生物絮團(tuán)技術(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用研究綜述*

李樂(lè)康 歐陽(yáng)劍鋒 王建民 曹 烈 徐金根(九江市水產(chǎn)科學(xué)研究所，江西，九江332000)

生物絮團(tuán)技術(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用研究綜述*

李樂(lè)康 歐陽(yáng)劍鋒 王建民 曹 烈 徐金根
(九江市水產(chǎn)科學(xué)研究所，江西，九江332000)

生物絮團(tuán)技術(shù)是目前較為有效的養(yǎng)殖水體處理技術(shù)之一，本文從生物絮團(tuán)技術(shù)的研究背景、概述、影響因素和對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖的作用幾方面對(duì)生物絮團(tuán)技術(shù)進(jìn)行了綜述，為生物絮團(tuán)的技術(shù)研究與應(yīng)用提供參考。

生物絮團(tuán)技術(shù);水產(chǎn)養(yǎng)殖;應(yīng)用

高密度精養(yǎng)是目前我國(guó)最主要的水產(chǎn)養(yǎng)殖方式，其高產(chǎn)量的獲得以提高放養(yǎng)密度和增加配合餌料投喂為前提［1－3］，水產(chǎn)動(dòng)物對(duì)飼料蛋白質(zhì)的利用率很低，僅為20%～25%，多余的有機(jī)物質(zhì)不斷積累，產(chǎn)生氨態(tài)氮、亞硝酸鹽等有害物質(zhì)，污染水體［4－5］。研究顯示，養(yǎng)殖對(duì)蝦每增長(zhǎng)1kg，消耗的清潔水源約為20t，養(yǎng)殖魚(yú)類(lèi)每增長(zhǎng)1kg，消耗的清潔水源約為2～10t［6－7］，為此，探索一種新的養(yǎng)殖方式，以期解決水質(zhì)污染，餌料利用率低等問(wèn)題具有重要意義。

當(dāng)前，生物絮團(tuán)技術(shù)(Biofloc Technology，BFT)被認(rèn)為是一種較為有效的水處理技術(shù)，不但可以解決養(yǎng)殖過(guò)程中出現(xiàn)的水質(zhì)問(wèn)題，大大減少換水，還能夠提高餌料蛋白的利用率，降低養(yǎng)殖成本，此外，生物絮團(tuán)技術(shù)還具有生物防控作用，可以提高養(yǎng)殖成活率［8－9］，為養(yǎng)殖業(yè)向著高效、安全、清潔、健康發(fā)展提供了新的技術(shù)支撐。本文將從生物絮團(tuán)技術(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的研究背景、概述、影響因素和對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖的作用幾方面進(jìn)行綜述。

1 生物絮團(tuán)技術(shù)的研究背景

20世紀(jì)70年代，由法國(guó)太平洋中心海洋開(kāi)發(fā)研究所最早提出生物絮團(tuán)技術(shù)的原型，并實(shí)施于斑節(jié)對(duì)蝦(Penaeusmonodon)、凡納濱對(duì)蝦(Litopenaeusvannamei)和南美藍(lán)對(duì)蝦(Litopenaeusstylirostris)的養(yǎng)殖當(dāng)中［10－11］;1982年，SteveSerfling設(shè)計(jì)的生物絮團(tuán)養(yǎng)殖系統(tǒng)使得羅非魚(yú)(Oreochromis niloticus)的養(yǎng)殖年產(chǎn)量達(dá)到1500t，每d僅換水1%［12］;1999年，以色列學(xué)者Avnimelech在羅非魚(yú)養(yǎng)殖過(guò)程中，通過(guò)向水體中添加碳源控制碳氮比(C/N)，促進(jìn)生物絮團(tuán)形成，顯著提高了羅非魚(yú)的成活率，并有效清潔養(yǎng)殖水體，正式系統(tǒng)地提出了生物絮團(tuán)技術(shù)的反應(yīng)機(jī)制理論，極大推動(dòng)了生物絮團(tuán)技術(shù)的快速發(fā)展［13］。

2 生物絮團(tuán)技術(shù)概述

生物絮團(tuán)技術(shù)是通過(guò)向養(yǎng)殖水體中添加碳源提高碳氮比(C/N)，促進(jìn)異氧微生物大量繁殖，結(jié)合水體中的細(xì)菌群落、浮游動(dòng)植物、有機(jī)碎屑等形成絮團(tuán)，絮團(tuán)中的微生物群落同化吸收水體中的無(wú)機(jī)氮和有機(jī)碳等，轉(zhuǎn)化而來(lái)的菌體蛋白又可作為水產(chǎn)動(dòng)物的餌料，從而達(dá)到凈化水質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)再利用的雙重目的［14－17］。

