李茹霞 聂文婧 李斌 李俊林 王向誉 乔鹏 付娆

摘要：针对沿海高密度养殖业产生的大量养殖尾水引起的水体富营养化问题，以耐盐且具有经济价值的番杏（Tetragoniatetragonoides）为试验材料，采用人工模拟试验，设置5种不同盐度（0、8‰、16‰、24‰、30‰）和5种不同氮磷添加量（总氮+总磷分别为0，3.0mg/L+0.1mg/L，12.0mg/L+0.8mg/L，20.0mg/L+1.5mg/L，40.0mg/L+4.0mg/L）的水体，研究番杏生长情况及对水体中氮盐（NH+4-N和NO-3-N）和磷盐（PO3-4-P）的吸收效果。结果表明，至处理20d时，番杏在不同盐度条件下均可以生长，低盐度（8‰）可促进其生物量增加，中高盐度（16‰、24‰、30‰）则抑制其生物量增加。对照组和低盐度（8‰）组中番杏对铵氮（NH+4-N）的吸收效果最佳，去除率在99%以上;较高盐度（16‰、24‰、30‰）处理中NH+4-N的去除率随盐度升高逐渐降至91.60%。盐度也显著影响番杏对硝酸盐（NO-3-N）的吸收效果，去除率由92.15%（对照组）降至70.04%（30‰盐度组）。番杏对磷酸盐（PO3-4-P）的去除率（66.46%）在高盐度（30‰）处理组最高。番杏对含较高浓度氮磷（总氮>12.0mg/L、总磷>0.8mg/L）的富营养化水体中NH+4-N、NO-3-N和PO3-4-P的去除率分别大于97%、73%和80%。综合来看，番杏作为一种耐盐蔬菜，可以有效地对一定盐度及不同富营养化程度的海水进行生物修复。

关键词：番杏;海水养殖;富营养化;盐度;氮磷浓度;净化效果

我国拥有18000km大陆海岸线，适合水产养殖的面积达1.3×106hm2，具有良好的海水养殖发展条件[1]。自1979年以来，海水养殖业迅猛发展，沿海育苗场及养殖池塘尾水排放量与日俱增，每年有近3亿m3含有残饵、生物残骸和排泄物的养殖尾水排入附近海域，使海湾水域富营养化问题日趋严峻[2]。水体中氮磷等营养物质的极大增加，导致某些浮游藻类和浮游生物大量繁殖，引起水中溶解氧浓度降低、水质恶化、水生生物大量异常死亡，既影响了水产品质量，也威胁到人类的健康，已成为制约海水养殖业健康持续发展的重要因素，因此，对海水养殖尾水的修复净化变得十分重要[3]。利用植物修复富营养化海水是一种绿色环保、具有巨大应用潜力的修复技术[4]。

番杏（Tetragoniatetragonoides）又名法国菠菜、新西兰菠菜、海菠菜、洋菠菜等，根系发达，耐高温和低温，抗旱涝，耐盐碱，适应性强，广泛生长于沿海沙地、紅树林林缘等滨海地带[5-7]。番杏生长的适宜盐度范围为0～25‰，在此范围内叶面积和生物量随盐度的增加而增加;盐度达到35‰时生长和繁殖受到抑制，生物量下降约1/3，但仍能正常完成生活史[8]。此外，番杏具有较高的营养价值和经济价值，富含无机盐、氨基酸、还原糖、类胡萝卜素等物质[9，10]，是一种特色海水蔬菜，在药用以及滨海盐碱地农业发展方面都有非常重要的应用价值[11]。

本研究以番杏为供试植物，通过人工配制不同盐度和不同氮磷浓度的水体模拟滩涂水体盐度和富营养化程度，研究不同盐度和不同氮磷浓度条件下番杏的生长情况及对氮、磷的去除效率，以评估番杏对含有一定盐度且富营养化的海水养殖废水的生物修复效果，为解决近岸滩涂水体富营养化问题提供可行方案。

1材料与方法

1.1试验材料培养

将番杏种子置于温水中浸泡24h，去除果皮，小心挑出种子，播种于装有石英砂且下部有孔的塑料盆中，置于12h光照（25℃）、12h黑暗（20℃）的人工气候培养箱中培养，待种子出苗后用1/2Hoagland营养液浇灌，培养20d。选取株高10cm左右且长势一致的幼苗，清洗根部，移栽于水培盆中，每盆移栽18株，用1/2Hoagland营养液驯化培养2周，待番杏长出较多的水生根后用于后续试验。

