3种耐盐植物对水产养殖废水净化效果

王成强，相智巍，黄炳山，王忠全，王际英，李宝山

3种耐盐植物对水产养殖废水净化效果

王成强，相智巍，黄炳山，王忠全，王际英，李宝山

（山东省海洋资源与环境研究院 / 山东省海洋生态修复重点实验室，山东 烟台 264006）

【】探究海马齿()、碱蓬()和江蓠()等三种耐盐性植物对海水池塘养殖尾水中无机氮、总氮和总磷的净化效果。每种耐盐性植物设置3个密度梯度，每个梯度3个重复，实验周期为12 d，分析不同密度下单一品种对石斑鱼养殖尾水的处理效果。不同密度耐盐植物对水质修复有不同效果，其中1.5 g/L海马齿处理组、1.5 g/L碱蓬处理组和1.6 g/L江蓠处理组在单一处理实验中表现出较佳净化效果，对总氨氮（TAN）、亚硝酸盐氮（NO2--N）和硝酸盐氮（NO3--N）的去处率分别为80.49%、70.28%和76.06%，73.39%、52.44%和74.38%，30.30%、31.24%和54.08%。对比发现，在对无机氮的去除率方面，1.6 g/L江蓠处理组对NO3--N的去除率显著高于其他两组，对NO2--N的去除率也显著高于1.5 g/L碱蓬处理组（< 0.05），而与1.5 g/L 海马齿处理组无显著差异（> 0.05）。同时，1.6 g/L江蓠处理组对总氮（TN）和总磷（TP）的去除率均显著高于1.5 g/L碱蓬处理组和1.5 g/L海马齿处理组（< 0.05）。在实验进行10 d后，高密度处理组的三种盐生植物对TN和TP的去除率明显降低。1.6 g/L江蓠处理组、1.5 g/L 海马齿处理组和1.5 g/L 碱蓬处理组表现出较佳的养殖废水净化效果，其中1.6 g/L江蓠处理组效果最佳。

海马齿；碱蓬；江篱；耐盐植物；养殖废水；氮磷营养盐；去除率；水质净化

在海水养殖废水净化方面，生物修复方式因其成本低、安全性高、绿色环保等优点颇受欢迎，在实际中也得到越来越广泛的应用[1-2]。其中，利用耐盐植物净化养殖废水是生物修复的重要手段之一，通过养殖一些根茎类植物、大型植物或藻类等，达到去除废水中有机物、悬浮物、无机盐、重金属等污染物质[3-4]。李甍等[5]利用龙须菜（）处理大西洋鲑（）养殖废水的研究中发现，2.4 g/L的龙须菜对废水处理效果较佳；对海马齿（）的研究[6-7]也发现，其对降低海水养殖废水中的营养盐和重金属含量具有较佳效果。王趁义等[8]利用碱蓬（）对海水池塘养殖废水进行处理，结果表明盐地碱蓬修复海水养殖池塘水体具有良好潜力；在生态浮床养殖条件下，海蓬子（L）和碱菀（Nees）对氮的去除效果好[9]；Mozdzer等[10]研究发现，互花米草（Loisel）和芦苇（）对海水养殖废水中的不溶性有机氮均有一定的吸收净化效果。

当前，利用耐盐植物净化废水，多数集中在低盐度养殖废水的处理方面，而在高盐度海水养殖废水的处理方面研究较少[11]。本实验以黄河三角洲地区海水池塘养殖废水为研究对象，选用当前研究较多的三种耐盐性植物，分别为海马齿、碱蓬和脆江蓠（），探究不同密度下三种植物对海水池塘养殖废水主要污染物的净化效果，为黄三角地区海水池塘养殖绿色高效化处理提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 实验材料

本实验在山东省海洋资源与环境研究院东营实验基地养殖车间进行，实验周期为12 d。海马齿和脆江蓠，均购自漳州市东山县海域，4 ～ 8 ℃运送至实验基地，用于后续实验。碱蓬采集于山东省东营市黄河三角洲养殖池塘堤岸旁。所有实验植物均去除表面杂质、选取大小均匀若干植物体，用于后续实验。

