條紋斑竹鯊養(yǎng)殖藻叢刷系統(tǒng)水質(zhì)凈化技術(shù)的應(yīng)用

張達(dá)娟　張樹林　孫茂軍等

摘 要：利用人工構(gòu)建的藻叢刷（Algal Turf Scrubber，ATS）系統(tǒng)處理?xiàng)l紋斑竹鯊養(yǎng)殖用水，并對(duì)水中NO3--N、NO2--N、NH4+-N和PO43--P等水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以確定藻叢刷系統(tǒng)對(duì)觀賞魚養(yǎng)殖用水水質(zhì)的凈化效果。試驗(yàn)為期60d，試驗(yàn)期間不換水。結(jié)果表明，整個(gè)試驗(yàn)期間，水中NO3--N含量維持在5.64～9.87mg/L范圍內(nèi)，NO2--N含量維持在0.03～0.07mg/L范圍內(nèi)，NH4+-N含量維持在0.03～0.07mg/L范圍內(nèi)，PO43--P含量維持在1.33～1.78mg/L范圍內(nèi)。由此可見，在合適的養(yǎng)殖密度和適當(dāng)?shù)耐娥D條件下，藻叢刷系統(tǒng)能夠有效凈化鯊魚養(yǎng)殖用水水質(zhì)，使其在不換水情況下維持在穩(wěn)定范圍內(nèi)。

關(guān)鍵詞：藻叢刷系統(tǒng)；鯊魚；水質(zhì)；凈化

中圖分類號(hào) S91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2015）11-113-04

Abstract：In order to investigate effects of algal turf scrubber（ATS）on cultivated water purification of ornamental fish，artificial ATS was used to purify cultivated water of Chiloscyllium plagiosum and water quality indicators，including NO3--N，NO2--N，NH4+-N and PO43--P，were measured.The experiment lasted for 60d and water was not renewed.The results showed that contents of NO3--N，NO2--N，NH4+-N and PO43--P were kept in the range of 5.64～9.87mg/L，0.03～0.07mg/L，0.03～0.07mg/L and 1.33～1.78mg/L respectively during the whole experiment.It was indicated that ATS could purify cultivated water of Chiloscyllium plagiosum effectively and maintain stabilization of water quality when shark were cultured with appropriate density and feeding dose.

Key words：Algal turf scrubber；Chiloscyllium plagiosum；Water quality；Purification

隨著人們生活水平的提高，觀賞水族養(yǎng)殖已成為家庭裝飾的新寵。觀賞水族養(yǎng)殖在高速、大規(guī)模發(fā)展的同時(shí)也存在著一些問題，養(yǎng)殖用水的污染就是其中之一。由于水族箱體積有限、投餌和交換水困難，易造成N、P等物質(zhì)的堆積，導(dǎo)致養(yǎng)殖對(duì)象生長(zhǎng)緩慢，易發(fā)疾病，降低了水族箱的觀賞性和裝飾性。

底棲藻類作為水體中的重要初級(jí)生產(chǎn)者，不僅是水生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的基礎(chǔ)[1]，也可以通過自身吸收利用、吸附、絡(luò)合以及與其他生物協(xié)同作用調(diào)節(jié)水生態(tài)系統(tǒng)，凈化水質(zhì)[2]。自20世紀(jì)50年代開始，研究學(xué)者開始關(guān)注利用藻類去除水體中N、P來凈化水質(zhì)，已經(jīng)取得了一定的成果，并且開發(fā)出以此為基礎(chǔ)的藻叢刷系統(tǒng)（Algal Turf Scrubber，ATS）[3]、底棲藻類-生物膜系統(tǒng)[4]和底棲藻類水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)[5-6]，已經(jīng)成功用于畜禽、水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水的處理與凈化中。馬沛明等利用浮游藻類處理某造紙廠下游的人工合成污水后指出，底棲藻類對(duì)污水TN、TP、NH4+-N和NO3--N的去除率分別達(dá)到96%、98%、98%和97%，效果十分明顯[7]。將藻叢刷系統(tǒng)引入到觀賞魚養(yǎng)殖的水質(zhì)凈化中，不僅可以有效降低水體N、P的含量，而且可以減少底棲藻類在水族箱缸壁的附著，提高觀賞性。

