海水人工湿地氮降解动力学模拟及其影响因素分析

为研究复合垂直流人工湿地系统净化海水养殖尾水过程中氮的降解规律,利用一级动力学模型,模拟了总溶解性氮(TDN)、溶解性有机氮(DON)和3种溶解性无机氮(DIN)在人工湿地系统中的降解特征,并通过变形梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术分析了氮降解与系统中微生物的群落结构和组成的关系。结果显示:海水养殖尾水中各形态氮的降解均符合一级动力学特征(R~2≥0.70),去除速率依次为DINTDNDON,去除速率常数分别为0.10 h~(-1),0.09 h~(-1)和0.03 h~(-1);DIN各组分中,去除速率依次为NH~+_4-NNO~-_2-NNO~-_3-N,去除速率常数分别为0.15 h~(-1),0.11 h~(-1)和0.09 h~(-1)。基质层以及植物根部与脱氮相关的细菌组成丰富,说明在氮去除过程中微生物发挥着至关重要的作用。其中,主要的优势菌门为变形菌门(34.46%)、蓝细菌门(12.78%)、放线菌门(10.55%)、绿弯菌门(10.46%)和拟杆菌门(7.78%)。研究结果可为揭示海水人工湿地的除氮机理提供参考。     

复合垂直流人工湿地植物与基质层微生物群落特征比较分析

为了解复合垂直流人工湿地系统对海水养殖尾水中各形态氮的处理效果, 以及植物与不同基质层微生物群落特征的相似性和差异性, 以互花米草(Spartina alterniflora)-细砂-煤渣-碎石构建的复合垂直流人工湿地系统为研究对象, 研究了该系统对海水石斑鱼养殖尾水中 COD、NO₃ ^– -N、NO₂ ^– -N、NH₄ ⁺ -N 和总氮(TN)的去除效果, 并采用高通量测序技术分析了植物根际和不同基质层微生物群落特征。结果表明, 复合垂直流人工湿地系统对污染物有较好的去除效果, 出水中 COD、NO₃ ^– -N、NO₂ ^– -N、NH₄ ⁺ -N 和 TN 的平均浓度分别为 4.00 mg/L, 0.15 mg/L, 0.16 mg/L, 0.04 mg/L, 0.64 mg/L。植物根际样品和细砂层样品的微生物群落丰富度和多样性较高, 与其他基质层样品具有明显差异; 在门分类水平上优势菌以变形菌门、拟杆菌门、放线菌门、绿弯菌门和厚壁菌门为主, 相对丰度分别为 53.7%、11.5%、11.9%、6.4%、3.7%; 在纲分类水平优势菌以 α-变形菌纲、γ-变形菌纲、放线菌纲和拟杆菌纲为主, 相对丰度分别为 30.1%、20.9%、11.9%、10.3%; 人工湿地中丰度最高的脱氮功能菌包括亚硝化单胞菌属、硝化螺菌属、 芽孢杆菌属、假单胞菌属和不动杆菌属; 系统中微生物代谢功能丰富, 且所有样品功能组成相似; 相同基质层样品的微生物群落组成差异较小, 二级湿地单元各基质层样品微生物群落的差异程度与一级湿地单元相比较小。     

