養(yǎng)殖水體中添加碳源對水質及羅非魚生長的影響

李彥，劉利平，趙廣學，胡振雄，蘇曉明

(上海海洋大學省部共建水產種質資源發(fā)掘與利用教育部重點實驗室，上海201306)

生物絮團技術(BFT)在各種水處理和發(fā)酵工業(yè)等領域中有著重要的作用［1-2］。將BFT 應用到水產養(yǎng)殖中具有良好的生態(tài)效益和經濟效益，既可以凈化養(yǎng)殖水環(huán)境，又可以提高飼料利用率，降低養(yǎng)殖成本［3-4］。如果水體中的碳氮比維持某一水平的平衡，水體中的氨氮可以通過生物絮團的方式直接轉化成異養(yǎng)細菌生物量而被去除，從而改善水質［3］。這些細菌還可以與水體中的顆粒物、細菌、溶解有機物等結合，形成0.1 到幾毫米的可被養(yǎng)殖動物攝食的營養(yǎng)豐富的絮團［5-6］，實現(xiàn)飼料的雙重利用，從而促進水產養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

羅非魚Oreochromis niloticus是中國淡水養(yǎng)殖的主要品種之一，市場需求量日益增大。但中國的羅非魚養(yǎng)殖基本上以傳統(tǒng)的池塘養(yǎng)殖為主，這種養(yǎng)殖模式容易造成水質惡化、魚病暴發(fā)，甚至導致大規(guī)模的魚類死亡［7］;而且飼料浪費嚴重，增加了養(yǎng)殖成本和對魚粉和魚油的需求［8］。因此，研究環(huán)保的低成本的養(yǎng)殖模式非常必要。應用BFT可同時解決羅非魚養(yǎng)殖業(yè)所面臨的環(huán)境制約和飼料成本高的問題，國內外學者對BFT在水產養(yǎng)殖中的應用已有相關研究。Crab等［9］向羅非魚養(yǎng)殖池中添加淀粉進行稚魚的室內越冬，可以凈化水質，維持20 kg/m3的養(yǎng)殖密度和98%的存活率，而且降低了日換水率。Avnimelech［10］發(fā)現(xiàn)絮凝過程中形成的絮團營養(yǎng)豐富，可被羅非魚再次攝入。Hari等［11］對集約化對蝦養(yǎng)殖系統(tǒng)研究表明，添加木薯淀粉可以改善水質，促進對蝦生長和提高飼料利用率;如果向水體中添加淀粉，飼料中粗蛋白質含量從40%降至25%也不會影響對蝦產量。目前，中國羅非魚商品飼料的粗蛋白質含量普遍較高，可否通過在減少飼料投喂量的同時添加淀粉的方法來解決這一問題，已引起人們的關注。為此，本研究中作者以小麥淀粉作為碳源，直接添加到羅非魚養(yǎng)殖水體中形成生物絮團，通過分析水質指標的改善情況，研究魚體的生長及飼料利用情況，旨在為生物絮團技術的推廣和羅非魚的低碳健康養(yǎng)殖提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗用新吉富羅非魚購自海南新吉水產科技有限公司，為當年孵化的同一批魚苗，體質量為(10.5 ±0.2)g，在水泥池中暫養(yǎng)7 d 后，隨機挑選大小均勻、健康的個體進行試驗。

試驗飼料選用江門海大飼料有限公司生產的魚寶寶魚苗膨化配合飼料(粗蛋白質為35%)，碳和氮含量分別為50.0%和5.6%;碳源選用上海鄭圣德實業(yè)有限公司生產的食用級小麥淀粉，碳含量為50%，氮含量較低忽略不計。

1.2 方法

1.2.1 飼養(yǎng)管理 試驗共設4 組:1 個對照組和A、B、C 3 個處理組，每組設3 個重復，各組投喂同種商品飼料，其中對照組投喂正常量(日投飼量為魚體總質量的8% ～10%)，A 組投喂正常量，B 組投喂正常量的80%，C 組投喂正常量的75%，且A、B、C 3 個處理組水體中同時潑灑飼料投喂量30%的小麥淀粉(用池水混勻潑灑)，而對照組不潑灑小麥淀粉。Goldman等［12］指出，絮體產生和降低氨氮的最佳C∶ N ＞10，即在一定程度上，碳源添加越多養(yǎng)殖效果越好。本試驗中，按照B組和對照組投喂成本相等計算得到每kg 飼料添加0.3 kg 淀粉，若3 個處理組淀粉添加量都為飼料投喂量的30%，則對照組C∶ N=9.2，處理組C∶ N=12.0，其A 組投喂成本高于對照組，C 組則低于對照組。

