泥蚶與不同濃度微生態制劑凈化養殖廢水的研究

周婷婷，林志華，張啟鵬，劉志芳，何 琳

(1.浙江師范大學 化學與生命科學學院，金華 321000； 2.浙江萬里學院 生物與環境學院，寧波 315000 )

凡納濱對蝦又稱南美白對蝦 (Litopenaeusvannamei)，是當前世界上公認的對蝦三大優良養殖品種之一，近幾年來，隨著我國對蝦養殖業迅猛發展，大棚對蝦精養已成為池塘養殖的主要模式，由于養殖密度越來越高，導致水質惡化，疾病暴發。賈曉平等[1]研究發現南美白對蝦從蝦苗 (0.02 g) 育成成蝦 (20 g) 過程中，每個養殖個體的累積N、累積P排泄量分別為868.0 mg、37.9 mg；累積糞N、累積糞P排出量分別為218.3 mg、190.8 mg。研究調查表明：養殖30萬t成品對蝦，需飼料39萬t，亦即是向養殖環境排放26.53萬t代謝產物，由此可知，對蝦養殖業的自身污染程度十分嚴重[2]。另外，富集氮磷等營養物質不僅造成養殖環境的自源性污染，而且隨地表徑流排入沿海水體的污水也導致當地海域水質惡化，生態平衡受到破壞。根據相關專家介紹，即使是管理最好的對蝦養蝦場，也有30%的餌料未被攝食，殘餌溶失的氮、磷營養物質是蝦池及其鄰近淺海的主要污染物[3]。由此可知，水質污染已成為制約海水養殖可持續發展的瓶頸，因此，解決海水養殖廢水的污染問題迫在眉睫。

泥蚶 (Tegillarcagranosa) 俗稱花蚶、血蚶，是一種棲息于淺海軟泥灘中的廣溫性雙殼類軟體動物，營養豐富，經濟價值高。利用其濾食作用，可去除水中的懸浮物和藻類。EM菌是有益微生物的總稱，它可以通過氧化、氨化、硝化、反硝化、硫化、解磷、固氮等作用，將動物排泄物、殘餌、糞便等分解為二氧化碳、硝酸鹽、磷酸鹽、硫酸鹽等，有效地降解有機污染物，改良水質，是物質循環不可缺少的環節[4-5]。田功太等[6]研究了不同濃度的EM菌原液對海參 (ApostichopusjaponicusSelenka) 養殖水體的凈化效果，結果表明，EM菌能顯著降解氨氮、亞硝酸鹽、磷酸鹽，對養殖廢水有較好的凈化作用。本實驗中，作者采用不同濃度的微生態制劑與泥蚶共同凈化對蝦養殖廢水，旨在構建一套新型高效的綜合養殖結構，增加養殖系統中生物種類，維持養殖體系的生態平衡，提高養殖環境的穩定性，促進養殖品種生長，并且提高飼料的利用率，促進養殖水環境中能量流動和物質循環，減輕養殖用水對沿岸水環境造成的富營養化和污染[7-9]。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

本實驗在浙江寧波市海洋與漁業科技創新基地的對蝦養殖車間中進行，實驗周期7 d，實驗材料，泥蚶采集于寧波市咸祥鎮人工養殖區，泥蚶平均濕質量為(12±1) g；取回實驗室后選取健康、活力較強的個體，清潔殼表淤泥，實驗開始前在室內進行暫養72 h，實驗裝置為100 L的白色聚乙烯塑料水桶，每桶注入60 L的廢水；實驗用水為大棚對蝦養殖排放的廢水，EM原露采購于廣東省饒平縣廣東海富藥業有限公司，EM菌主要成分為海洋芽孢桿菌、海洋光和細菌群、海洋酵母菌群，絲狀菌群等，活菌數量>1.0×109cfu，為黑褐色菌液。