條紋斑竹鯊（Chiloscyllium plagiosum），俗稱狗鯊、犬鯊，隸屬于軟骨動(dòng)物門，須鯊綱，須鯊科，斑竹鯊屬，為暖水性小型鯊魚，在我國(guó)東海和南海均有分布。一般成魚體重1～1.5kg，最大個(gè)體3～3.5kg，體長(zhǎng)可達(dá)1m左右。該魚喜棲息于淺?；騼?nèi)灣貝、藻類繁多的環(huán)境中，主食軟體動(dòng)物、多毛類、蝦蟹及底棲小型魚類。條紋斑竹鯊不僅具有藥用價(jià)值[8-9]，而且還是名貴的觀賞魚類，市場(chǎng)價(jià)值高，是值得開發(fā)的海水魚養(yǎng)殖新品種。條紋斑竹鯊攝食量大，代謝產(chǎn)物多，易導(dǎo)致養(yǎng)殖水體中N、P累積致使水質(zhì)惡化，因而在養(yǎng)殖過程中必須加大換水頻率和換水量以保證良好的水質(zhì)。

本研究在天津海昌極地海洋世界模擬潮間帶藻類生長(zhǎng)條件，創(chuàng)造干濕交替的生長(zhǎng)環(huán)境自制藻叢刷系統(tǒng)，在不換水的條件下，利用養(yǎng)殖水體中自然附著的底棲藻類去除條紋斑竹鯊養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的N、P營(yíng)養(yǎng)鹽，并定期對(duì)水質(zhì)理化指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以確定藻叢刷系統(tǒng)對(duì)觀賞魚養(yǎng)殖用水的凈化效果，為藻叢刷系統(tǒng)在大型水族箱觀賞魚養(yǎng)殖水質(zhì)凈化中的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)裝置 試驗(yàn)裝置主要由4部分組成：鯊魚養(yǎng)殖池（190cm×175cm×75cm）（a）、藻叢刷系統(tǒng)（b）、生化池+暫留池（c）、蛋白分離器（d）（圖1）。藻叢刷系統(tǒng)由有機(jī)玻璃制成，處理缸（120cm×30cm×50cm）內(nèi)放入一塊聚乙烯篩絹（100cm×37cm）作為底棲藻類附著基質(zhì)。篩網(wǎng)通過打磨成小刺狀，更利于藻類附著，模擬潮間帶底棲藻類生長(zhǎng)環(huán)境，在篩網(wǎng)上方附有流水管，使水流自上而下通過均勻小孔流過藻叢刷篩網(wǎng)面，藻叢刷下方1/5面積浸入水中。然后流回養(yǎng)殖池，與鯊魚養(yǎng)殖池形成自循環(huán)。試驗(yàn)期間用2支日光燈置于藻叢刷處理缸上方提供光照，光照強(qiáng)度控制在2 500lx，光照時(shí)間為每天7：00～19：00，光暗比為12h∶12h。同潮間帶底棲藻類所獲自然光光照周期基本保持。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 養(yǎng)殖池內(nèi)養(yǎng)殖用水體積為3.25t，共養(yǎng)殖37條條紋斑竹鯊，其中大小為50～80cm的條紋斑竹鯊有22條，15～17cm的15條。試驗(yàn)為期60d，每日上午9：00和下午3：00進(jìn)行投喂，分別投喂沙丁魚300g、200g。試驗(yàn)期間分別僅采用生化池+暫留池、蛋白分離器和ATS系統(tǒng)處理養(yǎng)殖用水，整個(gè)試驗(yàn)期間不換水。養(yǎng)殖用水由出水口分別流經(jīng)生化池、蛋白分離器和ATS系統(tǒng)，再分別流入養(yǎng)殖池。