实验用水为养殖基地石斑鱼（sp.）养殖池塘排放水，经弧形筛过滤处理后的水，实验期间水质的基本指标：温度22 ～ 24 ℃，盐度25 ～ 26，pH 7.5 ～ 7.7，溶解氧> 7 mg/L。另外，进水总氨氮1.41 ～ 1.76 mg/L，进水亚硝酸盐氮0.11 ～ 0.19 mg/L，进水硝酸盐氮0.72 ～ 0.81 mg/L，进水总氮3.15 ～ 4.21 mg/L，进水总磷0.14 ～ 0.20 mg/L，实验使用容器为直径75 cm、深度80 cm蓝色玻璃钢桶，水体积为300 L。

1.2 实验设计

实验为静态实验，均采用连续曝气方式进行。按照实验对象湿质量设计密度梯度（按照处理水量计），每种植物设立3个处理组，每个处理组设计3个重复。海马齿的密度分别为0.5、1.5和3.0 g/L，密度设置参考应锐等[12]实验设计；碱蓬密度分别为0.5、1.5和3.0 g/L，密度设置参考王趁义等[13]实验设计；脆江蓠的密度分别为0.8、1.6和2.4 g/L，密度设置参考李甍等[5]实验设计。

实验开始前，将海马齿和碱蓬洗净后扦插到白色珍珠棉上，置于营养液中预培养至生根。正式实验开始前，将三种植物均置于正式实验相同的条件下暂养7 d。实验开始后，每2 d早上08: 00取样，共计取样6次，用以后续测定各组水体水质指标的变化。

1.3 水质指标测定方法

本实验水质参数的测定参照《海洋监测规范》（GB 17378-2007）[14]，其中总氨氮（TAN）采用纳氏试剂比色法，亚硝酸盐氮（NO2--N）采用盐酸萘乙二胺分光光度法，硝酸盐氮（NO3--N）采用锌-镉还原法，总氮（TN）和总磷（TP）均采用过硫酸钾氧化法。

1.4 数据分析方法

所得实验数据用平均值±标准误差（Mean ± S.E）来表示，用SPSS 19.0分析软件对实验数据进行单因素方差分析（One-Way ANOVA），另外用Duncan’s检验方法对实验数据进行多重比较，显著水平= 0.05。采用Microsoft Excel 2010进行图表制作。

2 结果

2.1 海马齿净化效果

由图1可知，随着时间推移，3组处理对石斑鱼（）养殖废水的TAN、NO2--N、NO3--N的去除率均具有明显效果(< 0.05)。12 d时，3个处理组对TAN的去除率分别为69.09%、80.49%和80.73%，对NO2--N的去除率分别为59.79%、73.39%和70.77%，对NO3--N的去除率分别为22.93%、30.30%和32.20%。1.5 g/L和3.0 g/L处理组对TAN、NO2--N、NO3--N的去除率均显著高于0.5 g/L处理组(< 0.05)。3.0 g/L处理组对TN和TP的去除率在前8 d显著上升，而8 d后急剧下降。10 d内，0.5和1.5 g/L处理组对TN和TP的去除率一直呈上升趋势，12 d时1.5 g/L处理组对TN和TP去处理率缓慢下降。其中12 d时，3个处理组对TN的去除率分别为28.09%、33.09%和20.58%，对TP的去除率分别为31.51%、41.07%和19.99%。海马齿密度1.5 g/L处理组对TN和TP去处理率均显著高于其余两组(< 0.05)。

◆：0.5 g/L海马齿；：1.5 g/L海马齿；▲：3.0 g/L海马齿。相同时间点凡含相同字母或无字母者表示差异不显著（P > 0.05）。

2.2 碱蓬净化效果

三个碱蓬处理组对养殖废水的净化效果见图2。结果显示，12 d时，3个处理组对TAN的去除率分别为58.76%、70.28%和72.23%，对NO2--N氮的去除率分别为41.57%、52.44%和53.13%，对NO3--N的去除率分别为22.05%、31.24%和35.75%。3.0 g/L处理组对TAN和NO3--N的去除率均显著高于0.5和1.5 g/L处理组(< 0.05)，同时1.5和3.0 g/L处理组对NO2--N的去除率均显著高于0.5 g/L处理组(< 0.05)，而两处理组间无显著性差异(> 0.05)。3.0 g/L处理组对TN和TP的去除率在前8 d显著上升，最高分别达到21.86%和39.83%，而8 d后均急剧下降，12 d时分别为16.19%和18.56%。8 d内，1.5 g/L处理组对TN和TP的去除率一直呈明显上升趋势，而在8 ～ 12 d时去除率趋于平缓状态，12 d时对TN和TP的去除率分别为25.67%和39.37%，均显著高于其他两处理组(< 0.05)。

