全 文 ：收稿日期:2015 － 05 － 11
基金项目:国际科技合作专项(2012DFG32200、2013DFA31780) ;863 计划(2012AA10A414)
作者简介:郑兴(1990 －) ，男，海南大学海洋学院 2014 级硕士研究生．
通信作者:顾志峰(1990 －)男，教授．研究方向:贝类养殖与海洋生态研究． E-mail:hnugu@ 163． com;
王爱民(1961 －)男，教授．研究方向:贝类养殖与海洋生态研究． E-mail:aimwang@ 163． com
第 7 卷 第 1 期 热 带 生 物 学 报 Vol． 7 No． 1
2016 年 3 月 JOUＲNAL OF TＲOPICAL BIOLOGY Mar. 2016
文章编号:1674 － 7054(2016)01 － 0043 － 05
针叶蕨藻对养殖废水中氮盐的净化
郑 兴1，崔云亮1，刘傲东1，唐贤明2，顾志峰1，王爱民1
(1． 海南大学 海洋学院热带生物资源教育部重点实验室 /海南省热带水生生物技术重点实验室，海口 570228:
2．海南省海洋与渔业科学研究院，海口 570203)
摘 要:为了阐明大型海藻针叶蕨藻对海水养殖废水的净化效果，设置针叶蕨藻密度为 20，60 120 mg·L －1
实验组和无针叶蕨藻的对照组，每组 3 个重复，分析海水养殖废水中 NH4
+ -N、NO2
－ -N、NO3
－ -N的浓度变化。
研究结果表明，各实验组水质处理效果均较好;实验进行 8 d后，20 mg·L －1处理组 NH4
+ -N去除率为 99． 91%，
NO3
－ -N去除率为 25． 80%，;60 mg·L －1处理组 NH4
+ -N去除率 99． 96%，NO3
－ -N去除率为 25． 39%;120 mg·L －1
处理组NH4
+ -N去除率为99． 94%，NO3
－ -N去除率为64． 15%。不同处理组NO2
－ -N浓度基本无变化。在NH4
+ -N
去除速率方面不同处理组间存在极显著差异(P ＜0． 01)。
关键词:针叶蕨藻;密度;废水处理
中图分类号:S 955． 7 文献标志码:A DOI:10． 15886 / j． cnki． rdswxb． 2016． 01． 007
我国海水养殖业中的传统养殖模式和工厂化循环水养殖模式的养殖过程均会产生养殖废水水体中
营养盐的大量累积。传统养殖模式直接排放养殖废水的方式会迫害近海生态环境，工厂化循环水养殖模
式可安全有效降低养殖废水的营养盐，但这是工厂化循环水养殖模式健康持续的关键，否则很可能导致
循环系统的崩溃［1 － 3］。因此，有效降低养殖废水中过量的营养盐是养殖业可持续健康发展和海洋近岸生
态环境保护亟待解决的问题。养殖废水中过量的营养盐主要是氨态氮、硝态氮、磷酸盐［4］，其易污染环境
和危害养殖动物，但对于藻类等水生植物，这些营养盐是其生长发育过程中有益的营养物质且易被利用，
故大型海藻是很好的“生物净化器”，且已经在养殖废水净化处理中得到了初步应用。徐姗楠等发现龙须
菜(Gracilaria lemaneiformis)和细基江蓠(Gracilaria tenuistipitata)可大量吸收外界环境中的无机氮盐［5］;刘
佳等人发现金鱼藻(Ceratophyllum demersum L．)、苦草(Vallisneria natans (Lour．)Hara)、浮萍(Lemna mi-
nor)等不同水生植物对水体中氮、磷有较好的去除效果［6］;孙琼花等发现孔石莼(Ulva pertusa)及坛紫菜
(Porphyra haitanensis)对养殖废水中无机氮盐和磷酸盐有较理想的净化效果［7］。针叶蕨藻(Caulerpa ser-
tularioides)属绿藻门(Chlorophyta)、羽藻纲(Bryopsidophyceae)、蕨藻科(Caulerpaceae)、蕨藻属(Caulerpa) ，
在我国主要分布于广东和海南沿海近岸［8］，生长速度快，环境适应能力较强，常常被用作水族箱的观赏性
海藻［9］。目前尚无关于针叶蕨藻处理养殖废水的相关研究报道，笔者以针叶蕨藻为材料分析不同密度针
叶蕨藻对养殖废水中的铵盐、硝酸盐和磷酸盐等去除效果，旨在阐明针叶蕨藻净化养殖废水的能力，并确
定其适宜的种植密度。
1 材料与方法
1． 1 实验材料 针叶蕨藻于 2014 年 5 月采集自海南文昌市近岸海域。实验前于室温 25 ℃条件下预培
养 5 d;预培养所用海水为过滤处理后的新鲜海水:pH8． 02，盐度 30，NH4
+ -N浓度 0． 02 mg·L －1。
1． 2 养殖废水 本实验养殖废水来自海南大学海洋学院养殖实训室中已养殖 2 个月南美白对虾所产生
的养殖废水。养殖废水的氮、磷营养盐浓度分别为:0． 449 1 mg·L －1 NH4
