南美白对虾养殖尾水生态处理技术研究进展

    彭建 周凡 贝亦江 陈刘浦 线婷 马文君

    摘要：针对南美白对虾Penaeus vannamei养殖尾水特点以及目前采用水生植物法、水生动物法、微生物法、设施化异位处理法等开展南美白对虾养殖尾水生态处理研究与应用进展做一综述。

    关键词：南美白对虾（Penaeus vannamei）;养殖尾水;生态处理;进展

    南美白对虾（Penaeus vannamei），又名凡纳滨对虾，因其具有生长周期短、适应性佳、抗病能力强、适宜集约化养殖、营养价值高等特点，是优良的虾类养殖品种之一。2018年全国南美白对虾总产量达176万t，产量居养殖虾类的首位。近年来，国内南美白對虾产业快速发展的同时，也面临着如种质衰退、病害多发、高密度养殖带来的水体污染等瓶颈问题[1]。特别是在中央环保督查和国家海洋督察的双重“环保风暴”压力下，主产省份对于加快产业绿色转型的需求越发迫切。2019年，行业标准《海水养殖尾水排放要求》的征求意见稿编制说明中指出，养殖主体在排放养殖尾水前进行水质检测，对不达标的尾水必须进行适当处理，达到养殖尾水排放标准后再行排放。因此，对南美白对虾等设施化高密度养殖模式养殖尾水进行生态高效处理，实现养殖水的循环利用或达标排放，已成为当务之急和必然趋势。本文就国内外关于南美白对虾设施化养殖尾水处理研究和应用的报道做一综述，供借鉴与参考。

    1南美白对虾养殖尾水特点

    国内养殖户在发展南美白对虾养殖过程中，因塘租承包年限、成本、养殖观念等原因，没有配套规划养殖尾水处理设施设备，养殖尾水直接排放较为普遍;同时，为追求养殖利益最大化，往往存在放养密度不合理、饲料投喂不科学、药物使用不规范，清塘整修不及时等现象，南美白对虾养殖尾水存在以下特点。

    一是有机物浓度高。目前南美白对虾主要采取高密度集约化的养殖模式，容易产生残饵、粪便、浮游生物残骸等有机碎屑。有机物含量过高，水质变坏，会导致南美白对虾免疫力下降、生长缓慢，甚至大量死亡。研究表明，养殖水体即使一个月换一次水，对虾池中总的有机物含量仍会随着养殖时间的增加而增加;未经过处理的养殖尾水排放转移到周围的海域水体中，导致临近海域水体的富营养化，南美白对虾养殖场成为了周边水体环境的主要有机污染源[2-3]，并对养殖安全造成隐患。

    二是无机盐含量高。饲料残饵与动物的排泄物为养殖水体中的异养细菌提供了适宜的生长环境和营养，使养殖水体中异养细菌数目远远超过自养硝化细菌，抑制了硝化细菌的生长繁殖，无法进行有效的硝化作用，从而造成养殖水体氨氮和亚硝酸盐的大量积累。研究发现，每公顷虾池的氮、磷投入量约为600 kg和250 kg，但只有约27%的氮和约24%的磷能够转化为水产品，七成以上的投入氮和磷或沉积于池塘底部淤泥，或随养殖尾水排放[4]。

    三是处理难度相对较大。南美白对虾在生长过程中存在多次蜕壳现象，如果不及时清理，蜕下的虾壳成为浮游生物的滋生地，在养殖后期易产生排水被堵现象，影响尾水处理效率;其次，南美白对虾个头小，养殖密度大，耗水量大，产生尾水量大，且多数为捕获期集中快速排放，对于尾水处理系统负荷压力大。

    2南美白对虾养殖尾水生态处理

    养殖尾水处理修复手段可分为物理修复、化学修复和生物修复三大类。物理修复主要包括紫外线消毒、泡沫分离、曝气吹脱、吸附以及过滤等，是一类基础的修复手段。化学修复主要分为臭氧氧化和生物絮凝。生物修复方法较多样，包括水生植物修复、水生动物修复、微生物修复和复合生物修复。与前两种技术相比，生物修复依靠生物自身代谢活动来分解和降解水体中污染物，避免养殖环境二次污染，具有安全性高、运行成本低、操作处理简单的特点，是一类值得推广的绿色生态水质调控技术[5]。

