條紋斑竹鯊養殖藻叢刷系統水質凈化技術的應用

張達娟　張樹林　孫茂軍等

摘 要：利用人工構建的藻叢刷（Algal Turf Scrubber，ATS）系統處理條紋斑竹鯊養殖用水，并對水中NO3--N、NO2--N、NH4+-N和PO43--P等水質指標進行監測，以確定藻叢刷系統對觀賞魚養殖用水水質的凈化效果。試驗為期60d，試驗期間不換水。結果表明，整個試驗期間，水中NO3--N含量維持在5.64～9.87mg/L范圍內，NO2--N含量維持在0.03～0.07mg/L范圍內，NH4+-N含量維持在0.03～0.07mg/L范圍內，PO43--P含量維持在1.33～1.78mg/L范圍內。由此可見，在合適的養殖密度和適當的投餌條件下，藻叢刷系統能夠有效凈化鯊魚養殖用水水質，使其在不換水情況下維持在穩定范圍內。

關鍵詞：藻叢刷系統；鯊魚；水質；凈化

中圖分類號 S91 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2015）11-113-04

Abstract：In order to investigate effects of algal turf scrubber（ATS）on cultivated water purification of ornamental fish，artificial ATS was used to purify cultivated water of Chiloscyllium plagiosum and water quality indicators，including NO3--N，NO2--N，NH4+-N and PO43--P，were measured.The experiment lasted for 60d and water was not renewed.The results showed that contents of NO3--N，NO2--N，NH4+-N and PO43--P were kept in the range of 5.64～9.87mg/L，0.03～0.07mg/L，0.03～0.07mg/L and 1.33～1.78mg/L respectively during the whole experiment.It was indicated that ATS could purify cultivated water of Chiloscyllium plagiosum effectively and maintain stabilization of water quality when shark were cultured with appropriate density and feeding dose.

Key words：Algal turf scrubber；Chiloscyllium plagiosum；Water quality；Purification

隨著人們生活水平的提高，觀賞水族養殖已成為家庭裝飾的新寵。觀賞水族養殖在高速、大規模發展的同時也存在著一些問題，養殖用水的污染就是其中之一。由于水族箱體積有限、投餌和交換水困難，易造成N、P等物質的堆積，導致養殖對象生長緩慢，易發疾病，降低了水族箱的觀賞性和裝飾性。

底棲藻類作為水體中的重要初級生產者，不僅是水生態系統中物質循環和能量流動的基礎[1]，也可以通過自身吸收利用、吸附、絡合以及與其他生物協同作用調節水生態系統，凈化水質[2]。自20世紀50年代開始，研究學者開始關注利用藻類去除水體中N、P來凈化水質，已經取得了一定的成果，并且開發出以此為基礎的藻叢刷系統（Algal Turf Scrubber，ATS）[3]、底棲藻類-生物膜系統[4]和底棲藻類水產養殖系統[5-6]，已經成功用于畜禽、水產養殖廢水的處理與凈化中。馬沛明等利用浮游藻類處理某造紙廠下游的人工合成污水后指出，底棲藻類對污水TN、TP、NH4+-N和NO3--N的去除率分別達到96%、98%、98%和97%，效果十分明顯[7]。將藻叢刷系統引入到觀賞魚養殖的水質凈化中，不僅可以有效降低水體N、P的含量，而且可以減少底棲藻類在水族箱缸壁的附著，提高觀賞性。

條紋斑竹鯊（Chiloscyllium plagiosum），俗稱狗鯊、犬鯊，隸屬于軟骨動物門，須鯊綱，須鯊科，斑竹鯊屬，為暖水性小型鯊魚，在我國東海和南海均有分布。一般成魚體重1～1.5kg，最大個體3～3.5kg，體長可達1m左右。該魚喜棲息于淺海或內灣貝、藻類繁多的環境中，主食軟體動物、多毛類、蝦蟹及底棲小型魚類。條紋斑竹鯊不僅具有藥用價值[8-9]，而且還是名貴的觀賞魚類，市場價值高，是值得開發的海水魚養殖新品種。條紋斑竹鯊攝食量大，代謝產物多，易導致養殖水體中N、P累積致使水質惡化，因而在養殖過程中必須加大換水頻率和換水量以保證良好的水質。

