微藻投喂量和文蛤密度对养殖水环境的影响

张志东，陈爱华，吴杨平，张雨，曹奕，陈素华，田镇,2，李秋洁,2

（1.江苏省海洋水产研究所，江苏 南通 226007；2.上海海洋大学水产科学国家级实验教学示范中心，上海 201306）

微藻是自然界中分布广、种类多、数量大的古老低等植物，可在光合作用时吸收营养元素，合成生物质。与传统污水处理工艺相比，微藻具有营养盐去除效率高、运行能耗低、同步固碳等诸多优点[1]。许多研究表明：微藻对污水中氮、磷等物质具有较高去除效果。用微藻处理污水是一项极具潜力的绿色技术[2]。陈春云等[3]利用小球藻Chlorella vulgaris 净化水产养殖废水，取得良好的效果。Mccarthy 等[4]研究发现，藻类利用水体中各种形式氮的优先顺序为氨氮＞硝态氮＞亚硝态氮。窦勇等[5]在研究威氏海链藻Thalassiosira weissflogii 的生长及光合作用时，得出了相似结论。李达等[6]认为，微藻对氮源选择性利用的原因可能是同化氨氮的过程需要的能量更少。但当水体中氮磷浓度过高，藻类将大量繁殖，而从破坏水域生态系统稳定。针对微藻过量繁殖的现象，生产中多用滤食性贝类或鱼类摄食过量微藻，使水体中微藻数量达到平衡。用微藻投喂贝类，研究贝类与微藻对养殖水环境的联合作用，对文蛤Meretrix meretrix 池塘养殖及其水环境调控具有重要意义。

文蛤是江苏传统经济贝类之一。近年来围填海、港口建设等不同程度影响了潮间带的生境，自然采捕和滩涂养殖的成品文蛤资源量骤减，使文蛤养殖由海区粗养逐步转向人工池塘养殖。文蛤以水中的微藻和有机碎屑为食，可与虾类或鱼类进行多元立体养殖，逐渐成为江苏池塘高效养殖的主要种类之一。目前有关贝类对养殖水环境的影响仍有所分歧，一是认为贝类是环境友好型生物，放养贝类可有效减少水体中营养负荷，抑制水体的富营养化[7,8]；二是认为随着贝类养殖年限的增加，排泄物（粪便和假粪）沉积于池底或再悬浮，当超过海水的自净能力时，使海水透明度下降，水质恶化[9,10]。董双林等[11]认为：贝类放养密度是产生上述分歧的重要原因。目前对文蛤放养密度对养殖水环境的影响还未见报道。本文通过研究增加微藻投喂量对不同养殖密度文蛤水环境的影响，探究文蛤池塘养殖的适宜密度，以期为文蛤池塘健康养殖、水质调控及生态养殖提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料

试验用文蛤与球等鞭金藻Isochrysis galbana 液均来自江苏省文蛤良种场。文蛤为红壳色选育系子四代，取出后在室内砂滤海水中暂养7 d，每天投喂一次1×105cell/mL 的球等鞭金藻，每天换水1 次。试验前2 d 停止投喂，挑选健康、大小相近，平均壳长为（25.91±2.76）mm，平均粒重为（4.30±1.08）g的个体进行试验。试验用水为二次煮沸的砂滤海水，添加硝酸钠和磷酸二氢钾配置而得。氮磷初始浓度为：无机氮1.65 mg/L，无机磷0.23 mg/L。底泥采于江苏吕四滩涂，运回实验室后，用烘箱烘干待用。

1.2 方法

试验在75 个68 cm×46 cm×35 cm 聚乙烯水槽中进行，文蛤放养密度为每个水槽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），微藻投喂量为0 cell/mL、5.00×105cell/mL、1.00×106cell/mL、1.50×106cell/mL 和2.00×106cell/mL，两两交叉设计双因素实验，设3 个平行组，其中各实验组标号如表1所示。试验期间，采用小型气泵连续曝气，每个水槽中平铺100 g 底泥。试验开始后3 h、6 h、12 h、24 h、48 h、72 h 和96 h 取水样300 mL，经4%甲醛固定后，用于测定水质指标。

表1 实验设计标号Tab.1 Experimental design labels

试验测定的水质指标主要包括水体中氨氮（NH4+-N）、亚硝态氮（NO2--N）、硝态氮（NO3--N）和无机磷（IP）含量。NH4+-N 采用次溴酸盐氧化法测定；NO2--N 采用磺胺-盐酸萘乙二胺法测定；NO3--N 采用锌镉还原法测定；IP 采用钼蓝分光光别为水体氨氮、亚硝态氮及硝态氮含量（mg/L）。

1.3 数据统计

试验数据以平均值±标准差（Mean±SD）表示，采用Excel 2016 进行整理，用Origin8.0 绘图；采用SPSS19.0 进行方差分析（ANOVA）。