    2.1水生植物法

    水生植物能够吸收水体和底泥中的有机物、营养盐，富集、吸附悬浮物和重金属，在生长过程中将水体中超负荷元素转化为自己生长所需，同时发达的根系和通气组织为水体提供氧气，达到净化水体的目的。刘梅等[6]比较了8种微藻在南美白对虾尾水处理中的效果，发现铜绿微囊藻、衣藻和蛋白核小球藻对总氮的去除效率分别达到74%、69%和60%，对总磷的去除效率60%左右;其中衣藻对氨氮的去除效率达100%、隐藻对亚硝态氮的去除率在第8天时仍有80%。吴嘉仪等[7]探索了浒苔对南美白对虾养殖尾水的处理效果，结果表明，对氨氮和硝酸盐氮的去除率在培养的第4天就高于90%，对亚硝酸盐氮、磷酸盐和总磷去除率则在培养的第6天高于90%。

    在盐生植物方面，曾碧健等[8]以海马齿为浮床植物，浮床覆盖度为池塘的10%，结果表明，有浮床池塘水体比对照池塘透明度增加，污染物浓度和底泥有机碳含量的质量百分比显著下降;浮床池塘中的浮游动物密度及多样性都高于对照池塘。吴英杰等[9]研究表明，北美海蓬子生态浮床对南美白对虾养殖水体具有良好的净化效果，50%面积浮床净化水体总氮、铵态氮、硝态氮、化学需氧量的效果最佳;且生态浮床对水体溶解氧、pH、温度没有影响。叶聪等[10]在南美白对虾淡水养殖池塘中，采用3种浮植方式水培水蕹菜、羽衣甘蓝、生菜进行蔬菜种类、浮植方式筛选，以最佳品种与浮植方式浮植规模化养虾塘，进行水生菜生长状况与净化虾塘水质效果试验。结果表明，水蕹菜生长良好、可有效净化养虾水质，并且以绳结式浮植方式培植水蕹菜可获得最佳的生长效果。盐生植物应用于生产性尾水治理，还需要对盐生植物与生态浮床的材料、基质及结构关系、水力停留时间、污染物负荷和养殖水体净化效果的关系，以及盐生植物的种植面积与经济收益、环境效益之间的关系，都尚待做进一步研究。

    红树林是一种根系发达、枝叶茂盛的木本植物，生长在热带、亚热带海岸潮间带，因其具有错综复杂的根系，可有效去除水中的颗粒物和氨氮等营养盐。人工红树林湿地已在国外养虾的尾水处理中得到广泛应用[11-12]。程果锋等（2010）[13]指出，红树林湿地对总氮的去除主要取决于红树林湿地的单位面积处理负荷;对对虾塘总氮的去除负荷可达10.6～60.0 mg/（m2·d）;对悬浮物去除负荷为13～170 g/（m2·h），平均去除负荷为63 g/（m2·h），为非红树林种植区沉淀负荷的3.5倍。虞丹君等[14]选取秋茄、桐花、白骨壤等3种耐寒性较强的红树植物，对比分析红树人工湿地处理对浙江舟山地区南美白对虾大棚养殖尾水的净化效果，发现秋茄人工湿地在养殖尾水前期处理中效果较好;但整体上以白骨壤的人工湿地处理效果最优。

    2.2水生动物法

    水生动物法通常是指通过在白对虾养殖水域中套养、混养鱼、虾、鳖、贝、藻等品种，实现多营养层级综合养殖，提高饲料利用率、改善养殖系统内物质循环，提高浮游植物多样性，促进水体藻相稳定，有效改善养殖水体环境的同时还能提高单位水体的经济产出。秦文娟等[15]在室内研究中发现，应用龙须菜和缢蛏混养，24 h内对南美白对虾养殖尾水中的氨氮、硝态氮、亚硝态氮、磷酸盐、总氮和总磷的去除率可分别达到76.92%、77.97%、77.88%、80.00%、71.67%和71.95%。李俊伟等[16]在白对虾精养池塘中放养鲻鱼幼鱼（约300尾/亩），发现鲻鱼的扰动可以促进底部有机质向上层水体迁移，有利于降低氨氮、亚硝酸盐等的积累，加快养殖系统内的物质循环。此外，因罗氏沼虾食性较杂，可摄食水体中残饵及其他有机碎屑，净化水体，起到了“清道夫”作用;且罗氏沼虾会对体质较弱的白对虾进行捕食，达到优胜劣汰的目的[17]。

    2.3微生物法

    微生物法即利用微生物处理养殖废水，根据手段不同，大概分为两类，一类是依靠介质的生物滤器法，一类是无需介质的微生态制剂法。利用微生物处理净化污染物是进行大面积环境污染治理和生态修复的最有效且经济的方法之一。

    2.3.1生物滤器以生物滤器为核心处理单位的循环水养殖主要利用滤料表面形成的生物膜去除水体中氨氮和亚硝酸氮。生物膜由微生物附着于不同载体而形成，其形成方式主要有两种，一是根据用途采用已筛选出具有特殊功能的微生物进行挂膜培养，二是利用养殖水体中土著微生物自然掛膜。张健龙等[18]研究发现，南美白对虾循环水养殖塘挂膜式生物滤器各部位微生物物种多样性丰富，微生态系统稳定，可有效维持循环水系统的水质;挂膜上的氨氧化细菌平均丰度比例为1.70%，硝化细菌平均比例为6.99%，是系统中主要去除氨氮和亚硝酸氮的微生物。