本研究在天津海昌極地海洋世界模擬潮間帶藻類生長條件，創造干濕交替的生長環境自制藻叢刷系統，在不換水的條件下，利用養殖水體中自然附著的底棲藻類去除條紋斑竹鯊養殖過程中產生的N、P營養鹽，并定期對水質理化指標進行監測，以確定藻叢刷系統對觀賞魚養殖用水的凈化效果，為藻叢刷系統在大型水族箱觀賞魚養殖水質凈化中的應用奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗裝置 試驗裝置主要由4部分組成：鯊魚養殖池（190cm×175cm×75cm）（a）、藻叢刷系統（b）、生化池+暫留池（c）、蛋白分離器（d）（圖1）。藻叢刷系統由有機玻璃制成，處理缸（120cm×30cm×50cm）內放入一塊聚乙烯篩絹（100cm×37cm）作為底棲藻類附著基質。篩網通過打磨成小刺狀，更利于藻類附著，模擬潮間帶底棲藻類生長環境，在篩網上方附有流水管，使水流自上而下通過均勻小孔流過藻叢刷篩網面，藻叢刷下方1/5面積浸入水中。然后流回養殖池，與鯊魚養殖池形成自循環。試驗期間用2支日光燈置于藻叢刷處理缸上方提供光照，光照強度控制在2 500lx，光照時間為每天7：00～19：00，光暗比為12h∶12h。同潮間帶底棲藻類所獲自然光光照周期基本保持。

1.2 試驗設計 養殖池內養殖用水體積為3.25t，共養殖37條條紋斑竹鯊，其中大小為50～80cm的條紋斑竹鯊有22條，15～17cm的15條。試驗為期60d，每日上午9：00和下午3：00進行投喂，分別投喂沙丁魚300g、200g。試驗期間分別僅采用生化池+暫留池、蛋白分離器和ATS系統處理養殖用水，整個試驗期間不換水。養殖用水由出水口分別流經生化池、蛋白分離器和ATS系統，再分別流入養殖池。

1.3 水樣采集及相關測定方法 條紋斑竹鯊養殖池內設置2個取水點，每個取水點取2個平行水樣。每隔3d水樣一次，按照海洋調查規范第4部分：海水化學要素調查（GB/T12763.4-2007）相關方法測定養殖水體中NO3--N、NO2--N、NH4+-N和PO43--P的含量：NO3--N（鋅鎘還原法）；NO2--N（重氮-偶氮法）；NH4+-N（次溴酸鈉氧化法）；PO43--P（抗壞血酸還原磷鉬藍法）。用鹽度計、溫度計、便攜式pH儀、溶解氧分析儀分別測定養殖水體鹽度、溫度、pH、溶解氧變化情況，試驗期間測得鹽度、溫度、pH、溶解氧結果如下：鹽度31%～33.5‰，溫度21.9%～26.9℃，pH8.0～8.06，溶解氧7.7～7.8mg/L。

1.4 底棲藻類收獲及測定 每7d收集一次附著基上的藻體，用毛刷刷下的藻體在105℃先烘15min，隨后將溫度降至65℃再烘5～6h至恒重后稱重。

2 結果與分析

2.1 藻叢刷系統對條紋斑竹鯊養殖水體NO2--N的影響 由圖2可知，NO2--N含量基本維持在0.03～0.07mg/L范圍內，略有下降的趨勢，說明這個系統能夠有效吸收養殖過程中由于投餌、糞便等正常養殖活動產生的NO2--N。

2.2 藻叢刷系統對條紋斑竹鯊養殖水體NO3--N的影響 由圖3可知，NO3--N的含量維持在5.64～9.87mg/L范圍內，基本趨于穩定，說明這個系統能夠有效吸收養殖過程中產生的NO3--N。