黄岛近海岸贝类养殖区细菌群落结构多样性及与环境因子响应

为了研究近海贝类开放养殖水域中细菌种群分布规律以及微生物群落多样性对环境因子的响应及与水产动物发病的关系,本实验于2019年7—11月采集黄岛某开放养殖水域不同样点海水样本,分析不同水质因子(水温、盐度、pH、DO、叶绿素、氨氮、磷酸盐、硝酸盐和亚硝酸盐)的动态变化,并利用高通量测序的方法分析了不同月份水样和栉孔扇贝组织样本中微生物群落结构和多样性的差异,探讨了环境因子与微生物群落结构的相关性。结果显示,水样本中细菌群落结构共检测到42个门,94个纲。由变形菌门、拟杆菌门、蓝细菌门、放线菌门及厚壁菌门等组成,其中变形菌门为优势菌门,主要包括γ-变形菌纲和α-变形菌纲。不同月份,细菌OTU水平多样性分析结果为11月>9月>7月>10月>8月;弧菌OTU水平多样性分析结果显示,弧菌的多样性呈现先升高后降低的变化,与水温的变化趋势一致,8月养殖区多样性高于对照区。RDA分析表明,叶绿素含量(μg/L)和亚硝酸盐的浓度(mg/L)对门水平的物种组成和群落结构具有显著的影响。磷酸盐含量(mg/L)和DO (mg/L)对弧菌属水平的群落结构具有显著影响。扇贝组织样本细菌群落...     

养殖尾水氮元素在海水人工湿地中的迁移转化过程

为深入探究养殖尾水中氮元素在海水人工湿地内的迁移转化过程,以牙鲆(Paralichthys olivaceous)养殖尾水为研究对象,利用氮稳定同位素技术示踪氮的迁移转化,并采用质量平衡法定量不同脱氮途径对人工湿地脱氮的贡献,以全面评估人工湿地系统的脱氮能力。结果表明,复合垂直流人工湿地对硝态氮有较好的处理效果。经21 d循环运行, NO3--N氮去除率可达(92.81±1.21)%,湿地各基质层中煤渣层δ15N值最低,为(203.58±2.87)‰,珊瑚石层δ15N值最高,为(303.66±2.22)‰;植物中氮含量显著高于各层基质氮含量,平均氮含量为(2.68±0.38)%,其单位质量吸收氮素的能力最强,绝对丰度平均值为(105.61±14.65)×10-3 mg/g,远高于各基质层。系统初期基质、植物及微生物转化对系统脱氮的贡献率分别为44.70%、21.90%、18.11%;稳定期微生物转化则成为主要脱氮途径,贡献率高达60.77%,基质贡献率为6.46%。本研究结果全面揭示了海水养殖尾水中氮元素的去除效率和迁移转化过程,可为氮稳定同位素技术在海水人工湿地系统中的应用提供有效的...     

海水人工湿地脱氮效果与系统内基质酶、微生物分析

利用人工湿地系统探讨了海水养殖外排水中不同形态氮的去除效果,分析了系统内部微生物空间分布、基质酶活性对氮去除效率的影响,深入研究了系统内部各微生物间相互作用、基质酶活性与微生物空间分布关系。选择互花米草为人工湿地植物,种植密度为64株/m2;基质填料选择细纱、高炉矿渣和珊瑚石。在3种不同工况条件下,研究人工湿地系统中氮的去除效果、微生物数量和基质酶活性。结果显示,系统对 TN、NH4-N 平均去除率分别为(25.02±12.69)%、(82.91±17.51)%;系统中不同基质层次的微生物数量和脲酶、脱氢酶活性不同,基质中、上层好氧微生物数量和脲酶、脱氢酶活性显著大于下层,系统下行池中、上层硝化细菌、亚硝化细菌显著高于下层,中、上层反硝化细菌数量明显低于下层;细菌总数与 TN(R2=0.50)和 NH4-N(R2=0.61)去除率存在一定正相关性,基质脲酶与 TN 去除率存在显著正相关性(R2=0.86)。研究结果将有助于理解海水人工湿地处理系统中氮的迁移转化机制。     