試驗用水泥池為上海景海標準化水產養(yǎng)殖基地的12 個室外水泥池(面積為16 m2)，有獨立的給排水系統(tǒng)。使用2 g/m3二氧化氯溶液刷洗水泥池壁池底，浸泡24 h 后，再用清水沖洗干凈后注入水源水，待用。苗種下池前用2% ～4%的食鹽水浸洗魚體5 min，然后稱重，每池隨機放110 尾魚，每池魚的總體質量相近，無顯著性差異。

試驗共進行36 d，試驗期間水泥池底部充氧設備24 h 充氧。每天投喂2次(10:00、16:00)，10:00 投喂飼料后將事先稱量好的小麥淀粉用池水混勻，全池潑灑。試驗期間不用藥，每周適當加水，保持水深為0.8 ～0.9 m。記錄每天的飼料投喂量和淀粉添加量。

1.2.2 水樣的采集和分析 每隔7 d 于9:00 用采水器在養(yǎng)殖池中間的一個采樣點采集水下0.5 m處水樣2 L。用塞氏盤現(xiàn)場測定透明度(SD)，采用便攜式溶氧儀(WTW Oxi 315i，德國)現(xiàn)場測定溶解氧(DO)，采用HANNA HI98128 防水型袖珍pH/溫度測試筆現(xiàn)場測量水溫和pH 值。采集的水樣立即帶回實驗室，按照國家水質監(jiān)測方法測定總氨氮、亞硝酸鹽、硝酸鹽、總氮(TN)、總磷(TP)和懸浮物(TSS)含量［13］。采用熱乙醇萃取法測定葉綠素a(Chl a)含量［14］，采用英霍夫式錐形管靜置水樣(1 L)15 min 的方法測定絮體體積［10］，采用平板菌落計數(shù)技術測定異養(yǎng)細菌總量［15］。

1.2.3 各項指標的測定與計算 試驗結束時捕撈各養(yǎng)殖池的羅非魚，記錄各池魚的尾數(shù)及總質量，按下式計算各池魚的生長指標和飼料利用指標:

其中:WF為飼料投喂量(kg，不包括淀粉);W0、Wf分別為試驗初始和試驗終末時的魚體總質量(kg);t 為試驗時間(d);P 為飼料蛋白質含量(%);N0、Nf分別為試驗初始和終末時的魚尾數(shù)(尾)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)用平均值±標準差表示。采用SPSS 17.0 軟件進行ANOVA 單因素方差分析，采用Duncan 氏法進行多重比較，顯著性水平設為0.05。用Excel 進行圖表處理。

2 結果與分析

2.1 添加小麥淀粉對養(yǎng)殖池水質的影響

2.1.1 溶解氧、溫度、pH和透明度 從表1可見:整個試驗期間，各組DO、溫度、pH和SD 的變化幅度不大，各組間均無顯著性差異(P ＞0.05)?？梢?，小麥淀粉的添加對水體中這幾個物理因子無顯著性影響。

表1 各組水體中溶解氧、溫度、pH 值和透明度的平均值Tab.1 The average levels of DO，temperature，pH and Secchi disk(SD)in the water in different groups

2.1.5 總氮和總磷 從圖2可見:整個試驗期間，3 個處理組水體中總氮和總磷的平均含量均低于對照組，但無顯著性差異(P ＞0.05)?？梢?，添加小麥淀粉可以降低水體中總氮和總磷的含量，避免水體富營養(yǎng)化。

2.1.6 葉綠素a 從圖3可見，各組葉綠素a 含量的變化沒有明顯規(guī)律，總體上呈現(xiàn)波動上升趨勢。整個試驗期間，各組水體中葉綠素a 含量的平均值依次為對照組＞A ＞B ＞C，各處理組葉綠素a 含量的平均值均低于對照組，但各組間均無顯著差異(P ＞0.05)。

圖1 試驗期間各組水體中NH 4+－N、NO 2－－N、NO 3－－N 含量的變化Fig.1 The variation in concentrations of NH 4+－N，NO 2－－N，and NO 3－－N in the water in different groups during culturing period

圖2 試驗期間各組水體中總氮和總磷的平均含量Fig.2 The average concentration of TN and TP in the water in different groups during culturing period

2.1.7 絮體體積和懸浮物 從表2可見，A、B、C 組的絮體體積和懸浮物的平均含量均高于對照組，但各組間無顯著性差異(P ＞0.05)?？梢姡←湹矸鄣奶砑哟龠M了水體中絮體的生成，且絮體含量與飼料投喂量成正比。

圖3 試驗期間各組水體中葉綠素a 含量的變化Fig.3 The variation in levels of chlorophyll－a in the water in different groups during the culturing period

表2 試驗期間各組水體中絮體體積和懸浮物的平均值Tab.2 The average floc volume and TSS levels in the water in different groups during the culturing period