1.2 方法

1.2.1 實驗設計

實驗為靜態試驗，設為5組，每組3個重復，依照EM原露的使用方法，分別設置如下濃度：第1組添加390 μL的EM菌和33粒泥蚶，第2組添加510 μL的EM菌和33粒泥蚶，第3組添加濃度720 μL的EM菌和33粒泥蚶，第4組只投放33粒泥蚶，另設一個空白組，DO為8.81 mg/L，鹽度為21.44，水溫為18.9℃，硝酸鹽為1.36 mg/L，磷酸鹽為0.98 mg/L，氨氮為1.47 mg/L。采用連續曝氣的方式，實驗期間不換水，不投放餌料，光照采用自然光照。

1.2.2 水質檢測

該實驗選取了硝酸鹽、磷酸鹽、氨氮、總氮、總磷等指標用于水質分析，N、P營養鹽、每天下午3：00取樣1次，測定7 d，水樣采集方法：在每個取樣點各采集1個水樣 (50 mL)，將取樣瓶浸入水層下取中層部分，搖晃瓶體洗滌1次，攪動水體，排除水層泡沫，快速取水，取樣后將取樣瓶放于顏色較深的塑料袋中；每處取1個水樣。

水質監測方法參照海洋監測規范[10]：其中氨氮采用DIN和ISO的標準法；總氮：硫酸肼還原法；磷酸鹽：磷鉬藍分光光度法；硝酸鹽：鋅鎘還原法；總磷[11]：總氮總磷聯合消化鉬-銻-抗分光光度法實驗過程水體中溶解氧、鹽度、溫度使用溶氧儀 (YSI) 進行測定。各物質去除率(η)計算公式：η=(Co-CG)/Co×100%，式中，Co為進水水質指標平均濃度；CG為實驗組營養鹽平均濃度[12]。

1.2.3 數據分析方法

實驗結果以平均值±標準差表示，實驗數據分析采用軟件 SPSS 19.0進行單因素方差分析 (one-way ANOVA)，采用LSD進行統計檢驗 (P<0.05)。以P<0.01表示差異極顯著，P<0.05表示差異顯著，P>0.05表示差異不顯著。

2 結果與分析

2.1 對廢水中氨氮的去除效果

泥蚶與不同濃度的EM菌在7 d內對廢水中氨氮的去除效果比較，如圖1所示。5組處理對氨氮均有一定的去除效果，且呈現出去除率不斷增加的趨勢，其中第1組的去除效率為63.75%±4.33%，第2組的去除率為72.85%±3.62%，第3組的去除效率為60.54%±3.17%，第4組的去除效率為36.42%±2.35%，空白組的去除效率為13.7%±2.49%。單因素方差分析表明空白組與第2組之間差異極顯著 (P<0.01)，空白組與第3組之間差異顯著 (P<0.05)，其他均不顯著 (P>0.05)。

2.2 對廢水中硝酸鹽的去除效果

不同處理組中硝酸鹽的變化情況：7 d內泥蚶與不同濃度的EM菌對硝酸鹽均有一定的去除效果，且呈現出不斷增加的趨勢，只有空白組對硝酸鹽的去除效果不斷下降，說明空白組的硝酸鹽濃度并未減少，反而逐漸增加。其中第1組的去除效率為51.35%±0.23%，第2組的去除率為68.61%±0.25%，第3組的去除效率為60.5%±0.22%，第4組的去除效率為40.1%±0.17%，空白組的去除效率為-28.7%±0.16%。單因素方差分析表明5組之間差異顯著(P<0.05)，見圖2。

圖1 泥蚶與不同濃度的EM菌對廢水中氨氮的去除效果比較Fig 1 Ammonia nitrogen removal rates by blood clam and different levels of EM

圖2 泥蚶與不同濃度的EM菌對廢水中硝酸鹽的去除效果比較Fig 2 Nitrites removal rates by blood clam and different levels of EM

2.3 對廢水中磷酸鹽的去除效果

泥蚶與不同濃度的EM菌對廢水中磷酸鹽的去除效果比較：7 d內5組處理對磷酸鹽均有一定的去除效果，第1組從第3天開始出現正值，其他4組從第4天開始去除率呈現不斷增加的趨勢，其中第1組的去除效率為72.62%±3.53%，第2組的去除率為85.34%±2.94%，第3組的去除效率為68.09%±3.24%，第4組的去除效率為40.3%±2.15%，空白組的去除效率為12.01%±1.32%。單因素方差分析表明空白組與第2組之間差異顯著(P<0.05)，第4組與第2組之間差異顯著(P<0.05) ，具體(如圖3)所示。

