彭建 周凡 貝亦江 陳劉浦 線婷 馬文君

摘要：針對南美白對蝦Penaeus vannamei養(yǎng)殖尾水特點以及目前采用水生植物法、水生動物法、微生物法、設(shè)施化異位處理法等開展南美白對蝦養(yǎng)殖尾水生態(tài)處理研究與應(yīng)用進展做一綜述。

關(guān)鍵詞：南美白對蝦（Penaeus vannamei）;養(yǎng)殖尾水;生態(tài)處理;進展

南美白對蝦（Penaeus vannamei），又名凡納濱對蝦，因其具有生長周期短、適應(yīng)性佳、抗病能力強、適宜集約化養(yǎng)殖、營養(yǎng)價值高等特點，是優(yōu)良的蝦類養(yǎng)殖品種之一。2018年全國南美白對蝦總產(chǎn)量達(dá)176萬t，產(chǎn)量居養(yǎng)殖蝦類的首位。近年來，國內(nèi)南美白對蝦產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的同時，也面臨著如種質(zhì)衰退、病害多發(fā)、高密度養(yǎng)殖帶來的水體污染等瓶頸問題[1]。特別是在中央環(huán)保督查和國家海洋督察的雙重“環(huán)保風(fēng)暴”壓力下，主產(chǎn)省份對于加快產(chǎn)業(yè)綠色轉(zhuǎn)型的需求越發(fā)迫切。2019年，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《海水養(yǎng)殖尾水排放要求》的征求意見稿編制說明中指出，養(yǎng)殖主體在排放養(yǎng)殖尾水前進行水質(zhì)檢測，對不達(dá)標(biāo)的尾水必須進行適當(dāng)處理，達(dá)到養(yǎng)殖尾水排放標(biāo)準(zhǔn)后再行排放。因此，對南美白對蝦等設(shè)施化高密度養(yǎng)殖模式養(yǎng)殖尾水進行生態(tài)高效處理，實現(xiàn)養(yǎng)殖水的循環(huán)利用或達(dá)標(biāo)排放，已成為當(dāng)務(wù)之急和必然趨勢。本文就國內(nèi)外關(guān)于南美白對蝦設(shè)施化養(yǎng)殖尾水處理研究和應(yīng)用的報道做一綜述，供借鑒與參考。

1南美白對蝦養(yǎng)殖尾水特點

國內(nèi)養(yǎng)殖戶在發(fā)展南美白對蝦養(yǎng)殖過程中，因塘租承包年限、成本、養(yǎng)殖觀念等原因，沒有配套規(guī)劃養(yǎng)殖尾水處理設(shè)施設(shè)備，養(yǎng)殖尾水直接排放較為普遍;同時，為追求養(yǎng)殖利益最大化，往往存在放養(yǎng)密度不合理、飼料投喂不科學(xué)、藥物使用不規(guī)范，清塘整修不及時等現(xiàn)象，南美白對蝦養(yǎng)殖尾水存在以下特點。

一是有機物濃度高。目前南美白對蝦主要采取高密度集約化的養(yǎng)殖模式，容易產(chǎn)生殘餌、糞便、浮游生物殘骸等有機碎屑。有機物含量過高，水質(zhì)變壞，會導(dǎo)致南美白對蝦免疫力下降、生長緩慢，甚至大量死亡。研究表明，養(yǎng)殖水體即使一個月?lián)Q一次水，對蝦池中總的有機物含量仍會隨著養(yǎng)殖時間的增加而增加;未經(jīng)過處理的養(yǎng)殖尾水排放轉(zhuǎn)移到周圍的海域水體中，導(dǎo)致臨近海域水體的富營養(yǎng)化，南美白對蝦養(yǎng)殖場成為了周邊水體環(huán)境的主要有機污染源[2-3]，并對養(yǎng)殖安全造成隱患。

二是無機鹽含量高。飼料殘餌與動物的排泄物為養(yǎng)殖水體中的異養(yǎng)細(xì)菌提供了適宜的生長環(huán)境和營養(yǎng)，使養(yǎng)殖水體中異養(yǎng)細(xì)菌數(shù)目遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過自養(yǎng)硝化細(xì)菌，抑制了硝化細(xì)菌的生長繁殖，無法進行有效的硝化作用，從而造成養(yǎng)殖水體氨氮和亞硝酸鹽的大量積累。研究發(fā)現(xiàn)，每公頃蝦池的氮、磷投入量約為600 kg和250 kg，但只有約27%的氮和約24%的磷能夠轉(zhuǎn)化為水產(chǎn)品，七成以上的投入氮和磷或沉積于池塘底部淤泥，或隨養(yǎng)殖尾水排放[4]。

