全 文 ：第 3 卷 第 6 期
2010年 11月
水 生 态 学 杂 志
Journal of Hydroecology
Vol． 3，No． 6
Nov．，2010
收稿日期:2010 － 04 － 28 收修改稿日期:2010 － 05 － 31
基金 项 目:国 家 高 技 术 研 究 发 展 计 划 (863 计 划 )
(2006AA100303)、中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金
(中国水产科学研究院南海水产研究所)项目(2009TS30)和国家海
洋公益性行业科研专项经费项目(200805069;201005013)资助。
通讯作者:刘长发。E － mail:liucf@ dlou． edu． cn
作者简介:秦传新，1978 年生，博士，助理研究员，主要从事渔业
资源修复与海洋生态学研究。Email:qqincx@ hotmail． com
孔石莼和角叉菜对硝酸氮、磷的吸收及其生化组成变化
秦传新1，2，刘长发2，张立勇2
(1．中国水产科学研究院南海水产研究所，广东 广州 510300;
2．大连海洋大学海洋环境工程学院，辽宁 大连 110623)
摘要:研究了大型海藻孔石莼和角叉菜去除硝酸盐和磷酸盐的效果，以及硝酸盐浓度对大型藻类生长及生化组成
的影响。结果表明，高硝酸盐浓度(30 mg /L，标记为 N30)下海藻生长速率低于低硝酸盐浓度(10 mg /L，标记为
N10)。2 种硝酸盐浓度下，孔石莼的生长速率均显著高于角叉菜。N30 条件下 2 种海藻对硝酸盐的平均去除率
均显著高于 N10 条件下的(P ＜ 0． 05) ;N10 条件下 2 种海藻对硝酸盐的平均去除率无显著差异(P ＞ 0． 05) ，N30
条件下角叉菜去除率显著高于孔石莼(P ＜ 0． 05)。2 种藻类对磷酸盐的平均去除率无显著差异(P ＞ 0． 05)。一
级反应动力学方程可以较好地描述孔石莼和角叉菜去除水中硝酸盐和磷酸盐的过程，并可大致分为 3 个阶段。
经 10 d 培养后添加氮、磷培养的 2 种海藻体内水分含量变化不大，粗蛋白和粗脂肪含量则有所增加，且 N30 培养
海藻的粗蛋白和粗脂肪含量均略高于低浓度硝酸盐培养海藻。
关键词:孔石莼;角叉菜;硝酸盐;磷酸盐;去除率;生化组成
中图分类号:Q945． 1 文献标志码:A 文章编号:1674 － 3075(2010)06 － 0041 － 06
工厂化循环养殖方式由于采取各种水处理方法
(刘长发等，2005) ，使得养殖水可以循环利用，减少
了养殖废水的环境排放。但循环系统长时间运行可
导致硝酸盐积累，甚至可以达到 30 mg /L。如何去
除循环养殖系统中高含量的营养盐，水产养殖研究
者和环境科学与工程研究者进行了大量尝试，并开
发了各种工艺和工程措施去除循环系统中的氮、磷
废物(罗国芝等，2005)。就海水养殖而言，因盐分
影响其反硝化速率(于德爽等，2003) ，且磷的去除
也较困难，因此，寻求高效、成本低廉的氮、磷元素去
除方法成为目前工厂化循环养殖系统研究的热点问
题之一。
藻类作为水生生态系统的初级生产者可以吸收
水中的氮、磷等营养元素并转化为生物生产力，且吸
收效率高、符合清洁生产理念，近年来受到关注，并
开发了多种工艺(Brzeski B ＆ Newkirk G，1997;
Hernández I et al，2005)。孔石莼(Ulva pertusa)和
角叉菜(Chondrus ocellatus Holmes)是我国北方沿海
大型经济藻类中的常见种，其对营养盐的吸收得到
了关注(刘长发等，2001;刘静雯和董双林，2004;
LIU Dong － yan et al，2004)。为研究 2 种海藻去除
循环养殖系统中氮、磷废物的能力和可行性，实验模
拟了其对硝酸盐和磷酸盐的吸收效率和不同营养盐
浓度及比例对其生长、生化组成的影响，旨在为我国
工厂化循环养殖系统中的废水处理提供依据。
1 材料和方法
1 ． 1 实验材料
孔石莼和角叉菜均采自大连市黑石礁海域，在
实验室暂养 5 d 后备用。实验所用海水为来自黑石
礁海区的沙滤海水，实验期间海水盐度为 29 ～ 30。
1 ． 2 实验方法
光照强度采用 LI － 185B 型光照强度测定仪测
定。将海藻在脱水机(海尔 T50 － 32 型)中以 120 r /
