紅花美人蕉對(duì)海水養(yǎng)殖尾水中氨態(tài)氮、硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮去除效果研究

李霞，焦忠凱，綦天華，楊立軍，趙瑩，宋成成，楊翼羽

（1.長(zhǎng)春市水產(chǎn)品質(zhì)量安全檢測(cè)中心，吉林 長(zhǎng)春 130033；2.長(zhǎng)春市石頭口門水庫(kù)管理中心，吉林 長(zhǎng)春 130000）

紅花美人蕉（Mill），美人蕉科，美人蕉屬，常綠叢生草本植物，原產(chǎn)于中國(guó)云南東部、廣東、廣西等地，在歐美各國(guó)廣泛栽培。假莖高1～3 m，莖較細(xì)長(zhǎng)，綠色，葉互生，長(zhǎng)橢圓形，穗狀花序，頂生，直立，生于葉腋，苞片鮮紅色，內(nèi)面粉紅色，苞梢黃色，花后結(jié)漿果，果內(nèi)種子極多。喜溫暖濕潤(rùn)、半蔭蔽的氣候環(huán)境，不耐寒。現(xiàn)于2019—2020年，通過(guò)在內(nèi)陸海水養(yǎng)殖中心栽植紅花美人蕉，研究其6 h滯留期內(nèi)對(duì)人工海水養(yǎng)殖海魚循環(huán)水中硝酸鹽氮（NO-N）、亞硝酸鹽氮（NO-N）和氨態(tài)氮（NH-N）的去除效果。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

2019年6月中旬，訂制10 cm×10 cm×20 cm PVC立體凹槽若干個(gè)。從長(zhǎng)春市花市購(gòu)入若干株大小均勻的紅花美人蕉，去除其根部泥土，用塑料袋包裹，天平（量程0～200 g，精確度0.1 g）稱其濕質(zhì)量。

1.2 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)地點(diǎn)位于長(zhǎng)春市伊通河畔的長(zhǎng)春市水產(chǎn)研究院內(nèi)陸海水養(yǎng)殖中心。該中心常年溫度控制為29～30℃，濕度超過(guò)70%；海水養(yǎng)殖尾水的pH值為8.1～8.3、鹽度為2.9%～3.0%。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)置4個(gè)試驗(yàn)組（分別記為1、2、3和4）和4個(gè)對(duì)照組（分別記為1、2、3和4）。具體設(shè)計(jì)見表1。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.4 試驗(yàn)內(nèi)容

（1）在起始NH-N濃度相同的條件下，不同起始濕質(zhì)量的美人蕉于滯留期內(nèi)（美人蕉放到試驗(yàn)凹槽中開始至試驗(yàn)結(jié)束），檢測(cè)NH-N、NO-N和NO-N（以下簡(jiǎn)稱三氮）質(zhì)量濃度的變化。

（2）在美人蕉相同濕質(zhì)量條件下，NH-N起始質(zhì)量濃度不同的試驗(yàn)組中，檢測(cè)滯留期內(nèi)三氮質(zhì)量濃度變化，判斷美人蕉是否可以減少三氮，并得到其在滯留期內(nèi)對(duì)三氮的去除率等量化指標(biāo)。

1.5 試驗(yàn)方法

滯留期共計(jì)6 h，每隔1 h計(jì)時(shí)1次，每次分別采集試驗(yàn)組和各對(duì)照組水樣，進(jìn)行檢測(cè)。水樣各指標(biāo)的檢測(cè)方法見表2。

表2 所測(cè)指標(biāo)對(duì)應(yīng)檢測(cè)方法

2 結(jié)果與分析

2.1 結(jié)果

美人蕉濕質(zhì)量為0的對(duì)照組中NH-N、NO-N和NO-N的質(zhì)量濃度在滯留期內(nèi)均無(wú)變化。美人蕉對(duì)三氮的影響見表3，三氮指標(biāo)隨滯留時(shí)間的變化見圖1。