2.1.8 異養(yǎng)細菌總量 從圖4可見，各組水體中異養(yǎng)細菌總量處于不斷波動的變化過程，總體上異養(yǎng)細菌總量呈波動上升趨勢。試驗結束時，對照組、A、B、C 組水體中異養(yǎng)細菌總量分別較試驗初期增加了117%、922%、1704%和422%。養(yǎng)殖過程中，各處理組異養(yǎng)細菌總量的平均值均高于對照組，但各組間無顯著性差異(P ＞0.05)?？梢?，淀粉的添加增加了養(yǎng)殖水體的異養(yǎng)細菌總量。

圖4 試驗期間各組水體中異養(yǎng)細菌總量的變化Fig.4 The variation in count of total hetero－bacteria during the culturing period

2.2 添加小麥淀粉對羅非魚生長性能及飼料利用的影響

2.2.1 生長性能 從表3可見:小麥淀粉的添加對羅非魚的增重率、特定生長率和存活率均無顯著性影響(P ＞0.05)，其中A 組的增重率比對照組提高3.1%，而特定生長率比對照組提高1.4%?？梢?，添加淀粉可以促進羅非魚生長。

2.2.2 飼料利用 從表3可見:小麥淀粉的添加對羅非魚的飼料系數(shù)和蛋白質效率均有顯著性影響(P＜0.05)。飼料系數(shù)以對照組最高，A、B 組次之，C 組最低;對照組和A 組無顯著性差異(P ＞0.05)，但均顯著高于B、C 組(P＜0.05)。蛋白質效率的變化趨勢與飼料系數(shù)正好相反。A 組的飼料系數(shù)比對照組降低1.48%，蛋白質效率比對照組提高1.87%，但無顯著性差異(P ＞0.05);B、C 組的飼料系數(shù)分別較對照組顯著降低12.96%和17.04%(P＜0.05)，蛋白質效率分別較對照組顯著提高14.91%和21.04%(P＜0.05)?？梢?，小麥淀粉的添加可以降低飼料系數(shù)，提高蛋白質效率，從而提高飼料利用率。

表3 添加小麥淀粉對羅非魚生長性能和飼料利用的影響Tab.3 Effects of wheat starch addition on the growth performances，and feed utilization in the tilapia

3 討論

3.1 添加碳源對養(yǎng)殖水體水質的影響

Hari等［22］在對蝦養(yǎng)殖池中添加木薯淀粉作為碳源，發(fā)現(xiàn)添加碳源的處理組水體中和總氮含量極顯著低于對照組(P＜0.01)。Avnimelech［23］向含量為10 mg/L的池塘底泥中加入200 mg/L 的葡萄糖，約7 h 底泥中的就會被去除，而不產生和這與Crab等［9］報道的結果相一致。本試驗中添加小麥淀粉對水體和N等的去除效果與上述研究結果相似。

3.2 添加碳源對羅非魚生長及飼料利用的影響

生物絮團技術作為一種新型的水產養(yǎng)殖革新技術，在促進水產動物生長方面的作用國外學者已進行了許多研究，對魚類生長的影響也有相關報道。本試驗結果表明，當水體中添加小麥淀粉時(飼料量的30%)，即使飼料投喂量減少為正常量的75%，對羅非魚的增重率、特定生長率和存活率也沒有顯著性影響(P ＞0.05)，同時顯著地降低了飼料系數(shù)、提高了蛋白質效率(P＜0.05)。一方面是因為飼料投喂量的減少和淀粉的添加降低了水體有毒無機氮水平，為羅非魚提供了一個良好的生存環(huán)境;另一方面是因為淀粉的添加促進了絮團的生成，為羅非魚增加了天然餌料，從而降低了飼料系數(shù)。新形成的絮團營養(yǎng)豐富，Azim等［24］研究了含35%和22%兩種粗蛋白質的飼料形成絮團的營養(yǎng)成分，發(fā)現(xiàn)粗蛋白質含量超過50%，粗纖維約為4%，灰分為7%，能量為22 kJ/g，適合植食性和雜食性魚類的營養(yǎng)需求;而且這兩種飼料形成的絮團的營養(yǎng)成分沒有顯著性差異，表明絮團的質量與投喂飼料的質量不相關。羅非魚可攝食絮團，養(yǎng)殖動物對微生物蛋白的利用取決于其捕獲細菌和消化利用微生物蛋白的能力。Avnimelech等［25］用N15標記的生物絮團作為羅非魚的唯一食物來源，結果表明，魚體組織N15的豐富度在養(yǎng)殖初期直線上升，后來趨于穩(wěn)定或稍有下降。上述研究說明，添加淀粉可以生成魚類可食用的營養(yǎng)豐富的絮團，提高飼料利用率。

［1］何寧，李寅，陳堅，等.生物絮凝劑的最新研究進展及其應用［J］.微生物學通報，2005，32(2):104 -108.

