全 文 ：第 29 卷 第 4 期 福建师范大学学报 (自然科学版) Vol. 29，No. 4
(2013 年 7 月) Journal of Fujian Normal University (Natural Science Edition) Jul. 2013
文章编号:1000-5277(2013)04-0109-05
孔石莼对养虾废水营养盐吸收的研究
孙琼花，闫 慧，沈淑芬，王月华，郑 怡
(福建师范大学生命科学学院，福建省发育与神经生物学重点实验室，福建 福州 350117)
摘要:研究了孔石莼对不同浓度养殖废水的水质净化效果． 结果表明，孔石莼对水体中氮、磷营养盐
的清除效果明显:对 NO3
－ -N、NO2
－ -N、NH4
+ -N、PO4
3 － -P 移除率分别可达 99. 8%、99. 6%、95. 9%、
98. 7%;对总无机氮的移除率可达 98. 6% ． 孔石莼在吸收氨氮同时对硝态氮和亚硝态氮也有吸收，但
NH4
+ -N的吸收大部分在第 1 天完成，而 NO3
－ -N和 NO2
－ -N的大部分吸收需要 2 d或 3 d完成． 孔石莼在
养殖废水中生长良好，鲜质量逐日增加，日生长率均较大．
关键词:孔石莼;营养盐吸收;水质净化
中图分类号:X714 文献标志码:A
收稿日期:2012-10-30
基金项目:国家海洋局海洋公益性行业科研专项 (201205009) ;福建省区域科技重大项目 (2011N3002)
通信作者:郑怡 (1959 － ) ，男，教授，硕士，主要从事藻类生物技术研究． zy718@ fjnu. edu. cn
Study on Nutrients Absorption of Shrimp
Effluents by Ulva pertusa Kjellm
SUN Qiong-hua，YAN Hui，SHEN Shu-fen，WANG Yue-hua，ZHENG Yi
(College of Life Sciences，Fujian Normal University，Fujian Key Laboratory
of Developmental and Neuro Biology，Fuzhou 350117，China)
Abstract:The paper emphasizes the study on water purification effect of Ulva pertusa Kjellm in
shrimp effluents with different concentration． According to the research，Ulva pertusa Kjellm proved
to be effective in removing nutrient N and P． The removal of NO3
－ -N was around 99. 8%，NO2
－ -
N 99. 6%，NH4
+ -N 95. 9%，PO4
3 － -P 98. 7% and DIN 98. 6% ． Ulva pertusa Kjellm was able to
absorb NH4
+ -N as well as NO3
－ -N and NO2
－ -N． The major difference between two nutrients was
that the absorption of ammonia nitrogen could be rapidly completed in the first day while nitrate ni-
trogen was absorbed mostly in two or three days． Ulva pertusa has achieved health growth in the
shrimp effluents with a satisfactory daily growth rate and maintained the steady increase in the fresh
weight．
Key words:Ulva pertusa Kjellm;nutrients absorption;water purification
