全 文 ：第36卷 第3期 水 生 生 物 学 报 Vol. 36, No.3
2 0 1 2 年 5 月 ACTA HYDROBIOLOGICA SINICA May, 2 0 1 2

收稿日期: 2011-08-30; 修订日期: 2012-02-13
基金项目: 国家水体污染控制与治理科技重大专项(2011ZX07101-012-008); 浙江省重大国际合作项目(2009C14019); 浙江省重
大科技专项重大农业项目(2010C02001); 湖州市自然科学资金项目(2010YZ08)资助
作者简介: 刘洋(1975—), 男, 新疆克拉玛依人; 博士, 讲师; 主要从事微生态菌剂研究。E-mail: liuyang_07@126.com
通讯作者: 叶金云, 男, 浙江永康人; 教授级高工; 主要从事水产养殖营养与饲料方向的研究。E-mail: yjy@hutc.zj.cn

DOI: 10.3724/SP.J.1035.2012.00515
固定化微生物菌剂与蕹菜对中华鳖养殖污水的净化效果研究
刘 洋 叶程程 郑 翡 舒仁欢 韩志萍 叶金云
(湖州师范学院生命科学院, 湖州 313000)
摘要: 为解决中华鳖(Trionyx sinensis)养殖所造成的水环境污染问题, 研究利用海藻酸钠、沸石对复合光合菌
剂和枯草芽孢杆菌菌剂分别进行固定化, 并研究了不同固定化微生物菌剂与蕹菜对中华鳖养殖污水的净化
效果。结果表明: 净化处理 15d 后, 利用固定化微生物菌剂与蕹菜共同处理组对中华鳖养殖污水的净化处理
效果最好, 养殖污水的 CODMn 、 4NH -N+ 、 3NO -N− 、 2NO -N− 、 34PO −的去除率分别为 88.7%、87.3%、90.8%、
98.3%、74.9%。蕹菜处理组对于 3NO -N− 、 2NO -N− 、 4NH -N+ 的去除率显著高于固定化复合光合菌剂处理组
和固定化枯草芽孢杆菌处理组。固定化复合光合菌剂处理组对于 3NO -N− 、 2NO -N− 、 4NH -N+ 的去除率显著
高于固定化枯草芽孢杆菌菌剂处理组, 但固定化枯草芽孢杆菌处理组对于污水的 CODMn 的去除率最高, 可
达 90.6%。
关键词: 微生物菌剂; 固定化; 蕹菜; 养殖污水; 净化效果
中图分类号: S959 文献标识码: A 文章编号: 1000-3207(2012)03-0515-07