三是處理難度相對較大。南美白對蝦在生長過程中存在多次蛻殼現(xiàn)象，如果不及時清理，蛻下的蝦殼成為浮游生物的滋生地，在養(yǎng)殖后期易產(chǎn)生排水被堵現(xiàn)象，影響尾水處理效率;其次，南美白對蝦個頭小，養(yǎng)殖密度大，耗水量大，產(chǎn)生尾水量大，且多數(shù)為捕獲期集中快速排放，對于尾水處理系統(tǒng)負(fù)荷壓力大。

2南美白對蝦養(yǎng)殖尾水生態(tài)處理

養(yǎng)殖尾水處理修復(fù)手段可分為物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)和生物修復(fù)三大類。物理修復(fù)主要包括紫外線消毒、泡沫分離、曝氣吹脫、吸附以及過濾等，是一類基礎(chǔ)的修復(fù)手段?；瘜W(xué)修復(fù)主要分為臭氧氧化和生物絮凝。生物修復(fù)方法較多樣，包括水生植物修復(fù)、水生動物修復(fù)、微生物修復(fù)和復(fù)合生物修復(fù)。與前兩種技術(shù)相比，生物修復(fù)依靠生物自身代謝活動來分解和降解水體中污染物，避免養(yǎng)殖環(huán)境二次污染，具有安全性高、運行成本低、操作處理簡單的特點，是一類值得推廣的綠色生態(tài)水質(zhì)調(diào)控技術(shù)[5]。

2.1水生植物法

水生植物能夠吸收水體和底泥中的有機物、營養(yǎng)鹽，富集、吸附懸浮物和重金屬，在生長過程中將水體中超負(fù)荷元素轉(zhuǎn)化為自己生長所需，同時發(fā)達(dá)的根系和通氣組織為水體提供氧氣，達(dá)到凈化水體的目的。劉梅等[6]比較了8種微藻在南美白對蝦尾水處理中的效果，發(fā)現(xiàn)銅綠微囊藻、衣藻和蛋白核小球藻對總氮的去除效率分別達(dá)到74%、69%和60%，對總磷的去除效率60%左右;其中衣藻對氨氮的去除效率達(dá)100%、隱藻對亞硝態(tài)氮的去除率在第8天時仍有80%。吳嘉儀等[7]探索了滸苔對南美白對蝦養(yǎng)殖尾水的處理效果，結(jié)果表明，對氨氮和硝酸鹽氮的去除率在培養(yǎng)的第4天就高于90%，對亞硝酸鹽氮、磷酸鹽和總磷去除率則在培養(yǎng)的第6天高于90%。

在鹽生植物方面，曾碧健等[8]以海馬齒為浮床植物，浮床覆蓋度為池塘的10%，結(jié)果表明，有浮床池塘水體比對照池塘透明度增加，污染物濃度和底泥有機碳含量的質(zhì)量百分比顯著下降;浮床池塘中的浮游動物密度及多樣性都高于對照池塘。吳英杰等[9]研究表明，北美海蓬子生態(tài)浮床對南美白對蝦養(yǎng)殖水體具有良好的凈化效果，50%面積浮床凈化水體總氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、化學(xué)需氧量的效果最佳;且生態(tài)浮床對水體溶解氧、pH、溫度沒有影響。葉聰?shù)萚10]在南美白對蝦淡水養(yǎng)殖池塘中，采用3種浮植方式水培水蕹菜、羽衣甘藍(lán)、生菜進行蔬菜種類、浮植方式篩選，以最佳品種與浮植方式浮植規(guī)模化養(yǎng)蝦塘，進行水生菜生長狀況與凈化蝦塘水質(zhì)效果試驗。結(jié)果表明，水蕹菜生長良好、可有效凈化養(yǎng)蝦水質(zhì)，并且以繩結(jié)式浮植方式培植水蕹菜可獲得最佳的生長效果。鹽生植物應(yīng)用于生產(chǎn)性尾水治理，還需要對鹽生植物與生態(tài)浮床的材料、基質(zhì)及結(jié)構(gòu)關(guān)系、水力停留時間、污染物負(fù)荷和養(yǎng)殖水體凈化效果的關(guān)系，以及鹽生植物的種植面積與經(jīng)濟收益、環(huán)境效益之間的關(guān)系，都尚待做進一步研究。