+ -N，0． 012 8 mg·L －1 NO2
--N，
0． 908 0 mg·L －1 NO3
--N。一般养殖废水的总溶解无机氮可达 0． 5 ～ 0． 8 mg·L －1［10 － 11］，故本实验通过添
加 NH4Cl使养殖废水 NH4
+ -N初始浓度达到 1 mg·L －1。
1．3 实验设置 实验在 58 cm ×43 cm ×33 cm白色圆形塑料桶中进行，加入养殖废水 30 L，LED光源光照
强度 2 800 ～3 100 lx，有效光照面积为 37 cm ×32 cm，光:暗周期比为 14∶ 10。设置 1 个对照组和 3 个实验
组，每组 3个重复。实验组分别加入 60，180，360 g 经过预培养的针叶蕨藻，即 3 个实验组的针叶蕨藻密度
(针叶蕨藻质量与养殖废水体积之比)分别为 20，60，120 mg·L －1;对照组无针叶蕨藻，其余条件相同。
1．4 营养盐检测 实验期间每天 8:00在水深 10 cm处取样 150 mL。依照《海洋监测规范》(GB 17378． 4 —
2007)，采用次溴酸钠氧化法测定 NH4
+ -N 浓度，重氮 －偶氮比色法测定 NO2
--N 浓度，锌镉还原法测定
NO3
--N浓度，抗坏血酸还原磷钼蓝法测定 PO4
3 － -P浓度。
1． 5 数据分析 采用 DPS 14． 5 统计软件处理实验数据。
2 结果与分析
2． 1 针叶蕨藻处理后养殖废水中 NH4
+ -N浓度的变化 无针叶蕨藻对照组中 NH4
+ -N 浓度没有显著变
化，而加入了针叶蕨藻的实验组中 NH4
+ -N浓度都呈现下降趋势(图 1)。针叶蕨藻为 20 mg·L －1的实验
组 NH4
+ -N浓度在 1 ～ 3 d迅速下降，6 d以后基本上检测不到铵盐，8 d 时养殖废水中 NH4
+ -N 去除率可
达 99． 91%。针叶蕨藻为 60，120 mg·L －1的实验组比针叶蕨藻为 20 mg·L －1实验组的 NH4
+ -N浓度下降
速度更快，在第 2 天时已经降低了 60%以上，在 3 d时 NH4
+ -N浓度已经接近 0;1 ～ 4 d，针叶蕨藻密度为
120 mg·L －1的实验组 NH4
+ -N浓度下降速率较60 mg·L －1实验组稍大。方差分析结果显示，针叶蕨藻3个
实验组彼此间的 NH4
+ -N浓度下降速率存在极显著性差异(P ＜0． 01) ，其中 120 mg·L －1处理组效果最优。
时间 Time / d
1 2 3 4 5 6 7 8N
H
4+
-N
质
量
浓
度
/（
m
g·
L-
1 ）
Th
e
co
nc
en
tra
tio
n
of
NH
4+
-N
1.1
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
20mg·L-1 60mg·L-1 120mg·L-1 0mg·L-1
N0
2-
-N
质
量
浓
度
/（
m
g·
L-
1 ）
Th
e
co
nc
en
tra
tio
n
of
N0
2-
-N 20mg·L-1 60mg·L-1 120mg·L-1 0mg·L-1
0.25
0.2
0.15
0.1
0.05
0
1 2 3 4 5 6 7 8
时间 Time / d
图 1 不同密度针叶蕨藻处理的养殖废水中 NH4+蛳N
浓度的变化
Fig.1 The change of NH4+蛳N concentration in maricul鄄
ture effluent treated with different densities of
Caulerpa sertularioides
图 2 不同密度针叶蕨藻处理的养殖废水中 NO2-蛳N浓度的变化
Fig.2 The change of NO2-蛳N concentration in mariculture effluent
treated with different densities of Caulerpa sertularioides
2． 2 针叶蕨藻处理后养殖废水中 NO2
--N浓度的变化 对照组养殖废水的 NO2
--N浓度自第 5 d 起呈快
速上升的趋势，而 3 组针叶蕨藻处理的养殖废水 NO2
--N浓度的变化均很小，且均呈先略微升高、后略微降
低趋势，直至其初始浓度(图 2)。针叶蕨藻密度为 20，60 mg·L －1实验组的 NO2
--N 浓度变化十分相似，
均在第 2 天开始缓慢升高，在第 7 天达最大值，在第 8 天降至最低值。120 mg·L －1实验组的 NO2
--N浓度
在实验第 3 天开始升高较快，第 5 天达最大值，第 6 天快速降低至，随后缓慢降低至最低值。
2． 3 针叶蕨藻处理后养殖废水中 NO3
--N浓度的变化 实验期间对照组的 NO3
