趙陽國， 湯海松， 周弋鈴， 高孟春， 郭 亮， 王君鵬

(1.中國海洋大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,山東 青島 266100； 2. 中國海洋大學(xué)海洋環(huán)境與生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266100)

中國是一個(gè)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)大國，2018年全國海水養(yǎng)殖面積204萬公頃，產(chǎn)值3 572億元；淡水養(yǎng)殖515萬公頃，產(chǎn)值5 884億元[1]，海水養(yǎng)殖單位面積產(chǎn)值較淡水養(yǎng)殖高出近50%，海水養(yǎng)殖為中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和滿足人們對高質(zhì)蛋白的需求做出了重大貢獻(xiàn)。

健康的水質(zhì)是海水養(yǎng)殖的基礎(chǔ)，當(dāng)注入的污染物超出水體自凈容量時(shí)，則會(huì)造成水環(huán)境的持久性污染。隨著集約化養(yǎng)殖規(guī)模和密度的不斷擴(kuò)大，養(yǎng)殖生境有機(jī)污染加劇，部分底質(zhì)環(huán)境出現(xiàn)“老化”現(xiàn)象[2]。“老化”生境的直接原因除了有機(jī)物、氮磷污染嚴(yán)重外，主要是過量的溶解性硫化物(包括H2S、HS-、S2-)在沉積物-水界面大量富集并遷移擴(kuò)散造成的。在海水養(yǎng)殖沉積物中，硫元素的賦存形態(tài)非常復(fù)雜，包括氧化態(tài)如硫酸鹽、亞硫酸鹽類；還原態(tài)如金屬硫化物、溶解性硫化物以及豐富的有機(jī)硫化合物。其中溶解性硫化物與底棲生物關(guān)系最為密切，其重要性已經(jīng)逐漸引起人們的重視。我國規(guī)定養(yǎng)殖沉積物中硫化物濃度應(yīng)該低于300 mg/kg(GB18668—2002)，養(yǎng)殖水體中硫化氫濃度應(yīng)該小于0.2 mg S/L(GB11607—1989)。

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，我國許多近海養(yǎng)殖區(qū)底質(zhì)和水體環(huán)境硫化物污染嚴(yán)重。對膠州灣東北部、西北部現(xiàn)場調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，部分站位表層沉積物中溶解性硫化物濃度最高可達(dá)740 mg/kg[3]；桑溝灣筏式養(yǎng)殖區(qū)沉積物孔隙水中硫化物濃度最高28.4 mg/L[4]。國外某些近海環(huán)境現(xiàn)狀亦不容樂觀，Reese等[5]對美國加州索爾頓咸水湖調(diào)查發(fā)現(xiàn)，上覆水體中硫化氫濃度達(dá)38 mg/L，而沉積物孔隙水中硫化物濃度更是達(dá)到了179 mg/L，每年夏季有大量魚類死亡。同樣的，Asaoka等[6]對日本半封閉的廣島灣進(jìn)行調(diào)查，表明沉積物上覆水中硫化物濃度為5.9 mg/L，水生生物已經(jīng)受到明顯毒害。

可見，近海養(yǎng)殖生境中硫化物的污染形勢依然嚴(yán)峻，為有效預(yù)防和控制這類污染對養(yǎng)殖環(huán)境的危害，本文綜述了近海養(yǎng)殖環(huán)境中硫化物產(chǎn)生的機(jī)制及驅(qū)動(dòng)力、硫化物在沉積物-水界面的擴(kuò)散通量、硫化物污染的控制技術(shù)及各自的優(yōu)缺點(diǎn)，希望為近海生態(tài)養(yǎng)殖、硫化物防控提供參考。