紅樹林是一種根系發(fā)達(dá)、枝葉茂盛的木本植物，生長在熱帶、亞熱帶海岸潮間帶，因其具有錯綜復(fù)雜的根系，可有效去除水中的顆粒物和氨氮等營養(yǎng)鹽。人工紅樹林濕地已在國外養(yǎng)蝦的尾水處理中得到廣泛應(yīng)用[11-12]。程果鋒等（2010）[13]指出，紅樹林濕地對總氮的去除主要取決于紅樹林濕地的單位面積處理負(fù)荷;對對蝦塘總氮的去除負(fù)荷可達(dá)10.6～60.0 mg/（m2·d）;對懸浮物去除負(fù)荷為13～170 g/（m2·h），平均去除負(fù)荷為63 g/（m2·h），為非紅樹林種植區(qū)沉淀負(fù)荷的3.5倍。虞丹君等[14]選取秋茄、桐花、白骨壤等3種耐寒性較強的紅樹植物，對比分析紅樹人工濕地處理對浙江舟山地區(qū)南美白對蝦大棚養(yǎng)殖尾水的凈化效果，發(fā)現(xiàn)秋茄人工濕地在養(yǎng)殖尾水前期處理中效果較好;但整體上以白骨壤的人工濕地處理效果最優(yōu)。

2.2水生動物法

水生動物法通常是指通過在白對蝦養(yǎng)殖水域中套養(yǎng)、混養(yǎng)魚、蝦、鱉、貝、藻等品種，實現(xiàn)多營養(yǎng)層級綜合養(yǎng)殖，提高飼料利用率、改善養(yǎng)殖系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)循環(huán)，提高浮游植物多樣性，促進水體藻相穩(wěn)定，有效改善養(yǎng)殖水體環(huán)境的同時還能提高單位水體的經(jīng)濟產(chǎn)出。秦文娟等[15]在室內(nèi)研究中發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用龍須菜和縊蟶混養(yǎng)，24 h內(nèi)對南美白對蝦養(yǎng)殖尾水中的氨氮、硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮、磷酸鹽、總氮和總磷的去除率可分別達(dá)到76.92%、77.97%、77.88%、80.00%、71.67%和71.95%。李俊偉等[16]在白對蝦精養(yǎng)池塘中放養(yǎng)鯔魚幼魚（約300尾/畝），發(fā)現(xiàn)鯔魚的擾動可以促進底部有機質(zhì)向上層水體遷移，有利于降低氨氮、亞硝酸鹽等的積累，加快養(yǎng)殖系統(tǒng)內(nèi)的物質(zhì)循環(huán)。此外，因羅氏沼蝦食性較雜，可攝食水體中殘餌及其他有機碎屑，凈化水體，起到了“清道夫”作用;且羅氏沼蝦會對體質(zhì)較弱的白對蝦進行捕食，達(dá)到優(yōu)勝劣汰的目的[17]。

2.3微生物法

微生物法即利用微生物處理養(yǎng)殖廢水，根據(jù)手段不同，大概分為兩類，一類是依靠介質(zhì)的生物濾器法，一類是無需介質(zhì)的微生態(tài)制劑法。利用微生物處理凈化污染物是進行大面積環(huán)境污染治理和生態(tài)修復(fù)的最有效且經(jīng)濟的方法之一。

2.3.1生物濾器以生物濾器為核心處理單位的循環(huán)水養(yǎng)殖主要利用濾料表面形成的生物膜去除水體中氨氮和亞硝酸氮。生物膜由微生物附著于不同載體而形成，其形成方式主要有兩種，一是根據(jù)用途采用已篩選出具有特殊功能的微生物進行掛膜培養(yǎng)，二是利用養(yǎng)殖水體中土著微生物自然掛膜。張健龍等[18]研究發(fā)現(xiàn)，南美白對蝦循環(huán)水養(yǎng)殖塘掛膜式生物濾器各部位微生物物種多樣性豐富，微生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定，可有效維持循環(huán)水系統(tǒng)的水質(zhì);掛膜上的氨氧化細(xì)菌平均豐度比例為1.70%，硝化細(xì)菌平均比例為6.99%，是系統(tǒng)中主要去除氨氮和亞硝酸氮的微生物。

生物濾器中的濾料種類包括天然生物濾料、有機高分子濾料和無機濾料等;其中天然生物濾料有貝殼、珊瑚石、沸石、沙子等，有機高分子濾料如PE、PP、PVF等，無機濾料像活性炭、硅鋁酸鹽、陶粒等[19]。章霞等[20]研究對比無機濾料陶瓷環(huán)、有機濾料PE和藤壺殼處理南美白對蝦尾水效果，發(fā)現(xiàn)藤壺殼對氨氮、亞硝酸鹽氮、磷酸鹽的去除率均達(dá)到90%以上;且當(dāng)藤壺濾料與水體積比例為2：10時，綜合成本最低且效果最佳，表明藤壺殼是一種良好的生物濾料。