1.3 水樣采集及相關(guān)測(cè)定方法 條紋斑竹鯊養(yǎng)殖池內(nèi)設(shè)置2個(gè)取水點(diǎn)，每個(gè)取水點(diǎn)取2個(gè)平行水樣。每隔3d水樣一次，按照海洋調(diào)查規(guī)范第4部分：海水化學(xué)要素調(diào)查（GB/T12763.4-2007）相關(guān)方法測(cè)定養(yǎng)殖水體中NO3--N、NO2--N、NH4+-N和PO43--P的含量：NO3--N（鋅鎘還原法）；NO2--N（重氮-偶氮法）；NH4+-N（次溴酸鈉氧化法）；PO43--P（抗壞血酸還原磷鉬藍(lán)法）。用鹽度計(jì)、溫度計(jì)、便攜式pH儀、溶解氧分析儀分別測(cè)定養(yǎng)殖水體鹽度、溫度、pH、溶解氧變化情況，試驗(yàn)期間測(cè)得鹽度、溫度、pH、溶解氧結(jié)果如下：鹽度31%～33.5‰，溫度21.9%～26.9℃，pH8.0～8.06，溶解氧7.7～7.8mg/L。

1.4 底棲藻類收獲及測(cè)定 每7d收集一次附著基上的藻體，用毛刷刷下的藻體在105℃先烘15min，隨后將溫度降至65℃再烘5～6h至恒重后稱重。

2 結(jié)果與分析

2.1 藻叢刷系統(tǒng)對(duì)條紋斑竹鯊養(yǎng)殖水體NO2--N的影響 由圖2可知，NO2--N含量基本維持在0.03～0.07mg/L范圍內(nèi)，略有下降的趨勢(shì)，說明這個(gè)系統(tǒng)能夠有效吸收養(yǎng)殖過程中由于投餌、糞便等正常養(yǎng)殖活動(dòng)產(chǎn)生的NO2--N。

2.2 藻叢刷系統(tǒng)對(duì)條紋斑竹鯊養(yǎng)殖水體NO3--N的影響 由圖3可知，NO3--N的含量維持在5.64～9.87mg/L范圍內(nèi)，基本趨于穩(wěn)定，說明這個(gè)系統(tǒng)能夠有效吸收養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的NO3--N。

2.3 藻叢刷系統(tǒng)對(duì)條紋斑竹鯊養(yǎng)殖水體NH4+-N的影響 如圖4所示，條紋斑竹鯊養(yǎng)殖池水體NH4+-N的含量基本維持在0.03～0.07mg/L范圍內(nèi)，說明這個(gè)系統(tǒng)能夠有效吸收養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的NH4+-N。

2.4 藻叢刷系統(tǒng)對(duì)條紋斑竹鯊養(yǎng)殖水體PO43--P的影響 條紋斑竹鯊養(yǎng)殖池水體PO43--P的含量基本維持在1.33～1.78mg/L這個(gè)水平范圍內(nèi)（圖5），基本趨于穩(wěn)定，說明藻叢刷系統(tǒng)能夠有效吸收養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的PO43--P。

2.5 附著藻類收獲生物量 人工聚乙烯篩絹上生長(zhǎng)的底棲藻類主要由絲狀綠藻組成，且在整個(gè)實(shí)驗(yàn)期間能保持較好的穩(wěn)定性和連續(xù)性。由表1可知，試驗(yàn)期間收集到藻類的干重，每7d藻類收獲量保持在2.584 5～2.720 4g范圍內(nèi)，周期性藻類收獲量差異不大。

