生物絮團(tuán)的培養(yǎng)及影響因素

魏磊+趙興文+孫述好

摘 要：該研究選擇2種氮源（氯化銨和人工配合飼料）對生物絮團(tuán)進(jìn)行培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)。經(jīng)12d的培養(yǎng)，結(jié)果表明：第1～5天，飼料組生物絮團(tuán)的沉降量高于氯化銨組。第5天時，氯化銨組和飼料組的生物絮團(tuán)量分別達(dá)到1.6mL/L和3.2mL/L；第6～10天，氯化銨組生物絮團(tuán)沉降量高于飼料組。第10天時，氯化銨組和飼料組的生物絮團(tuán)量分別達(dá)到6.5mL/L和6.1mL/L；第11～12天，飼料組生物絮團(tuán)的沉降量高于氯化銨組。至實(shí)驗(yàn)結(jié)束，氯化銨組和飼料組生物絮團(tuán)形成量分別達(dá)到7.2mL/L和8.8mL/L。所以采用投喂人工配合飼料培養(yǎng)生物絮團(tuán)的方式效果更好。

關(guān)鍵詞：生物絮團(tuán)培養(yǎng)；氯化銨；人工配合飼料；沉降量

中圖分類號 S964 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-7731（2017）20-0082-03

生物絮團(tuán)技術(shù)最初由法國海洋開發(fā)研究所于20世紀(jì)70年代初提出，如今，在對蝦有限水體交換養(yǎng)殖模式中生物絮團(tuán)技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。在實(shí)際生產(chǎn)中，人們更多的是將生物絮團(tuán)技術(shù)作為一種養(yǎng)殖水體處理技術(shù)，而對生物絮團(tuán)的營養(yǎng)價值缺乏足夠的重視。從組成成分來看，生物絮團(tuán)是由以菌膠團(tuán)、絲狀細(xì)菌為核心，附著微生物胞外產(chǎn)物胞外聚合體，附聚異養(yǎng)菌、硝化菌、脫氮細(xì)菌、藻類、真菌、原生動物等生物形成的絮團(tuán)[1]。其干物質(zhì)包含超過50%的粗蛋白，2.5%的粗脂肪，4%的纖維，7%的灰分以及22kJ/g的能量，且顆粒大小適合雜食性和濾食性魚類攝食[2]。本實(shí)驗(yàn)選擇氯化銨和人工顆粒飼料作為氮源分別進(jìn)行生物絮團(tuán)的培養(yǎng)，同時探討了影響生物絮團(tuán)培養(yǎng)效果的影響因素，從而為生物絮團(tuán)的收集和營養(yǎng)成分分析奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.1.1 實(shí)驗(yàn)藥品 蔗糖：分析純，蛋白含量0.7%，碳水化合物含量96.6%，鈣含量約0.157%，鉀含量約0.24%。氯化銨：分析純，有效成分含量≥99.5%。碳酸氫鈉：分析純，有效成分含量≥99.5%。錦鯉人工配合飼料：粗蛋白≥32.0%，粗脂肪≥4.0。

1.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器 見表1。

1.1.3 其他實(shí)驗(yàn)器材 500mL燒杯、500mL量筒、1000mL量筒、25mL比色管、10mL比色管、80目篩娟網(wǎng)、膠頭吸管、三角燒瓶等。

1.2 試驗(yàn)方法 實(shí)驗(yàn)在大連海洋大學(xué)集約化養(yǎng)殖實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，以30L的水族箱作為培養(yǎng)單元，每組加水28L，置于陰涼通風(fēng)處，避免強(qiáng)烈的陽光直射，在生物絮團(tuán)培養(yǎng)期間不換水，生物絮團(tuán)的培養(yǎng)方法如下：

1.2.1 水源 實(shí)驗(yàn)分為2組，每組3個重復(fù)。實(shí)驗(yàn)使用充分曝氣的自來水作為水源，第一組，以氯化銨作為N源，蔗糖作為碳源，按碳氮比15∶1進(jìn)行添加，第二組，每個水族箱放入體重50±3g的長尾彩鯽一尾，以錦鯉配合飼料作為氮源，蔗糖作為碳源，按碳氮比15∶1添加，添加配方見表2。

1.2.2 添加菌種 使用復(fù)合芽孢桿菌作為菌種，菌種來自于運(yùn)城金林生物科技有限公司的復(fù)合芽孢桿菌粉，活菌總數(shù)≥500億個/g。

1.2.3 營養(yǎng)物質(zhì)添加 每天早上08：00測定水質(zhì)指標(biāo)后添加營養(yǎng)物質(zhì)，滿足生物絮團(tuán)對于營養(yǎng)成分的需求。添加量見表2。

