全 文 ：第 12 卷 第 1期
2 00 0 年 3 月
湖 泊 科 学
JO U R N A I
,
O F I一K E S C IE N C E S
V o l
.
1 2
,
N o
.
1
M
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,
2 0 00
盐碱水体斜生栅藻培养及其生物净化作用
黄 诚` 谷孝鸿2 胡文英2
( 1
: 南京大学生物科学与技术学系 , 南京 2 10 0 93 ; 2 : 中国科学院南京地理与湖泊研究所 , 南京 21 0 。。 8)
提 要 斜生栅藻 ( sc en ed es , 1u : 。 lb i q u 、 )引种至山东禹城辛店洼碳酸盐型水中后 , 在补加
必需营养盐 、 充气的条件下培养 , 可以高速增长 ;试验结果表明 , 经过 3 轮栅藻培养 、 收获 , 可使盐
碱水得到一定程度的淡化 , 经过 36 h 的培养 , 水中主要八大离子的清除率分别达 48 . 5 % , 5 . 9 % ,
7 7
.
5 %
,
7 4
.
5 %
,
2 8
.
2 %
,
4 6
.
7 %
,
1 0 0 % 和 5 3 . 1%
关键词 斜生栅藻 碳酸盐型水体 生物淡化技术
分类号 9Q 49
.
2
单胞藻不仅是鱼虾饵料 , 也是鱼虾动物性饵料生物 (枝角类 , 挠足类及各种底栖动物 )的基
础饵料 . 关于单胞藻的培养研究已有广泛而深入的工作基础 〔` ] . 通常内陆水域单胞藻的培养都
需用大量的无机盐及淡水资源 , 本文采用山东禹城地区碳酸盐型水型水体作为培养介质 , 研究
单胞藻低耗高效集约型培养及水质淡化技术 . 碳酸盐水型是低洼盐碱地的一种主要水质类型 ,
在我国近 10 0 0 万公顷的低洼盐碱地中 , 该类型水质土地面积占 80 % , 本研究的总体思路是在
用中求治的原则下将现有水源作培养液 , 接种单胞藻 , 利用生物代谢吸收盐类以节约能量消耗
的方式使得盐碱水盐分资源化 , 以培养藻类作为蛋白源使用 , 最终为盐碱水的淡化提供可行性
模式 , 达到以盐碱供养殖 , 以养殖脱盐碱 , 实现渍涝地的综合治理和生产持续性的统一
1
` 材料与方法
1
.
1 材料
实验用斜生栅藻 ( cS en o lec m 。 : 。 ibl qu u 、 )藻种取 自南京大学生物系藻菌工程室 . 培养用水
源为山东禹城辛店洼碳酸盐水型的地下水 .
1
.
2 水样分析
取培养前后的水样 , 测定水体中各种阴阳离子组成及矿化度 、 总硬度和总碱度 , 其 中矿化
度以水体中八大离子含量 ( m g l , 一 ` )总和表示 2[] . 总硬度乘以系数换算成德国度 (l 德 国度 二
10 m g l一 ` ( c a o ) . 总碱度用重碳酸盐碱度和碳酸盐碱度 (m m ol L 一 ` )之和表示 .
1
.
3 收获处理方法
斜生栅藻培养到高浓度时 , 停止充气 . 栅列藻即沉淀下来 , 虹吸法收获栅藻 , 红外真空干燥
箱千燥 , 送南大分析中心分析元素组成 .
1
.
4 实验设计
初接种斜生栅藻浓度 为 32 . 2 万个 · m 工_ 一 ` , 培养液分 4 组 : 工 , n 组为加必需营养盐组 , 按
, 国家 “ 九五 ” 攻关项 目 ( 95 一 0 08 一 ( )4 一 0 2) 和南京大学分析中心测试基金联合资助项 目
收稿 日期 : 1 9 9 8 一 0 5 ~ 2 9 ;收到修改稿 日期 : 19 98 一 1 2 一 2 4 .黄诚 , 男 , 1 96 3 年生 , 副教授
湖 泊 科 学 1 2卷
表 1配制培养液 , 组 工为充气试验组 ; n 为不充气试验组 ; m , W组为原始水溶液不添加任何物
质 , 仅接种斜生栅藻作对照组 ; m 为充气对照组 ; W为不充气对照组 .