圖3 為泥蚶與不同濃度的EM菌對廢水中磷酸鹽的去除效果比較Fig 3 Phosphate removal rates by blood clam and different levels of EM

2.4 對廢水中總氮去除效果

不同處理組對廢水中總氮濃度的去除效果比較：7 d內5組處理對總氮均有一定的去除效果，但去除率并不是太高，前3組從第4天開始出現正值，說明總氮濃度開始降低，第4組與空白組從第5天開始出現正值，其中第1組的去除效率為53.07%±1.38%，第2組的去除率為59.24%±3.16%，第3組的去除效率為47.88%±2.14%，第4組的去除效率為35.31%±3.06%，空白組的去除效率為9.04%±2.15%，單因素方差分析表明除空白組與第2組之間差異顯著 (P<0.05) 外，其他4組差異性均不顯著(P>0.05)，具體(如圖4)所示。

圖4 泥蚶與不同濃度的EM菌對廢水中TN的去除效果比較Fig 4 Total nitrogen removal rates by blood clam and different levels of EM

2.5 對廢水中總磷的去除效果

泥蚶與不同濃度的EM菌在7 d內對廢水中總磷的去除效果比較。如圖5所示，5組處理對總磷均有一定的去除效果，且從第3天開始去除率不斷增加的趨勢，其中第1組的去除效率為71.05%±3.42%，第2組的去除率為79.82%±2.15%，第3組的去除效率為68.95%±2.97%，第4組的去除效率為39.22%±3.03%，空白組的去除效率為10.03%±1.08%。單因素方差分析表明空白組與前3組之間差異顯著 (P<0.05)，第4組與第2組之間差異顯著 (P<0.05)，其他均不顯著 (P>0.05)。

圖5 泥蚶與不同濃度的EM菌對廢水中TP的去除效果比較Fig 5 Total phosphorus removal rates by blood clam and different levels of EM

3 討論

3.1 5組處理對營養鹽去除率的比較

濾食性雙殼貝類通過其濾食作用，能夠去除養殖廢水中的懸浮物和營養鹽，實現自身生物量的增長。馬曉娜等[12]在貝藻混養對大西洋鮭 (Salmosalar) 養殖廢水的生物濾除中研究表明太平洋牡蠣 (Crassostreagigas) 對大西洋鮭養殖廢水中總磷、氨態氮和硝酸鹽氮的去除率分別達到6.46%、41.67%及11.35%。趙志東等[13]研究發現將縊蟶(Sinonovaculaconstricta) 和凡納濱對蝦混養可以顯著降低養殖系統中的化學需氧量、磷酸鹽、硝酸鹽、亞硝酸鹽、氨氮及懸浮物等水環境因子含量。微生態制劑(Microecologics) 又叫微生態調節劑，是從天然環境或動物體內分離篩選，經過特定的方法培養制成，對宿主有益的活菌制劑[14]。李卓佳等將以芽孢桿菌為主體的復合微生物投入主養羅非魚(Tilapiamossambica)的池塘，發現水質條件明顯改善，溶氧增加，氨氮和亞硝酸鹽濃度降低，優良單胞硅藻數量增加，養殖水色優良，可促進羅非魚的生長[15]。NOGAMI等[16]研究了有益菌在三疣梭子蟹 (Portunustrituberculatus) 中的應用，發現微生態制劑降低了池塘氨氮含量，提高了溶氧水平。在本次試驗中，使用EM菌與泥蚶聯合凈化對蝦養殖廢水，發現：添加510 μL的EM菌與33粒泥蚶的第2組凈化養殖廢水的效果最佳，對水體中HNO3、NH3-N、H3PO4、TN和TP的去除率最高，添加390 μL的EM菌與33粒泥蚶的第1組次之，第3組與只放33粒泥蚶的第4組對廢水營養鹽的去除率依次降低，空白組對廢水營養鹽的去除率最低。5組處理在對硝酸鹽的去除中，各組間差異性顯著 (P<0.05)，第2組在去除廢水中營養鹽的效果均顯著于空白組 (P<0.05)，在去除氨氮的效果時極顯著高于空白組 (P<0.01)，總磷的去除效率中第4組顯著低于第2組 (P<0.05)，去除硝酸鹽過程中，5組之間差異性顯著 (P<0.05)。