中华鳖(Trionyx sinensis)是一种珍贵的、经济价
值很高的水生动物。由于中华鳖具有较高的食用及
药用价值, 在我国各地已广泛进行人工养殖[1]。在中
华鳖养殖过程中, 大量的残饵和粪便等排泄物会在
很短的时间内造成养殖水体污染[2]。养殖水体污染
是导致鳖病频繁发生的最主要原因[3, 4]。养殖水体水
质的恶化不仅会影响养殖生物的产量、质量, 同时
还会产生因换水及加温形成大量物耗、能耗, 另外
养殖污水的随意排放也会造成严重的水环境污染[1]。
如何控制好中华鳖养殖水体污染、进行养殖污水的
净化处理是影响中华鳖健康养殖、可持续发展的重
要问题。
蕹菜(Ipomoea aquatica), 旋花科(Convolvulaceae)
番薯属一年生或多年生草本, 又名空心菜。在我国
华中、华东和西南等地普遍栽培, 是夏秋季的重要蔬
菜。蕹菜对于 N、P和 COD的去除效果较好[5—7]。蕹
菜作为水生蔬菜, 生长量大, 一年可以多次采收, 不
仅可净化水质, 同时可以食用, 具有一定经济价值[8]。
微生物菌剂是利用不同微生物菌株制成水质调
节剂, 在水产养殖中广泛应用, 对于水质调控效果
十分显著[9]。不同微生物菌剂的水质净化效果有所
差异[10]。光合细菌(Photosynthetic Bacteria, PSB), 具
有较强的水质净化能力, 是目前应用最多的一种微
生物水质调制剂[11—13]。枯草芽孢杆菌是另外一种常
用的微生物水质调制剂, 可分泌多种胞外酶将养殖
水体有机质分解 [14—16]。
固定化是将载体与微生物细胞相结合。微生物
细胞固定化可以显著提高菌体沉降性能, 提高水质
净化效率, 同时还具有较高的抵抗环境因子影响能
力, 使用成本低廉等诸多优点[13, 17]。
本研究利用固定化复合光合菌剂、枯草芽孢杆
菌菌剂和蕹菜对中华鳖养殖污水进行净化处理, 研
究不同微生物菌剂与蕹菜对于中华鳖养殖污水的净
化处理效果, 为解决养殖污水的净化处理提供参考。
516 水 生 生 物 学 报 36卷
1 材料与方法
1.1 实验材料
菌种及水生植物: 光合细菌菌剂购于江苏仪征
市诚信微生物制品厂 , 主要含球形红假单胞菌
(Rhodopseudomonas sphaeroides)、荚膜红假单胞菌
(Rhodopseudomonas capsulate)、沼泽红假单胞菌
(Rhodopseudomonas palustris) 、 万 尼 氏 红 微 菌
(Rhodomicrobium vannielii)等。枯草芽孢杆菌菌剂
(Bacillus subtillis)购于浙江省淡水水产研究所。蕹菜
种子购买于浙江湖州市蔬菜种子公司。
固定化材料: 沸石、海藻酸钠、氯化钙等化学
试剂购于上海国药集团化学试剂有限公司。
养殖污水: 采于浙江湖州市中湖生态农业发展
有限公司中华鳖养殖污水。水呈淡绿色, 有沉淀, 初
始 pH为 7.46、氨氮( +4NH - N )为 4.60 mg/L、硝态氮
( 3NO - N
− )为 0.42mg/L、亚硝态氮 ( 2NO - N− )为
0.23 mg/L、磷酸盐( 34PO − )为 0.20 μg/L, CODMn 为
6.86 mg/L。
1.2 实验方法
微生态菌剂的固定化: 复合光合菌剂接种于光
合菌培养基[18]中, 于 30℃、光照强度 4000 lx 下培
养 8—10d; 枯草芽孢杆菌接种于牛肉膏培养基[16]中,
37 , 200 r/min℃ 震荡培养 48h, 然后 8000 r/min离心
15min, 弃去上清液。浓缩菌液与灭菌并冷却至室温
的包埋剂(2 %沸石+2 %海藻酸钠), 按菌体湿重(g):
包埋剂胶液体积(mL)比 0.48∶20 进行混合; 混合
后, 用无菌注射器滴入 2% CaCl2 的饱和硼酸溶液
中, 交联成直径为 3 mm 左右的球体, 放入冰箱中
继续固定化 20h。收获的小球用无菌水洗涤, 保存在
0.85 %生理盐水中。
固定化颗粒中菌生长量测定: 分别固定化复合
光合菌剂和枯草芽孢杆菌颗粒投入养殖污水中, 每
隔 12h 取 5 g 固定化颗粒, 用生理盐水洗涤干净,
吸去多余水分, 放入 100 mL 0.2 mol/L 柠檬酸钠溶
液中, 磁力搅拌 20min, 颗粒完全溶解后, 测定其
吸光度(λ=660 nm)。同样取未加微生物的固定化颗
粒进行上述处理作为对照。
水质净化试验: 取上层水样分装于容积为 5 L
的塑料容器(25 cm×35 cm×20 cm)中。将固定化菌剂
按 5 g/L投加量, 放入孔径 0.5 mm的尼龙袋中, 悬
挂于水面下约 5 cm处, 投入 3 L 养殖污水中, 30℃
光照条件处理污水。水样分别在 0、3、6、9、12、
15d 进行采集, 每次采样时间固定在上午 8: 00, 在
水面下 5 cm 处进行采样, 测定 COD、 +4NH - N、
3NO - N
− 、 2NO - N− 、 34PO −、DO、pH等水质分析指标。
设蕹菜与固定化复合光合菌剂和固定化枯草芽
孢杆菌共同处理组(共同处理组)、蕹菜处理组(蕹菜
组)、固定化复合光合菌剂组(光合菌组)、固定化枯
草芽孢杆菌剂组(枯草芽孢杆菌组)等 4 种不同处理
方式净化处理污水。空白对照组为容器中装有 3 L
养殖污水。在含蕹菜的养殖污水处理方式中, 每个
容器种植蕹菜 9 株, 株高约为 15 cm, 茎秆直径约
0.4 cm, 每组实验设置 3个重复。
1.3 分析方法
+
4NH - N 检测采用纳氏试剂比色法检测 ;
3NO - N
− 采用酚二磺酸法; 2NO - N− 采用对-氨基苯磺
酸法; 34PO −采用钼酸铵分光光度法检测; 对 CODMn
用碱性高锰酸钾法检测; 溶解氧(DO)用碘量法; pH
测定用酸度计。具体测定方法参考文献[19]。
1.4 数据分析
分别计算实验组和空白对照组各水质指标的平
均值和标准差, 并用 DPS 7.05 软件进行统计学分
析。去除率=[(空白对照组平均值—试验组平均值)/
空白对照组平均值]×100%。
2 结果
2.1 固定化颗粒的形态
利用海藻酸钠和沸石对复合光合菌剂和枯草芽
孢杆菌进行固定化, 固定化效果(图 1), 复合光合菌
剂可以形成直径 3—5 mm、均匀的、深红色球状颗
粒, 枯草芽孢杆菌菌剂可以形成直径 3—5 mm、均