1 硫化物的產(chǎn)生機(jī)制及毒害作用

1.1 硫化物污染的產(chǎn)生

根據(jù)海水養(yǎng)殖設(shè)施離岸遠(yuǎn)近，可分為工廠化(池塘)養(yǎng)殖、灘涂養(yǎng)殖、淺海(底播、筏式、網(wǎng)箱)養(yǎng)殖以及深遠(yuǎn)海養(yǎng)殖等。其中灘涂和淺海養(yǎng)殖均屬于利用近岸自然海域的集約化養(yǎng)殖方式，養(yǎng)殖過程中，高密度的養(yǎng)殖設(shè)施和養(yǎng)殖生物嚴(yán)重削弱了近海環(huán)境水動(dòng)力循環(huán)，延長了海水交換時(shí)間[7]；而且隨著集約化養(yǎng)殖規(guī)模和密度的擴(kuò)大，大量未被攝食的高蛋白餌料，以及通過生物濾食形成的生物沉降進(jìn)入養(yǎng)殖生境，導(dǎo)致好氧微生物過度繁殖，水中溶解氧進(jìn)一步消耗，進(jìn)而在局部形成低氧或無氧環(huán)境[8-9]。在此條件下，含硫有機(jī)質(zhì)，如甲硫氨酸、半胱氨酸等將通過某些微生物的礦化作用產(chǎn)生氨氮和硫化物；而硫酸鹽還原菌(SRB)將以有機(jī)物為碳源和電子供體，以海洋中豐富的硫酸鹽為電子受體，實(shí)現(xiàn)在無氧狀態(tài)下的硫酸鹽呼吸過程(即硫酸鹽異化還原)，產(chǎn)生大量硫化物[10](見圖1)。

(SRB—硫酸鹽還原菌，Sulfate reducing bacteria; DO—溶解氧，Dissolved oxygen.)

圖1 在海水養(yǎng)殖區(qū)硫化物的產(chǎn)生及擴(kuò)散
Fig.1 Generation and diffusion of sulfide in mariculture area

1.2 硫化物對養(yǎng)殖生物的毒害作用

在海水養(yǎng)殖區(qū)，硫化物已經(jīng)成為僅次于氨氮的強(qiáng)烈生物毒性污染物。高濃度的硫化物沿濃度梯度由缺氧區(qū)擴(kuò)散到上覆水體，部分被溶解氧氧化去除，而殘留的硫化物，特別是非離子態(tài)的硫化氫(H2S)，極易造成底棲生物和水生生物的毒害[8-9]。研究表明，硫化物不但會(huì)刺激和腐蝕養(yǎng)殖生物的鰓組織，還可與生物血液中的血紅蛋白結(jié)合產(chǎn)生硫血紅蛋白，極大地降低血液的攜氧能力[11-12]。Yokoyama[13]研究指出，當(dāng)?shù)啄嘀袚]發(fā)性硫(AVS)的濃度大于1.7 mg/g時(shí)，在該環(huán)境中將很難有生物生存。Kiemer等[14]研究發(fā)現(xiàn)，鮭魚在7.8 μmol/L硫化氫環(huán)境中，第6周時(shí)鰓損達(dá)到最高，在第10周時(shí)，約50%肝細(xì)胞壞死。另外，硫化物的暴露還會(huì)改變水生生物腸道微生物群落結(jié)構(gòu)，增加患病的風(fēng)險(xiǎn)，Suo等[15]將太平洋白對蝦暴露在不同濃度水平硫化物中，發(fā)現(xiàn)對蝦腸道內(nèi)致病菌的豐度隨著硫化物濃度的升高而提高。

2 污染形成的驅(qū)動(dòng)因素及其擴(kuò)散

2.1 硫化物形成的驅(qū)動(dòng)力

研究表明，有機(jī)質(zhì)對硫化物的形成具有極強(qiáng)的刺激作用，沉積物中硫化物濃度與有機(jī)質(zhì)含量呈現(xiàn)較好的正相關(guān)關(guān)系[16]。而溶解氧、硝酸鹽、溫度、鹽度、pH等環(huán)境因子以及微生物、底棲生物等生物干擾對沉積物中硫化物的產(chǎn)生也具有重要的作用[5, 17]；研究還發(fā)現(xiàn)養(yǎng)殖生境中抗生素對微生物的群落結(jié)構(gòu)和酶活性也具有顯著影響，是目前養(yǎng)殖過程中硫化物形成不容忽視的環(huán)境因子[18]?？梢姡陴B(yǎng)殖生境中，硫化物形成過程受到多種因素的影響，主要形成途徑也將因環(huán)境條件和人為干擾的不同而變化，深入探討硫化物形成的驅(qū)動(dòng)力成為解決養(yǎng)殖生境污染的關(guān)鍵科學(xué)問題。

