潮间带红藻对虾塘废水的时序养分去除效能研究：一种可持续的生物修复策略

《Blue Biotechnology》：Time-course nutrient uptake efficiency of intertidal red seaweeds in shrimp farm effluent: a sustainable bioremediation approach

本研究针对虾类养殖废水导致的水体富营养化问题，开展了五种潮间带红藻（Sarconema filiforme、Graciaria corticata、Scinaia carnosa、Graciaria dura和Acanthophora sp.）在虾塘废水中的时序养分吸收实验。通过96小时内的色度法定量分析，发现所有藻种均能有效去除铵盐(NH4+)、磷酸盐(PO43-)和硝酸盐(NO3-)，其中Sarconema filiforme对三种养分的去除效率最高（磷酸盐85.77%、硝酸盐100%、铵盐73.80%），但高铵环境下易死亡；Graciaria corticata则表现出持续生存优势。研究为多物种协同的生物修复策略提供了理论依据，对推动可持续水产养殖(IMTA)发展具有重要意义。

　　

随着全球对海鲜需求的持续增长，虾类养殖业已成为水产养殖的重要支柱。在印度，该产业不仅是第二大养殖系统，更通过出口创汇和沿海就业成为经济重要支撑。然而集约化养殖的快速发展伴随着严峻的生态挑战——富含氨氮、硝酸盐和磷酸盐的养殖废水排入沿岸水域，引发水体富营养化，导致藻华暴发、溶氧耗竭、海洋生物死亡等连锁生态灾难。这种营养盐输入改变了水体的自然生物地球化学循环，对水质、生物多样性及养殖业可持续发展构成威胁。

为应对这一挑战，综合多营养层级养殖（IMTA）作为一种环境友好型模式被提出，通过在不同营养级搭配养殖物种实现物质循环。其中大型海藻作为提取性物种，能有效吸收水体中的溶解态营养盐，兼具生物修复和生物质生产的双重价值。本研究聚焦印度维拉瓦尔潮间带岩石岸的五种优势红藻：作为低强度琼脂主要来源的Graciaria corticata、富含生物活性物质的Scinaia carnosa、具有商业价值的Graciaria dura、常用于生物技术过程的Sarconema filiforme以及广泛分布于热带海岸的Acanthophora sp.，系统评估其对虾塘废水中三种关键污染物（铵盐、硝酸盐、磷酸盐）的时序去除规律。

研究方法核心包括：通过预培养Ulva fasciata制备无营养盐水作为对照介质；采用时序耗竭实验，在400毫升废水（初始磷酸盐14.56 mg·L^-1、硝酸盐18.34 mg·L^-1、铵盐57.38 mg·L^-1）中投入2克藻体，于24℃、12:12光暗周期下培养96小时；通过抗坏血酸法、钒氯化物法和酚酸盐法分别测定磷酸盐、硝酸盐和铵盐浓度，计算养分去除效率（NRE）和单位生物量吸收速率。

磷酸盐吸收动力学

所有物种均展现高效磷酸盐去除能力，Sarconema filiforme以85.77±5.27%的去除率和0.05 μM·g^-1湿重·h^-1的吸收速率居首，Scinaia carnosa（82.99±4.33%）与Graciaria corticata（81.68±4.04%）紧随其后。散点图显示磷酸盐浓度随时间推移持续下降，但Sarconema filiforme在长期暴露中出现生理应激。

硝酸盐去除特征

Sarconema filiforme、Acanthophora sp.和Graciaria corticata均在96小时内实现完全硝酸盐去除，其中Sarconema filiforme吸收速率达1.18±0.15 μM·g^-1湿重·h^-1。值得注意的是Acanthophora sp.在48小时内即完成硝酸盐清除，但其快速死亡表明该物种仅适用于短期修复。

铵盐耐受性与吸收效率

尽管Sarconema filiforme的铵盐去除效率（73.80±7.97%）和吸收速率（2.16±0.35 μM·g^-1湿重·h^-1）最高，但高铵环境导致其死亡。研究揭示铵盐可能通过抑制光饱和光合电子传输速率（rETR）和最大量子产量而引发毒性效应。相比之下，Graciaria corticata在持续暴露中保持存活，且使废水颜色明显变淡，证明其具有长期修复潜力。

本研究通过时序实验揭示五种红藻的养分吸收特性遵循硝酸盐>磷酸盐>铵盐的序列，反映出藻类对氮源的利用偏好及铵盐的潜在毒性。研究创新性地提出基于物种特性差异的序贯生物修复策略：利用Acanthophora sp.实现硝酸盐的快速初步净化，通过Sarconema filiforme进行高强度养分去除，最后依靠Graciaria corticata完成长期水质维持。该策略不仅为虾塘废水治理提供了自然解决方案，更通过利用本地物种避免了外来物种入侵风险，为推广生态兼容的水产养殖模式奠定了科学基础。相关成果发表于《Blue Biotechnology》，为沿海地区实现经济与环境协同发展提供了重要技术路径。