玉米皮竟能净化鱼塘水质？揭秘农业废料如何“变废为宝”

作为粗粮界里的美味“扛把子”，香香甜甜的玉米从北到南收割了无数吃货的芳心。咬一口能爆汁的甜玉米、软糯回甘的糯玉米、花青素爆表的紫玉米，都是中国家庭餐桌上的常客。而一层层包裹着玉米棒的玉米皮，却成了“绿色废柴”，被无情丢进垃圾桶。

近期，研究人员发现用玉米皮和聚羟基脂肪酸酯 (PHA) 制成的“复合碳源”，不仅能减缓沉积物中有害物质的释放，还能显著提升水质。一起来看这项“变废为宝”的黑科技！

1 玉米皮×PHA：跨界组合的净化密码

作为常见的农业副产物，玉米皮含有35%~45%的纤维素和15%~20%的半纤维素，其三维网状结构既能吸附污染物，还可作为缓释碳源。

PHA (聚羟基脂肪酸酯) 是一种由微生物合成的生物聚酯，虽然具有与塑料相似的物理性质，却能在水体中被特定菌群完全降解，且无毒无害，堪称“绿色塑料”。其分子链上的酯键可被水解酶逐步切断，释放出β-羟基丁酸等小分子有机物，精准匹配反硝化菌、聚磷菌的代谢需求。

将随处可以收集的农业废弃物和精准匹配反硝化菌的可降解聚合物按照一定比例混合在一起制作而成的新型缓释碳源，不仅节省成本，而且可以长期释碳。

2 沉积物-水界面：看不见的水质“战场”

在池塘、湖泊等封闭水域中，沉积物-水界面是水质调控的关键区域。这里堆积着残饵、粪便等有机物，在缺氧条件下会释放氨氮、硫化氢等有毒物质，形成“内源污染炸弹”。传统的增氧、换水等方式治标不治本，而复合碳源技术则可通过激活微生物群落，直击污染根源。

就沉积物-水界面而言，不同深度下的营养盐浓度是不同的，那么随着复合碳源的投入这些营养盐也会随碳源不同而产生变化吗？此外，这些营养盐究竟是从泥中到水中还是从水中到泥中呢？带着这些疑问，中国水产科学研究院珠江水产研究所的淡水池塘养殖生态环境调控研究团队进行了有关实验。

3 复合碳源：净化水质的能力者

实验选取9个体积约150 L的有机高分子塑料圆桶，加入深度约0.3 m (76.5 L) 的池塘底泥，每个桶中放入5尾体质量约20 g的大口黑鲈幼鱼。

根据是否投放碳源以及碳源种类，共设置2个实验组和1个对照组：一组为玉米皮和PHA按照质量比2∶1配制而成的复合碳源 (以下简称玉米皮组)；一组为水稻杆和PHA按照质量比为1∶1配制而成的复合碳源 (以下简称水稻杆组)；对照组不添加复合碳源。

实验借助Peeper装置（一种用于监测沉积物和水体之间物质交换的装置）来采集原位水样，将其垂直插入各塑料桶直至桶底深层沉积物处，保留一半装置位于上覆水中以方便分别采集上覆水和沉积物间隙水。通过监测不同深度的营养盐浓度来评估使用复合碳源后的迁移变化规律。

▲ Peeper 装置示意图

• 沉积物-水界面营养盐垂直分布特征

加入碳源后，在沉积物-水界面这个水质修复的“主战场”，各组理化因子均有较好的垂直分布特征，均分为上覆水、表层沉积物 (0~−6 cm) 和深层沉积物 (−6 cm 以下) 3个组群。各组沉积物间隙水中的NH4+-N平均浓度均高于上覆水，存在空间差异性。

▲ 各组营养盐垂直分布特征

相关性分析结果显示，深度与NO3−-N、PO43−-P、总磷 (TP) 及pH呈强正相关(p<0.01)，与NO2−-N呈正相关 (p<0.05)，与温度则呈强负相关 (p<0.01)，表明深度可能是影响上覆水和沉积物间隙水中各营养盐含量的重要因素。

▲ 各理化因子与深度相关性 (T. 温度；TN. 总氮；TP. 总磷；*. p<0.05；**. p<0.01)

本研究结果表明，沉积物是大口黑鲈养殖系统各种营养盐的“源”，即各种营养盐均为从泥中向水中扩散，其中NO3−-N是主要的内源释放营养盐。

相比对照组，2组碳源均促进了沉积物中NH4+-N的释放；此外，投入玉米皮碳源减缓了NO3−-N、NO2−-N和PO43−-P的释放，水稻杆组则无差异。

▲ 各组营养盐扩散通量 [不同字母表示差异显著 (p<0.05)]

• 营养盐去除率

玉米皮组的NH4+-N去除率达95%，COD去除率为48%，TN去除率为73%，NO3−-N积累量为5%。水稻杆组除NH4+-N和COD去除率为正值外，其余指标均积累；对照组除NH4+-N外，各项指标均积累。表明喂食冰鲜饲料的情况下，相较于水稻杆复合碳源，投入玉米皮碳源会达到较低的NO3−-N积累和更好的NH4+-N、COD及TN去除效果。

▲ 各组营养盐去除率 [不同字母表示差异显著 (p<0.05)]

4 总结与展望

可见，由农业废弃物玉米皮与生物材料PHA组成的新型复合碳源，在沉积物-水界面修复中表现亮眼，可以“精准调控”沉积物-水界面的氮迁移路径，实现“靶向脱氮”。

未来，可通过对复合碳源进行材料创新与工艺优化 (包括：开发智能响应型碳源，如选取pH/ORP响应材料，实现碳释放自动调节；增效复合菌剂，开发包埋固氮菌、硝化菌的“碳源-菌剂”双效颗粒；优化制作工艺，设计缓释胶囊制剂；通过酯基改性提升PHA在海水中的降解速率，使其适应不同的盐度环境，推动技术从池塘养殖向“蓝海市场”拓展)，满足多样化的生态修复需求。

当农业废弃物邂逅生物材料，这场发生在沉积物中的“微观革命”，正在书写水产养殖绿色转型的新篇章。

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罗义民，张凯，谢骏，王广军，龚望宝，李志斐，夏耘，田晶晶，李红燕，谢文平，郁二蒙*. 不同复合碳源对沉积物-水界面营养盐垂直分布特征及交换通量的影响[J]. 南方水产科学, 2025, 21(2): 90-101.（点击论文题目可了解详情）

撰文｜罗义民

编辑｜闫　帅