培养容器为 2 0 0 0 m I J 的圆柱形玻璃缸 , 放置在 自然光照条件下 , 上方架一隔板 , 以防止 中
午 1 1 : 0 一 14 : 0 强阳光直射 , 平均水温为 26 ℃ .
将待测水样混匀 , 吸取样品用显微计数板统计栅藻数量 , 每组重量取样 6 次 ,计平均值 .
2 结果
由表 1 可知初始水样中除氮 、磷 、 钾元素缺乏以外 , 其它元素含量均高于栅列藻培养液所
需元素浓度 , 为了使斜生栅藻能在此型水中生长 , 试验组添加所缺 的元素 , 氮元素的载体为尿
素 , 钾 、 磷元 素载体为 K H Z P认 , 依 iL eb ig 最低定律 , 初次 补加量 为 c o ( N玩 ) : 1 17 m g l厂 ` ,
K姚 P认 4 . 4 m g L 一 `作为试验组 , 并按每升水体滴加 l m ol L 一 `的 H CI 0 . 67 m L 以中和碳酸
根 , 使转化成碳酸氢根 .
表 1 初水样与斜生栅藻培养液离子成分 单位 : m g L ’ `
T a b
.
1 Io n e o n e e n t r a t io n o f w at
e r s a m p les a n d S c 召n de es m
u s o b li g u u s e u l t
u er m e d iu m
成分 M g Z+ e l - H CO至 e o 犷2 T P T N
初水样
栅藻培养液
1 3 0
2 4
.
9
C a Z
+
8O
10
.
5
7 3 4 2 6
9
.
4 6 7
.
2
6 9 6
6 6
.
1
4 0
.
3 0
.
0 0
.
0
5 4
.
6
2
.
1 斜生栅藻种群增长规律
在第一轮 ( 0 一 12 h) 培养中 , 在充气并配补必需营养盐条件下斜生栅藻种群高速增长 , 而其
他各组生长不 良 . 经检测分析 , 组 I 培养液中的必需营养盐在培养 12 h 后 已基本被消耗 . 第二
轮 ( 1 4 一 26 h) 依据监测组 工 、 n 的水质 , 补加 K姚 P O ; 及 c o ( N H Z ) : 继续培养 . 经两轮培养后 ,
选组 I 作为继续培养实验组进入第三轮培养 (表 3) , 第三轮培养后经沉淀 4 h , 虹吸掉底部浓藻
液 (占总体积 20 % ) , 这样可收获 94 % 斜生栅藻 .
表 2 第一 、二轮培养过程中四组斜生栅藻种群的密度 1) 单位 : 万个 · m L 一 ’
T a b
.
2 D
e n s i t i e s o f t h
e a la g e d
u r in g t h
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f isr t
一 a
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s e e o n d
一
or u n d e u lt iv a t i n g
时间 / h 组 工 组 n 组 m 组 W
亡
2月刀刃力习死32邓1850淀
沉
2
尸1ù
00nl3294678052805刀320681095743 2
.
2
3 2
.
5
3 8
.
8
6 4
.
0
10 8
.
0
1 8 8
.
0
1 9 8
.
0
1 8 8
.
0
2 2 4
.
0
3 0 8
.
0
3 4 0
.
0
3 4 8
.
0
3 5 4
.
0
3 5 8
.
0
沉淀发白
沉淀死亡
0246812046
1 ) I
: 加盐 、 充气 ; n : 加盐 、不充气 ; 班 : 充气 、 不加盐 ; W :不充气 、 不加盐 ,
1 期 黄 诚等 : 盐碱水体斜生栅藻培养及其生物净化作用
表 3 第三轮培养过程中组 工的细胞变化 单位 :万个 · m L 一 `
T
a b
.