圖1 三氮指標(biāo)隨滯留時(shí)間的變化

2.2 分析與討論

2.2.1 美人蕉對(duì)NH-N的去除效果

由表3可知，1和3組起始ρ（NH-N）和ρ（NO-N）相同，按照其美人蕉濕質(zhì)量比例計(jì)算，3組理論上對(duì)NH-N的吸收率應(yīng)為38.5%，但實(shí)際上其吸收率僅為33.3%。1和3組試驗(yàn)條件設(shè)置區(qū)別在于起始ρ（NO-N）不同，可發(fā)現(xiàn)，在ρ（NH-N）＜4 mg/L時(shí)，在相同條件下，ρ（NO-N）較高的水體，可促進(jìn)美人蕉對(duì)NH-N的吸收。

表3 美人蕉對(duì)三氮的影響

2和3組濕質(zhì)量和起始ρ（NO-N）相同，2組起始ρ（NH-N）高，為3組的2倍，但NH-N去除率僅約為3組的1/3。由于本試驗(yàn)時(shí)間設(shè)置過(guò)短，也沒有相關(guān)文獻(xiàn)為參考，因此對(duì)于這一現(xiàn)象的產(chǎn)生原因及6 h后各指數(shù)的相關(guān)變化，需要進(jìn)一步試驗(yàn)以探究。

在6 h滯留期內(nèi)，在相同濕質(zhì)量范圍內(nèi)，美人蕉對(duì)NH-N去除率與NH-N起始質(zhì)量濃度呈負(fù)相關(guān)。在NH-N起始質(zhì)量濃度相同時(shí)，美人蕉對(duì)NH-N去除率與其濕質(zhì)量呈正相關(guān)。

續(xù)表

2.2.2 對(duì)NO-N去除效果

在6 h滯留期內(nèi)，在美人蕉濕質(zhì)量為120 g時(shí)，NO-N去除率與NH-N起始質(zhì)量濃度呈負(fù)相關(guān)；在美人蕉濕質(zhì)量為440 g時(shí)，NO-N去除率與NH-N起始質(zhì)量濃度呈正相關(guān)。

2.2.3 對(duì)NO-N去除效果

在6 h滯留期內(nèi)，美人蕉對(duì)NO-N的去除率均很高，但未發(fā)現(xiàn)其去除率與美人蕉濕質(zhì)量或NH-N起始質(zhì)量濃度之間的明顯規(guī)律。

2.2.4 三氮指標(biāo)變化趨勢(shì)

由對(duì)照組和試驗(yàn)組試驗(yàn)結(jié)果可知，試驗(yàn)組中美人蕉對(duì)去除三氮有較好的效果。在三氮濃度減少總量方面，1和4組美人蕉濕質(zhì)量均為120 g，其三氮減少總量變化趨勢(shì)基本一致。三氮減少總量中，NO-N占比最高，1和4組占比分別為99.6%和99.7%。但1和4組起始NH-N濃度顯著不同，可見在美人蕉濕質(zhì)量為120 g時(shí)，氨氮起始濃度對(duì)三氮濃度減少總量影響不大。2和3組美人蕉濕質(zhì)量均為440 g，2組起始ρ（NH-N）為3組的2倍，而三氮減少總量為3組的3.43倍。2和3組三氮濃度減少總量中，NO-N占比最高，分別為99.6%和97.9%。由于美人蕉在ρ（NH-N）＜4 mg/L時(shí)，對(duì)NH-N的吸收效果較好，因此3組NO-N占比有所下降。由圖1可知，在6 h滯留期內(nèi)，三氮濃度減少量總和、三氮質(zhì)量減少量總和及1 kg美人蕉吸收三氮質(zhì)量總和均隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，并呈線性關(guān)系。1 kg美人蕉吸收三氮總量速率在6 h內(nèi)不斷變化，沒有形成特別的變化規(guī)律。