2 结果与分析

2.1 不同微藻投喂量对不同密度文蛤养殖水中无机氮含量的影响

由图1 可知，随着试验时间的延长，微藻显著降低了水体中无机氮含量（P＜0.05）,且微藻的浓度越高，无机氮含量下降越明显。随着试验时间的延长，文蛤也显著降低水体的无机氮含量（P＜0.05）。然而，随着文蛤放养密度的增加，无机氮含量呈先下降后上升的趋势。在文蛤放养密度不足75 粒/水槽（240 粒/m2）时，无机氮含量呈下降趋势；文蛤放养密度在75 粒/水槽（240 粒/m2）时，无机氮含量最低；超过75 粒/水槽（240 粒/m2）时，无机氮含量呈上升趋势。由图1 可知，给文蛤投喂微藻时，能显著降低水体无机氮含量。试验结束时，M0A20组水体中无机氮含量最低，M100A0组水体中无机氮含量最高。双因素结果显示，文蛤放养密度越少，微藻投喂越多时，水体无机氮含量下降越明显（图2）。

图1 微藻投喂量对文蛤养殖水中无机氮（IN）含量的影响Fig.1 Effect of various microalga feeding rates on concentration of IN in water of hard clam culture

图2 不同文蛤放养密度与微藻投喂量对养殖水中无机氮含量的影响Fig.2 Effects of different stocking densities and microalga feeding rates on inorganic nitrogen content in water

2.2 微藻的不同投喂量对不同密度文蛤养殖水中无机磷含量的影响

由图3-a 可知，在不放养文蛤时，微藻显著降低了水体无机磷含量。在微藻投喂量为0～1.50×106cell/mL 时，无机磷含量随着投喂量的增加而降低；微藻投喂量为1.50×106cell/mL 时，水体无机磷含量最低；微藻投喂量超过1.50×106cell/mL 时，水体无机磷含量升高。

由图3-b～e 可知，在放养文蛤时，随着微藻投喂量的提高，水体无机磷含量降低明显。随着文蛤放养密度的增加，水体无机磷含量也随之增加。投喂微藻时，有效抑制了无机磷含量上升，微藻投喂量越大，无机磷含量上升越缓慢。试验结束时，M0A15组水体中无机磷含量最低（图4），M100A0组水体中无机磷含量最高。双因素结果显示，文蛤放养密度越少，微藻投喂越多时，水体无机磷含量下降越明显。

图3 微藻的不同投喂量对文蛤养殖水中无机磷（IP）含量的影响Fig.3 Effect of feeding rates of microalga on content of inorganic phosphorus（IP）in water of hard clam culture

图4 不同文蛤放养密度与微藻投喂量对水中无机磷含量的影响Fig.4 Effects of different stocking densities and microalga feeding rates on inorganic phosphorus content in water of hard clam culture

3 讨论

微藻在水生生态系统中能吸收水体中无机氮（主要是氨氮）和无机磷，通过一系列生物化学反应将其变为自身的组成物质，完成元素的转移[12]。海洋、湖泊等水体中的无机氮及无机磷主要被藻类和微生物利用及硝化和反硝化、氨挥发等作用转移出水体[13]。本研究结果显示，随着微藻投喂量的增加，水体中氮磷含量显著下降（图2、图4），与上述规律一致。但在不同条件下微藻对氮磷利用效率差异很大。在适当的温度和光照强度范围内，氮磷利用效率随温度和光照强度的增加显著提高[14]。本试验中12～24 h 时处于夜晚，微藻无法进行光合作用，故氮磷含量变化不显著，与此规律一致。虽然藻类浓度越高，对氮磷的吸收效果越好，但藻类的过量生长会影响生态系统中其他生物的生长，破坏生态系统的稳定性[15]。因此，在生产中可以通过放养滤食性贝类或鱼类防止微藻过量生长。

贝类的滤食、排泄、管道筑建、穴居等生理活动会影响养殖水环境[16]。已有研究表明，贝类滤食水中的微藻及悬浮颗粒物，能在一定程度上改善水质，降低水体的氮磷含量。但放养密度不宜过高，放养密度过高时，贝类会形成大量假粪，通过微生物及自身的生物扰动作用，加快系统的矿化反应，向水体中释放大量无机氮[17]。在池塘中放养贝类可明显提高营养物质的利用率，但不同的放养密度下，营养物质的利用率也显著不同，因此，合理放养贝类才能达到较好的生态效益和经济效益[18]。本研究结果显示：随着文蛤放养密度的增加，无机氮含量先下降后上升。在文蛤放养密度不足75 粒/水槽时，无机氮含量呈下降趋势；文蛤放养密度在75 粒/水槽时，无机氮含量最低；超过75 粒/水槽时，无机氮含量上升（图2）。因此，文蛤放养密度不宜超过75 粒/水槽（225 粒/m2）。本研究中，随着文蛤放养密度的增加，无机磷含量呈上升趋势（图4），但投喂微藻后，无机磷上升趋势明显变缓。由此推测，微藻与贝类对富营养化水体调控可能存在一定的正反馈效应。有研究认为，水体氮、磷浓度显著降低的主要原因，一是贝类对浮游微藻的高强度滤食，二是贝类对底栖藻类的生长有促进作用，抑制了沉积物营养释放，间接降低了水体氮磷浓度[19]。因此利用贝类与微藻协同效应，降低水体氮磷浓度具有广阔前景。结论

文蛤在降低水体无机氮效果有限，放养密度不宜超过75 粒/水槽（225 粒/m2）。随着养殖时间的延长，水体无机磷含量逐渐升高，有富营养化趋势，而微藻能有效减缓富营养化趋势。因此，利用文蛤与微藻协同效应，降低水体氮磷浓度具有广阔前景。