图 1 微生物细胞固定化
Fig.1 Immobilization of microorganism cell
A. 复合光合菌剂; B. 空白对照; C. 枯草芽孢杆菌菌剂
A. Photosynthetic bacteria; B. Control; C. Bacillus subtillis
3期 刘 洋等: 固定化微生物菌剂与蕹菜对中华鳖养殖污水的净化效果研究 517
匀的、乳白色球状颗粒, 不添加菌剂的空白对照, 形
成透明的、直径为 3—5 mm的球状颗粒。固定化微
生物菌剂的颗粒硬度适中, 有弹性。海藻酸钠和沸
石是较好的固定化材料, 固定化效果较好[17]。
2.2 固定化菌剂的活性
将固定化微生态菌剂分别投放在中华鳖养殖污
水中 , 每天取样测定固定化颗粒内的含菌量变化 ,
投放第 3 天开始, 复合光合菌剂和枯草芽孢杆菌菌
剂内的微生物开始迅速生长, 到第 10天基本达到稳
定期。两种固定化菌剂在中华鳖养殖污水中的含菌
量变化差异不大(图 2)。



图 2 固定化颗粒的含菌量变化
Fig. 2 Growth of bacteria in immobilized bead

2.3 固定化微生态菌剂与蕹菜对中华鳖养殖污水
的 +4NH - N的去除效果
中华鳖养殖污水 4NH -N+ 含量变化情况(图 3):
共同处理组, 4NH -N+ 含量下降速率最快(图 3A), 到
第 15 天, 4NH -N+ 去除率可达 87.3%。蕹菜处理组,
4NH -N
+ 含量下降较光合菌组、枯草芽孢杆菌组快,
到第 15天, 4NH -N+ 去除率可达 78.8%(图 3B)。光合
菌组的 4NH -N+ 去除效率显著高于枯草芽孢杆菌组,
到第 15 天, 4NH -N+ 去除率分别达 73.6%和 55.2%
(图 3B)。统计分析后认为, 各处理组对 4NH -N+ 去除
率差异显著(P<0.05)。
2.4 固定化微生态菌剂与蕹菜对中华鳖养殖污水的
3NO - N
− 的去除效果
中华鳖养殖污水 3NO -N− 含量变化情况(图 4):
共同处理组, 3NO -N− 含量下降速率最快(图 4A), 到
第 15 天 , 3NO -N− 去除率可达 90.8%。蕹菜组 ,
3NO -N
− 含量下降较光合菌组和枯草芽孢杆组快, 到
第 15天, 3NO -N− 去除率可达 83.6%(图 4B)。光合菌
组对于中华鳖养殖污水的 3NO -N− 去除效率显著高
于枯草芽孢杆菌组, 到第 15天, 3NO -N− 去除率分别
达 56.5%、44.7%(图 4B)。各处理组对 3NO -N− 去除
率, 经统计分析后认为差异显著(P<0.05)。
2.5 固定化微生态菌剂与蕹菜对中华鳖养殖污水的
2NO - N
− 的去除效果
中华鳖养殖污水 2NO -N− 含量变化情况(图 5):
共同处理组, 2NO -N− 含量下降速率最快(图 5A), 到
第 3天, 2NO -N− 去除率可达 86.6%, 到第 15天可达
98.3%。蕹菜组, 2NO -N− 含量下降较光合菌组、枯
草芽孢杆菌组快, 到第 15 天, 2NO -N− 去除率可达
96.2%(图 5B)。光合菌组的 2NO -N− 去除效率略高于



图 3 固定化微生态菌剂与蕹菜对中华鳖养殖污水的 4NH -N+ 去除效果
Fig. 3 Effect of immobilized beads and water spinach on removal 4NH -N
+
A. 中华鳖养殖污水的 4NH -N+ 变化; B. 中华鳖养殖污水的 4NH -N+ 去除率
A. Variation of 4NH -N
+ in aquiculture water; B. 4NH -N
+ removal ratio in aquiculture water
518 水 生 生 物 学 报 36卷