2.3 藻叢刷系統對條紋斑竹鯊養殖水體NH4+-N的影響 如圖4所示，條紋斑竹鯊養殖池水體NH4+-N的含量基本維持在0.03～0.07mg/L范圍內，說明這個系統能夠有效吸收養殖過程中產生的NH4+-N。

2.4 藻叢刷系統對條紋斑竹鯊養殖水體PO43--P的影響 條紋斑竹鯊養殖池水體PO43--P的含量基本維持在1.33～1.78mg/L這個水平范圍內（圖5），基本趨于穩定，說明藻叢刷系統能夠有效吸收養殖過程中產生的PO43--P。

2.5 附著藻類收獲生物量 人工聚乙烯篩絹上生長的底棲藻類主要由絲狀綠藻組成，且在整個實驗期間能保持較好的穩定性和連續性。由表1可知，試驗期間收集到藻類的干重，每7d藻類收獲量保持在2.584 5～2.720 4g范圍內，周期性藻類收獲量差異不大。

3 結論與討論

3.1 觀賞魚養殖中的水質凈化技術 在人工養殖水體尤其是觀賞水族養殖過程中，各營養物質的來源主要是餌料的投入和養殖對象自身的排泄物，大量營養物質的積累易導致水體惡化。水質日常維護及凈化多采用物理方式和生物方式濾除營養鹽，無論采用何種方式的最終目的是去除水體中過量的N、P等營養鹽或將對養殖對象有害的NH4+-N和NO2--N轉化為相對無害的NO3--N[10]。不過觀賞魚對NO3--N也有一定的耐受范圍，50mg/L或者更低濃度是其耐受上限。由此可見，傳統的水質凈化方法存在一定的局限性，而藻叢刷系統的出現可以有效地解決這一問題。

3.2 藻叢刷系統水質凈化技術 藻從刷具有設計簡單，材料廉價，對運行環境條件要求較低等特點，在水質凈化和廢水處理方面已經有了一定的應用。藻叢刷基質上附著的大量藻類能夠充分利用不同形式N源P源作為營養源，既有效降低了NH4+-N和NO2--N，又有效地降低了NO3--N濃度[11-12]，N、P去除效果好。由本次研究表明，在持續投喂和不換水的條件下，60d內條紋斑竹鯊養殖水體的NH4+-N、NO2--N和NO3-N均未出現明顯升高，說明借助于底棲藻類對氮磷的吸收特性構建的ATS系統，可吸收養殖鯊魚因代謝、投餌產生的N、P營養鹽，進而使養殖水質維持在穩定水平。表明藻叢刷系統對該水體有著明顯的凈化作用。馬沛明等指出，底棲藻類對NH4+-N較為敏感，當水體中同時存在NH4+-N和NO3--N時，水網藻、剛毛藻水綿等大型綠藻首先利用NH4+-N，待NH4+-N下降到一定程度后，開始利用NO3--N[7]。關于其作用機理也早有報道，由于藻類不能產生有活性的硝酸還原酶，當水體中的NH4+-N濃度很低或近于消耗完時，底棲藻類才NO3--N進行吸收和利用[13]。同樣，藻叢刷系統對對奶牛場廢水和生活污水中的TN、TP的去除率高達46%～90%[14-15]。與此同時，藻叢刷系統中基質上附著的藻類也具有一定的潛在應用價值。因此，利用藻類處理循環水條紋斑竹鯊養殖水體，具有成本低、能耗少、效率高、收益大、出水溶解氧含量高等特點，是一項非常有潛力的生態環保技術。

3.3 影響藻叢刷系統水質凈化效率的因素 藻叢刷系統操作簡便，運行過程中不需特殊手段，只要提供合適的基質和光照，控制特定的流速就能正常運行。為了提高藻叢刷系統水質凈化效率，本研究自制的藻叢刷水質凈化系統由2支日光燈置于藻叢刷處理缸上方提供光照，光照時間為每天7：00～19：00，光暗比為12h∶2h，同潮間帶底棲藻類所獲自然光光照周期一致。采用瀑布式水流設計促提供適宜流速使底棲藻類生物量達到最高。可以作為藻叢刷系統應用于觀賞水族凈化的參考。

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（責編：張宏民）