我国沿海鱼虾等海水养殖的过度开发及投饵、用药等问题导致了近岸海区和内湾的严重富营养化
及赤潮的频发，沿岸近海的海洋生态系统遭受日益严重的破坏． 海水养殖对环境的压力［1 － 2］使人们更
加重视大型海藻作为“生物净化器 (biofilter)”的作用［3 － 4］． 在海水养殖集中的区域或者工厂化养鱼
的排水区域大规模栽培大型海藻如海带、石莼、江篱及紫菜等能起到吸收营养盐、净化水质的生态修
复作用，是减轻近岸水域富营养化的有效途径之一［5 － 7］．
孔石莼 (Ulva pertusa Kjellm)是绿藻门石莼属的一种大型海洋经济藻类，广泛分布于西太平洋沿
岸，生长迅速，富含许多营养物质，可食用，也可作为贝类等的优质饵料，具有很高的经济价值． 近
年来，石莼的研究及开发利用引起了国内外学者的普遍重视． 已有学者对石莼与鱼虾混养及净化水质
等方面进行了研究，表明石莼能有效地吸收水体中的氮、磷等营养物质，减少对水环境的负面影
福 建 师 范 大 学 学 报 (自 然 科 学 版) 2013 年
响［8 － 10］． 沿海地区大面积的虾塘养殖废水直接排向海区，给海洋生态环境造成严重的破坏，目前有
关石莼对养虾废水的净化研究未见报道． 本文以养虾废水为水源，研究了孔石莼对氮和磷的吸收和净
化作用，以期为利用孔石莼人工养殖及海区的生物修复提供参考．
1 材料与方法
1. 1 实验材料与处理方法
孔石莼取自福建省平潭县石莼养殖池塘，经室内 (16 ～ 25 ℃)培养 2 d 后，从中选取色泽鲜艳、
藻体健康的个体进行实验． 养虾废水取自罗源湾虾塘 (连江县下屿村)． 经测定，氮、磷营养盐的质
量浓度为:NO2
－ -N 0. 039 mg·L －1，NO3
－ -N 0. 866 mg·L －1，NH4
+ -N 0. 237 mg·L －1，PO4
3 － -P
0. 237 mg·L －1 ．
实验时间从 2012 年 6 月 1 日至 6 月 6 日，分 3 个实验组，A组为原养虾废水，B、C 组以原养虾
废水配比一定量的天然海水及高纯水进行适当稀释 (其中 B组按体积为 1∶ 1 配比，C组按 1∶ 3 配比) ，
并补充 NaCl至相近盐度 (27 ～ 29)．
分别将 12 g鲜藻放入盛有 10 L上述 3 组质量浓度养虾废水的半透明塑料桶中，培养容器放置靠
窗处，室温、自然光条件下培养，夜晚充气，用高纯水定时补充蒸发的水分，以保持相近的盐度． 以
不加藻的养虾废水为对照组，每个处理设置 2 个重复． 6 月 2 日取两次样测定，时间为 8:30 和
18:00，此后每天 18:00 取样，每次取样量为 200 mL，测定各组 NH4
+ -N、NO3
－ -N、NO2
－ -N、
PO4
3 － -P，同时称量海藻鲜质量． 方法如下:按编号将藻从各桶中全部捞出，以纱布吸干表面水分后
称量，再放回原桶中． 以公式 (1)计算其特定生长率．
1. 2 水质指标测定方法与数据计算
NO2
－ -N、NO3
－ -N、NH4
+ -N、PO4
3 － -P的测定方法根据 GB /T 12763. 4 － 2007 《海洋调查规范 第
四部分:海水化学要素调查》分别采用重氮 －偶氮法、锌镉还原法、次溴酸钠氧化法、抗坏血酸还
原磷钼蓝法．
每天特定生长率按照公式 (1)计算:
ηSGＲ = ［(ln Wt － ln W0)/ t］× 100% ． (1)
海水营养状态指数(E)评价公式为:
E = ρ(COD)× ρ(DIN)× ρ(DIP)× 106 /4 500． (2)
评价标准:当 E≥ 1 时为富营养化． 富营养化阈值:化学需氧量 (COD)、总无机氮 (DIN)和无机
磷 (DIP)的质量浓度分别为 1 ～ 3，0. 2 ～ 0. 3，0. 045 mg·L －1 ．
1. 3 数据分析
所得数据用单因子方差 (ANOVA)及 Duncan多重比较进行分析处理，以 P ＜ 0. 05 作为差异显
著水平．
2 实验结果
2. 1 实验起始各组营养盐质量浓度
实验用养虾废水经测定，各组氮、磷营养盐的起始质量浓度如表 1 所示，ρ(DIN)为 0. 876 ～
1. 142 mg·L－1 ，均为超四类水，为一类海水 4. 38 倍以上，NH4
+ -N和 NO3
－ -N是 DIN的主要组成形
式，占其含量的 96%以上;PO4