--N浓度变化不明显，而 3
个实验组养殖废水中 NO3
--N浓度的变化呈现 2 种不同的特征(图 3)。针叶蕨藻为 20，60 mg·L-1的实验
组其 NO3
--N浓度变化特征基本相似，1 ～ 4 d基本无变化，5 d时下降较快，然后缓慢降低，8 d时分别降至
最低值，NO3
--N去除率分别为25． 80%和25． 39%。针叶蕨藻为12 g·L －1的实验组NO3
--N浓度在1 ～3 d下
降十分迅速，3 d时降至 0． 405 5 ±0． 035 6 mg·L －1;4 ～7 d NO3
--N浓度有一定波动，总体呈下降趋势，并随
44 热 带 生 物 学 报 2016 年
后缓慢降低，8 d降至最低值，去除率达 64． 15%。
时间 Time / d
1 2 3 4 5 6 7 8
1.1
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
20 mg·L-1 60 mg·L-1 120 mg·L-1 0 mg·L-1
N0
3-
蛳N
质
量
浓
度
/（
m
g·
L-
1 ）
Th
e
co
nc
en
tra
tio
n
of
N0
3-
蛳N
图 3 不同密度针叶蕨藻处理的养殖废水中 NO3蛳蛳N 浓
度的变化
Fig.3 The change of NO3蛳蛳N concentration in mariculture effluent
treated with different densities of Caulerpa sertularioides
2． 4 针叶蕨藻增质量 实验结束后 20 mg·L －1
处理组的针叶蕨藻平均增质量 8． 95 g，60 mg·L －1
处理组的针叶蕨藻平均增质量 9． 97 g，120 mg·L －1
处理组的针叶蕨藻平均增质量 11． 23 g。
3 讨 论
20 世纪 50 年代已有学者利用大型海藻进
行养殖废水净化研究［12］，并在随后形成了多种
多样的养殖废水处理方法，如物理化学法及生
物膜法［13 － 15］、耐盐植物处理法［16 － 18］、人工湿
地处理法［19 － 20］和沉淀 －贝类过滤 －藻类吸附
的综合处理方法［21］等。目前，国内外学者一致
认为水产养殖时混养藻类是延缓水质富营养
化、净化养殖水体的有效措施之一［22 － 24］，目前，
有关大型海藻去除氮、磷营养盐效果的研究多集中于几种常见经济海藻，如石莼、江蓠(Gracilaria)和龙须
菜等［25 － 26］，尚未开展针叶蕨藻处理养殖废水中含氮和含磷无机盐的相关报道。本研究结果表明，不同密
度针叶蕨藻处理废水养殖废水时 NH4
+ -N浓度基本经历了快速下降期、缓慢下降期、平稳期 3 个阶段，与
何洁等研究的孔石莼、浒苔(Enteromorpha)营养盐吸收的动力学结果以及顾宏等研究的孔石莼对养殖废
水中营养盐吸收的结果一致［27 － 28］，海藻体内细胞氮库的盈负程度可能是 NH4
+ -N浓度呈现出这种阶段性
变化的重要原因之一［29］。大型海藻对氨氮的吸收符合 Michaelis-Menten 方程，若底物浓度过低则会发生
偏离［30］，本研究结果表明，不同密度针叶蕨藻处理养殖污水时其 NH4
+ -N的吸收都遵循一级动力学方程，
这与何洁等关于孔石莼、浒苔、角叉菜(Chondrus ocellatus Holmes．)的研究结果一致［27］，但与岳维忠等关于
蛎菜(Ulvaconglobatakjellm)和草叶马尾藻的研究不同［31］，造成不同现象的原因可能在于 NH4
+ -N 底物浓
度的差异。20 mg·L －1针叶蕨藻处理组在 8 d时 NH4
+ -N去除率可达 99． 91%;60 ，120 mg·L －1处理组在
5 d时 NH4
+ -N去除率分别达 99． 96%，99． 94%，均高于王翔宇等研究的日本马泽藻、孔石莼、蠕枝藻(Hel-
minthocladia australis Harv．)的 NH4
+ -N去除率(分别为 98． 0%，97． 1%，78． 0%)［32］，也高于曲克明等研究的
海带(Laminaria japonica)和鼠尾藻(Sargassum thunbergii)的 NH4
+ -N去除率(分别为 94． 1%，20． 3%)［11］，这
暗示针叶蕨藻可能比日本马泽藻、孔石莼、蠕枝藻和海带具有更强的能力处理养殖废水中的 NH4
+ -N。
针叶蕨藻处理的养殖废水中 NO2
--N基本上没有明显的变化，这与孙琼花等关于孔石莼的研究［33］以及
曲克明等关于海带、鼠尾藻等的研究结果［11］不一致。孙琼花发现孔石莼对 NO2
--N的去除率可达 99． 6%，曲
克明发现海带 NO2
--N去除率可达50%，鼠尾藻 NO2