凡纳滨对虾工厂化循环水养殖系统水质指标及微生物菌群结构的分析

为探究凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)工厂化循环水养殖系统的养殖水体水质情况以及微生物菌群的组成结构,本研究利用高通量测序技术和生物信息学分析手段,测定凡纳滨对虾工厂化循环水养殖过程一级移动床生物净化、二级固定床生物净化、养殖水体的水质指标、水体和生物净化载体以及对虾肠道微生物菌群的组成。结果显示,水体的氨氮(NH4+-N)和亚硝态氮(NO2–-N)质量浓度显著降低,分别为0.85和0.21 mg/L。养殖系统水体、生物净化载体和虾肠道样品中共有的优势菌为变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes),此外,一级、二级生物净化系统水体中的放线菌门(Actinobacteria)为优势菌,生物净化载体中浮霉菌门(Planctomycetes)和硝化螺旋菌门(Nitrospirae)为优势菌;对虾肠道中的厚壁菌门(Firmicutes)为优势菌。另外,对虾养殖循环水系统中生物净化载体上的细菌物种含量比水样中的细菌物种少,但微生物多样性高于养殖水体,生物净化载体中微生物具有低丰度和高多样性的特点。综上所述,生物净化系统可有效地增加水体中促进氮、磷代谢的微生物菌群,调控养殖水体的水质指标,研究结果为凡纳滨对虾工厂化循环水养殖系统构建及水质调控提供理论依据。     

硫铁矿人工湿地对微污染水源的水质净化效果

为进一步提升人工湿地在微污染水源条件下的同步脱氮除磷能力,以硫铁矿作为湿地填料设计构建了人工湿地装置,并采用挂膜法对硫铁矿进行硫自养型反硝化细菌表面负载,在此基础上研究硫铁矿人工湿地对水体中污染物的去除规律和去除机理,并通过高通量基因测序技术分析硫铁矿表面微生物的群落结构。结果显示,从UASB活性污泥中筛选出的硫自养型反硝化菌活性最高,脱氮效果最好;在微污染水源条件下,硫铁矿潜流人工湿地具有较好的同步脱氮除磷能力,在水力停留时间为60 h条件下,其对水体中的化学需氧量(COD_Cr)、氨氮(NH₃-N)、硝态氮(NO₃-N)、总氮(TN)、总磷(TP)的平均去除率分别达到53.5%、60.9%、67.2%、49.2%、46.3%;矿石表面发现菌群群落达到13门以上,变形菌门(Proteobacteria)为矿石表面最为优势的功能微生物菌群,相对丰度比例占45%左右,硫杆菌属(Thiobacillus)为自养反硝化脱氮的主要功能菌属。研究表明,采用硫铁矿作为填料可显著提高人工湿地的脱氮除磷效果,对微污染水体有较好的水质净化效果,以硫源作为反硝化过程的电子供体可以提高低碳源条件下系统的反硝化效果。     

不同耐盐植物人工湿地净化养殖外排水效果

为了探究不同耐盐植物对海水养殖外排水的去污效果,选取了芦苇(Phragmites australis)与互花米草(Spartina alterniflora)为湿地植物,细沙、蛭石和珊瑚石为基质,构建了2套复合垂直流人工湿地系统。对比分析了2种挺水植物的耐盐性及对海水养殖外排水中氨氮(NH_4-N)、亚硝态氮(NO_2-N)、硝态氮(NO_3-N)、高锰酸钾指数(COD_(Mn))和磷的净化效果。结果显示,芦苇耐盐度最高为20,而互花米草在盐度35以下均能正常生长,芦苇和互花米草湿地系统对NH_4-N的平均去除率分别为(85.48±0.50)%和(95.01±1.18)%,对COD_(Mn)平均去除率分别为(57.74±4.40)%和(72.84±2.64)%。互花米草湿地系统对NH_4-N和COD_(Mn)的平均去除率高于芦苇湿地,分别高9.53%和15.01%,差异性显著(P0.05)。互花米草和芦苇湿地系统对磷酸盐和总磷(TP)的去除率为40.00%~50.00%,差异性不显著(P0.05)。研究表明,在高盐胁迫下,互花米草生长状况和对无机氮(DIN)和COD_(Mn)的去除效果均优于芦苇,2种植物对磷酸盐和TP的去除率差异不明显。     