2.3.2微生態(tài)制劑目前在南美白對蝦養(yǎng)殖上使用微生態(tài)制劑，主要以內(nèi)服的飼料添加劑和直接投入水體中的水質(zhì)改良劑兩種類型為主。侯樹宇等[21]以芽孢桿菌和乳酸菌為主、輔以放線菌組成的復(fù)合微生物菌劑修復(fù)對蝦養(yǎng)殖水體，菌劑投加6 d后水體中化學(xué)需氧量和亞硝酸鹽氮的去除率分別達(dá)到84.7%和81.5%，養(yǎng)殖水質(zhì)得到明顯改善。沈南南等[22]通過在南美白對蝦養(yǎng)殖水體中添加小球藻和芽孢桿菌，發(fā)現(xiàn)菌-藻聯(lián)合處理組能很好地降低水體中氮、磷的含量，對氨氮的作用尤為明顯;并且菌-藻聯(lián)合處理組對水質(zhì)的調(diào)控效果要優(yōu)于只添加芽孢桿菌組或小球藻組。

目前國內(nèi)商業(yè)化的硝化細(xì)菌制劑多為淡水型，適用于海水的產(chǎn)品很少;有報道指出，在養(yǎng)殖廢水處理中僅有芽孢桿菌或硝化細(xì)菌單一菌種均無法同步去除廢水中的有機物、氨氮和亞硝酸鹽，并且芽孢桿菌和硝化細(xì)菌以游離菌方式聯(lián)合處理無法實現(xiàn)同步高效降解[23]。固定化微生物技術(shù)具有能純化和保持高效菌種、承受有毒物質(zhì)沖擊能力及高效降解廢水的功能。Shan等[24]報道利用陶土顆粒固定化硝化細(xì)菌處理對蝦養(yǎng)殖廢水，6 d后氨氮從3.5 mg/L到完全去除;Manju等[25]利用木屑顆粒固定化硝化細(xì)菌處理對蝦養(yǎng)殖廢水，7 d后氨氮從15 mg/L也實現(xiàn)完全去除。從南美白對蝦養(yǎng)殖塘底泥中富集硝化細(xì)菌并連續(xù)培養(yǎng)，篩選化學(xué)需氧量降解能力強的解淀粉芽孢桿菌，采用吸附力強和成球效果好的無毒材質(zhì)進行分別固定化，并通過優(yōu)化固定化提高機械強度，探究硝化細(xì)菌和芽孢桿菌聯(lián)合使用在對蝦養(yǎng)殖廢水中的處理效果，發(fā)現(xiàn)48小時后養(yǎng)殖尾水中的有機物、氨氮和亞硝酸鹽均實現(xiàn)99%以上的同步高效降解[23]。

2.4設(shè)施化異位處理

近年來，國內(nèi)外開展的南美白對蝦健康養(yǎng)殖設(shè)施系統(tǒng)研究與應(yīng)用，建設(shè)設(shè)施化的養(yǎng)殖尾水處理系統(tǒng)（占養(yǎng)殖場的10%左右），對養(yǎng)殖尾水進行集中處理。通過人工構(gòu)建生態(tài)處理溝、貝藻塘和人工紅樹林濕地等設(shè)施依次處理南美白對蝦養(yǎng)殖尾水，可在實現(xiàn)尾水達(dá)標(biāo)排放的同時，還能收獲大型藻類、牡蠣等經(jīng)濟作物，取得良好的生態(tài)和經(jīng)濟效益[13]。王芳芳等[26]示范了以尾水集中沉淀、曝氣+排水渠底鋪養(yǎng)殖貝類+紅樹林凈化處理模式，避免了養(yǎng)殖尾水直排，有效降低了南美白對蝦集約化養(yǎng)殖場尾水對海區(qū)的污染。王甘翔等[27]構(gòu)建了一種異位處理系統(tǒng)，養(yǎng)殖尾水依次流經(jīng)生態(tài)溝、沉淀池、生物濾池、生物凈化池，通過水生植物吸收、沉淀吸附、微生物降解等作用，降低化學(xué)需氧量、氨氮、總磷、總氮等含量，實現(xiàn)凈化處理，經(jīng)過多層次處理后的尾水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，且接近GB 3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)，凈化效果明顯。

3結(jié)語

循環(huán)養(yǎng)殖模式與尾水生態(tài)處理的結(jié)合是海水養(yǎng)殖今后發(fā)展的重要趨勢。目前關(guān)于南美白對蝦養(yǎng)殖尾水的生態(tài)化處理模式與技術(shù)的研究已有一定的進展，但部分還停留在實驗室模擬試驗階段。今后需要進一步加強技術(shù)的集成創(chuàng)新與生產(chǎn)性效果驗證，開展生態(tài)效益和經(jīng)濟效益之間的綜合評估，加快技術(shù)的集成創(chuàng)新與示范應(yīng)用，助推南美白對蝦產(chǎn)業(yè)的提質(zhì)增效與綠色發(fā)展，輻射帶動海水養(yǎng)殖業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。

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（收稿日期：2019-10-12）