◆：0.5 g/L海马齿；：1.5 g/L海马齿；▲：3.0 g/L海马齿。相同时间点凡含相同字母或无字母者表示差异不显著（P > 0.05）。

2.3 江蓠净化效果

图3显示，12 d内，不同密度脆江蓠对养殖废水中的部分营养盐指标均具有明显去除效果。0.8、1.6和2.4 g/L三个处理在12 d内对TAN、NO2--N、NO3--N的去除率均呈上升趋势，对TAN的去除率分别为58.18%、76.06%和77.76%，对NO2--N的去除率分别为57.67%、74.38%和76.46%，对NO3--N的去除率分别为38.73%、54.08%和53.25%。12 d时，1.5和3.0 g/L处理组对TAN、NO2--N、NO3--N的去除率均显著高于0.5 g/L处理组(< 0.05)，而这两组间对三者的去除率均无显著差异(> 0.05)。1.6 g/L处理组对TN和TP的去除率在12 d内呈上升趋势，而8 ～ 12 d时两者的去除率增加缓慢，最终去除率分别为52.51%和64.45%。8 d内2.4 g/L处理组对TN和TP去除率显著上升，而8 ～ 12 d时对两者去除率呈下降趋势，12 d时的去除率分别为44.56%和52.56%。0.8 g/L脆江蓠处理组对TN和TP的去除率均呈上升趋势，12 d时的去除率分别为36.76%和42.21%。12 d实验结束时，1.6 g/L处理组对TN和TP的去除率均显著高于0.8和2.4 g/L处理组(< 0.05)。

2.4 三种植物最适密度对部分营养盐指标去除率对比

经过对比后，筛选出综合处理效果较佳的三个处理组，分别为1.5 g/L海马齿处理组、1.5 g/L碱蓬处理组和1.6 g/L脆江蓠处理组。同时，对三个处理组的部分营养盐去除率进行分析（表1）。1.6 g/L脆江蓠处理组对NO3--N、TN和TP的去除率均显著高于其他两组，另外对NO2--N的去除率也显著高于1.5 g/L碱蓬处理组(< 0.05)，而与1.5 g/L海马齿处理组无显著差异(> 0.05)。1.5 g/L海马齿处理组对TAN去除率显著高于其他两处理组(< 0.05)，对NO2--N和TN的去除率显著高于1.5 g/L碱蓬处理组(< 0.05)，对TN的去除率与1.5 g/L碱蓬处理组无显著差异(> 0.05)。

◆：0.5 g/L海马齿；：1.5 g/L海马齿；▲：3.0 g/L海马齿。相同时间点凡含相同字母或无字母者表示差异不显著（P > 0.05）。

表1 12 d时最佳密度海马齿、碱蓬和脆江蓠对营养盐指标去除率对比

注：同列数据中上标不同字母表示差异显著(< 0.05)。

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

3 讨论

养殖水体氨氮、亚硝酸盐和硝酸盐的积累会影响养殖动物的生理状况，容易诱发鱼病，严重时致使养殖动物死亡，造成较大经济损失，同时更容易造成养殖水体的富营养化[15-17]，因此，控制好养殖水体中氨氮、亚硝酸盐和硝酸盐含量是保障水产养殖健康发展的重要措施之一。水生植物一方面通过光合作用吸收水体中的二氧化碳、氮等物质[18]，另一方面通过根系吸收养殖废水中的营养盐，同时可以改变微生物群落及活性，清除有机质，从而起到净化水质的作用[19]。