微生态制剂-生物膜对虾养殖系统水质净化效果研究

为提高对虾养殖系统水质净化能力,改善对虾养殖水环境,利用3种微生态制剂(枯草芽孢杆菌、硝化细菌、光合细菌)和2种生物膜载体(陶粒、纤维毛球)建立4个南美白对虾(Penaeus vannamei)养殖系统,比较不同养殖系统硝化功能的建立过程及对氨氮和亚硝酸盐氮的净化能力,采用高通量测序方法分析细菌群落结构。结果表明,各系统硝化功能建立后,24 h氨氮去除率较初期分别提高12.47%、13.95%、17.25%和17.65%。以纤维毛球为载体,投加硝化细菌、枯草芽孢杆菌和光合细菌系统的氨氧化能力和亚硝酸盐氧化能力强于陶粒系统,24 h氨氮去除率分别高9.03%和9.06%。投放虾苗后,在30 d养殖周期内,各系统氨氮和亚硝酸盐氮含量分别维持在0.20 mg/L和0.15 mg/L以下,硝酸盐氮含量呈缓慢上升趋势。细菌群落结构分析表明,养殖系统生物膜中优势菌门均为变形菌门,占比超40%;优势菌纲为α-变形菌纲、β-变形菌纲、γ-变形菌纲,系统中存在Nitrosomonas、Nitrospira和Nitrococcus等多种参与水体净化以及Algisphaera、Gemmatimonas和Paucibacter等参与有机质分解与对虾益生作用的类群。本研究可为减少养殖水体废物排放及降低水生环境污染风险提供参考。     

不同氨氮和溶解氧条件下循环海水养殖系统生物滤池对氨氮、化学耗氧量及颗粒悬浮物的处理效果

为了建立优化的循环海水养殖系统,采用水质国标检测方法分析了珊瑚石生物滤池在不同氨氮和溶解氧(DO)负荷实验条件下对养殖废水中氨氮、化学耗氧量(COD)及颗粒悬浮物(SS)的处理效果。结果显示,进水氨氮浓度对出水氨氮(正相关)、COD(正相关)均有极显著的影响(P0.01),对SS处理效果影响不显著。当进水氨氮浓度为0.45~0.65 mg/L时,滤池对水体处理效果最优(氨氮平均清除率为82.1%±3.3%;COD平均清除率为7.1%±1.5%;SS平均清除率为5.8%±1.6%)。DO浓度对水体氨氮(负相关)和COD(负相关)处理效果的影响显著(P0.05),对SS处理效果影响不显著。DO浓度为5.0~7.0 mg/L时,水体处理效果最优(氨氮平均清除率为78.7%±3.5%;COD平均清除率为23.0%±5.3%;SS平均清除率为7.1%±2.0%)。因此,本实验环境下的循环海水养殖系统珊瑚石生物滤池在氨氮浓度为0.45~0.65 mg/L,DO浓度为5.0~7.0 mg/L时,对水体中的氨氮、COD、SS的综合处理效果最优。     

三种微生物制剂对有机物废水中氨氮及亚硝酸盐的影响

实验采用复合净水菌、复合芽孢杆菌、光合细菌与空白对照比较了三种微生物制剂对有机物废水中氨氮及亚硝酸盐的处理效果。结果显示：清除氨氮方面：利用微生态制剂微生物制剂净化7d,三种微生物制剂对有机物污染水体中氨氮的清除率均极显著大于对照组（P〈0.01）,处理组之间复合芽孢杆菌的氨氮降解率56.58%,显著大于降解率分别为42.64%和44.02%的复合净水菌和光合细菌组（0.01〈P〈0.05）。清除亚硝酸盐方面：三种微生物制剂对亚硝酸的降解率均极显著大于对照组（P〈0.01）,而复合芽孢杆菌对亚硝酸的降解率68.84%,显著大于复合净水菌47.70%及光合细菌组37.17%（0.01〈P〈0.05）。结果表明：三种微生物制剂对有机物污染的水体中的氨氮及亚硝酸盐均具有降解效果,其中复合芽孢杆菌对于降低水体中氨氮和亚硝酸盐效果最佳。     