2 結(jié)果與分析

2.1 水質(zhì)指標(biāo)的變化 2組氨氮曲線均呈先上升后下降的趨勢（圖1）。第1～5天，氯化銨組和飼料組的氨氮濃度均呈顯著上升趨勢。至第5天時，達(dá)到峰值，分別為1.306mg/L、1.239mg/L。這是由于前期水體中生物絮團(tuán)形成量不足，對于氮源的利用量低于添加量，從而造成水體中氨氮濃度不斷積累。第6～12天，氯化銨組和飼料組的氨氮濃度均表現(xiàn)為迅速下降，第12天時，達(dá)到最低值，分別為0.072mg/L、0.074mg/L。原因在于，隨著生物絮團(tuán)形成量的增加，水體中異養(yǎng)細(xì)菌對氮源的需求量大于添加量，從而使水體中的氨氮濃度呈下降趨勢。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與魯璐等[3]通過生物絮凝技術(shù)凈化水產(chǎn)養(yǎng)殖污水效果研究相似，他們采用生物絮團(tuán)技術(shù)使氨氮去除率達(dá)到40.85%。實(shí)驗(yàn)期間，氯化銨組和飼料組的亞硝酸鹽濃度總體均呈上升趨勢，第12天時達(dá)到最大值，分為0.0695mg/L和0.0946mg/L（圖2）。這于李朝兵等[4]生物絮團(tuán)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果相近。他們在生物絮團(tuán)培養(yǎng)過程中，第1～9天，水體亞硝酸鹽含量從0.05mg/L升至0.17mg/L，第10時，亞硝酸鹽濃度開始下降，至第17天時，降至0.04mg/L。2組pH值均保持在7.0～8.5，總體呈下降趨勢。異養(yǎng)微生物在新陳代謝過程中會消耗水體中的堿度，同時會釋放出大量的二氧化碳，使得水體pH值總體呈下降趨勢。為了促進(jìn)生物絮團(tuán)的形成，保持適宜的水體pH值是生物絮團(tuán)培養(yǎng)過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。在本實(shí)驗(yàn)期中，兩組的pH值均保持在適宜于異養(yǎng)微生物生長繁殖的范圍內(nèi)，在7.5～8.5上下波動，為生物絮團(tuán)的形成提供了堿度和良好的水質(zhì)條件。

2.2 生物絮團(tuán)的形成量及影響因素 2組生物絮團(tuán)形成量隨著實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行均不斷地增加（圖4）。第1～5天，飼料組生物絮團(tuán)的沉降量高于氯化銨組。第5天時，氯化銨組和飼料組的生物絮團(tuán)量分別達(dá)到1.6mL/L和3.2mL/L。原因在于前期生物絮團(tuán)形成量不足，對氮源的需求量不大，而飼料組中魚類在水體中的活動起到了緩慢攪動水體的作用，增加了異養(yǎng)微生物之間彼此碰撞的頻率，間接的增強(qiáng)了生物絮凝作用；第6～10天，氯化銨組生物絮團(tuán)沉降量高于飼料組。第10天時，氯化銨組和飼料組的生物絮團(tuán)量分別達(dá)到6.5mL/L和6.1mL/L；這是因?yàn)殡S著生物絮團(tuán)形成量的增加，異養(yǎng)細(xì)菌對氮源的需求量隨之增大。氯化銨作為無機(jī)氮源可以直接被異養(yǎng)細(xì)菌利用，促進(jìn)了異養(yǎng)微生物生長繁殖速率。而人工配合飼料則需要經(jīng)過魚類的攝食、消化、排氨作用才能夠被異養(yǎng)細(xì)菌利用。第11～12天，飼料組生物絮團(tuán)的沉降量高于氯化銨組。至實(shí)驗(yàn)結(jié)束，氯化銨組和飼料組生物絮團(tuán)形成量分別達(dá)到7.2mL/L和8.8mL/L。原因可能在于到實(shí)驗(yàn)后期，飼料組水體中殘餌形成了眾多的微小顆粒，而生物絮團(tuán)在形成的過程中會對水體中的懸浮物、膠體顆粒，游離狀態(tài)的益生菌以及部分可溶性物質(zhì)進(jìn)行網(wǎng)捕、過濾、吸收和吸附作用[5]。異養(yǎng)絲狀細(xì)菌以這些微小顆粒為核心，附著在顆粒的外圍同時附聚一些藻類、原生動物等形成生物絮團(tuán)。因此，這些微小飼料顆粒的存在可能促進(jìn)了生物絮凝作用的進(jìn)行。endprint