    生物滤器中的滤料种类包括天然生物滤料、有机高分子滤料和无机滤料等;其中天然生物滤料有贝壳、珊瑚石、沸石、沙子等，有机高分子滤料如PE、PP、PVF等，无机滤料像活性炭、硅铝酸盐、陶粒等[19]。章霞等[20]研究对比无机滤料陶瓷环、有机滤料PE和藤壶壳处理南美白对虾尾水效果，发现藤壶壳对氨氮、亚硝酸盐氮、磷酸盐的去除率均达到90%以上;且当藤壶滤料与水体积比例为2：10时，综合成本最低且效果最佳，表明藤壶壳是一种良好的生物滤料。

    2.3.2微生态制剂目前在南美白对虾养殖上使用微生态制剂，主要以内服的饲料添加剂和直接投入水体中的水质改良剂两种类型为主。侯树宇等[21]以芽孢杆菌和乳酸菌为主、辅以放线菌组成的复合微生物菌剂修复对虾养殖水体，菌剂投加6 d后水体中化学需氧量和亚硝酸盐氮的去除率分别达到84.7%和81.5%，养殖水质得到明显改善。沈南南等[22]通过在南美白对虾养殖水体中添加小球藻和芽孢杆菌，发现菌-藻联合处理组能很好地降低水体中氮、磷的含量，对氨氮的作用尤为明显;并且菌-藻联合处理组对水质的调控效果要优于只添加芽孢杆菌组或小球藻组。

    目前国内商业化的硝化细菌制剂多为淡水型，适用于海水的产品很少;有报道指出，在养殖废水处理中仅有芽孢杆菌或硝化细菌单一菌种均无法同步去除废水中的有机物、氨氮和亚硝酸盐，并且芽孢杆菌和硝化细菌以游离菌方式联合处理无法实现同步高效降解[23]。固定化微生物技术具有能纯化和保持高效菌种、承受有毒物质冲击能力及高效降解废水的功能。Shan等[24]报道利用陶土颗粒固定化硝化细菌处理对虾养殖废水，6 d后氨氮从3.5 mg/L到完全去除;Manju等[25]利用木屑颗粒固定化硝化细菌处理对虾养殖废水，7 d后氨氮从15 mg/L也实现完全去除。从南美白对虾养殖塘底泥中富集硝化细菌并连续培养，筛选化学需氧量降解能力强的解淀粉芽孢杆菌，采用吸附力强和成球效果好的无毒材质进行分别固定化，并通过优化固定化提高机械强度，探究硝化细菌和芽孢杆菌联合使用在对虾养殖废水中的处理效果，发现48小时后养殖尾水中的有机物、氨氮和亚硝酸盐均实现99%以上的同步高效降解[23]。

    2.4设施化异位处理

    近年来，国内外开展的南美白对虾健康养殖设施系统研究与应用，建设设施化的养殖尾水处理系统（占养殖场的10%左右），对养殖尾水进行集中处理。通过人工构建生态处理沟、贝藻塘和人工红树林湿地等设施依次处理南美白对虾养殖尾水，可在实现尾水达标排放的同时，还能收获大型藻类、牡蛎等经济作物，取得良好的生态和经济效益[13]。王芳芳等[26]示范了以尾水集中沉淀、曝气+排水渠底铺养殖贝类+红树林净化处理模式，避免了养殖尾水直排，有效降低了南美白对虾集约化养殖场尾水对海区的污染。王甘翔等[27]构建了一种异位处理系统，养殖尾水依次流经生态沟、沉淀池、生物滤池、生物净化池，通过水生植物吸收、沉淀吸附、微生物降解等作用，降低化学需氧量、氨氮、总磷、总氮等含量，实现净化处理，经过多层次处理后的尾水达到排放标准，且接近GB 3838-2002《地表水环境质量标准》Ⅲ类水标准，净化效果明显。

    3结语

    循环养殖模式与尾水生态处理的结合是海水养殖今后发展的重要趋势。目前关于南美白对虾养殖尾水的生态化处理模式与技术的研究已有一定的进展，但部分还停留在实验室模拟试验阶段。今后需要进一步加强技术的集成创新与生产性效果验证，开展生态效益和经济效益之间的综合评估，加快技术的集成创新与示范应用，助推南美白对虾产业的提质增效与绿色发展，辐射带动海水养殖业的转型升级。

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    （收稿日期：2019-10-12）