Use of an internal fibrous biofilter for intermittent nitrification and denitrification treatments in a zero-discharge shrimp culture tank

To achieve water reuse in recirculating aquaculture systems, intermittent nitrification and denitrification processes using internal fibrous media was proposed. A pre-acclimated Biocord biofilter, with an initial nitrification rate of 17.1 ± 12.4 mg total ammonia nitrogen-N/m²/d was applied in a marine whiteleg shrimp (Litopenaeus vannamei) culture tank. Throughout the experiment, the aerobic nitrification activity of the biofilter was sufficient to control the ammonia and nitrite levels below 0.2 mg-N/L with an accumulation of nitrate up to 50 mg-N/L. The remaining nitrate was successfully removed after shrimp harvest with the same biofilter through anoxic denitrification in conjunction with a methanol supplement at a chemical oxygen demand: nitrate-N ratio of 5:1. With complete nitrogen removal, the water was re-aerated and the next crop of shrimp culture was initiated. In this study, a two-crop shrimp cultivation was performed in sequence in the same tank without water exchange. The microbial diversity was monitored using high-throughput sequencing on Illumina MiSeq, which demonstrated that Proteobacteria (45.3 %), Chloroflexi (18.4 %), and Bacteroidetes (17.1 %) were the most abundant phyla. With an emphasis on nitrogen removal, the family Nitrosomonadaceae and Nitrospiraceae were the dominant nitrifying bacteria during the aerobic nitrification, while a high relative abundance of the Methylophaga and Methylotenera genera was observed under the anoxic condition.     

海马齿对海水养殖系统中氮、磷的移除效果研究

大量的外源性饵料和排泄物使海水养殖水体N、P以及有机物大量增加,导致水质恶化,是制约海水养殖业发展的主要因素。通过构建海马齿面积比为3∶2盐度为15的A、B 2组浮床海水养殖系统,以检验海马齿的N、P移除能力。结果显示,当海马齿处于生长启动期,A组和B组的水质指标与对照组之间无显著性差异（P〉0.05）;但当海马齿生长...     

海水养殖尾水人工湿地处理系统及其脱氮过程研究进展和展望

利用人工湿地处理海水养殖尾水具有很大的应用前景，其中，脱氮是人工湿地的主要任务之一。基质上栽培的植物和附着的微生物参与的氮循环是人工湿地生物脱氮的主要路径，植物和多种氮代谢菌群在人工湿地内部相互协同与制约，构成了一个复杂的氮代谢网络。海水养殖尾水的高盐度和低碳氮比(C/N)又决定了此类人工湿地独特的处理环境和生物脱氮机制。同时，人工湿地的供氧模式、水力负荷(HRT)、水力停留时间(HLR)等水力条件参数对脱氮效能也有很大影响，对这些指标进行调控和优化，可以提高湿地的整体脱氮性能。本文从海水人工湿地的构建、基质的选取、耐盐植物的筛选、氮循环相关微生物以及运行参数调控四个方面，对近年来海水养殖尾水人工湿地生物脱氮方面的研究进展进行了综述和展望，以期为深入理解海水人工湿地脱氮机制和优化运行方式提供参考。     

去除鱼类土腥味养殖系统的构建技术研究

以团头鲂、鲫鱼为试验对象,构建了一种基于人工生态系统的循环水养殖系统。通过底层陶粒吸附细菌、流水养鱼加快鱼类的代谢、湿地去除氨氮提高鱼的活性、生化箱培养硝化菌和反硝化菌来调控水质并起到控制水流速度的作用等技术手段来去除鱼类土腥味,同时研究不同盐度对其调控效果的影响。结果表明:本养殖系统对水体中的藻类和放线菌以及鱼体中的放线菌有明显的抑制作用。把(土池)池塘内养殖的鱼放入系统中暂养,一个月后土腥味显著降低,3个月后土腥味几乎消失;且随着水体盐度的升高,效果越加明显。     