除了上述因素以外，生物絮團(tuán)培養(yǎng)過程中還受到以下幾種因素的影響：

2.2.1 曝氣 在生物絮團(tuán)形成的過程中充分的曝氣是必要的技術(shù)環(huán)節(jié)之一，高強(qiáng)度的曝氣主要有4個方面的作用：（1）一般生物絮團(tuán)技術(shù)多應(yīng)用于水產(chǎn)生物的高密度養(yǎng)殖，養(yǎng)殖對象的呼吸需氧量較大，同時在生物絮團(tuán)系統(tǒng)中存在著較大生物量的異養(yǎng)微生物，也需要消耗大量的水體溶氧；（2）保持生物絮團(tuán)處于懸浮狀態(tài)；（3）在曝氣的同時也起到了攪動水體的作用，隨著水體的流動不易在局部形成死水區(qū)；（4）有利于水體中二氧化碳的逸出。此外，在曝氣的同時還需要對水體的攪拌作用，通過緩慢地攪動水體，使得細(xì)胞間彼此碰撞的幾率增大，有利于生物絮團(tuán)的形成；同時還需避免過于強(qiáng)烈的攪拌，強(qiáng)烈的攪動引起湍流，間接增加了細(xì)胞間的剪切力，使得生物絮團(tuán)的直徑減小甚至?xí)?dǎo)致生物絮團(tuán)的細(xì)胞分散，從而降低了水體的絮凝效果[6]。

2.2.2 溫度 生物絮團(tuán)微型生態(tài)系統(tǒng)本身就是一個有機(jī)的生態(tài)群落，溫度的變化在影響微生物生長繁殖、生理代謝的同時也直接或間接地影響到生物絮團(tuán)系統(tǒng)的形成與穩(wěn)定。一般認(rèn)為，溫度過高或過低對于生物絮團(tuán)系統(tǒng)的形成都是不利的。Kerishna（1999）提出，在溫度過高時，異養(yǎng)微生物通過分泌胞外多糖，從而抑制生物絮團(tuán)的形成。Wilen（2000）的研究表明，在較低的溫度條件下，生物絮團(tuán)的形成時間較之高溫條件下會更長，原因可能在于在低溫條件下，異養(yǎng)微生物自身的酶活性較低，生長代謝過程受到抑制，導(dǎo)致異養(yǎng)微生物的數(shù)量較低。然而，在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，水體溫度的調(diào)控并不容易，尤其是對大水體的養(yǎng)殖池塘。目前的研究結(jié)果表明，在20～25℃時比較有利于生物絮團(tuán)的形成[7-8]。

2.2.3 pH 養(yǎng)殖水體的pH影響生物絮團(tuán)系統(tǒng)的形成與穩(wěn)定[9]。養(yǎng)殖水體pH值的波動對異養(yǎng)微生物的生長繁殖存在著潛在的影響，而在生物絮團(tuán)系統(tǒng)的形成過程中也會使得養(yǎng)殖水體的pH值發(fā)生變化。根據(jù)目前的研究結(jié)果，異養(yǎng)微生物在利用水體中的氨氮作為N源、有機(jī)碳作為C源合成自身菌體蛋白的過程中，同時也會使得養(yǎng)殖水體中的堿度下降，研究表明，在合成菌體蛋白的過程中，異養(yǎng)微生物每利用1g的氨氮大約能夠吸收15.17g單糖、4.17g溶氧以及3.57g碳酸鈣堿度，同時會釋放9.65g二氧化碳。生物絮團(tuán)系統(tǒng)本身就是一種異養(yǎng)微生物微型生態(tài)系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)存在著較大生物量的異養(yǎng)微生物群落，當(dāng)外界條件適宜時，異養(yǎng)微生物在生長繁殖的過程中會釋放大量的二氧化碳進(jìn)入養(yǎng)殖水體，如不及時排除進(jìn)而會引起養(yǎng)殖水體pH值下降，這一觀點(diǎn)也在Mclotnsh（2001）的研究中得以證實(shí)。

3 結(jié)論

綜上所述，采用投喂人工配合飼料培養(yǎng)生物絮團(tuán)的方式效果更好。使用氯化銨作為氮源培養(yǎng)生物絮團(tuán)雖然也能獲得成功，但生物絮團(tuán)的形成量相對較低。同時，在培養(yǎng)生物絮團(tuán)的過程中，應(yīng)注意保持適量曝氣、適宜的水溫及水體pH。

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（責(zé)編：張宏民）endprint