min 转速离心 1． 5 min 后测定质量。海藻体内水分、
灰分、粗蛋白、粗脂肪含量按国家标准方法(GB6433
－ 86 － 1998)测定。水中硝酸盐、亚硝酸盐、磷酸盐
浓度按《海洋监测规范》(GB17378． 4 － 1998)测定。
1． 2． 1 孔石莼和角叉菜对硝酸盐的吸收 实验采
用自然光照，期间的光照强度变化见图 1，实验期间
水温为(16． 0 ± 4)C，实验容器为容积 150 L 的塑料
培养箱。每箱加入沙滤海水 120 L，按 1． 0 g /L 投放
实验用藻。在实验进行的第 3 天按 PES 配方
(MCLACHLAN，1973)加入微量元素。所有实验的
磷酸 盐 (KH2PO4 )浓 度 均 为 2 mg /L，硝 酸 盐
(NaNO3)投放浓度分别为 10 mg /L(标记为 N10)和
30 mg /L(标记为 N30)。实验周期为 10 d，每组 4 个
重复。
图 1 实验期间光照强度
Fig． 1 Light intensity during the experimental period
1． 2． 2 硝酸盐浓度对孔石莼和角叉菜生化组成的
影响 实验方法同 1． 2． 1。实验结束时收集的海藻
与实验前保存的海藻均烘干测定水分，粉碎后保存
于干燥器内，待测生化组成。
1 ． 3 海藻营养盐吸收率的计算
考虑到藻类生长增重，藻类对营养盐的吸收率
按 Gao 等(1993)修正的公式计算:
U =
(C0 － Ct)·V
［(B0 － Bt)/2］·t
(1)
式中:U 为吸收率，C0 为起始营养盐浓度，Ct 为
实验结束时营养盐浓度，V 为实验容器体积，t 为养
殖时间，B0 为初始藻重，Bt 为 t 时刻藻重。
1 ． 4 统计分析
实验数据采用 Origin 7． 5 软件进行拟合，并应
用 Spss 11． 0 软件对数据进行统计分析，对数据进行
方差分析，并进行 Duncan 多重比较，P ＜ 0． 05 为差
异显著。
2 结果与讨论
2 ． 1 2 种海藻对硝酸盐的吸收及其生长特性
2． 1． 1 孔石莼和角叉菜在不同硝酸盐浓度下的生
长 8 个培养箱内的 2 种海藻经过 10 d 养殖后均表
现明显的增长(图 2)。与对照组相比，N10 组孔石
莼和角叉菜分别增长了 43． 2%和 21． 7%;N30 组孔
石莼与角叉菜分别增长了 30． 8% 和 13． 4%。高浓
度硝酸盐培养海藻的生长速率均低于低浓度硝酸盐
培养海藻。这可能是因为高浓度硝酸盐会限制藻类
的生长，Liu 等(2004)实验发现高浓度硝酸盐限制
石花菜(Gelidium amansii)的生长。实验结果还表
明，2 种硝酸盐浓度下培养的孔石莼的生长速率均
明显大于角叉菜。
图 2 实验期间的藻类增重
Fig． 2 The growth of macroalga during the
experimental period
2． 1． 2 孔石莼和角叉菜对硝酸盐和磷酸盐的吸收
图 3、图 4 分别为孔石莼和角叉菜养殖水中硝酸
盐和磷酸盐浓度变化情况。经过 10 d 的海藻养殖
后，水中硝酸盐和磷酸盐浓度均明显下降。在实验
开始后短时间内 2 种海藻培养槽中硝酸盐和磷酸盐
浓度均呈快速下降趋势，而后这种下降趋于缓慢。
如培养槽内硝酸盐浓度在 8 h 内下降较快，10 ～
154． 5 h 相对较稳定，178． 5 ～ 250． 5 h 又快速下降。
研究表明，大型海藻对水中营养盐的吸收率按
照时间变化的过程一般可分为 3 个阶段: (1)快吸
收阶段(surge uptake) ; (2)内部营养盐浓度控制吸
收阶段(internally controlled uptake) ; (3)外界营养
盐浓度控制吸收阶段(externally controlled uptake)
(Mcglathery K J et al，1996;刘静雯和董双林，
2004) ，可分别用 Us、Ui 和 Ue 表示。Rees 等(1998)
研究了一种浒苔(Enteromorpha sp．)吸收氨氮的 3
个阶段的吸收率和同化率，Us 阶段的吸收率和同化
率分别为 173． 3 和 49． 6 mol /(g· h)、Ui 阶段为
44. 7 和 50． 4 mol /(g· h)、Ue 阶段为 4． 4 和 39． 0
mol /(g·h)。
实验期间 2 种海藻对硝酸盐和磷酸盐的平均去