3 D
e
sn i t y
e h a n g e s o fg or u p 1 d
u五飞 t h e t h i r d一 m un d e沮 t iv a t i n g
时间 / h
密度
2 8
3 6 5
3 0
3 7 0
3 2
3 7 4
3 4
3 7 6
3 6
3 7 8
3 8
38 0
2
.
2 水化学离子动态
通过测水样补盐及酸化中和措施进行水质调控 , 经过三次培养斜生栅藻后的上清液 , 其水
体元素及总硬度 、 总碱度 、矿化度测试结果列于表 4 .
表 4 经过三次处理后上清水样各离子状态 1)
T a b
.
4 R e s i d
u
al i
o n e o n e e n t r at ion
s a n d
e
li m i n a t i叱 ar t es f or m t h e w at e r af t e r t h r e e 一or u n d e ul t iv a t i n g
处理前 配补措施
项 目 第一轮培养 第二轮培养 第三轮培养
尿素 C O ( N H Z ) 2 / g
K 比 P O 4 / g
l m o 1 L
一 1卜IC I/ m L
4 4
.
4 7
处理后 实测项目
项目 残留量 清除率 / % 残 留量
7 5
.
0
8
.
5
2 5
.
0
2 9
.
3
3 2
.
0
5 9
.
2
0
.
0
1 8 5
.
0
1 7
.
0
4 1 4
.
0
清除率 / % 残留量 清除率 / %
N a
+
K
+
C扩+
M g Z
十
lC
-
S以 -
HC ( )卜
C ( )子-
( ) H
-
矿化度 / m g L 一 ,
总碱度 /
~
I L
一 ’
总硬度 /德国度
2 0 6
.
0
4 0
.
0
5 9 7 9
4
.
2 2
.
7
4
7
.
7
0
4 6
.
6
3 4
10
.
8
6
.
3
7 0
.
4
4 6
.
7
0
.
0
60
.
9
6 3
.
1
20
.
7
5 9
.
9
2 4
.
9
2 5
.
2
10 0
一 3 5 9
/
6 7
8
.
0
1 8
.
0
1 8
.
6
3 0
.
6
4 0
.
0
0
.
0
4 8 5
5
.
9
7 7
.
5
7 4
.
5
2 8
.
2
4 6
,
7
qà7ù工é4
OC
02
八、à1
47
18
.
9
0
.
0
10 0
5 3
.
1
7 2
,
9
5 1
.
6
2 0 1
.
1
0
.
6 3
1 0
.
3 6 3
,
3
0
.
0
86
.
8
95 1
7 4
.
6
l) 钾的去除率不高是由于环境中本身的含量低 , 斜生栅藻本身只吸收了补加的钾 .
3 讨论
3
.
1 斜生栅藻的降盐作用
利用斜生栅藻的富集作用吸收污水中 N 、 P 、 K 是 目前环境科学领域的热 点 2[] , 本文依此
机理在碳酸盐水体中加入斜生栅藻生长所需的营养盐促其生长 , 进而吸收水中的其他离子 . 本
研究经过三轮斜牛栅藻培养后 , 水体中盐碱含量降低 . 通过测试水样中八大离子 的残余量 , 只
能说明其可溶性盐类的降低 . 其中一部分盐类形成不溶性沉淀物 , 一部分被斜生栅藻吸收转化
为有机组织 ,故培养系统中真正排出的盐量得由斜生栅藻收获量推算 . 经测试 , 斜生栅藻干粉
主要元素含量如下 : 氮 1 . 75 % ,磷 0 . 8 7 45 % , 碳 10 . 9 4 % ,钙 0 . 048 % , 镁 1 . 48 % , 钠 2 . 68 % , 钾
1
.
3 4 %
, 其中 N 折算成 e o ( N H Z ) : 为 3 . 7 5 0, ; e 折算成 Hco -3 为 5 5
.
6 1% ; p 折算成 PO爱一 为
湖 泊 科 学 1 2卷
2
.
68 %
.斜生栅藻重量为 6 . 0 x 1 0 “ 7m g’ 个 一 ` , 经第三轮培养后 l J 水样可收获斜生栅藻及折
算出的四种阳离子及 H C 〔)-3 , c o ( N H Z ) 2 , P叹 一 含量统计如表 5 .