2.2 硫化物的擴(kuò)散

硫化物產(chǎn)生以后，在泥水界面系統(tǒng)中發(fā)生著非常復(fù)雜的地球化學(xué)過程，能夠與沉積物中的金屬形成金屬硫化物，并進(jìn)一步形成穩(wěn)定的黃鐵礦硫化物(FeS2)[19]；而99%的溶解性硫化物(包括H2S、HS-和S2-)，將向周圍遷移擴(kuò)散進(jìn)入水環(huán)境，更高濃度的硫化物甚至可透過水-氣界面進(jìn)入大氣，引起局域地區(qū)環(huán)境條件的改變[5]。

Bruchert等[20]對沿岸上升流區(qū)沉積物-水界面的硫化物擴(kuò)散通量研究表明，硫化物主要來源于沉積物-水界面以下16 cm范圍內(nèi)硫酸鹽異化還原過程，在界面處的通量最高可達(dá)32.2 mmol/(m2·d)，結(jié)果導(dǎo)致在陸架內(nèi)上覆水中H2S濃度可達(dá)22 mmol/L。Reese 等[5]發(fā)現(xiàn)在美國南加州索爾頓咸水湖中，冬季硫化物自沉積物向水體遷移擴(kuò)散通量為2～3 mmol/(m2·d)，而夏季則高達(dá)8 mmol/(m2·d)，由于高濃度硫化物的擴(kuò)散，水體中90%的氧氣被硫化物消耗。硫化物遷移擴(kuò)散過程中的控制因素非常復(fù)雜，極易受溶解氧、溫度、pH以及微生物等環(huán)境因素的影響而產(chǎn)生較大波動(dòng)，這給硫化物的遷移和界面通量研究帶來不少困難[5, 20]。為了精確測量硫化物擴(kuò)散通量，往往需要進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)或者模擬試驗(yàn)，盡量降低由于水體含氧波動(dòng)而造成失誤。

3 海水養(yǎng)殖生境中硫化物的控制技術(shù)

為了控制養(yǎng)殖生境中硫化物的產(chǎn)生，需要從政策角度出發(fā)，控制養(yǎng)殖規(guī)模、減少投餌量、提倡生態(tài)養(yǎng)殖；也需要從技術(shù)角度考慮，進(jìn)一步研究硫化物產(chǎn)生的機(jī)制和驅(qū)動(dòng)因素，尋找預(yù)防硫化物大量產(chǎn)生及擴(kuò)散的方法，以及能夠快速消除生境中已經(jīng)存在的硫化物污染的技術(shù)。

3.1 硫化物污染的物理控制

物理性控制技術(shù)的原理是通過各種方式提高養(yǎng)殖生境的氧化還原電位，或者清除、轉(zhuǎn)移、覆蓋海水養(yǎng)殖環(huán)境底泥，以隔離硫化物產(chǎn)生和積累的環(huán)境條件。常用的方法包括提高水動(dòng)力循環(huán)、曝氣充氧，進(jìn)而創(chuàng)造水體氧化性環(huán)境[21]；高位塘翻耕曬池、岸灘貝類養(yǎng)殖區(qū)壓沙翻耕，以強(qiáng)化硫化物釋放及氣體流通[12]；采用破碎牡蠣殼吸附[22]、粒狀活性炭吸附[23]轉(zhuǎn)移局部區(qū)域硫化物以及對沉積物底泥疏浚、覆蓋等。

這些物理方法具有建設(shè)成本和運(yùn)行費(fèi)用低、效果直接等優(yōu)點(diǎn)，在有些養(yǎng)殖海域得以應(yīng)用。缺點(diǎn)是只能應(yīng)用于池塘養(yǎng)殖或小面積封閉水體的養(yǎng)殖區(qū)以及灘涂養(yǎng)殖區(qū)，難以去除水體中的溶解性有機(jī)物，不能從根本上消除沉積環(huán)境中的有機(jī)污染物，很難應(yīng)用于大面積海水養(yǎng)殖區(qū)，且對魚類等養(yǎng)殖對象有強(qiáng)毒性的氨氮、硫化物等污染物去除效果較差[24]。

