王趁義 趙欣園 滕麗華 郭煒超

摘 要：海水養(yǎng)殖尾水中總氮、總磷超標是引起沿海水體富營養(yǎng)化的主要原因，為研究堿蓬浮床對海水養(yǎng)殖尾水中氮磷的去除效果，該研究設計加入堿蓬（Suaeda salsa）浮床和不加浮床的兩組對比實驗，通過比較修復前后堿蓬株高、生物量、含水率、根長以及各部位氮、磷的含量變化，以及水體中總氮（TN）和總磷（TP）的去除效果，探究浮床中堿蓬對總氮和總磷的吸收及其生長特性，驗證堿蓬浮床對海水養(yǎng)殖廢水中氮、磷等的去除能力。結果表明：浮床中堿蓬株高、鮮重、干重、含水率、根長較修復前均有顯著增加，說明浮床中鹽生植物堿蓬能夠適應含海水養(yǎng)殖尾水水培環(huán)境；經堿蓬浮床修復，水體中總氮、總磷均明顯下降，其中堿蓬對海水養(yǎng)殖尾水中的總氮總磷去除貢獻率分別為16.10%和78.15%，浮床中堿蓬會在葉片和根系中積累氮磷。

關鍵詞：堿蓬浮床，海水池塘養(yǎng)殖尾水，氮磷積累效應，生長特性，水體修復

中圖分類號：Q948

文獻標識碼：A

文章編號：10003142（2018）06069608

Abstract：The main cause of eutrophication of seawater is excessive nitrogen and phosphorus in the tail water of mariculture. In order to explore remediation effects of Suaeda salsa floating bed on nitrogen and phosphorus in marineculture tail water. Two groups of contrast experiments were designed：adding S. salsa floating bed and without floating bed，by comparing the changes of plant height，biomass，moisture content，root length and content of nitrogen and phosphorus in different parts of plant at the beginning and the end of experiments. Removal effects of total nitrogen （TN） and total phosphorus （TP） in water were also measured to verify the removal ability of S. salsa to nitrogen and phosphorus in marineculture tail water as well as to explore the effects of S. salsa on accumulation of nitrogen and phosphorus and their growth characteristics. The results showed that S. salsa could adapt well to the floating bed culture environment of salineculture tail water and there was a significant increase in plant height，biomass，water content and root length. The accumulations of N and P were mainly in leaves and roots of S. salsa. N and P accumulation effects of S. salsa accounted for 16.10% and 78.15% on TN and TP removal in water. This results can provide a reference for further study of the role of S. salsa in purifying of tail water in seawater pond and the use of floating bed to repair the tail water of mariculture.

Key words：Suaeda salsa floating bed，tail water in seawater pond，accumulation effect of nitrogen and phosphorus，growth characteristics，water remediation

近年來，隨著我國海水池塘養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展，工廠化養(yǎng)殖規(guī)模與密度不斷增加，而不規(guī)范的人工投喂方式以及目前海水養(yǎng)殖廢水排放標準尚未頒布，海水養(yǎng)殖尾水直接排放，導致日益嚴峻的海灣及近岸海域水質惡化，生態(tài)系統(tǒng)失衡、赤潮頻發(fā)、病害滋生，嚴重制約了海水養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展（胡杰等，2018）。由于海水養(yǎng)殖尾水具有水量大、鹽度高和治理難等特點（Sfez et al，2015），普通陸生植物無法適應并達到修復的目的，堿蓬（Suaeda salsa）是一種喜鹽耐堿的鹽生經濟作物，根據以往的研究，其既有優(yōu)良的重金屬耐受能力（楊佳等，2015；于曉磊，2017），又有明顯的改良土壤（王立艷等，2014；孟慶峰等，2012）和修復含鹽水體的能力（陳友媛等，2017），同時鹽生植物堿蓬在食品、醫(yī)藥和農業(yè)飼料等領域均具有較好的經濟價值（李梅梅等，2017；Rozema & Schat，2013；Oueslati et al，2012），而利用堿蓬浮床修復海水池塘養(yǎng)殖尾水及其氮磷的積累效應和生長特性等研究則鮮有報道，因此研究堿蓬浮床栽培對海水養(yǎng)殖尾水中氮磷去除具有深遠的意義。