3 － -P为 0. 144 ～ 0. 408 mg·L －1，也均为超四类水，为一类海水 9. 6 倍
以上． 因此，实验各组的氮、磷营养盐指标均严重富营养化． 原养虾废水所测 ρ(COD)为 3. 848
mg·L －1，根据 (2)海水营养状态指数(E)= 398. 43 ，远大于 1，养虾废水严重富营养化．
011
第 4 期 孙琼花等:孔石莼对养虾废水营养盐吸收的研究
表 1 实验各组养虾废水的氮磷营养盐起始质量浓度
Tab. 1 The nutritional concentration of the shrimp effluents in each experimental group mg·L －1
实验组 ρ(NO2
－ -N) ρ(NO3
－ -N) ) ρ(NH4
+ -N) ρ(PO4
3－ -P) ρ(DIN)
A 0. 038 0. 866 0. 237 0. 408 1. 142
B 0. 025 0. 780 0. 213 0. 246 1. 018
C 0. 014 0. 659 0. 203 0. 144 0. 876
2. 2 NH4
+ -N的动态变化
孔石莼对养虾废水中 NH4
+ -N的吸收过程如图 1 所示． 经过 5 d 的培养，3 个实验组的 NH4
+ -N
质量浓度均有明显的降低，水体中 NH4
+ -N质量浓度均低于 0. 015 mg·L －1 ． 实验的第 1 天，孔石莼
就开始大量吸收 NH4
+ -N，其离子浓度迅速下降，A、B、C 组对 NH4
+ -N 的移除率分别达 85. 8%、
91. 3%和 87. 4%;但从第 2 天开始直到第 5 天，孔石莼对 NH4
+ -N吸收趋于减缓，离子质量浓度下降
缓慢． 因此，孔石莼对养虾废水中 NH4
+ -N 的吸收大部分在第 1 天完成． 至实验结束时，A、B、C
组移除率分别可达 95. 9%、92. 9%、93. 1% ．
2. 3 NO3
－ -N的动态变化
孔石莼对 NO3
－ -N的吸收如图 2 所示，经过 2 d的培养，3 个实验组的孔石莼都吸收了养虾废水
中大部分的 NO3
－ -N;从第 3 天到第 5 天，水体中的 NO3
－ -N质量浓度变化缓慢． 经过 5 d 的吸收，3
组的 NO3
－ -N质量浓度均低于 0. 002 mg·L －1，A、B、C组移除率分别达 99. 8%、99. 8%、96. 9% ．
图 1 孔石莼对 NH4
+ -N的消耗情况
Fig. 1 The consumption of NH4
+ -N by Ulva pertusa
图 2 孔石莼对 NO3
－ -N的消耗情况
Fig. 2 The consumption of NO3
－ -N by Ulva pertusa
2. 4 NO2
－ -N的动态变化
图 3 显示了 3 个实验组中 NO2
－ -N的吸收变化情况． 质量浓度较低的 B 组和 C 组在修复 14. 5 h
后，NO2
－ -N质量浓度急剧下降，质量浓度均小于 0. 004 mg·L －1，此后的水体 NO2
－ -N 质量浓度均
维持在较低水平． 而质量浓度较高的 A组在修复 3 d之后，水体中 NO2
－ -N质量浓度才降低至0. 002 4
mg·L －1 ． 实验至第 5 天结束时，A、B、C组 NO2
－ -N相对移除率分别达 99. 6%、89. 19%、78. 5% ．
2. 5 总无机氮的动态变化
3 个实验组中总无机氮质量浓度在 5 d修复过程中的变化情况如图 4 所示． 实验第 1 天，水体总
无机氮迅速降低，其中 B和 C组降到一类水质以下． 经过 2 d修复之后，3 组水体中总无机氮质量浓
度均低于 0. 071 mg·L －1，都达一类水质，之后直到第 5 天无机氮变化平缓，A、B、C 组总无机氮相
对移除率分别达 98. 6%、98. 1%、95. 7% ．
2. 6 PO4
3 － -P的动态变化
孔石莼对 PO4
3 － -P吸收过程如图 5 所示． A组水体中的 PO4
3 － -P从第 1 天至第 5 天逐渐降低，而
B 组和 C组的 PO4
3 － -P在前 2 天降低明显，以后变化平缓． 实验至第 5 天结束时，A、B、C组 PO4
3 － -
P相对移除率分别达 86. 5%、96. 7%、95. 4% ．