3.2 硫化物的化學(xué)控制技術(shù)

化學(xué)法是目前海水養(yǎng)殖環(huán)境中硫化物控制中有效方法，它主要是利用化學(xué)制劑與污染物發(fā)生氧化還原等反應(yīng)，使硫化物被氧化為無毒無害的高價(jià)態(tài)物質(zhì)的過程。對于硫化物的去除，主要包括直接投加鐵鹽[25]、硝酸鹽[26]、過氧化氫[27]等的液體氧化劑或顆粒氧化鐵[28-30]、粉煤灰[23, 31-32]等的固體氧化劑，將還原態(tài)的硫化物氧化到無毒的高價(jià)態(tài)，或與硫化物相結(jié)合，轉(zhuǎn)化為毒性較低的物質(zhì)。

苗宗成等[33]應(yīng)用高鐵酸鉀(K2FeO4)對養(yǎng)殖廢水處理凈化的研究結(jié)果表明高鐵酸鉀對養(yǎng)殖廢水中菌落總數(shù)、COD、濁度和硫化物的去除效果良好，當(dāng)K2FeO4使用量為 8 mg/L 時(shí)，菌落總數(shù)、濁度、COD及硫化物的去除率分別為 98.80%、98.42%、92.16%和98.78%，對亞硝酸鹽和氨氮也有一定的去除效果。然而，通過施加過氧化氫、硝酸鹽及鐵鹽等液體氧化劑[34]去除沉積物表層殘余及水體中的硫化氫，雖然能夠使硫化物濃度快速降低，卻并不是經(jīng)濟(jì)有效的方法。因?yàn)樗a(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)沉積物中的硫化物是緩慢釋放的，用于去除硫化物的可溶性化學(xué)物質(zhì)往往會(huì)大量釋放到水體中，造成資源的浪費(fèi)，也不能持久地發(fā)揮作用，甚至可能對養(yǎng)殖生物和水生生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成威脅[35]。此外，為將硫化物控制在較低濃度水平往往需要多次施加，有研究表明在土壤和沉積物修復(fù)過程中投加氧化劑的操作成本要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于氧化劑本身的成本[30, 36]。

相比之下，投加顆粒煤灰球或氧化鐵等固態(tài)氧化劑控制硫化物是一種相對安全且有效的方法[30, 32]。Asaoka等[23]研究發(fā)現(xiàn)利用燃煤電廠燃煤過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品制成的顆粒狀煤灰具有高效的硫化物去除效果，最高可達(dá)108 mg/g，這主要是因?yàn)槠渌母邇r(jià)態(tài)的Mn(III)、Fe(III)等可將水體中的硫化氫氧化為單質(zhì)硫[37]，而且為控制沉積物中硫化物釋放而實(shí)際應(yīng)用于海洋沉積物中的顆粒狀煤灰不需要回收活化[38]。顆粒狀煤灰表面的硫化氫吸附位點(diǎn)可以在海水垂直混合季節(jié)被水體中的溶解氧活化再生——主要是將被硫化氫還原的氧化錳氧化到高價(jià)態(tài)，使其氧化固定硫化物的能力得以恢復(fù)，實(shí)現(xiàn)有效抑制沉積物孔隙水中硫化氫釋放的目的[38]。應(yīng)用于現(xiàn)場試驗(yàn)的顆粒狀煤灰?guī)缀蹩赏耆种屏蚧瘹涞漠a(chǎn)生，并且與對照地點(diǎn)相比，試驗(yàn)地點(diǎn)的底棲生物數(shù)量增加了幾個(gè)數(shù)量級[31]。研究認(rèn)為，應(yīng)用于現(xiàn)場試驗(yàn)的顆粒狀煤灰能控制硫化氫的主要原因可能是提高了沉積物環(huán)境的pH，抑制了硫酸鹽還原微生物的活性，從而在源頭上控制了H2S的生成[31]。此外，顆粒狀煤灰中的Ca2+還能與水體中的磷酸鹽反應(yīng)形成磷酸鈣降低環(huán)境的富營養(yǎng)化水平，提高生態(tài)環(huán)境質(zhì)量[32, 39]。然而，顆粒狀煤灰的制備原料主要是水泥、燃煤副產(chǎn)物，重金屬離子含量較高[40]，隨著時(shí)間的延長，海洋沉積環(huán)境重新變?yōu)閰捬醐h(huán)境，在厭氧環(huán)境中這些燃煤副產(chǎn)物中的重金屬離子溶解度增加，很容易釋放到海洋水體中，導(dǎo)致重金屬污染[41-42]。