選用本地經濟鹽生植物堿蓬為浮床植物，摸索其在海水養(yǎng)殖尾水修復中對氮磷的積累效應及其生長特性，通過對比堿蓬修復前后的生長狀況、生物量、及堿蓬各部位的氮磷含量以及積累狀況，結合水體中總氮、總磷的去除情況，確定堿蓬對氮磷的吸收能力和各部位氮磷積累效應，以期為深入研究堿蓬在海水池塘養(yǎng)殖尾水凈化中所起的作用和利用浮床修復海水養(yǎng)殖尾水提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料與裝置

本研究所用的海水養(yǎng)殖尾水是通過自來水投加養(yǎng)殖用海水晶，并投加分析純的氯化銨、硝酸鉀、磷酸二氫鉀及葡萄糖等配制而成。配制之后的海水養(yǎng)殖尾水水質情況如下：pH值為7.5～8.5，鹽度為15.0‰～20.0‰，總氮35～40 mg·L1，總磷5.5～6.2 mg·L1；實驗過程中不換水，只補充因蒸發(fā)和采樣而損失的水分。

所用堿蓬成苗采集于象山縣涂茨鎮(zhèn)灘涂濕地，所選植株初始平均株高（10.4±0.5） cm，根系平均長度（5.1±0.5） cm。實驗前用清水洗去泥土，并用模擬海水養(yǎng)殖尾水馴化2 d，待根系恢復后選取長勢一致的堿蓬進行實驗。生態(tài)浮床購自淘寶，材料為高密度聚乙烯，呈圓餅狀，其直徑34 cm，厚5 cm。

1.2 實驗設計

實驗采用6個長寬高分別為67 cm × 47 cm × 48 cm的塑料水箱，每個水箱分別注入60 L海水養(yǎng)殖尾水，均在室外防雨塑料棚中進行。

為了模擬現(xiàn)場處理條件，并保證浮床中堿蓬的生長，對水體作不間斷進行曝氣處理，曝氣量為3 L·min1。為了研究堿蓬生態(tài)浮床整體對海水養(yǎng)殖尾水中氮、磷的修復效果，設計了兩組對比實驗：其中，1組用2個內裝海水養(yǎng)殖尾水但不設浮床的水箱作為對照組，其余4個水箱為實驗組，每個水箱中放置2只浮床，按照每組生物量一致每個浮床栽培10株堿蓬，并且利用高密度海綿固定，如圖1所示。

實驗于2017年5月3日至7月2日進行，修復周期為60 d，每次于采集日的上午8：00采集水樣，每次100 mL，并根據水箱水量蒸發(fā)情況，用含鹽的蒸餾水進行補充，以維持水體總體積和鹽度條件不變。每7 d采集一次水樣，共4次，后期植物生長穩(wěn)定后，每10 d采集一次，共3次。植物樣品分別于修復前和修復后采集。

比較實驗組和對照組的總氮、總磷變化情況，并比較修復前后植物鮮重、干重、株高、根系長度、含水率、含氮量和含磷量變化。

1.3 實驗方法與數據處理

實驗前后隨機采集浮床中堿蓬5～8株，利用分析天平稱量鮮重，用皮尺測定株高和根長，在烘箱烘干水分后稱量干重并計算含水率，以上指標均取平均值。利用水樣采集器在水面下5～10 cm處采集水樣，水質檢測參照國標（HJ 6362012；GB/T 118931989），將采集后的水樣迅速在實驗室內分別測定TN和TP；植物中含氮量和含磷量采用文獻（黃麗芬等，2014）方法測定。實驗數據利用Origin 9.0作圖，利用SPSS17.0軟件分析。污染物去除率及植物吸收對氮磷去除的貢獻率依據李濤和周律（2009）研究進行估算。計算公式如下：

（1）污染物去除率（η）=c0-c1c0×100%；

（2）水體氮（磷）削減量（Δmw）=（c0-c1）×V；

（3）植物氮（磷）積累量（Δmp）=（m1-m0）×ΔmDW×N；

（4）植物對氮（磷）去除貢獻（γ1）=ΔmpΔmw×100%；

（5）其他因素對氮（磷）去除貢獻（γ2）=Δmw-ΔmpΔmw×100%。

式中，c0和c1表示初始污染物濃度和取樣后污染物濃度（mg·L1），m0、m1表示植物初始及實驗結束時平均含氮（磷）量（mg·g1），ΔmDW表示修復前后堿蓬干重（mg）的變化量，V為水箱體積60 L，N為植物密度，本研究中N=20。