111
福 建 师 范 大 学 学 报 (自 然 科 学 版) 2013 年
图 3 孔石莼对 NO2
－ -N的消耗情况
Fig. 3 The consumption of NO2
－ -N by Ulva pertusa
图 4 孔石莼对总无机氮的消耗情况
Fig. 4 The consumption of DIN by Ulva pertusa
2. 7 孔石莼的生长速率
孔石莼在养虾废水中生长较快，从实验第 1 天开始，各组鲜质量逐日增加，日生长率均较大
(见图 6)． 当修复至第 5 天，各组孔石莼每天特定生长率 (SGＲ)均达到最大值，A、B、C组分别为
13. 17%、12. 65%、12. 05% ．
图 5 孔石莼对 PO4
3 － -P的消耗情况
Fig. 5 The consumption of PO4
3 － -P by Ulva pertusa
图 6 孔石莼的日生长率变化
Fig. 6 Variation of the specific
growth rate of Ulva lactuca
3 讨论
氮、磷营养盐是海水养殖生态系统中能量转化的重要影响因素，是海水受污染程度的重要标志．
无机氮 (IN)在水体的存在形式主要有 3 种:NH4
+ -N、NO3
－ -N和 NO2
－ -N，而各形态之间又存在互
相转化平衡关系，主要受非生物活化的氧化还原作用和生物过程控制［11］． 本实验中孔石莼对养虾废
水中 3 种形态的无机氮在一开始 (第 1 天)都有一个快速吸收过程，特别是 NH4
+ -N在第 1 天吸收之
后很快就趋于平缓，而 NO3
－ -N和 NO2
－ -N (A组)要在第 2 天或第 3 天之后吸收才趋于平缓．
有报道，当水体中 NH4
+ -N 和 NO3
－ -N 充足时，江蓠优先吸收 NH4
+ -N，待到环境中的 NH4
+ -N
质量浓度降低到一定程度时 (0. 014 mg·L －1) ，藻体内的硝酸还原酶受 NO3
－ -N的诱导，藻体才开始
吸收利用环境中的 NO3
－ -N ［12］;Matusiak也发现藻类优先吸收 NH4
+ -N，对 NO3
－ -N的吸收仅发生在
NH4
+ -N质量浓度很低或耗尽时［13］，但在本实验孔石莼在吸收氨氮同时对硝态氮和亚硝态氮也有吸
收，只不过氨氮吸收要快于硝态氮和亚硝态氮． 而在李秀辰等 (1998 年)的孔石莼对养鲍废水的静
态净化研究［14］中也有相似的报道． 因此，不同种类的海藻对营养盐的吸收方式不同，孔石莼对水体
中 3 种无机氮的吸收机制与江离等海藻可能存在差异．
3 个实验组对总无机氮的移除率都较高，经过 1 d 的修复，孔石莼对总无机氮的移除率就可达到
80%以上． 经过 2 d的修复，孔石莼对总无机氮的移除率可达到 93%以上． 直至修复实验结束时，总
无机氮的最高移除率达 98. 6% ． 这表明孔石莼能够在较短时间内对养虾废水中的无机氮有很好的吸
收效果，在养殖废水的水质修复方面具有重要意义．
211
第 4 期 孙琼花等:孔石莼对养虾废水营养盐吸收的研究
孔石莼对 PO4
3 － -P的吸收并没有像氮盐那样来得理想． 在高 PO4
3 － -P质量浓度的 A组，修复开始
的第 1 天内对 PO4
3 － -P的吸收反应较迅速，其后的吸收速率变得缓慢，这与海藻细胞内的磷酸盐磷的
质量浓度有关［15］，且磷吸收是主动吸收［16］，也可能与石莼体内磷营养库处于充盈状态有关． 有研究
表明孔石莼对磷酸盐在高氮 (5. 0 mmol·L －1，NO3
－ -N)中吸收不理想:介质中 NH4
+ -N 和 NO3
－ -N
质量浓度升高时，细胞内储存的用于维持生长的多聚磷酸盐含量下降，因此，磷的吸收受抑制［17］．
本实验表明孔石莼在养虾废水中既能良好生长，又能有效地吸收养虾废水中的氮、磷营养盐，通
常在 1 ～ 2 d内就有较高的移除率，使氮、磷指标从超四类降到一、二类． 因此，孔石莼可充当一种
高效、绿色的生物修复种类．
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(责任编辑:余 望)
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