3.1 海马齿对海水池塘养殖废水的净化效果

海马齿是一种适宜生长海边沙地或盐碱地的多年草本植物，广泛地分布在全球热带或亚热带地区[20]。近年来，一系列研究表明，浮床种植海马齿可以对养殖废水的净化起到较好效果。张志英等[21]通过在富营养化海水中，利用浮床种植海马齿，结果表明海马齿对富营养化海水中N、P的月移除量分别为1.11、0.19 g/m3，海水富营养化水平得到明显改善。当海马齿的浮床覆盖率为池塘10%时，养殖池塘中的污染物浓度和有机氮含量的质量百分比显著下降[22]。本研究也发现，浮床种植海马齿对海水养殖废水也具有明显的净化效果。当种植密度为1.5 g/L时，对无机氮、总氮、总磷均具有较高去除率。这主要得益于海马齿发达的根系，可能很好地吸收废水中的营养盐，其吸收营养盐的方式主要包括植物组织及根系滞留、根际微生物吸收、根际周围硝化反硝化等作用。这同应锐等[12]研究报道相一致，其结果表明当海马齿种植密度为4.8 g/L时，12 d实验结束后，对氨氮、总氮和无机磷的去除率均显著高于其他两组。陈婧芳等[23]研究也表明，当海马齿种植密度为1.5株/L时，水体中氮磷营养盐及COD得到较高去除率。这也进一步说明，在利用水生植物修复养殖废水的过程中，植物种植密度是影响废水净化效果的关键因素之一。

同时，本实验发现，12 d实验期间，进行到第8 d后，高密度海马齿处理组（3.0 g/L）的TN、TP去除率显著降低，废水中TN和TP质量浓度出现升高现象。这可能是因为种植密度较高时，植株浮床对水面覆盖率较大，影响了水体透光，再加上生长空间有限，阻碍根部组织生长，甚至导致部分海马齿根部出现腐烂现象，这样不仅影响根部对营养盐的吸收，还导致氮磷等营养盐的释放。Ciria等[24]在香蒲（Presl）、Macchiavello等[25]在石莼（）、应锐等[14]在海马齿中的研究结果相似，结果均表明当水生植物密度过高时，可能会引起植物死亡，从而导致营养盐的吸收量降低和释放量的增加。

3.2 碱蓬对海水池塘养殖废水的净化效果

碱蓬是一种适应性较强的耐盐植物，可以通过其叶或茎代谢吸收掉盐分，具有较强耐盐性，有研究[26]表明当盐度为80 g/kg时，碱蓬存活率仍可以达到80%左右。同时，不少报道[13,27]称，利用碱蓬浮床去除海水养殖废水中氮磷等营养盐具有较好效果。本实验中，选用当地耐盐植物碱蓬作为研究对象，实验结果表明不同处理组，碱蓬浮床对氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的去除率分别为58.76% ～ 72.23%、41.57% ～ 53.13%和22.05% ～ 35.75%，对养殖废水的净化均具有一定效果，其中密度为1.5 g/L时净化效果最好。Wu等[28]研究报道，在氨氮质量浓度水平较低时，部分水生植物一般优先选择氨氮作为生长所需的氮源进行吸收利用。本研究中碱蓬浮床对氨氮去除率要显著高于其他指标，这也在一定程度上验证了这一研究报道。同时，由结果可知，在实验前期，碱蓬浮床对废水中各种营养盐指标去除效率较高，而到实验后期各指标的去除率降低，趋于平缓。这主要是因为碱蓬栽培前期需要大量吸收水体中养分，以维持自身正常生长。而到实验后期，一方面碱蓬自身对各种营养盐需求降低，另一方面植物体内氮磷等元素富集量较高，使得机体吸收氮磷等营养盐的速率降低，这也是导致后期净化水质效果降低的原因[29]。

本实验，碱蓬浮床对总氮的去除率在1.5 g/L处理组最高（25.69%），这一结果显著低于任海波等[30]、常雅军等[31]利用碱蓬去除富营养化海水中氮去除率的结果。产生这一差异的原因，可能是因为浮床系统中氮元素的去除途径主要有消化和反消化作用、水生植物的吸收[32]，而本实验各处理组均为曝气处理，水层中的反消化作用较小，主要依靠植物的吸收作用去除氮元素，所以整个实验过程对氮的去除率较低。同时，本实验中，1.5 g/L处理组对TN和TP的去除率最高，分别为25.67%和39.37%，结果显示对磷的去除率明显高于对氮的去除率，这同先前研究结果相一致。王趁义等[13]利用碱蓬浮床修复海水养殖废水，结果显示对废水中总氮总磷的去除贡献率分别为16.10%和78.15%；胡杰等[33]研究表明，在富营养化海水养殖废水的修复中，碱蓬浮床对TN和TP的去除率分别为62.14%和73.05%。这些研究均表明碱蓬对磷的去除能力高于对氮的去除能力。这可能是因为碱蓬在生长过程中，磷是主要限制营养元素，对磷的摄取速度大于氮，可能是与碱蓬对营养盐的选择压力不同有关，这些结果也均表明碱蓬在生长中对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 江蓠对海水池塘养殖废水的净化效果