2 結果與分析

2.1 水質變化分析

堿蓬對水中總氮、總磷的去除效果如圖2所示，隨著時間的延長，實驗組和對照組總氮總磷濃度呈下降趨勢，且氮、磷去除率均隨時間變化而提高，其中實驗組和對照組總氮去除率分別為34.74%和11.83%，總磷去除率分別為53.51%和34.60%，實驗組去除率顯著高于對照組，證明堿蓬浮床對水體總氮、總磷去除有明顯效果。

2.2 堿蓬生長特性及對氮磷積累效果

2.2.1 堿蓬生長狀況 修復前后不同處理組堿蓬生物量及含水率的變化見表1。從表1可以看出，堿蓬在修復后比修復前的鮮干重、株高及含水率均有顯著增加（P<0.05），堿蓬根系生長狀態(tài)良好，這為含鹽水體中氮磷的去除提供了新的實驗方法。

2.2.2 堿蓬各部位氮磷積累效應 如表2所示，浮床中堿蓬各個部位對氮的積累效應均高于磷，這是因為氮是合成蛋白質的主要成分，且蛋白質在植物干物質中占有很大比例，而磷主要參與生物體磷脂、核酸等物質的構成，其比例較氮要小，并且由于不穩(wěn)定容易損失（王鏡巖等，2002）。

堿蓬對氮的積累表現(xiàn)為葉>根>莖，堿蓬葉片中氮含量由（15.65±0.13）mg·g1顯著增加至（19.10±0.42）mg·g1 （P<0.05），而莖含氮量則較處理前有顯著下降 （P<0.05）； 對磷的積累表現(xiàn)為根>莖>葉，除葉片外各部位磷含量均有顯著增加（P<0.05），葉片中的磷由最初的（2.94±0.87）mg·g1增加至（3.54±0.53）mg·g1（P>0.05）。堿蓬在葉片和根系部分對氮的積累較高，根和莖部分對磷的積累較高，這與堿蓬在生長期對營養(yǎng)元素的分配有關。

2.2.3 堿蓬各組織中N/P比變化 N/P比體現(xiàn)了堿蓬對N、P的利用及分配情況（李海英等，2009）。修復前后，堿蓬各組織中N/P比變化如圖3所示。經60 d，堿蓬N/P比由修復前的4.35±0.50變?yōu)樾迯秃蟮?.03±0.26，顯著下降，這是由于堿蓬對磷元素的積累增加導致。堿蓬各部分N/P比隨時間變化存在顯著差異。初始期堿蓬各部位N/P比從大到小依次為葉（5.32±0.28）>莖（4.91±0.35）>根（3.76±0.40）；60d后則為葉（5.39±0.70）>根（2.36±0.25）>莖（2.30±0.06），修復前后堿蓬葉片N/P比值雖上升，但差異不顯著（P>0.05）。而莖、根N/P比值則顯著下降。

2.2.4 堿蓬對水體中氮磷去除的貢獻 堿蓬吸收作用對水體總氮、總磷去除關系如表3所示。堿蓬經吸收及同化作用，去除約144.6 mg總氮和137.8 mg總磷。水體中總氮和總磷分別下降1 023.6 mg和201.0 mg，堿蓬對總氮、總磷去除貢獻率分別為16.10%和78.15%。盡管堿蓬對水體中氮去除有一定貢獻，但堿蓬浮床中的非植物因素對總氮去除的貢獻要高于堿蓬對氮的吸收作用（非植物因素對總氮的貢獻為83.90%）。這可能是因為堿蓬根系的生長，為微生物硝化作用（Sheng et al，2013）、微生物的富集（黃永芳等，2014）提供了基礎，而揮發(fā)和物理吸附沉淀等也會導致水體氮磷含量下降，因此優(yōu)化浮床的結構以及強化微生物作用可以促進對總氮及總磷的修復效果。