1.2试验处理

1.2.1不同盐度处理 设置5种盐度处理，分别为对照组S0（盐度为0）、低盐度组S8（盐度为8‰）、中盐度组S16（盐度为16‰）、中高盐度组S24（盐度为24‰）和高盐度组S30（盐度为30‰），每个处理3个平行。各盐度水体配制以1/2Hoagland营养液为基础，通过添加不同量的NaCl获得，并利用衡欣AZ8373盐度计准确定量盐度。

1.2.2不同氮磷浓度处理 设置5种氮磷添加量处理以模拟不同程度的富营养化海水，氮磷添加量见表1，每个处理3个平行。对照（Nt1）为未添加氮磷的盐度为16‰的海水，用天然海水和蒸馏水配制;Nt2～Nt5处理的水体根据GB3097—1997中规定的海水水质标准，以天然海水和蒸馏水为基础，通过添加NH4NO3和KH2PO4配制，盐度均为16‰。除氮磷元素外，番杏生长所需其他营养元素按照1/2Hoagland营养液配方配制。

1.3植物样品测定指标及方法

于处理20d时取番杏植株样品，依次用自来水、去离子水冲洗干净，用吸水纸吸干后称量鲜重;然后装入牛皮纸信封，在105℃杀青0.5h，65℃烘干至恒重，称取干重。植株相对生长量（RGY）计算公式为：RGY=（W2-W1）/W1，其中W1和W2分别为处理前和处理20d的单株鲜质量。

1.4水体测定指标和方法

试验期内每5d用一次性注射器取一次水体样品，过0.45μm微孔滤膜，-20℃冷冻保存待测。

使用Smartchem200全自动间断化学分析仪测定水体中铵氮、硝酸盐和磷酸盐含量[12]，其中，铵氮含量的测定用次溴酸盐氧化法，硝酸盐含量的测定采用硫酸肼法，磷酸盐含量的测定采用磷钼蓝分光光度法。

番杏对水体中污染物的去除率计算公式为W（%）=（C0-Ci）/C0×100，式中W为污染物去除率，C0为污染物初始浓度（mg/L），Ci表示第i天时水体中污染物浓度（mg/L）。结果取3个平行试验的平均值。

1.5数据处理与分析

用MicrosoftExcel2010和SPSS13.0软件对数据进行整理和显著性分析（P<0.05）。

2结果与分析

2.1不同盐度和氮磷浓度下番杏的生长情况

随盐度增加，番杏单株鲜、干重和植株相对生长量（RGY）呈现先升高后降低趋势，均在盐度8‰时最大，分别为20.07g、2.24g、1.74;在盐度30‰时最小，分别为8.59g、0.95g、0.17。除16‰盐度处理的单株鲜重和RGY与对照组差异不显著外，各盐度处理间的单株鲜重、干重和RGY差异显著（图1A）。

不同氮磷浓度对番杏生物量影响显著，随氮磷浓度增加，单株干、鲜重和RGY呈升高趋势，高氮磷浓度处理Nt4（20mg/LTN+1.5mg/LTP）处理后趋于平缓（图1B）。对照Nt1的单株鲜、干重和RGY最小，分别为11.77g、1.13g、0.61;Nt4的单株鲜重和RGY最大，分别为15.99g、1.18;Nt5（40mg/LTN+4.0mg/LTP）的单株干重最大为1.77g。各氮磷添加处理组的番杏单株鲜、干重和RGY均与对照组差异显著。

2.2番杏对不同盐度水体中氮磷的吸收

2.2.1对铵氮（NH+4-N）的吸收 随处理时间延长，不同盐度水体中的NH+4-N浓度逐渐降低，去除率逐渐升高（图2）。至处理20d时，对照组中NH+4-N去除率最高，达99.74%;其余依次为S8、S16、S24、S30处理，NH+4-N去除率分别为99.39%、97.68%、93.86%、91.60%。随盐度升高，番杏对水体中NH+4-N的去除率逐渐下降，但不同盐度处理间差异较小。

2.2.2对硝酸盐（NO-3-N）的吸收 随处理时间延长，不同盐度水体中NO-3-N浓度逐渐降低，去除率逐渐升高（图3）。至处理20d时，对照组NO-3-N去除率最高，达92.15%;S8、S16、S24处理的NO-3-N去除率差异较小，分别为83.50%、82.21%、79.77%;S30的NO-3-N去除率最低，明显低于其他处理，仅为70.04%。随盐度升高，番杏对水体中NO-3-N的去除率降低，对照组去除率显著高于盐度为30‰的处理组。

