番杏對不同鹽度和不同程度富營養(yǎng)化海水的凈化效應(yīng)

李茹霞 聶文婧 李斌 李俊林 王向譽 喬鵬 付嬈

摘要：針對沿海高密度養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)生的大量養(yǎng)殖尾水引起的水體富營養(yǎng)化問題，以耐鹽且具有經(jīng)濟價值的番杏（Tetragoniatetragonoides）為試驗材料，采用人工模擬試驗，設(shè)置5種不同鹽度（0、8‰、16‰、24‰、30‰）和5種不同氮磷添加量（總氮+總磷分別為0，3.0mg/L+0.1mg/L，12.0mg/L+0.8mg/L，20.0mg/L+1.5mg/L，40.0mg/L+4.0mg/L）的水體，研究番杏生長情況及對水體中氮鹽（NH+4-N和NO-3-N）和磷鹽（PO3-4-P）的吸收效果。結(jié)果表明，至處理20d時，番杏在不同鹽度條件下均可以生長，低鹽度（8‰）可促進其生物量增加，中高鹽度（16‰、24‰、30‰）則抑制其生物量增加。對照組和低鹽度（8‰）組中番杏對銨氮（NH+4-N）的吸收效果最佳，去除率在99%以上;較高鹽度（16‰、24‰、30‰）處理中NH+4-N的去除率隨鹽度升高逐漸降至91.60%。鹽度也顯著影響番杏對硝酸鹽（NO-3-N）的吸收效果，去除率由92.15%（對照組）降至70.04%（30‰鹽度組）。番杏對磷酸鹽（PO3-4-P）的去除率（66.46%）在高鹽度（30‰）處理組最高。番杏對含較高濃度氮磷（總氮>12.0mg/L、總磷>0.8mg/L）的富營養(yǎng)化水體中NH+4-N、NO-3-N和PO3-4-P的去除率分別大于97%、73%和80%。綜合來看，番杏作為一種耐鹽蔬菜，可以有效地對一定鹽度及不同富營養(yǎng)化程度的海水進行生物修復(fù)。

關(guān)鍵詞：番杏;海水養(yǎng)殖;富營養(yǎng)化;鹽度;氮磷濃度;凈化效果

我國擁有18000km大陸海岸線，適合水產(chǎn)養(yǎng)殖的面積達1.3×106hm2，具有良好的海水養(yǎng)殖發(fā)展條件[1]。自1979年以來，海水養(yǎng)殖業(yè)迅猛發(fā)展，沿海育苗場及養(yǎng)殖池塘尾水排放量與日俱增，每年有近3億m3含有殘餌、生物殘骸和排泄物的養(yǎng)殖尾水排入附近海域，使海灣水域富營養(yǎng)化問題日趨嚴峻[2]。水體中氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)的極大增加，導(dǎo)致某些浮游藻類和浮游生物大量繁殖，引起水中溶解氧濃度降低、水質(zhì)惡化、水生生物大量異常死亡，既影響了水產(chǎn)品質(zhì)量，也威脅到人類的健康，已成為制約海水養(yǎng)殖業(yè)健康持續(xù)發(fā)展的重要因素，因此，對海水養(yǎng)殖尾水的修復(fù)凈化變得十分重要[3]。利用植物修復(fù)富營養(yǎng)化海水是一種綠色環(huán)保、具有巨大應(yīng)用潛力的修復(fù)技術(shù)[4]。

番杏（Tetragoniatetragonoides）又名法國菠菜、新西蘭菠菜、海菠菜、洋菠菜等，根系發(fā)達，耐高溫和低溫，抗旱澇，耐鹽堿，適應(yīng)性強，廣泛生長于沿海沙地、紅樹林林緣等濱海地帶[5-7]。番杏生長的適宜鹽度范圍為0～25‰，在此范圍內(nèi)葉面積和生物量隨鹽度的增加而增加;鹽度達到35‰時生長和繁殖受到抑制，生物量下降約1/3，但仍能正常完成生活史[8]。此外，番杏具有較高的營養(yǎng)價值和經(jīng)濟價值，富含無機鹽、氨基酸、還原糖、類胡蘿卜素等物質(zhì)[9，10]，是一種特色海水蔬菜，在藥用以及濱海鹽堿地農(nóng)業(yè)發(fā)展方面都有非常重要的應(yīng)用價值[11]。

本研究以番杏為供試植物，通過人工配制不同鹽度和不同氮磷濃度的水體模擬灘涂水體鹽度和富營養(yǎng)化程度，研究不同鹽度和不同氮磷濃度條件下番杏的生長情況及對氮、磷的去除效率，以評估番杏對含有一定鹽度且富營養(yǎng)化的海水養(yǎng)殖廢水的生物修復(fù)效果，為解決近岸灘涂水體富營養(yǎng)化問題提供可行方案。

1材料與方法

1.1試驗材料培養(yǎng)