3 討論與結論

由于海水養(yǎng)殖尾水鹽度較大，許多水體修復能力較好的植物無法適應而導致水體修復能力較差，而堿蓬因其具有良好的耐鹽性及生存能力，且具有較高的經濟價值，因此在海水養(yǎng)殖尾水修復上具有較好的應用前景。在浮床系統(tǒng)中，堿蓬的生長狀況會影響浮床系統(tǒng)對總氮和總磷的去除效果。修復過程中，堿蓬的株高、生物量、含水率均顯著增加，其中堿蓬在浮床中根系生長旺盛，證明堿蓬對鹽度為15‰的海水養(yǎng)殖尾水環(huán)境適應良好，這為水體中氮磷去除提供了有利的條件。

本研究結果發(fā)現(xiàn)，堿蓬在浮床栽培時，會優(yōu)先將氮、磷等元素積累至葉片以及根系中，這與其生長過程中對營養(yǎng)的分配有關，植物生長過程中會優(yōu)先將生物量及營養(yǎng)分配到其競爭部位，以適應其生長的環(huán)境。由于光照充足且堿蓬處于生長期，為滿足光合作用的需求，葉片是主要的營養(yǎng)競爭部位，營養(yǎng)元素會優(yōu)先滿足葉片供給，以進行更多的光合作用（趙婉婉等，2017），促進有機物質的合成。而根系中對營養(yǎng)元素的積累則是由于堿蓬對水生環(huán)境的適應，以及增加對營養(yǎng)的吸收。堿蓬通過增加根部營養(yǎng)分配，促進根系的生長以擴大根系表面積來滿足對更多營養(yǎng)的吸收以維持堿蓬自身的生長及調節(jié)機能需要（Bloom & Mallik，2004；胡星云等，2017）。根據測定的植株整體以及各部位N/P變化可知，堿蓬在浮床生長過程中，磷是主要的限制營養(yǎng)元素，有研究指出多種水生植物在磷限制的水生條件中，對磷的攝取速度大于氮，這可能與水生植物對營養(yǎng)鹽的選擇壓力造成（Liao et al，2017）。證明堿蓬生長期對磷元素的積累速率較氮快，堿蓬吸收作用是水體中磷去除的主要因素。經過修復處理，浮床中堿蓬對氮、磷的積累量分別為164.84 mg和157.09 mg，分別占水體中總氮、總磷去除貢獻的16.10%和78.15%，堿蓬吸收作用在本實驗條件下是磷去除的主要原因，而對氮的去除作用有限。水體總磷的去除途徑可歸納為植物吸收、沉淀、吸附作用和微生物固定（周小平等，2005）。而由于加入的海水晶中含有鈣、鎂等元素，在一定條件下會與磷酸鹽產生沉淀導致了空白組總磷的下降。

浮床系統(tǒng)對總氮去除途徑主要有植物的吸收作用（Bartucca et al，2016；Guo et al，2014；Ravnjak et al，2013）、微生物硝化-反硝化作用（陳重軍等，2013）等。由于在室外條件下，曝氣使得水體中溶氧條件良好，且堿蓬由于根系的生長及根表面積的擴大，能為微生物提供良好的吸附位點，并促進微生物的富集（黃永芳等，2014），一方面有利于堿蓬對水體中氮的吸收，另一方面有利于硝化細菌的生長，促進了對氨氮的轉化，因此水體中總氮的去除依靠堿蓬對氨氮和硝態(tài)氮的吸收作用和根系微生物的富集對氮的吸收同化。而水體的溶解氧含量較高，導致水體中微生物厭氧反硝化過程受限，因此浮床系統(tǒng)對硝態(tài)氮的去除能力有限。堿蓬由于自身生長的需要，會增加對磷的吸收，因此在本研究中堿蓬吸收作用是磷去除的重要原因。富集在堿蓬根系的微生物生長對水體中的磷酸鹽吸收同化同樣也促進了總磷的去除。

綜上所述，浮床栽培堿蓬對海水養(yǎng)殖尾水中總氮、總磷具有一定的去除效果，而由于堿蓬特殊的氮磷積累特性，需通過采收的方式，降低海水養(yǎng)殖尾水中總氮和總磷的污染水平，而強化微生物富集以及反硝化進程將有利于促進堿蓬浮床對總氮的去除效果。

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