图 4 固定化微生态菌剂与蕹菜对中华鳖养殖污水的 3NO -N− 去除效果
Fig.4 Effect of immobilized beads and water spinach on removal 3NO -N
−
A. 中华鳖养殖污水的 3NO -N− 变化; B. 中华鳖养殖污水的 3NO -N− 去除率
A. Variation of 3NO -N
− in aquiculture water; B. 3NO -N
− removal ratio in aquiculture water



图 5 固定化微生态菌剂与蕹菜对中华鳖养殖污水的 2NO -N− 去除效果
Fig.5 Effect of immobilized beads and water spinach on removal 2NO -N
−
A. 中华鳖养殖污水的 2NO -N− 变化; B. 中华鳖养殖污水的 2NO -N− 去除率
A. Variation of 2NO -N
− in aquiculture water; B. 2NO -N
− removal ratio in aquiculture water

枯草芽孢杆菌组, 到第 15 天, 2NO -N− 去除率分别
达 92.1%、84.9%(图 5B)。统计分析后认为, 各处理
组对 2NO -N− 去除率差异显著(P<0.05)。
2.6 固定化微生态菌剂与蕹菜对中华鳖养殖污水的
3
4PO
−的去除效果
中华鳖养殖污水 34PO −含量变化情况(图 6): 共
同处理组, 34PO −含量下降速率最快(图 6A), 到第 15
天, 34PO −去除率可达 74.9%。蕹菜组, 34PO −含量下
降较光合菌组、枯草芽孢杆菌组快 , 到第 15 天 ,
3
4PO
−去除率可达 74.9%(图 6B)。光合菌组的 34PO −去
除效率与枯草芽孢杆菌组接近, 光合菌组对于 34PO −
去除速率较快 , 枯草枯草芽孢杆菌组 , 到第 9 天
3
4PO
−去除速率迅速提高, 到第 15 天, 两者的 34PO −
去除率分别达 76.2%、74.7%(图 6B)。统计分析后认
为, 各处理组对 34PO −去除率差异显著(P<0.05)。
2.7 固定化微生态菌剂与蕹菜对中华鳖养殖污水的
CODMn的去除效果
中华鳖养殖污水 CODMn 含量变化情况(图 7):
共同处理组 CODMn含量下降速率最快(图 7A), 到第
15天, CODMn去除率可达 88.7%。蕹菜组 CODMn含
量下降较枯草芽孢杆菌组慢, 到第 15天, CODMn去
除率可达 57.7%(图 7B), 与光合菌组接近。光合菌
组的 CODMn去除速率显著低于枯草芽孢杆菌组, 到
第 15 天, 两者的 CODMn 去除率分别达 58.4%和
90.6%(图 7B)。各处理组对 CODMn的去除率, 统计
分析后认为差异显著(P<0.05)。
3期 刘 洋等: 固定化微生物菌剂与蕹菜对中华鳖养殖污水的净化效果研究 519


图 6 固定化微生态菌剂与蕹菜对中华鳖养殖污水的 34PO − 去除效果
Fig.6 Effects of immobilized beads and water spinach on removal 34PO
−
A. 中华鳖养殖污水的 34PO − 变化; B 中华鳖养殖污水的 34PO − 去除率
A. Variation of 34PO
− in aquiculture water; B. 34PO
− removal ratio in aquiculture water



图 7 固定化微生态菌剂与蕹菜对中华鳖养殖污水的 COD去除效果
Fig. 7 Effects of immobilized beads and water spinach on treatment on removal COD from aquiculture water
A. 中华鳖养殖污水的 COD变化; B. 中华鳖养殖污水的 COD去除率
A. Variation of COD in aquiculture water; B. COD removal ratio in aquiculture water