將番杏種子置于溫水中浸泡24h，去除果皮，小心挑出種子，播種于裝有石英砂且下部有孔的塑料盆中，置于12h光照（25℃）、12h黑暗（20℃）的人工氣候培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，待種子出苗后用1/2Hoagland營養(yǎng)液澆灌，培養(yǎng)20d。選取株高10cm左右且長勢一致的幼苗，清洗根部，移栽于水培盆中，每盆移栽18株，用1/2Hoagland營養(yǎng)液馴化培養(yǎng)2周，待番杏長出較多的水生根后用于后續(xù)試驗。

1.2試驗處理

1.2.1不同鹽度處理 設(shè)置5種鹽度處理，分別為對照組S0（鹽度為0）、低鹽度組S8（鹽度為8‰）、中鹽度組S16（鹽度為16‰）、中高鹽度組S24（鹽度為24‰）和高鹽度組S30（鹽度為30‰），每個處理3個平行。各鹽度水體配制以1/2Hoagland營養(yǎng)液為基礎(chǔ)，通過添加不同量的NaCl獲得，并利用衡欣AZ8373鹽度計準確定量鹽度。

1.2.2不同氮磷濃度處理 設(shè)置5種氮磷添加量處理以模擬不同程度的富營養(yǎng)化海水，氮磷添加量見表1，每個處理3個平行。對照（Nt1）為未添加氮磷的鹽度為16‰的海水，用天然海水和蒸餾水配制;Nt2～Nt5處理的水體根據(jù)GB3097—1997中規(guī)定的海水水質(zhì)標準，以天然海水和蒸餾水為基礎(chǔ)，通過添加NH4NO3和KH2PO4配制，鹽度均為16‰。除氮磷元素外，番杏生長所需其他營養(yǎng)元素按照1/2Hoagland營養(yǎng)液配方配制。

1.3植物樣品測定指標及方法

于處理20d時取番杏植株樣品，依次用自來水、去離子水沖洗干凈，用吸水紙吸干后稱量鮮重;然后裝入牛皮紙信封，在105℃殺青0.5h，65℃烘干至恒重，稱取干重。植株相對生長量（RGY）計算公式為：RGY=（W2-W1）/W1，其中W1和W2分別為處理前和處理20d的單株鮮質(zhì)量。

1.4水體測定指標和方法

試驗期內(nèi)每5d用一次性注射器取一次水體樣品，過0.45μm微孔濾膜，-20℃冷凍保存待測。

使用Smartchem200全自動間斷化學(xué)分析儀測定水體中銨氮、硝酸鹽和磷酸鹽含量[12]，其中，銨氮含量的測定用次溴酸鹽氧化法，硝酸鹽含量的測定采用硫酸肼法，磷酸鹽含量的測定采用磷鉬藍分光光度法。

番杏對水體中污染物的去除率計算公式為W（%）=（C0-Ci）/C0×100，式中W為污染物去除率，C0為污染物初始濃度（mg/L），Ci表示第i天時水體中污染物濃度（mg/L）。結(jié)果取3個平行試驗的平均值。

1.5數(shù)據(jù)處理與分析

用MicrosoftExcel2010和SPSS13.0軟件對數(shù)據(jù)進行整理和顯著性分析（P<0.05）。

2結(jié)果與分析

2.1不同鹽度和氮磷濃度下番杏的生長情況

隨鹽度增加，番杏單株鮮、干重和植株相對生長量（RGY）呈現(xiàn)先升高后降低趨勢，均在鹽度8‰時最大，分別為20.07g、2.24g、1.74;在鹽度30‰時最小，分別為8.59g、0.95g、0.17。除16‰鹽度處理的單株鮮重和RGY與對照組差異不顯著外，各鹽度處理間的單株鮮重、干重和RGY差異顯著（圖1A）。

不同氮磷濃度對番杏生物量影響顯著，隨氮磷濃度增加，單株干、鮮重和RGY呈升高趨勢，高氮磷濃度處理Nt4（20mg/LTN+1.5mg/LTP）處理后趨于平緩（圖1B）。對照Nt1的單株鮮、干重和RGY最小，分別為11.77g、1.13g、0.61;Nt4的單株鮮重和RGY最大，分別為15.99g、1.18;Nt5（40mg/LTN+4.0mg/LTP）的單株干重最大為1.77g。各氮磷添加處理組的番杏單株鮮、干重和RGY均與對照組差異顯著。

2.2番杏對不同鹽度水體中氮磷的吸收

2.2.1對銨氮（NH+4-N）的吸收 隨處理時間延長，不同鹽度水體中的NH+4-N濃度逐漸降低，去除率逐漸升高（圖2）。至處理20d時，對照組中NH+4-N去除率最高，達99.74%;其余依次為S8、S16、S24、S30處理，NH+4-N去除率分別為99.39%、97.68%、93.86%、91.60%。隨鹽度升高，番杏對水體中NH+4-N的去除率逐漸下降，但不同鹽度處理間差異較小。

2.2.2對硝酸鹽（NO-3-N）的吸收 隨處理時間延長，不同鹽度水體中NO-3-N濃度逐漸降低，去除率逐漸升高（圖3）。至處理20d時，對照組NO-3-N去除率最高，達92.15%;S8、S16、S24處理的NO-3-N去除率差異較小，分別為83.50%、82.21%、79.77%;S30的NO-3-N去除率最低，明顯低于其他處理，僅為70.04%。隨鹽度升高，番杏對水體中NO-3-N的去除率降低，對照組去除率顯著高于鹽度為30‰的處理組。