近年来，利用大型藻类等生物手段对生态环境进行修复成为研究热点。其中，一系列研究[34-36]表明大型海藻，比如龙须菜、海带（）、石莼、江蓠、鼠尾藻（）等，均具有较强吸收移除水中氮磷营养盐的能力。其中江蓠，能够适应较高温度和在海水池塘中静水养殖，可以主动吸收大量外界氮磷营养盐，改善水体富营养化状况，是净化水质的良好水生植物。本课题组在前期研究[37]也表明，在珍珠龙胆石斑鱼封闭养殖水体养殖一定密度的江蓠（777.78 g /m3），可以有效清除养殖水体的氮磷营养盐，修复养殖水环境。徐永健等[34]在池塘中将菊花江蓠与凡纳滨对虾（）、青石斑鱼（）混养，结果发现江蓠对水中无机氮、无机磷均具有较好净化作用。

本实验结果也显示，脆江蓠在净化海水池塘养殖废水方面具有较佳效果，其中1.6 g/L处理组对TAN、NO2--N、NO3--N、TN和TP的去除率分别为76.06%、74.38%、54.08%、52.51%和64.45%，净化后水质达到海水养殖水排放的二级标准。吴翔宇等[38]研究表明，芋根江蓠（）对养殖废水中氨氮和活性磷酸盐的去除率分别为26%和66%左右。在刺参-菊花心江蓠池塘立体综合养殖技术研究表明，江蓠引入可以显著降低池塘中总氮、氨氮和磷酸盐等３个水质指标。但是本实验结果也显示，当脆江蓠养殖密度较高时，在10 d以后，废水中TN和TP的去除率呈下降趋势，这可能也是因为当养殖藻类密度过高时，影响了光合作用效率，甚至会导致海藻腐解死亡。

本实验发现，三种耐盐植物对氨氮、亚硝酸盐、硝酸盐氮均产生一定去除作用，使养殖废水得到净化，但是去除效率却有较大差异。通过比较可知，1.6 g/L脆江蓠处理组的净化效果最佳，其中对NO3--N、TN和TP的去除率均显著高于1.5 g/L 海马齿处理组和1.5 g/L 碱蓬处理组。卜雪峰[39]通过24 h的养殖实验也表明，石莼、海带、鼠尾藻、马尾藻（）对氮磷营养盐的去除率表现出不同效率，其实石莼和海带对氮磷营养盐的去除率比较高。张力等[40]通过对比5种耐盐性植物净水效果发现，其中水葱（Vahl）对氨氮、无机氮和活性磷酸盐的去除率均高于其他品种，其次芦苇效果仅次于水葱。这也表明不同盐生植物（海藻）由于其光合作用效率、根系发达程度、无机盐吸收水平以及生存环境等不同，在水质修复方面的能力也不同。另外，值得注意的是，本实验中三种耐盐植物的氨氮、亚硝酸盐、硝酸盐氮去除率曲线显示基本均未达到平台期，这个可能与实验周期、植物密度、废水水质等因素有关，后续可以在这一方面继续开展相关研究。

4 结论

在本实验条件下，三种盐生植物对养殖废水具有不同净化效果，其中单一处理实验中，1.6 g/L脆江蓠处理组、1.5 g/L 海马齿处理组和1.5 g/L 碱蓬处理组表现出较佳效果。综合比较发现，1.6 g/L脆江蓠处理组的净化效果最佳。这也进一步说明水生植物在修复水质方面具有一定作用，可为今后在海水养殖废水的治理方面提供一定理论依据。

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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

王成强，相智巍，黄炳山，等. 3种耐盐植物对水产养殖废水净化效果[J]. 广东海洋大学学报，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

烟台市科技计划项目（2020MSGY067）；山东省海洋生态修复重点实验室开放课题（201911）；海洋生物资源的开发与利用项目（220-0110-JBN-54EY）

王成强（1988－），男，工程师，研究方向为水产健康养殖和尾水净化研究。E-mail:chengqiangwang@126.com

李宝山，副研究员，研究方向为水产动物营养与健康养殖。E-mail: bsleeyt@126.com

（责任编辑：刘岭）