--N去除率可达33． 3%。造成该现象差异的原因可能在
于水体中 NO2
--N底物的浓度不同，而本研究 NO2
--N 底物起始浓度较低;也可能是由于不同藻类对于
NO2
--N营养盐吸收能力不同所致。
针叶蕨藻实验组 NO3
--N 的去除率明显小于 NH4
+ -N 的去除率。针叶蕨藻处理 1 ～ 4 d 的 NO3
--N 浓
度基本无变化，5 d时才缓慢降低，而此时 NH4
+ -N 浓度达较低值，与顾宏等在孔石莼的研究中发现其优
先利用 NH4
+ -N的结果相似［28］。海藻优先利用 NH4
+ -N 的原因可能是其体内不产生活性硝酸态氮还原
酶［34 － 35］，海藻在水体中将优先吸收 NH4
+ -N，待水体中的 NH4
+ -N质量浓度很低或耗尽时，藻体才开始吸
收利用水体中的 NO3
--N［36 － 37］。20，60，120 mg·L －1处理组针叶蕨藻的日均增质量逐步增加，该现象可能
与处理组对营养盐(特别是氨盐及磷酸盐)吸收能力不同有关，120 mg·L －1处理组对营养盐的吸收量最
高，其次为 60 mg·L －1处理组，最后为 20 mg·L －1处理组。然而，其具体生长量与营养盐吸收量的相关关
系还有待进一步实验确定。
54第 1 期 郑 兴等:针叶蕨藻对养殖废水中氮盐的净化
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Purification of Nitrogen and Phosphorus from Mariculture
Effluent by Caulerpa Sertularioides
ZHENG Xing，CUI Yunliang，LIU Aodong，TANG Xianming，GU Zhifeng，WANG Aimin
1． Ocean College，Hainan University /Ministry of Education Key Laboratory for Tropical Bioresource /Hainan Key Laboratory for Tropical
Hydrobiology and Biotechnology，Haikou，Hainan 570228;2． Hainan Academy of Ocean and Fishery Science，Haikou，Hainan 570203，China
Abstract:Mariculture waste water effluent was treated with Caulerpa sertularioides at the densities of 20 mg·
L －1，60 mg·L －1 and 120 mg·L －1，three replications each treatment，with a blank as the control to observe
the change of the concentrations of NH4
+ -N，NO2
－ -N and NO3
－ -N in the mariculture effluent． The results
showed that all the treatments had better purification effect than the control． After 8 days of treatment C． sertula-
rioides removed NH4
+ -N and NO3-N from the effluent by 99． 91% and 25． 80%，respectively，at the density of
20 mg·L －1，by 99． 96% and 25． 39%，separately，at the density of 60 mg·L －1，and by 99． 94% and 64． 15%，
separately，at the density of 120 mg·L －1 ． For all the three treatments the concentration of NO2
－ -N was hardly
changed in the effluent． Moreover，the NH4
+ -N removal speed by C． sertularioides from the effluent was observed
significantly different among the treatments．
Keywords:Caulerpa sertularioides;density;effluent treatment
74第 1 期 郑 兴等:针叶蕨藻对养殖废水中氮盐的净化