沼液微生物與小球藻凈化及魚養(yǎng)殖效果研究

張杏艷 陳中華 鄧海明 龔勝 盧文學(xué) 黃光云 楊楷 藍(lán)海恩

摘 要：采用光合菌劑及枯草芽孢桿菌復(fù)合菌等微生物和小球藻對沼液進(jìn)行凈化處理，將沼液轉(zhuǎn)化為養(yǎng)殖用水后，投放3組不同組合比例的羅非魚、鳙魚、鰱魚、鯰魚、草魚，研究微生物+小球藻組合對沼液的凈化效果及不同魚類組合的養(yǎng)殖效果。結(jié)果表明，微生物+小球藻處理模式能較好地將沼液進(jìn)行凈化，并將魚塘水質(zhì)維持在較高水平，養(yǎng)殖期間各試驗(yàn)塘水質(zhì)指標(biāo)波動(dòng)范圍為：溶解氧6.1～10.6 mg·L-1，pH值7.8～8.9，NH4+ 0.28～0.72 mg·L-1，NO2- 0～0.01 mg·L-1，PO42- 24.5～70.0 mg·L-1；16%羅非魚+2%鳙魚+2%鰱魚+80%鯰魚組合的養(yǎng)殖公頃產(chǎn)值較高。說明微生物+小球藻類可將沼液轉(zhuǎn)化為魚類的養(yǎng)殖用水，魚養(yǎng)殖效果良好。

關(guān)鍵詞： 沼液；微生物；小球藻；凈化；水產(chǎn)養(yǎng)殖；魚；水質(zhì)

中圖分類號：S811.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2018.05.006

Abstract： Biogas slurry was purified and treated as a resource by microorganism （the complex bacteria of photosynthetic bacteria and bacillus subtilis） and Chlorella， and then changed to be aquaculture water. Three groups of tilapia， bighead， silver carp， catfish， grass carp with different proportion were put into the fishponds for researching the effects of purification and fish culture on biogas slurry by microorganism and Chlorella. The results showed that microorganism and Chlorella could purify the biogas slurry effectively and kept the fishpond water quality on healthy level for long time. The indicators of fishpond water quality in the culture time were that DO 6.1～10.6 mg·L-1， pH 7.8～8.9， NH4+ 0.28～0.72 mg·L-1，NO2- 0～0.01 mg·L-1，PO42- 24.5～70.0 mg·L-1. The group got the higher production value with the proportion of 16% tilapia， 2% bighead， 2% silver carp， 80% catfish. Biogas slurry can be purified by microorganism and Chlorella effectively and has good effect on culture.

Key words： biogas slurry； microorganism； Chlorella； purify； aquaculture； fish； water quality

隨著環(huán)境保護(hù)的要求越來越高，糞污的資源化利用是畜牧業(yè)健康持續(xù)發(fā)展需解決的重要問題，長期以來，我國規(guī)?；B(yǎng)殖場解決糞污資源化的主要途徑是將糞尿發(fā)酵成沼氣，用于發(fā)電和供暖。糞尿發(fā)酵成沼氣，實(shí)現(xiàn)了大部分糞尿的資源化，但沼氣發(fā)酵殘留的沼液依然含有大量的有機(jī)物質(zhì)，不能直接排放，糞污資源化不徹底，畜牧養(yǎng)殖環(huán)境污染問題依然突出。

在糞污資源化利用模式中，豬—魚模式歷史悠久。以往通常的做法是利用新鮮的豬糞養(yǎng)魚，但未經(jīng)處理的豬糞養(yǎng)魚存在魚體感染沙門氏菌并傳染給人類的風(fēng)險(xiǎn)[1]，而沼液經(jīng)過厭氧發(fā)酵，殺滅了大量的寄生蟲卵和有害病菌，可大大降低塘魚的發(fā)病率[2]，且沼液發(fā)酵過程中微生物代謝產(chǎn)生的氨基酸類、B 族維生素類、抗生素類等生物活性物質(zhì)，可促進(jìn)魚體的生長，增強(qiáng)魚體的抗病能力，提高成活率[3]。此外，沼液中豐富的速效氮、速效磷、速效鉀[4]，對浮游植物的生長十分有利，而浮游植物及以浮游植物為食的浮游動(dòng)物是魚類的良好食餌。但淡水養(yǎng)殖對水質(zhì)的要求較高，直接利用沼液養(yǎng)殖或沼液投入量過大，存在水質(zhì)變差導(dǎo)致養(yǎng)殖生物死亡的風(fēng)險(xiǎn)[5]。因此，沼液的投放量及沼液入塘后水質(zhì)的處理和控制是沼液有效轉(zhuǎn)化為養(yǎng)殖資源的關(guān)鍵。