3 影響生物絮團(tuán)形成的因素

Avnimelech等認(rèn)為，生物絮團(tuán)技術(shù)需要不停地補(bǔ)充碳源、曝氣和攪動(dòng)水體，消耗氧氣以促進(jìn)微生物的生長(zhǎng)并使得絮團(tuán)懸浮于水體中，同時(shí)需要投入適合的C/N，以調(diào)節(jié)水質(zhì)［13，18－19］。因此，在水產(chǎn)養(yǎng)殖中，主要的影響因素有以下幾種:

3.1 碳氮比(C/N)

碳氮比(C/N)指水體中總有機(jī)碳與總?cè)芙鈶B(tài)氮的比值，對(duì)生物絮團(tuán)的形成至關(guān)重要。研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)C/N低于10時(shí)，水體中水體中自養(yǎng)微生物和異氧微生物共同作用，異氧微生物主要利用有機(jī)氮源，使氨氮增加;C/N大于10時(shí)，異氧微生物發(fā)揮主要作用，利用水體中的無(wú)機(jī)氮，消耗氨。所以理論上，碳氮比越高，殘留的氮越少，然而，浮游植物的生長(zhǎng)也需要無(wú)機(jī)氮，因此需要研究最適合的碳氮比，既能降低氨態(tài)氮又不影響浮游植物的生長(zhǎng)繁殖［20－22］。一般，異氧微生物自身元素組成碳氮比約為4～5，當(dāng)同化一份氮需要消耗4～5份有機(jī)碳，而微生物利用有機(jī)碳的同化效率約為50%，假設(shè)碳水化合物中碳含量為50%，那么根據(jù)公式:

微生物需要碳=碳水化合物×碳水化合物含碳量(%)×轉(zhuǎn)化率

得出異氧微生物每同化水體中1份氮，需要消耗的碳水化合物約為16～20份［16，20－21］。只有提供足夠的碳源，才能實(shí)現(xiàn)自養(yǎng)微生物系統(tǒng)向異氧微生物系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變，才有可能形成生物絮團(tuán)。

3.2 有機(jī)碳源

異氧微生物利用水體中的有機(jī)碳源和氮，實(shí)現(xiàn)自身繁殖，研究表明，1g碳水化合物約能產(chǎn)生0.4g細(xì)菌干細(xì)胞［21］。養(yǎng)殖水體一般有機(jī)碳源不多，需要額外添加。常用碳源有簡(jiǎn)單碳水化合物:葡萄糖、蔗糖、果糖、糖蜜等;復(fù)合碳水化合物:米糠、淀粉、木薯粉、麥麩等谷物。碳源的選擇需結(jié)合實(shí)際需要，且不同的碳源類(lèi)型不但影響水體微生物的種類(lèi)，也會(huì)導(dǎo)致污泥出現(xiàn)不同的底物代謝特性［23－24］。

3.3 曝氣和攪拌

通過(guò)曝氣和攪拌來(lái)提供充足的溶解氧是異氧微生物生長(zhǎng)繁殖所必需的，且對(duì)絮團(tuán)的形成至關(guān)重要，其次，曝氣和攪拌可以使生物絮團(tuán)懸浮，不沉積，不形成死角。Wilen＆Balme發(fā)現(xiàn)高溶氧條件下，生物絮團(tuán)結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，作用活性更加強(qiáng)大［25］。另有研究顯示，對(duì)蝦養(yǎng)殖池塘需要配備15KW/hm2功率的充氧裝置，而在集約化羅非魚(yú)養(yǎng)殖池塘需要配備75KW/hm2功率的充氧裝置［26］。

4 生物絮團(tuán)技術(shù)對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖的作用

4.1 生物絮團(tuán)技術(shù)實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖水體自主清潔

生物絮團(tuán)技術(shù)實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖水體自主清潔的關(guān)鍵在于絮團(tuán)對(duì)氮元素的循環(huán)利用。養(yǎng)殖系統(tǒng)中，養(yǎng)殖生物新陳代謝，殘餌和糞便不斷積累，氨氮、亞硝酸氮等物質(zhì)不斷積累，導(dǎo)致水質(zhì)不斷惡化。生物絮團(tuán)能夠?qū)崿F(xiàn)三種途徑同時(shí)作用處理氨氮:藻類(lèi)的光合吸收作用;自養(yǎng)微生物的硝化作用;異氧微生物的同化作用。在有充足有機(jī)碳源和適合C/N比條件下，異氧微生物最先利用氨氮，2006年，Hargreaves等發(fā)現(xiàn)異氧微生物形成的生物絮團(tuán)對(duì)氨氮的轉(zhuǎn)化速率高于水體中硝化細(xì)菌作用速率，可以快速降低水體中的氨氮濃度［18］。