除率见表 1、表 2。t 检验表明，高硝酸盐浓度下孔石
莼和角叉菜对硝酸盐氮的平均去除率均显著高于低
硝酸盐浓度下的平均去除率(P ＜ 0． 05) ;低硝酸盐
浓度下 2 种海藻对硝酸盐氮的平均去除率无显著差
异(P ＞ 0. 05) ，高硝酸盐浓度下则差异显著(P ＜
0. 05) ，并且角叉菜去除率高于孔石莼去除率。但
高硝酸盐浓度下 2 种海藻的生长率反而低于低硝酸
盐浓度下的生长率(图 2)。可能与藻类营养盐库的
贮存有关，其机理有待深入研究。2 种藻类对磷酸
盐磷的平均去除率差别不大，无显著差异(P ＞
0. 05)。
24 第 3 卷第 6 期 水 生 态 学 杂 志 2010 年 11 月
图 3 孔石莼和角叉菜培养过程中的硝酸盐浓度变化
(左图:N10 组;右图:N30 组)
Fig． 3 The concentrations of nitrate during the marcoalgal culturing period
(left:NaNO3 10 mg /L;right:NaNO3 30 mg /L )
图 4 孔石莼和角叉菜培养过程中的磷酸盐浓度变化
(左图:N10 组;右图:N30 组)
Fig． 4 The concentrations of phosphate during the marcoalgal culturing period
(left:NaNO3 10 mg /L;right:NaNO3 30 mg /L )
表 1 孔石莼和角叉菜对硝酸盐的平均去除率
mg /(g·h)
Tab． 1 The mean removal rate of nitrate － N by
macroalgae during experimental period
海藻
实验组
N10 N30
角叉菜 0． 022 ± 0． 004 a 0． 079 ± 0． 000 c
孔石莼 0． 023 ± 0． 003 a 0． 075 ± 0． 002 b
注:以上数据为 4 个重复内数据的平均值 ± S． D．，具有相同上
标的数据之间没有明显差异(P ＞ 0． 05)。
表 2 孔石莼和角叉菜对磷酸盐的去除吸收率
mg /(g·h)
Tab． 2 The mean removal rate of phosphate － P by
macroalgae during experimental period
海藻
实验组
N10 N30
角叉菜 0． 006 ± 0． 000 a 0． 005 ± 0． 001 a
孔石莼 0． 005 ± 0． 001 a 0． 006 ± 0． 001 a
注:以上数据为 4 个重复内数据的平均值 ± S． D．，具有相同上
标的数据之间没有明显差异(P ＞ 0． 05)。
研究表明，静态条件下海藻培养液中营养盐浓
度变化可用一级生化反应来描述(李秀辰 和张国
琛，1998) :
－ dC
dt
= kC (2)
式中:C 为水中营养盐浓度(mg /L) ，t 为滞留时
间(h) ，k 为去除速率常数(h － 1)。式(2)积分得:
Ct = C0·e
－ k· t (3)
式中:Ct 为 t 时刻培养液中某营养盐浓度(mg /
L) ，C0 为理想状态下该营养盐起始浓度(mg /L)。
采用式(3)拟合孔石莼和角叉菜吸收硝酸盐氮
和磷酸盐磷数据，结果见表 3、表 4。
表 3 N10 组海藻的营养盐去除动力学
Tab． 3 Removal dynamics of nutrient in
experimental group N10
营养盐 海藻 营养盐去除动力学 拟合优度
NaNO3
孔石莼 Ct =(5 ． 766 ± 0 ． 347)e
(－ 0 ． 007 ± 0 ． 001)t R2 = 0 ． 808
角叉菜 Ct =(6 ． 476 ± 0 ． 348)e
(－ 0 ． 003 ± 0 ． 007)t R2 = 0 ． 643
KH2 PO4
孔石莼 Ct =(1 ． 945 ± 0 ． 0345)e
(－ 0 ． 004 ± 0 ． 000)t R2 = 0 ． 963
角叉菜 Ct =(1 ． 835 ± 0 ． 0388)e
(－ 0 ． 011 ± 0 ． 001)t R2 = 0 ． 980
注:以上数据为 4 个重复内数据的平均值 ± S． D．，具有相同上
标的数据之间没有明显的差异(P ＞ 0． 05)。