顆粒鐵(氫)氧化物在控制硫化物污染過程中安全性較高，持久性較好。顆粒鐵以固體形式在水相或沉積物中通過氧化還原作用持續(xù)去除硫化物，并根據(jù)環(huán)境條件在顆粒鐵表面形成無定型表面結(jié)合Fe(Ⅱ)化合物、硫化鐵(FeS)和單質(zhì)硫S[29]。Yin等[30]應(yīng)用氫氧化鐵對硫化物去除的研究結(jié)果表明，原始?xì)溲趸F顆粒去除硫化物的能力最高可達(dá)68.34 mg/g。Sun等[29]應(yīng)用顆粒氫氧化鐵、顆粒氧化鐵以及生銹的碎鐵屑對水溶液中硫化物的去除結(jié)果表明，生銹的碎鐵屑對硫化物的去除能力最高，可達(dá)49.5 mg/g，而在沉積物水界面中對硫化物的控制中，顆粒氫氧化鐵對硫化物的去除量可達(dá)(92.0±4.2) mg/g，是在水溶液中的三倍以上，少量的鐵氧化物便可在較長時(shí)間內(nèi)將硫化物控制在較低水平。

被硫化物還原的鐵氧化物通過短時(shí)間的曝氣以及海水?dāng)y氧流動(dòng)，可以恢復(fù)甚至增強(qiáng)顆粒鐵的去除硫化氫的能力。這主要是因?yàn)轭w粒氫氧化鐵表面的Fe(Ⅱ)、FeS在曝氣過程中再次被氧化為無定形或較為無序的鐵氧化物，這種鐵氧化物具有更大的比表面積，更容易與硫化氫反應(yīng)[28, 35]。但曝氣恢復(fù)過程中硫化鐵轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的單質(zhì)硫可能會(huì)聚集在顆粒鐵表面，占據(jù)反應(yīng)位點(diǎn)，在反復(fù)使用之后顆粒氫氧化鐵活性位點(diǎn)逐漸減少。此外，氧氣在水中溶解性較低，使用溶解氧恢復(fù)顆粒鐵難度較大[35]。為此，Yin等[30]通過定期定量投加過硫酸鹽、氯和過氧化物對顆粒鐵的氧化方法進(jìn)行改良，其中過硫酸鹽可將還原狀態(tài)的FeS全部轉(zhuǎn)化為SO42-。

此外，由于沉積物中的硫化物是緩慢釋放的[35]，將氫氧化鐵與化學(xué)氧化劑組合使用被認(rèn)為是一種具有良好前景的持久原位控制硫化物的方法。首先，投加的氫氧化鐵可以持續(xù)吸收氧化沉積物中緩慢釋放的硫化氫；另外，在合適的時(shí)間投加適量的氧化劑不僅減少了投加氧化物的次數(shù)，降低了操作成本，又可以使顆粒鐵去除硫化氫的能力再次恢復(fù)，達(dá)到沉積物中硫化氫持續(xù)原位控制的目的。

3.3 硫化物污染的生物控制技術(shù)

依賴于生物的硫氧化技術(shù)具有經(jīng)濟(jì)高效、應(yīng)用效果好、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)，在養(yǎng)殖區(qū)硫化物控制中表現(xiàn)出極高的應(yīng)用潛力。海洋生物對硫化物的控制措施包括以海洋動(dòng)物與植物為主體的生物控制措施以及以海洋微生物為主體的生物控制措施。前者主要是通過消耗海水及沉積物中的有機(jī)質(zhì)、氮磷，從源頭上減少硫化物的產(chǎn)生而間接起到對硫化物的控制效果。而海洋微生物對硫化物的控制是通過直接的生物氧化過程實(shí)現(xiàn)的。

