致粘苗等，因此，关于水产养殖的相关研究主要是探究其防控及去除办法[13]。然而刚毛藻作为一种大型丝状绿藻，可有效吸收利用氮磷并抑制微藻生长，且具有耐污性强、收获易等特点[14-16]，是一种潜在水质净化的强大生物过滤器，在水产养殖尾水处理环节中有着应用前景。刚毛藻藻体色泽亮丽，形体大且易控制，在观赏水族中也具较好的应用价值。刚毛藻被忽略的价值可被开发利用，进而变“废”为宝。在开发利用时需注意避开其在水产养殖活动中存在的缺点，若将其作为水质净化生物工具使用，须注意养殖对象品种及生长阶段，可以采用“异位”方式进行尾水净化处理。

自然环境生态保护愈发重视，相关法律法规反复强调废水排放高标准要求。水产养殖行业亦是如此，如何有效、高效地进行养殖尾水净化处理已成为研究热点[29]。水体富营养化是主要原因，会引起水体透明度、溶解氧降低等问题，进而增加养殖生物死亡率，而大型藻类则可利用营养盐作为自身养分进行生长，并将高浓度氮储存在体内[30-31]。需注意的是藻类在营养盐充足的情况下可正常生长，但当营养盐浓度过低而无法满足其生长需求时，部分藻类会死亡或老化，在藻类死亡分解或老化的碎藻消解过程中会释放出组织中原本储存的氮磷等营养盐，在短期内会提高水体营养盐浓度。因此，在使用大型海藻作为水体生物净化器使用时需注意使用量及收获周期所循的规律，需及时进行采收。本实验结果，表明利用刚毛藻净化对虾养殖尾水时在7 d周期内，刚毛藻的使用密度在150 g·m-3到200 g·m-3较佳，对水体中的氮盐具有良好的净化处理效果，收获周期为7 d。

综上所述，利用中国海区广泛分布的刚毛藻与水产养殖行业养殖尾水处理相结合，即可满足水产养殖基本需求，又可改善养殖水体质量。将“废藻”变为有效工具使用，可充分实现对刚毛藻价值的开发利用。在对虾养殖尾水氮盐净化处理中，曲褶刚毛藻可显著有效地降低氨态氮和硝酸态氮，且有助于维持亚硝酸态氮的低浓度水平，处理密度控制在150～200 g·m-3为佳，采获周期为7 d。为避免刚毛藻因快速生长导致水环境失衡而对养殖生物造成影响，建议采用“异位”方式净化养殖尾水。