2.2.3對磷酸鹽（PO3-4-P）的吸收 隨處理時間延長，不同鹽度水體中PO3-4-P濃度均逐漸降低，去除率逐漸升高（圖4）。至處理20d時，鹽度為30‰的處理組中PO3-4-P去除率最高，為66.46%;S8、S24、S16的PO3-4-P去除率也較高，分別為63.50%、62.80%、61.27%;S0處理的PO3-4-P去除率最低，為58.34%?？傮w來說，番杏對水體中PO3-4-P的去除率有隨鹽度升高而升高的趨勢，但各鹽度處理間差異不顯著。

2.3番杏對不同氮磷濃度水體中氮磷的吸收

2.3.1對NH+4-N的吸收 由圖5可見，隨處理時間延長，各處理水體中的NH+4-N濃度逐漸降低，去除率逐漸升高，氮磷添加量越多的水體NH+4-N濃度下降越快。至處理20d時，氮磷添加處理的NH+4-N去除率均高于對照Nt1處理（74.77%），其中，Nt3、Nt5處理的去除率較高，分別為98.69%和98.10%，其次為Nt4和Nt2處理，分別為97.92%和94.45%。

2.3.2對NO-3-N的吸收 由圖6可見，隨處理時間延長，各處理水體中的NO-3-N濃度逐漸下降，去除率逐漸升高，氮磷添加量越多的水體NO-3-N濃度下降越快。至處理20d時，Nt4處理的NO-3-N去除率最高，達78.09%，其次為Nt5、Nt3、Nt2，去除率分別為75.74%、73.37%、70.80%，四者間差異較小，但均顯著高于Nt1（50.02%）。

2.3.3對PO3-4-P的吸收 由圖7可見，隨處理時間的延長，各處理水體中PO3-4-P濃度快速下降，去除率快速上升，處理10d后變化趨勢變緩。至處理20d時，氮磷添加量較高的Nt5、Nt4、Nt3處理的PO3-4-P去除率均高于對照Nt1（78.41%），分別為89.24%、83.40%、80.62%，而氮磷添加量較低的Nt2處理PO3-4-P去除率低于對照，僅為74.00%。

3討論與結(jié)論

富營養(yǎng)化的海水養(yǎng)殖廢水鹽度高，選用合適的耐鹽植物才能有效發(fā)揮生物修復(fù)功能[13]。番杏生長于海濱，耐鹽性強、耐貧瘠，其生長對環(huán)境條件的要求不高[14]。有研究表明，低鹽度（≤400mmol/L）促進番杏生長，高鹽度（600mmol/L）抑制其生長[15]。本試驗結(jié)果表明，番杏在0～30‰（0～500mmol/LNaCl）鹽度的水體中均可以生長，8‰鹽度能促進其生物量增加，但鹽度超過16‰時顯著抑制其相對生長量。在鹽度16‰條件下，番杏生物量積累隨水體中氮磷濃度的升高而增加，但當(dāng)水體中總氮超過20.0mg/L、總磷超過1.5mg/L后，番杏相對生長量增幅趨緩。表明，番杏在鹽度低于16‰、總氮20.0～40.0mg/L、總磷1.5～4.0mg/L的水體中均能生長良好，可獲得較高生物量。

通過分析不同鹽度下番杏對水體中氮磷的去除率，我們發(fā)現(xiàn)，至處理20d時，在無鹽和低鹽度（8‰）水體中番杏對NH+4-N和NO-3-N的去除效果好，去除率分別在99%和83%以上，隨鹽度升高，去除率下降;但對于磷鹽（PO3-4-P），高鹽度更有利于番杏去除水體中的PO3-4-P，在30‰鹽度條件下的去除率為66.46%，鹽度降低，去除率有所降低。

本試驗通過添加不同量氮磷模擬不同程度富營養(yǎng)化海水，并在鹽度16‰條件下研究番杏對富營養(yǎng)化水體中氮磷的去除效果，發(fā)現(xiàn)番杏對總氮高于12.0mg/L、總磷高于0.8mg/L的水體中的氮磷去除效果好，對NH+4-N去除率達97%以上，對NO3-4-N去除率大于73%，對PO3-4-P去除率大于80%。

上述結(jié)果與典型鹽生植物堿蓬對不同鹽度[16]和不同程度[17]富營養(yǎng)化水體中營養(yǎng)物質(zhì)的吸收結(jié)果類似，說明鹽度和富營養(yǎng)化程度在影響耐鹽植物自身生長的同時，亦影響了其對水體中營養(yǎng)鹽的吸收。綜合本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，番杏在低、中鹽度及中、高營養(yǎng)化程度的水體中能夠正常生長，且凈化氮、磷鹽的效率高。因此，可以在鹽度接近16‰的濱海灘涂富營養(yǎng)化水體中栽植番杏，用于對水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水進行生物修復(fù)和改良，以緩解其所造成的近海富營養(yǎng)化問題。