3 結(jié)論與討論

3.1 觀賞魚養(yǎng)殖中的水質(zhì)凈化技術(shù) 在人工養(yǎng)殖水體尤其是觀賞水族養(yǎng)殖過程中，各營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的來源主要是餌料的投入和養(yǎng)殖對(duì)象自身的排泄物，大量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的積累易導(dǎo)致水體惡化。水質(zhì)日常維護(hù)及凈化多采用物理方式和生物方式濾除營(yíng)養(yǎng)鹽，無論采用何種方式的最終目的是去除水體中過量的N、P等營(yíng)養(yǎng)鹽或?qū)?duì)養(yǎng)殖對(duì)象有害的NH4+-N和NO2--N轉(zhuǎn)化為相對(duì)無害的NO3--N[10]。不過觀賞魚對(duì)NO3--N也有一定的耐受范圍，50mg/L或者更低濃度是其耐受上限。由此可見，傳統(tǒng)的水質(zhì)凈化方法存在一定的局限性，而藻叢刷系統(tǒng)的出現(xiàn)可以有效地解決這一問題。

3.2 藻叢刷系統(tǒng)水質(zhì)凈化技術(shù) 藻從刷具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，材料廉價(jià)，對(duì)運(yùn)行環(huán)境條件要求較低等特點(diǎn)，在水質(zhì)凈化和廢水處理方面已經(jīng)有了一定的應(yīng)用。藻叢刷基質(zhì)上附著的大量藻類能夠充分利用不同形式N源P源作為營(yíng)養(yǎng)源，既有效降低了NH4+-N和NO2--N，又有效地降低了NO3--N濃度[11-12]，N、P去除效果好。由本次研究表明，在持續(xù)投喂和不換水的條件下，60d內(nèi)條紋斑竹鯊養(yǎng)殖水體的NH4+-N、NO2--N和NO3-N均未出現(xiàn)明顯升高，說明借助于底棲藻類對(duì)氮磷的吸收特性構(gòu)建的ATS系統(tǒng)，可吸收養(yǎng)殖鯊魚因代謝、投餌產(chǎn)生的N、P營(yíng)養(yǎng)鹽，進(jìn)而使養(yǎng)殖水質(zhì)維持在穩(wěn)定水平。表明藻叢刷系統(tǒng)對(duì)該水體有著明顯的凈化作用。馬沛明等指出，底棲藻類對(duì)NH4+-N較為敏感，當(dāng)水體中同時(shí)存在NH4+-N和NO3--N時(shí)，水網(wǎng)藻、剛毛藻水綿等大型綠藻首先利用NH4+-N，待NH4+-N下降到一定程度后，開始利用NO3--N[7]。關(guān)于其作用機(jī)理也早有報(bào)道，由于藻類不能產(chǎn)生有活性的硝酸還原酶，當(dāng)水體中的NH4+-N濃度很低或近于消耗完時(shí)，底棲藻類才NO3--N進(jìn)行吸收和利用[13]。同樣，藻叢刷系統(tǒng)對(duì)對(duì)奶牛場(chǎng)廢水和生活污水中的TN、TP的去除率高達(dá)46%～90%[14-15]。與此同時(shí)，藻叢刷系統(tǒng)中基質(zhì)上附著的藻類也具有一定的潛在應(yīng)用價(jià)值。因此，利用藻類處理循環(huán)水條紋斑竹鯊養(yǎng)殖水體，具有成本低、能耗少、效率高、收益大、出水溶解氧含量高等特點(diǎn)，是一項(xiàng)非常有潛力的生態(tài)環(huán)保技術(shù)。

3.3 影響藻叢刷系統(tǒng)水質(zhì)凈化效率的因素 藻叢刷系統(tǒng)操作簡(jiǎn)便，運(yùn)行過程中不需特殊手段，只要提供合適的基質(zhì)和光照，控制特定的流速就能正常運(yùn)行。為了提高藻叢刷系統(tǒng)水質(zhì)凈化效率，本研究自制的藻叢刷水質(zhì)凈化系統(tǒng)由2支日光燈置于藻叢刷處理缸上方提供光照，光照時(shí)間為每天7：00～19：00，光暗比為12h∶2h，同潮間帶底棲藻類所獲自然光光照周期一致。采用瀑布式水流設(shè)計(jì)促提供適宜流速使底棲藻類生物量達(dá)到最高?？梢宰鳛樵鍏菜⑾到y(tǒng)應(yīng)用于觀賞水族凈化的參考。

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（責(zé)編：張宏民）