3.2 EM菌與貝類聯合凈化含氮物質的研究

在魚蝦養殖過程中，營養鹽是其不可或缺的重要因素，然而營養鹽過高抑或是過低都將影響魚蝦的生長及健康。營養鹽過高會導致水體富營養化，使魚蝦生活在一個有毒的環境，導致其生長緩慢、疾病暴發，甚至死亡；營養鹽過低又會使其營養不良，抑制魚蝦生長。近幾年來，人們為了提高其經濟效益，對魚蝦養殖密度的不斷加大，對池塘的投入也在不斷地增加，加深了水質的富營養化，特別是對蝦等高檔水產品所投喂的飼料蛋白質含量較高，因所產生的糞便蛋白質含量較高，水體的負載大都達到或超過飽和程度，氨態氮是對蝦排泄物的主要成分，非離子氨會對養殖生物產生毒害作用。氨態氮的積累會影響水生生物生理、生化指標進而影響其生長，嚴重時致使生物死亡，造成經濟損失[4]。

3.3 EM菌與貝類聯合去除磷酸鹽的研究

本次實驗前期，磷酸鹽去除率并沒有提高反而有所下降，因為EM菌建立優勢菌群需要一定的時間，主要依靠貝類的濾食功能，對磷酸鹽的去除效果較差，從第5天開始，磷酸鹽的去除率明顯上升，與單獨泥蚶養殖并未有顯著差異，可能與養殖周期過短有關，EM菌液的作用還沒有完全發揮出來，但從磷酸鹽去除趨勢來看，添加EM菌的處理組要遠遠高于泥蚶單獨養殖組。張明磊等[18]在研究光合細菌對鹽堿地水質的改善作用時發現，8 d左右出現拐點。沈南南等研究認為，微生態制劑的使用并非濃度越高越好，也不是時間越短越好，7 d左右較適宜[19]。本次研究結合生產實踐來講，不同的菌群發揮功效的時間也與水質環境、富營養化程度和菌群的差異有關。

在總磷去除率中，空白組和單獨養殖泥蚶的處理組均與510 μL EM+33粒泥蚶組差異顯著 (P<0.05)。由此可知本次研究中添加510 μL EM與33粒泥蚶配比最為適宜。原因可能為以下兩點：第一，EM菌調節水質，主要是通過有益菌占領固有的生態位，進而產生一系列復雜的生理生化反應，若EM菌投放量不足，則不能達到相應的目的，發揮不到理想的效果。第二，若EM菌投放量過高，環境中有益菌劇增，有害菌減少，則會使有益菌之間產生競爭，打破生態平衡。另外，EM菌調節水體環境時，會促進水中微藻的大量繁殖，EM菌過量將導致微藻繁殖過盛，造成富營養化，效果適得其反。

4 結論

本次實驗中EM菌與泥蚶結合在處理廢水方面取得了良好的凈化效果。泥蚶通過其濾食功能，去除養殖廢水中的懸浮物和營養鹽，實現自身生物量的增長，其代謝產物被EM菌通過一系列復雜的生理生化反應轉化或利用供自身的生長繁殖。另外，適宜濃度的EM菌，在分解和轉化水體中殘餌、糞便等有機物的同時，還可以加快環境中優良微藻的繁殖，為貝類提供豐富的餌料，促進其健康生長。如此有效的循環，能夠使環境中的營養物質得到更加合理的利用，從而達到生態、高效凈化水質的目的，降低了養殖廢水的排放，也為構建新型高效的綜合養殖結構提供參考資料。

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