［2］敖黎鑫，邵承斌，盧輝，等.微生物絮凝劑的理論研究與應用進展［J］.重慶工商大學學報:自然科學版，2009，26(2):127 -131.

［3］羅國芝，朱澤聞，潘云峰，等.生物絮凝技術在水產養(yǎng)殖中的應用［J］.中國水產，2010(2):62 -63.

［4］Asaduzzaman M，Rahman M M，Azim M E，et al.Effects of C/N ratio and substrate addition on natural food communities in freshwater prawn monoculture ponds［J］.Aquaculture，2010，306(1 -4):127 -136.

［5］De Schryver P，Crab R，Defoirdt T，et al.The basics of bio -flocs technology:The added value for aquaculture［J］.Aquaculture，2008，277(3 -4):125 -137.

［6］Crab R，Avnimelech Y，Defoirdt T，et al.Nitrogen removal techniques in aquaculture for a sustainable production［J］.Aquaculture，2007，270(1 -4):1 -14.

［7］劉慧玲，黃翔鵠，李長玲，等.不同濃度的枯草芽孢桿菌對羅非魚魚苗的養(yǎng)殖水體水質及其抗病力的影響［J］.水產養(yǎng)殖，2009，30(10):5 -9.

［8］Avnimelech Y.Tilapia production using biofloc technology(BFT)［C］//Proceedings of 9thinternational symposium on tilapia in aquaculture.Shanghai:The Aquafish Collaborative Research Support Program，2011:362 -366.

［9］Crab R，Kochva M，Verstraete W，et al.Bio -flocs technology application in over-wintering of tilapia［J］.Aquacultural Engineering，2009，40(3):105 -112.

［10］Avnimelech Y.Feeding with microbial flocs by tilapia in minimal discharge bio-flocs technology ponds［J］.Aquaculture，2007，264(1 -4):140 -147.

［11］Hari B，Kurup B M，Varghese J T，et al.The effect of carbohydrate addition on water quality and the nitrogen budget in extensive shrimp culture systems［J］.Aquaculture，2006，252(2 -4):248-263.

［12］Goldman J C，Caron D A，Dennett M R.Regulation of gross growth efficiency and ammonium regeneration in bacteria by substrate C:N ratio［J］.Limnology and Oceanography，1987，32(6):1239 -1252.

［13］國家環(huán)境保護總局《水和廢水監(jiān)測分析方法》編委會.水和廢水監(jiān)測分析方法(增補版)［M］.4 版.北京:中國環(huán)境科學出版社，2002.

［14］陳宇煒，陳開寧，胡耀輝.浮游植物葉綠素a 測定的“熱乙醇法”及其測定誤差的探討［J］.湖泊科學，2006，18(5):550 -552.

［15］石鶴.微生物學實驗［M］.武漢:華中科技大學出版社，2010:42 -44.

［16］劉海英.對蝦工廠化養(yǎng)殖水質特征及高溶解氧對養(yǎng)殖的影響［D］.青島:中國海洋大學，2006.

［17］陳輔利，高光智，劉磊.投餌量對許氏平鲉幼魚生長和水環(huán)境中污染指標的影響［J］.大連海洋大學學報，2012，27(2):177-181.

［18］李波.氨氮和亞硝酸鹽對黃顙魚的毒性研究［D］.武漢:華中農業(yè)大學，2010.

［19］運珞珈，李谷，劉志偉，等.稚鱉養(yǎng)殖水體中異養(yǎng)細菌及自養(yǎng)細菌的初步研究［J］.同濟醫(yī)科大學學報，2000，29(5):397 -399.

［20］Li M，Lovell R T.Effect of dietary protein concentration on nitrogenous waste in intensively fed catfish ponds［J］.J World Aquac Soc，1992，23:122 -127.

［21］尹文林，沈錦玉，潘曉藝，等.復合硝化菌制劑對水質改良的應用效果［J］.水產養(yǎng)殖，2010，31(9):12 -17.

［22］Hari B，Kurup B M，Varghese J T，et al.Effect of carbohydrate addition on production in extensive shrimp culture systems［J］.Aquaculture，2004，241:179 -194.

［23］Avnimelech Y.Carbon/nitrogen ratio as a control element in aquaculture systems［J］.Aquaculture，1999，176(3 - 4):227 -235.

［24］Azim M E，Little D C，Bron J E.Microbial protein production in activated suspension tanks manipulating C:N ratio in feed and the implications for fish culture［J］.Bioresource Technology，2008，99(9):3590 -3599.

［25］Avnimelech Y，Kochba M.Evaluation of nitrogen uptake and excretion by tilapia in bio floc tanks，using15N tracing［J］.Aquaculture，2009，287(1 -2):163 -168.