3 讨论
3.1 水生植物蕹菜与微生物菌剂联用对于水质的
净化效果
本研究发现采用水生植物蕹菜与固定化微生
物菌剂联用对于中华鳖养殖污水的 C O D M n、
+
4NH - N 、 3NO - N− 、 2NO - N− 、 34PO −的去除率分别
为可达 88.7%、87.3%、90.8%、98.3%、74.9%。袁
冬海等研究了应用固定化微生物与水生生物联用对
于水体富营养化的净化效果, 富营养水体的 TN、
TP 和 CODMn 平均去除率分别为 45.0%, 42.2%和
50.8%[20]。这可能是由于我们的污水处理体系较小
和采用的静态处理方式所致。水生植物与固定化微
生物菌剂联用对于污水进行净化处理效果, 比单独
使用水生植物和微生物菌剂对于水质的净化效果好,
可以使得水生植物与固定化微生物菌剂在净化水质
方面的作用, 相互弥补, 使得对于水质的综合净化
效果更好[20]。
3.2 不同水生植物蕹菜对于水质净化效果
不同的水生植物对于水质净化效果有一定差
异。黄世玉等[21]比较了风眼莲、满江红、水浮莲对
鳖池水质的净化效果 , 发现风眼莲的净化效果最
好。风眼莲对于鳖池亚硝态氮、氨态氮、硝态氮的
去除率分别为 57.5%、74.3%和 66.5%。本研究采用
蕹菜做为水生植物净化中华鳖养殖污水, 蕹菜对于
N、P有较强的吸收能力, 对于 +4NH - N、 3NO - N− 、
520 水 生 生 物 学 报 36卷
2NO - N
− 、 34PO −的去除率分别 78.8%、83.6%、96.3%、
74.9%, 同时蕹菜属于多年生草本植物 , 生长量大 ,
一年可以多次采收, 可以净化水质, 同时又有一定
的经济收益, 便于在实际生产中推广[7, 22, 23]。
3.3 光合菌与枯草芽孢杆菌的水质净化效果差异
光合菌对于污水中 +4NH - N、 3NO - N− 、 2NO - N−
的去除能力较强[11, 24], 而枯草芽孢杆菌对于 CODMn
的去除能力较强[16]。本研究结果也证实了这一点。
枯草芽孢杆菌具有较强的胞外酶分泌能力, 可以分
泌多种水解酶降解有机质[15, 16]。
4 结论
本研究比较了不同微生物菌剂与蕹菜对于中华
鳖养殖污水的净化处理效果。结果表明: 利用固定
化微生物菌剂与蕹菜共同处理对中华鳖养殖污水的
净化处理效果最好。蕹菜对于 3NO - N− 、 2NO - N− 、
+
4NH - N的去除率显著高于固定化微生物菌剂。光
合菌剂对于 3NO - N− 、 2NO - N− 、 +4NH - N的去除率
显著高于枯草芽孢杆菌菌剂。枯草芽孢杆菌菌剂对
于污水的 CODMn的去除率最高。

致谢:
感谢浙江省淡水水产研究所郭建林同志给予的
大力支持和帮助。
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PURIFICATION OF WASTEWATER FROM TRIONYX SINENSIS CULTURE POUND
BY IMMOBILIZED MICROOGANNISM AND IPOMOEA AQUATICA
LIU Yang, YE Cheng-Cheng, ZHENG Fei, SHU Ren-Huan, HAN Zhi-Ping and Ye Jin-Yun
(School of Life Sciences, Huzhou Normal University, Huzhou 313000, China)
Abstract: Trionyx sinensis is one of precious and high economic valued aquatic animals, which has important edible
and medical value. Trionyx sinensis has been intensively artificially fed in our country. However, the outbreak of dis-
eases happened frequently in Trionyx sinensis culture, due to aquaculture water pollution caused by the baits and feces
left in culture. The aquaculture wastewater in Trionyx sinensis culture was discharged at will, which also lead to serious
environmental pollution. In order to solve the environmental pollution problem produced by Trionyx sinensis culture, the
complex photosynthetic bacteria and Bacillus subtillis were immobilized by sodium alginate and zeolite. The wastewater
from Trionyx sinensis culture pond was treated with immobilized complex photosynthetic bacteria, immobilized Bacillus
subtillis, Ipomoea aquatica, alone or in combination. The effects of wastewater purification were investigated. Results
showed that the treatment performance was the best in the four different methods, when the wastewater was purified by
Ipomoea aquatica in combination with immobilized bacteria. The removal rates of CODMn, 4NH -N,
+
3NO -N,
−
2NO -N,
− 情
3
4PO
− in wastewater were 88.7%, 87.3%, 90.8%, 98.3% and 74.9% respectively, after 15 days treating. The removal rate
of 4NH -N
+ , 3NO -N
− and 2NO -N
− treated by Ipomoea aquatica was much higher than those of immobilized complex
photosynthetic bacteria and B. subtillis. The removal rates of 4NH -N,
+
3NO -N
− and 2NO -N
− treated by immobilized
complex photosynthetic bacteria was much higher than that of immobilized B. subtillis. However, the removal rate of
CODMn treated by immobilized B. subtillis was the highest, which was up to 90.6%. The results could be applied in aqua-
culture wastewater purification for reference.

Key words: Microorganism; Immobilization; Ipomoea aquatica; Wastewater; Purification effect