由表中数据可知，一级反应动力学方程可以较
好地描述孔石莼和角叉菜去除水中的硝酸盐和磷酸
342010 年第 6 期 秦传新等，孔石莼和角叉菜对硝酸氮、磷的吸收及其生化组成变化
盐。比较去除速率常数 k，可见 N10 组孔石莼去除
硝酸盐态氮的速率常数略大于 N30 组，而角叉菜去
除硝酸盐、磷酸盐以及孔石莼去除磷酸盐的速率常
数则差别不大。
表 4 N30 组海藻营养盐去除动力学
Tab． 4 Removal dynamics of nutrient at
experimental group N30
营养盐 海藻 营养盐去除动力学 拟合优度
NaNO3
孔石莼 Ct =(22 ． 457 ± 1 ． 356)e
(－ 0 ． 003 ± 0 ． 001)t R2 = 0． 594
角叉菜 Ct =(25 ． 730 ± 1 ． 200)e
(－ 0 ． 003 ± 0 ． 001)t R2 = 0． 694
KH2 PO4
孔石莼 Ct =(1 ． 961 ± 0 ． 041)e
(－ 0 ． 003 ± 0 ． 000)t R2 = 0． 924
角叉菜 Ct =(1 ． 907 ± 0 ． 041)e
(－ 0 ． 010 ± 0 ． 001)t R2 = 0． 977
注:以上数据为 4 个重复内数据的平均值 ± S． D．，具有相同上
标的数据之间没有明显的差异(P ＞ 0． 05)。
2 ． 2 硝酸盐对孔石莼和角叉菜生化组成的影响
图 5 为不同营养盐浓度培养 10 d 后孔石莼和
角叉菜体内水分、灰分、粗蛋白、粗脂肪含量。添加
硝酸盐和磷酸盐的 N10 组和 N30 组经 10 d 培养后
2 种藻类体内水分含量(图 5a)和孔石莼体内的灰
分含量(图 5b)变化不大，2 种海藻的粗蛋白和粗脂
肪含量(图 5c、图 5d)和角叉菜的灰分含量(图 5b)
则有所增加。并且 N30 组海藻的粗蛋白和粗脂肪
含量均略高于 N10 组海藻。无论是天然采集的还
是 2 种营养盐浓度室内培养的孔石莼体内的灰分、
粗蛋白、粗脂肪含量均高于角叉菜。但 2 种海藻对
水中 NO3 － N 的去除率相差不大(表 1) ，可能 2 种
海藻对氮素营养的利用率不同。N30 组孔石莼的粗
蛋白含量也高于 N10 组培养的孔石莼。Pinchetti 等
(1998)研究了氮有效性对 Ulva rigida 生化组成和光
合作用的影响，发现 U． rigida 生化组成明显依赖于
氮的供应状况，介质中的 C ∶ N 比明显地与生化参
数相关。Msuya 等 (2002)研究了 Ulva spp． 和
Gracilaria spp． 对养殖废水的生物过滤作用，发现经
养殖废水养殖 6 周后 2 种海藻体内蛋白质含量均有
不同程度的增加。
3 讨论
大型藻类可以迅速的吸收水体中的营养盐并将
其转化为自身的物质，混养大型藻类构建复合水产
养殖系统是控制水体富营养化的有效措施之一(韦
玮等，2005;毛玉泽等，2005;秦传新等，2006)。刘建
国等(2008)认为长心卡帕藻随硝酸盐浓度上升，其
对硝酸盐的吸收速率呈上升趋势，但硝酸盐浓度超
过 50 μmol /L 后，长心卡帕藻对硝酸盐的吸收速率
下降，随时间的延长对硝酸盐的吸收呈下降趋势;本
实验设置的硝酸盐浓度低于刘建国等(2008)所设
置的高浓度，2 种海藻对硝酸盐吸收均呈现与其相
同的趋势。大型海藻对于营养盐的吸收可以用一级
反应动力学方程来描述(李秀辰和张国琛，1998) ，
本实验中孔石莼和角叉菜去除水中的硝酸盐和磷酸
盐过程可以较好的拟合一级反应动力学方程，并可
大致分为 3 个阶段。说明孔石莼和角叉菜能够高效
图 5 不同营养盐浓度培养后两种藻类的水分、灰分、粗蛋白和粗脂肪含量
Fig． 5 The contents of moisture，ash，crude protein and crude lipid of macroalga after experimental culture
44 第 3 卷第 6 期 水 生 态 学 杂 志 2010 年 11 月
的去除循环养殖系统内的氮、磷污染物，是 2 种可以
高效去除养植污水中氮、磷污染物的大型藻类，但 2
种浓度下培养的孔石莼生长速率均显著高于角叉
菜。
经 10 d 添加氮、磷培养的 2 种海藻体内水分含
量变化不大，粗蛋白和粗脂肪含量均有所增加。高
浓度硝酸盐培养海藻粗蛋白和粗脂肪含量均略高于