湛江官渡近江牡蛎养殖水细菌群落的DGGE指纹分析

2011年3月-12月利用变性梯充凝胶电泳（denatured gradient gel elctrophoresis, DGGE）技术对湛江官渡地区近江特蛎（Crassostrea ariakensis）养殖水细菌群落花流水组成进行了监测研究。UPGAMA聚类分析显示3月-12月的样品细菌主要分属2大类群;多样性指数结果显示3月-7月细菌多样性高于8月-12月;系统发育分析显示牡蛎养殖区水体优势菌群主要由以下种群组成：未可培养的变形菌门（Proteobacteria）（α、γ、δ、ε）、未可培养的拟杆菌门（Bacterioidetes）、未可培养的疣微菌门（Verrucomicrobiae bacterium）、未可培养的放线菌门（Actinobacteria）和未可培养的蓝细菌门（Cyanobacter bacterium）。最优势菌群为α-变形菌纲和拟杆菌门的黄杆菌属（Flevobacterium）。     

复合池塘养殖系统湿地水质净化功能研究

由潜流和表面流湿地组成复合人工湿地,与池塘有机结合构成鱼塘-湿地水循环系统应用于草鱼苗种培育,研究了该系统对池塘水质的改善效果。结果显示:在760 mm/d的水力负荷率条件下,复合湿地系统对NH4+-N、NO2--N、NO3--N、TN、TP、COD和TSS的平均去除率分别为(33.56±3.71)%、(50.73±3.95)%、(46.33±4.95)%、(27.99±2.78)%、(58.15±3.38)%、(29.60±2.24)%和(84.49±1.77)%;湿地出水水质符合渔业水质标准(GB11607-89)要求。结果表明鱼塘-湿地水循环系统对养殖用水具有较好的净化效果。     

精养虾池主要生态因子变化特点与相关性分析

2011年4月至7月,对海南省儋州市排浦对虾养殖场3口凡纳滨对虾（Litopenaeus vannamei）精养池塘水体中的叶绿素a（Chl-a）、浮游动物、异养细菌、弧菌、活性磷（PO34--P）等16项环境因子进行全程定期测定,分析养殖过程中主要生态因子的变化特点及其相互关系。结果显示,养殖过程中水体的溶解氧（DO）、pH和透明度呈现缓慢下降的趋势,悬浮物（TSS）、化学耗氧量（COD）、亚硝酸盐氮（NO2--N）、氨氮（NH4＋-N）、浮游动物、异养细菌和弧菌则呈现出逐渐增加的趋势。ρ（Chl-a）的变化特征表现为养殖前期低,中后期逐渐升高;Chl-a与硝酸盐氮（NO3--N）呈极显著的正相关,与PO34--P呈负相关。桡足类密度与TSS呈极显著的正相关,与异养细菌、弧菌、轮虫密度呈显著正相关,与Chl-a、COD呈正相关,但不显著。异养细菌与COD呈极显著的正相关,与TSS呈显著的正相关,与透明度呈显著的负相关;弧菌与TSS呈极显著的正相关,与COD呈显著的正相关,与pH、DO呈显著的负相关。     

工厂化水体LED光照沉水植物对氨氮的吸收

本文研究了沉水植物伊乐藻（Elodea nuttallii）在白色LED灯处理水产养殖中氨氮的效果。在50×33cm和45×28em鱼缸中放入体质量150±5g鲫（carassius auratus）7尾,放入伊乐藻1．2kg,应用白色LED灯为光源,用遮光纸遮光,放入28w循环泵进行交叉循环。12d饲养结果表明：伊乐藻不仅可吸收养殖排泄的氨氮、增加水体溶解氧,而且养殖鱼类代谢的二氧化碳可以促进沉水植物生长,具有生态循环利用的效能,为进一步研究循环水养殖的生态利用提供了参考。