4.2 生物絮團(tuán)技術(shù)實(shí)現(xiàn)水體中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)再利用

飼料中約10～20%的氮未被養(yǎng)殖動(dòng)物攝食直接溶解到養(yǎng)殖水體中，約75～80%的氮以糞便和代謝物的方式排入水體，僅有約20～25%的氮被養(yǎng)殖動(dòng)物吸收，用于生長(zhǎng)［17］。1995年，Moss＆Pruder研究發(fā)現(xiàn)，生物絮團(tuán)可以被養(yǎng)殖生物食用，減少了飼料投喂量［27］。2007年，Avnimelech用15N標(biāo)記證實(shí)生物絮團(tuán)技術(shù)節(jié)約羅非魚(yú)生長(zhǎng)過(guò)程近50＆的飼料蛋白［28］。Burford等用15N標(biāo)記，研究發(fā)現(xiàn)，凡納濱對(duì)蝦日常攝食的18～29%的N來(lái)源于生物絮團(tuán)［29］。絮團(tuán)的干物質(zhì)中，粗蛋白質(zhì)的含量超過(guò)50%，粗脂肪含量為2.5%，纖維含量為4%，灰分為7%，是雜食性和濾食性魚(yú)類(lèi)較好的餌料［16］，且生物絮團(tuán)包括多種生物活性物質(zhì)，如葉綠素、胡蘿卜素、氨基糖等，均能增強(qiáng)養(yǎng)殖動(dòng)物的生理健康水平。

4.3 生物絮團(tuán)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)養(yǎng)殖生物的生物防治

研究顯示，應(yīng)用生物絮團(tuán)技術(shù)可以提高養(yǎng)殖生物的成活率，具有生物防治的作用。Crab等用甘油作碳源，形成的生物絮團(tuán)可以抑制哈維氏菌［30］。Defoirdt等(2005)研究發(fā)現(xiàn)，生物絮團(tuán)可以降低發(fā)光弧菌對(duì)鹵蟲(chóng)的感染率，提高鹵蟲(chóng)成活率從而減少其對(duì)養(yǎng)殖動(dòng)物的危害，減少疾病的發(fā)生［31］。生物絮團(tuán)中微生物與病原菌競(jìng)爭(zhēng)生存空間、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，從而抑制病原菌的生長(zhǎng)和繁殖。

5 需要注意的問(wèn)題

任何技術(shù)都不能完美，生物絮團(tuán)技術(shù)也有一定的弊端。添加有機(jī)碳源會(huì)極大地促進(jìn)異氧微生物增殖，形成大量細(xì)菌污泥，如果不能很好控制，將會(huì)影響?zhàn)B殖生物的正常生長(zhǎng)。養(yǎng)殖系統(tǒng)中大量的微生物呼吸需要充足的溶解氧，以及外力保持絮團(tuán)的懸浮，絮團(tuán)越多需要的溶解氧越多，研究顯示，懸浮顆粒物濃度控制在200～500mg/L，足以維持系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)懸浮顆粒物濃度在100～300mg/L范圍內(nèi)，養(yǎng)殖動(dòng)物攝食活性最佳［32－33］，所以在應(yīng)用生物絮團(tuán)技術(shù)時(shí)，需要及時(shí)移除過(guò)多的絮團(tuán)顆粒，以防超出系統(tǒng)負(fù)荷。在系統(tǒng)中硝化類(lèi)細(xì)菌發(fā)展成熟并穩(wěn)定后，可以停住有機(jī)碳源的添加，系統(tǒng)自然轉(zhuǎn)變?yōu)樽责B(yǎng)微生物為主的養(yǎng)殖模式，且氨氮、亞硝酸氮不會(huì)激增。

(略)

S966.9

A

1006－3188(2015)04－0046－03

2015－12－11

江西省大宗淡水魚(yú)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系贛北試驗(yàn)站項(xiàng)目，編號(hào)JXARS－04－贛北片

李樂(lè)康，碩士，助理工程師，E－mail:197043383@qq.com