本研究利用微生物及藻類對沼液進(jìn)行凈化和資源化處理，并進(jìn)行不同魚組合的水產(chǎn)養(yǎng)殖，以探究微生物+藻類處理模式對沼液的凈化和資源化效果及模式，探尋畜禽糞污高效資源化利用的途徑。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)塘水質(zhì)調(diào)控物品

微生物為枯草芽孢桿菌及光合菌等復(fù)合菌（品牌：魚保）；小球藻；水質(zhì)調(diào)節(jié)劑為有機(jī)酸、尿素、蒙脫石、水福星、石粉、硫代硫酸鈉、綠水、磷酸銨；沼液來源于廣西柯新源原種豬有限責(zé)任公司。

1.2 試驗(yàn)分組及水產(chǎn)養(yǎng)殖生物的投放

試驗(yàn)于2016年3—10月在廣西壯族自治區(qū)畜牧研究所傳統(tǒng)魚塘進(jìn)行，魚塘分別編號為1號、2號、3號，魚塘面積分別為5 336，10 005，10 005 m2，水深1.0～1.5 m，投放體質(zhì)量約10～50 g的鯰魚、鳙魚、羅非魚、草魚、鰱魚。各試驗(yàn)塘水產(chǎn)養(yǎng)殖動(dòng)物投放量如表1所示。

1.3 沼液投放及試驗(yàn)塘水質(zhì)調(diào)節(jié)

試驗(yàn)塘用水和沼液的pH值以及NH4+，NO2-，PO42- 含量較高，其中，沼液的NH4+，PO42- 含量分別高達(dá)290.0，3 320.0 mg·L-1。沼液入塘?xí)蟠筇岣咴囼?yàn)塘水的pH值和NH4+，NO2-，PO42- 含量，不符合養(yǎng)殖用水的水質(zhì)要求。本試驗(yàn)采用微生物+小球藻處理沼液入塘后的水質(zhì)，在水質(zhì)調(diào)節(jié)期大約每隔7 d投放一次魚保，前期投放9～12 g·m-2，中后期每次6 g·m-2，中期投入0.75 g·m-2的小球藻和0.75 g·m-2的尿素，以將沼液轉(zhuǎn)化為養(yǎng)殖用水。試驗(yàn)期間，不定期進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測及調(diào)控。本試驗(yàn)為期185 d，0～62 d為水質(zhì)調(diào)節(jié)期（第45 天加入沼液），63～185 d為養(yǎng)殖期，根據(jù)魚塘水質(zhì)狀況，每天不定時(shí)以抽排方式投放沼液，平均每天投放沼液149.25 kg·hm-2，累計(jì)投放20 895 kg·hm-2。

在微生物+小球藻處理前，先將魚塘干塘，進(jìn)行7 d的消毒處理。測定魚塘用水及沼液的溶解氧，pH值，NH4+，NO2-以及PO42- 的背景值，測定結(jié)果如表2所示。

隨后引水入塘，投放沼液并進(jìn)行魚塘水質(zhì)調(diào)節(jié)（表3）。（1）采用沸石粉物理吸附降低魚塘水的氨氮；（2）投入微生物制劑魚保（光合細(xì)菌和枯草芽孢桿菌復(fù)合菌），利用微生物制劑將氮磷吸收轉(zhuǎn)化為菌體蛋白，培養(yǎng)浮游動(dòng)物，作為魚的餌料；（3）加入小球藻加快對氮磷吸收；（4）適時(shí)加入有機(jī)酸調(diào)整pH值，加入腐植酸鈉進(jìn)行底質(zhì)改良。每天由管道引入沼液，平均每天投入149.25 kg·hm-2，循環(huán)（1）和（2）步驟以達(dá)到沼液轉(zhuǎn)化為水產(chǎn)養(yǎng)殖用水。

1.4 養(yǎng)殖管理

養(yǎng)殖期間，補(bǔ)充投放精品料、下腳料、制粒料、海雜魚、預(yù)混料、粉料、精粒料進(jìn)行喂養(yǎng)，每隔30 d監(jiān)測水質(zhì)一次，以監(jiān)控試驗(yàn)塘水質(zhì)情況，保證魚的正常生長。養(yǎng)殖期間，每隔7 d觀察水質(zhì)狀況一次，并根據(jù)試驗(yàn)塘水質(zhì)狀況，投放魚保，每次6 g·m-2。養(yǎng)殖150 d。