表 5 三轮培养过程中斜生栅藻收获量及其离子清除率
T a b
.
5 Y i
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s o
f t h
e
al g
a e , io n e o n t e n t s in t h
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lg
a e a n d t h
e i r e l im in a t i n g r a t e s f r o m t h e w a t e r
培养过程 第一轮 第二轮 第三轮
项 目 收获量 / m g 清除率 / % 收获量 /m g 清除率 / % 收获量 / mg 清除率 / %
栅列藻
N a
+
K
+
C
a Z 十
M g Z
十
HC《〕至
C ( ) ( N H : ) 2
2 9
.
94 2 3
.
0 3 5 4
.
6 7 4 2
.
0 5 5 8
.
1 8 4 4
.
7 6
15
.
1 9 5 6
.
5 7 2 7
.
3 1 7 0
.
2 6 2 9
.
0 9 7 4
.
7 6
0 6 7 0 3
16
.
53 2 2
.
6 4 3 0
.
1 9
1
.
2 24
4 1
.
36
1
.
04 2
32
.
1 3
1 7 7 5
4 4
.
0 1
6 2 1
.
1 6 8 9
.
2 5 1 1 3 4
.
4 4 1 6 2
.
9 9 12 0 7
.
2 9 1 7 3
.
4 6
4 1
.
89 3 5
.
8 0 7 6
.
5 0 6 5
.
38 8 1
.
4 1 6 9
.
5 8
p o 弓一 2 9 . 9 4 9 7 . 2 7 5 4 . 6 7 5 5 . 5 1 5 5 一 5 9 4 . 5 1
- -
曰
~ 晌-一 - ~ 一 , . 州~ - . ~- . -一一- ~ - 侧一- - 一- ~ ~ . ~ . - - 一 . . -- - 一 ~ ~一 目一一- ~ 一自~ -- 一~ ~ .一 ~ . - -一一 ~清除率大于 10 0 % , 即表明不仅水样中内源的 H C O 3’ 全部被吸收了 , 还通过溶解空气 中的
c姚 转化为外源性的 H c o 多予 以吸收 . 其 中经过三轮培养后 , 外源 H c o -3 占据 42 . 35 % .
3
、
.
2 斜生栅藻培养的 N :P 比
P叹 一 先被消耗 , 尿素清除率小 , 据以往经验 , 用 N O多作氮源比尿素更好 , 但代价较大 , 依
水体滤液氮含量极少来看 , 可能多为细菌吸收 , 在培养过程中应补充磷肥 , 参 照 lG oy n 。 的 [’ 〕研
究经验 , 这里把 N : P 调节在 5 : 1 左右 .
3
.
3 斜生栅藻的环境效益
充气培养使得空气中大量的 c q 溶于水中 , 从理论上讲 , 不仅增加 了水体 中 H c 0 -3 的含
量 , 而且加剧了水体富营养化 . 但通过培养斜生栅藻 , 再收获斜生栅藻 , 不仅可以消除水体碳
源 , 而且也去除了氮 、磷 , 另外 , 不仅淡化了该养殖盐碱水体中的 N a + , c a Z 干 , M g Z + 等元素 , 培
养 了大量的饵料生物斜生栅藻 , 而且对空气中的 c姚 也有去除作用 , 从环保的观点来看 , 这一
措施具有对大气 C O : 污染净化之意义 .
3
.
4 对盐碱洼地水盐调控的思考
对咸水重盐化洼地水盐调控模式 , 有引淡淋盐 、 浅群井强排 、 覆盖抑盐等措施 , 在 “ 七五 ” 、
“ 八五 ” 期 间这些措施的实施具有 良好的效果 4[] , 但随着淡水资源的 日益枯竭 , 井水也是盐碱
度较高的水体 , 强行灌洗 , 只能暂时淡化浅层土壤 , 不能永久去盐 . 通过盐碱水资源化措施研究
既达到养殖 目的 , 又得以淡化水体 , 这是今后有待深入研究的课题 , 本研究仅是在玻璃瓶 中充
气培养试验结果 , 要解决大面积盐碱水体淡化或资源化的实际问题 , 必须考虑今后走工程机械
化道路 .