低浓度硝酸盐培养海藻。无论是天然采集的还是 2
种营养盐浓度室内培养的孔石莼体内的灰分、粗蛋
白、粗脂肪含量均高于角叉菜。说明孔石莼利用养
植污水中氮磷的效率高于角叉菜，并具有较高的效
率将吸收的营养物质转化为自身的物质。同时，孔
石莼作为海参、海胆、鲍鱼等海珍品的饵料，具有较
高的经济价值(常亚青等，2004)。因此，在工厂化
养殖中选择孔石莼来去除水体中过剩的营养物质，
不但可以达到净化水体的目的，且可以将其作为饵
料，从而提高经济效益，达到综合利用的目的。
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(责任编辑 杨春艳)
542010 年第 6 期 秦传新等，孔石莼和角叉菜对硝酸氮、磷的吸收及其生化组成变化
Removal of Nitrate and Phosphorus by Ulva pertusa and Chondrus ocellatus Holmes and
Biochemical Compositions of Macroalgae Cultured at Different Concentration of Nitrate
QIN Chuan-xin1，2，LIU Chang-fa2，ZHANG Li-yong2
(1． South China Sea Fishery Research Institute，Chinese Academy of
Fishery Sciences，Guangzhou 510300，China;
2． College of Marine Environmental Engineering，Dalian Ocean University，Dalian 116023，China)
Abstract:The removal of nitrate and phosphorus，growth，and biochemical compositions of macroalgae，Ulva per-
tusa and Chondrus ocellatus Holmes cultured at adding different concentrations of nutrients were investigated．
Growth of U． pertusa at lower concentration of nitrate (10 mg /L)was faster than that at higher concentration of ni-
trate (30 mg /L)． The average of nitrate removal efficiency at higher concentration was significantly greater than
that at lower nitrate concentration (P ＜ 0． 05)． The difference of mean efficiency of nitrate removal between U． per-
tusa and C． ocellatus were not observed at lower concentration of nitrate． The process of nitrate removal by two mac-
roalgae could be described by the first-order dynamics equation． Both of the crude protein and lipid of two macroal-
gae increase at adding nitrogen and phosphorus after ten daysculture;and which at higher concentration of nitrate
were greater than that at lower concentration as well．
Key words:Ulva pertusa;Chondrus ocellatus Holmes;Nitrate;Phosphorus;Removal efficiency;Biochemical
composition
64 第 3 卷第 6 期 水 生 态 学 杂 志 2010 年 11 月