以海洋懸浮顆粒為食的海洋動(dòng)物可以直接從水體中捕獲殘余餌料等食物顆粒，易吸收降解部分用于其生長，難以降解的懸浮有機(jī)質(zhì)則沉積到海洋沉積物表面[43]。以沉積物表面或沉積物內(nèi)的有機(jī)質(zhì)為食物的海洋動(dòng)物不僅能夠消耗沉積物內(nèi)沉積的有機(jī)物，而且可以改變沉積物的質(zhì)地和結(jié)構(gòu)，例如孔隙度、滲透率、粒徑、內(nèi)聚力等[43]。更重要的是，它們的空間異質(zhì)性可以為其他海洋生物，如海洋微生物、海洋微藻和大型底棲動(dòng)物等產(chǎn)生更多樣的生態(tài)位[43]。例如，灰鯡魚和遮目魚是在河口和小溪中常見的天然廣鹽性魚群。他們在生長過程中可以底泥中的碎屑為食物，消耗底質(zhì)有機(jī)物，其廣食性和對水質(zhì)的耐受性使他們成為處理水產(chǎn)養(yǎng)殖廢物的理想方式[44]。沙蠶不僅能夠蠶食沉積物中的大量有機(jī)物質(zhì)，還能通過掘穴等生物擾動(dòng)作用提高沉積物中的溶氧含量，降低硫化物的產(chǎn)生[12]。此外，濾食性貝類也可以大量去除海水中的懸浮有機(jī)顆粒物，減輕有機(jī)質(zhì)對海洋環(huán)境的影響[45]，如Comeau等[46]發(fā)現(xiàn)在貝類養(yǎng)殖筏下表層沉積物中的有機(jī)質(zhì)含量(5.1±1.5)%，明顯小于對照區(qū)中有機(jī)質(zhì)含量(10.5±3.2)%。

水生植物可以通過控制沉積物中有機(jī)營養(yǎng)物質(zhì)的二次釋放和吸收多余的營養(yǎng)鹽來修復(fù)受污染的水體及沉積物。一些大型海藻具有極高的生產(chǎn)力，能有效提高海水中的溶解氧含量，吸收營養(yǎng)鹽類。此外，海草根系也能通過直接促進(jìn)硫化物氧化或者消耗海洋沉積物中的有機(jī)質(zhì)間接抑制硫化物的產(chǎn)生[47]。研究表明，將大型藻類Gracilariacaudata和微型甲殼動(dòng)物Artemiafranciscana聯(lián)合用于海水養(yǎng)殖廢水處理具有較好的效果，氨氮降低29.8%，亞硝態(tài)氮100%去除，硝態(tài)氮去除72.4%，因此，若將這些生物用作生物過濾器可能有助于改善近岸水質(zhì)[48]。Xiao等[49]對中國沿海大型藻類養(yǎng)殖調(diào)查表明，沿海養(yǎng)殖的海藻每年可去除約 75 000 t氮和 9 500 t磷，按照目前海藻養(yǎng)殖的增速，預(yù)計(jì)到2026年，養(yǎng)殖的海藻將能夠完全消除中國沿海水域的磷元素，將在防治水體富營養(yǎng)化過程中發(fā)揮重要的作用。