2.2.3对磷酸盐（PO3-4-P）的吸收 随处理时间延长，不同盐度水体中PO3-4-P浓度均逐渐降低，去除率逐渐升高（图4）。至处理20d时，盐度为30‰的处理组中PO3-4-P去除率最高，为66.46%;S8、S24、S16的PO3-4-P去除率也较高，分别为63.50%、62.80%、61.27%;S0处理的PO3-4-P去除率最低，为58.34%。总体来说，番杏对水体中PO3-4-P的去除率有随盐度升高而升高的趋势，但各盐度处理间差异不显著。

2.3番杏对不同氮磷浓度水体中氮磷的吸收

2.3.1对NH+4-N的吸收 由图5可见，随处理时间延长，各处理水体中的NH+4-N浓度逐渐降低，去除率逐渐升高，氮磷添加量越多的水体NH+4-N浓度下降越快。至处理20d时，氮磷添加处理的NH+4-N去除率均高于对照Nt1处理（74.77%），其中，Nt3、Nt5处理的去除率较高，分别为98.69%和98.10%，其次为Nt4和Nt2处理，分别为97.92%和94.45%。

2.3.2对NO-3-N的吸收 由图6可见，随处理时间延长，各处理水体中的NO-3-N浓度逐渐下降，去除率逐渐升高，氮磷添加量越多的水体NO-3-N浓度下降越快。至处理20d时，Nt4处理的NO-3-N去除率最高，达78.09%，其次为Nt5、Nt3、Nt2，去除率分别为75.74%、73.37%、70.80%，四者间差异较小，但均显著高于Nt1（50.02%）。

2.3.3对PO3-4-P的吸收 由图7可见，随处理时间的延长，各处理水体中PO3-4-P浓度快速下降，去除率快速上升，处理10d后变化趋势变缓。至处理20d时，氮磷添加量较高的Nt5、Nt4、Nt3处理的PO3-4-P去除率均高于对照Nt1（78.41%），分别为89.24%、83.40%、80.62%，而氮磷添加量较低的Nt2处理PO3-4-P去除率低于对照，仅为74.00%。

3讨论与结论

富营养化的海水养殖废水盐度高，选用合适的耐盐植物才能有效发挥生物修复功能[13]。番杏生长于海滨，耐盐性强、耐贫瘠，其生长对环境条件的要求不高[14]。有研究表明，低盐度（≤400mmol/L）促进番杏生长，高盐度（600mmol/L）抑制其生长[15]。本试验结果表明，番杏在0～30‰（0～500mmol/LNaCl）盐度的水体中均可以生长，8‰盐度能促进其生物量增加，但盐度超过16‰时显著抑制其相对生长量。在盐度16‰条件下，番杏生物量积累随水体中氮磷浓度的升高而增加，但当水体中总氮超过20.0mg/L、总磷超过1.5mg/L后，番杏相对生长量增幅趋缓。表明，番杏在盐度低于16‰、总氮20.0～40.0mg/L、总磷1.5～4.0mg/L的水體中均能生长良好，可获得较高生物量。

通过分析不同盐度下番杏对水体中氮磷的去除率，我们发现，至处理20d时，在无盐和低盐度（8‰）水体中番杏对NH+4-N和NO-3-N的去除效果好，去除率分别在99%和83%以上，随盐度升高，去除率下降;但对于磷盐（PO3-4-P），高盐度更有利于番杏去除水体中的PO3-4-P，在30‰盐度条件下的去除率为66.46%，盐度降低，去除率有所降低。

本试验通过添加不同量氮磷模拟不同程度富营养化海水，并在盐度16‰条件下研究番杏对富营养化水体中氮磷的去除效果，发现番杏对总氮高于12.0mg/L、总磷高于0.8mg/L的水体中的氮磷去除效果好，对NH+4-N去除率达97%以上，对NO3-4-N去除率大于73%，对PO3-4-P去除率大于80%。

上述结果与典型盐生植物碱蓬对不同盐度[16]和不同程度[17]富营养化水体中营养物质的吸收结果类似，说明盐度和富营养化程度在影响耐盐植物自身生长的同时，亦影响了其对水体中营养盐的吸收。综合本研究结果发现，番杏在低、中盐度及中、高营养化程度的水体中能够正常生长，且净化氮、磷盐的效率高。因此，可以在盐度接近16‰的滨海滩涂富营养化水体中栽植番杏，用于对水产养殖废水进行生物修复和改良，以缓解其所造成的近海富营养化问题。