3
.
5 有待改进 的问题
斜生栅藻收获后直接干燥测元素含量 , 误差较大 , 因为部分水 中的离子干燥后也附在藻粉
上 , 而纯净斜生栅藻应用重蒸水充分洗涤后再测试 , 故本次实验由收获的斜生栅藻产量推算无
1 期 黄 诚等 :盐碱水体斜生栅藻培养及其生物净化作用
机盐的排出量要 比纯斜生栅藻的元素含量大一些 . 另外实验中为调节 p H, 中和 C O圣一 , 每轮培
养前依据 c咪 一 的含量计算所滴加的盐酸 , 但这样又增加了水体中 lC 一 负荷 , 在今后的研究
中 , 应考虑用 H 3 P饥 为好 .
参 考 文 献
代田昭彦 .水产饵料生物学 . 北京 :农业出版社 , 19 8 9
D a r n
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.
S
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e t iv e r e e o v e r y o f g ol d a n d o t h
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l iro
n s fr o m a n a lg al bi o m a s s
.
E n饭阳 n m e n ta l sc 艺e n ce 了论` h n o l o -
舒 , 19 8 6 , 2 0 ( 2 ) : 2 0 6 一 2 0 8
B
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,
J 九 r . W a s t e m a n a g e A s s o e i a t io n , 1 9 9 1 , 4 1 ( 10 ) : 13 8 1 一 1 3 9 3
G l o y n a E F
.
F a e u l t a t iv e w a
s t e s t a b
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〕仪〕1 d e s 一g n , i n p o l a s w a s t e w at e r t r e a m e n t a lt e rn at i v e e e n t e r f o r r es e a r e }、 i n w a t e r
r e s o u r e e
.
A u s t i n
:
U n i v T ax a s P r e s s
,
19 7 6
,
1 4 3 一 1 57
程维新 , 胡文英 , 张兴权 . 洼地整治与环境生态 . 北京 : 科学出版社 , 19 9 3
C u l t u r i n g o f S c e n de
e s m u s o b l i q u u s
i n S a l i n e
一 a l k a l i W
a t e r s a n d I t s B i o l o g i e a l P u r i if c a t i o n
H u A N G e h e n g l G u x i a o h o n g Z H u w
e n y i n g Z
( 1
: 肠如 r t m e n t of B : o l o g y , Na 彬 i n g U n泛* rs 艺ty , 肠勺 i n g 2 1 0 0 9 3 , 尸 . R . hC i n a ;
2
: 介七勺 i n g I n s t艺t u t e of G e《唱 ra jlP 夕 a n d L￡m n o l o g , , hC i n e se A e dn e 。夕 of s c i e n ces , N Z勺 i n g 2 1 0 0 0 8 尸
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R
.
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A b s t r a C t
S肥 n de e s m u s o b l i g u u s , i n o e u la t e d i n t h e e a r b o n a t e h a r d w a t e r i n t h e Y u e h e n g OC u n t y ,
S h a n g o n g P r o v i n e e
,
w
a s o b s e r v e d t o g r o w r a p i d ly u n d e r t h e e o n d i t i o n o f s u p p l e m e n t in g e e
r t a i n
s a l t s a n d a e r a t io n
.
T h
e e x p e
r im e n t a l r e s u l t s r e v e a l e d t h a t s a li n e
一 a l k a li w a t e r s w a t e r e o u l d b e p u
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f ie d i n s o m e e x t e n t b y t h e a l g a e
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A f t e r 3 6 h o u r s e u l t u r i n g
,
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( N a
+ ,
K
+ , e aZ
+ ,
M扩+ , e l一 , s碳 一 , H c O -3 , c咪 一 ) i n t h e w a t e r r e s p e e t iv e ly r e a e h e d 4 8 · 5 % ,
5
.
9 %
,
7 7
.
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,
7 4
.
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,
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.
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,
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,
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.
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, e a r b o n a t e h a r d w a t e r
,
b i o lo g i e a l d e s a l i n a t i o n