依賴于特殊功能微生物的硫化物控制和去除技術(shù)，可持續(xù)性強(qiáng)，無二次污染，在某些零排放循環(huán)海水養(yǎng)殖系統(tǒng)中已經(jīng)得到初步應(yīng)用。Cytryn 等[50]嘗試應(yīng)用生物濾池技術(shù)控制循環(huán)海水養(yǎng)殖箱中的硫化物，取得較好的效果，生物膜中發(fā)現(xiàn)了豐富的依賴于氧氣和依賴于硝酸鹽的硫氧化菌(SOB)；有學(xué)者在某些海區(qū)沉積物水界面也發(fā)現(xiàn)了大量絲狀SOB構(gòu)成的微生物菌墊(膜)，該菌墊主要由嗜硫珠菌屬(Thiomargarita)、貝日阿托氏菌屬(Beggiatoa)等構(gòu)成，能夠以硝酸鹽為電子受體氧化硫化物。Yücel等[51]發(fā)現(xiàn)在沉積物以上5 mm處Beggiatoa微生物菌墊中出現(xiàn)最大硫化物消耗量，可達(dá)3.38 mmol/(m2·d)，可有效抑制硫化物向上層水體擴(kuò)散，維持水生態(tài)健康，這些發(fā)現(xiàn)為我們采用微生物法控制養(yǎng)殖環(huán)境硫化物奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

另外，厭氧氨氧化菌和依賴于硫化物的自養(yǎng)反硝化菌的深入研究[52]，也為我們研發(fā)缺氧和厭氧條件下同步去除氨氮和硫化物的菌劑提供了可能性。鄭宇等以海水養(yǎng)殖底泥為對象，通過硫化物培養(yǎng)基定向富集篩選，初步獲得了能夠高效去除環(huán)境中硫化物的復(fù)合微生物菌劑，該菌劑在無氧條件下，12h左右可以完全去除1 000 mg/L的硫化物[53]。高通量測序分析發(fā)現(xiàn)，該復(fù)合菌劑包含的微生物種屬主要有Vibrio(42.58%)，Marinobacter(3.38%)，Pseudomonas(1.60%)，Pediococcus(3.33%)，Prochlorococcus(1.26%)以及Thiobacillus(0.72%)[54]。在海水養(yǎng)殖環(huán)境中，楊萌等[55]將沸石固定化的SOB菌劑平鋪于土工布袋內(nèi)，將布袋平鋪于養(yǎng)殖系統(tǒng)沉積物-水界面處，覆蓋率2.5%，結(jié)果表明該菌劑能夠顯著抑制環(huán)境中硫化物的產(chǎn)生及擴(kuò)散，在缺氧條件下7 d內(nèi)對硫化物的控制率達(dá)到99%?？梢姡瑧?yīng)用微生物菌劑對硫化物進(jìn)行控制，具有較好的研究基礎(chǔ)，將是海水養(yǎng)殖生境中硫化物污染控制的重要方向。

4 研究展望

海水養(yǎng)殖生境中硫化物污染現(xiàn)狀不容樂觀，為了從源頭控制硫化物的產(chǎn)生，從過程降低硫化物的擴(kuò)散，從途徑消除硫化物的危害，人們進(jìn)行了大量的探索，取得了一系列進(jìn)展，對一些關(guān)鍵科學(xué)問題有了初步認(rèn)識(shí)，但仍不夠清晰，是未來需要深入探究的方向：(1)在海水養(yǎng)殖生境中，硫化物形成的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素的識(shí)別，關(guān)鍵因子與硫化物生成之間媒介的識(shí)別；(2)硫化物在擴(kuò)散過程中與環(huán)境因子的相互作用關(guān)系，哪些關(guān)鍵因子制約著硫化物的遷移擴(kuò)散，沉積物-水界面硫氧化微生物菌墊對硫化物的作用機(jī)制；(3)硫化物形成與氧化的兩類功能微生物的生態(tài)學(xué)關(guān)系，硫化物生成功能群的識(shí)別，不同類群微生物對硫化物形成的貢獻(xiàn)率。

在硫化物污染的控制技術(shù)中，曝氣、翻耕、以及大型海藻已經(jīng)得以應(yīng)用；而顆粒態(tài)鐵氧化物、硫氧化菌(墊)等由于其作用的持久性、可靠性，可能在未來海水養(yǎng)殖生境中硫化物的控制過程中發(fā)揮重要作用。在上述技術(shù)應(yīng)用過程中，還要密切關(guān)注應(yīng)用策略、控制機(jī)制以及環(huán)境效應(yīng)，以最終實(shí)現(xiàn)海水養(yǎng)殖環(huán)境的生態(tài)修復(fù)和可持續(xù)發(fā)展。