1.5 數(shù)據(jù)分析

水質(zhì)調(diào)節(jié)期，定期測定試驗(yàn)塘水質(zhì)；試驗(yàn)結(jié)束后，統(tǒng)計(jì)魚的產(chǎn)量。采用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 微生物+藻類模式對沼液的凈化效果

2.1.1 溶解氧 試驗(yàn)用塘水溶解氧濃度在2.5～3.0 mg·L-1，而施用的沼液溶解氧濃度為0。由圖1-A可知，在水質(zhì)調(diào)節(jié)期，投入魚保之后，溶解氧的濃度迅速上升，并長期維持在10 mg·L-1以上，最高濃度達(dá)到15.6 mg·L-1；引入沼液之后，溶解氧的濃度有所下降，但仍保持在10 mg·L-1左右；養(yǎng)殖期間，溶解氧的濃度維持在6.1～10.6 mg·L-1，均維持在較高水平。根據(jù)《國家漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》的要求，漁業(yè)用水溶解氧的濃度在連續(xù)24 h中，必須有16 h以上大于5 mg·L-1，其余任何時(shí)候不得低于3 mg·L-1。微生物+藻類組合模式能有效提高和維持沼液入塘水溶解氧的濃度，符合《國家漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》的要求。

2.1.2 pH值 試驗(yàn)用塘水pH值在8.8～9.1，沼液pH值為9.4，二者均偏堿性。由圖1-B可知，在水質(zhì)調(diào)節(jié)期，加入沸石粉、有機(jī)酸、魚保之后，魚塘水的pH值明顯下降，加入沼液之后，魚塘水的pH值略有升高，且在養(yǎng)殖期間，魚塘水的pH值維持在7.8～8.9。《國家漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》淡水養(yǎng)殖pH值的標(biāo)準(zhǔn)為6.5～8.5，養(yǎng)殖水產(chǎn)生物安全生活的pH值范圍為6.5～9.0，最適宜的pH值范圍為7.0～8.5，pH值高于9.5或低于5都會直接導(dǎo)致養(yǎng)殖水產(chǎn)生物死亡。微生物+藻類組合模式能將沼液入塘后的養(yǎng)殖用水平穩(wěn)維持在適宜的范圍內(nèi)，符合《國家漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》的要求。

2.1.3 NH4+ 試驗(yàn)用塘水NH4+的濃度在5.6～10 mg·L-1，沼液的濃度高達(dá)290.0 mg·L-1。由圖1-C可知，微生物+藻類水質(zhì)調(diào)節(jié)方案能明顯降低NH4+的濃度。在水質(zhì)調(diào)節(jié)期，試驗(yàn)塘水NH4+的濃度迅速下降，加入沼液后，NH4+濃度仍在下降，在養(yǎng)殖期一直保持在0.28～0.64 mg·L-1的低濃度范圍內(nèi)。

2.1.4 NO2- 試驗(yàn)用塘水NO2-的濃度在0.03～0.04 mg·L-1，沼液NO2-的濃度為0。由圖1-D可知，在水質(zhì)調(diào)節(jié)期，試驗(yàn)用塘水NO2-的濃度波動(dòng)較大，最高濃度升高到0.14 mg·L-1，而后迅速下降，在養(yǎng)殖期，NO2-的濃度一直保持在0～0.01 mg·L-1的低濃度范圍內(nèi)。

2.1.5 PO42- 試驗(yàn)用塘水PO42-的濃度在200～273 mg·L-1，沼液PO42-的濃度高達(dá)3 320 mg·L-1。由圖1-D可知，在水質(zhì)調(diào)節(jié)先期PO42-的濃度平緩下降，后期下降迅速，在養(yǎng)殖期，PO42-的濃度保持平穩(wěn)，濃度在24.5～83.0 mg·L-1。

綜上所述，養(yǎng)殖期內(nèi)，各試驗(yàn)塘水質(zhì)指標(biāo)波動(dòng)范圍為：溶解氧6.1～10.6 mg·L-1，pH值7.8～8.9，NH4+ 0.28～0.72 mg·L-1，NO2- 0～0.01 mg·L-1，PO42- 24.5～70.0 mg·L-1，說明微生物+藻類模式能較好地將沼液轉(zhuǎn)化為魚的養(yǎng)殖用水，并將沼液養(yǎng)殖用水水質(zhì)維持在較高水平。

2.2 沼液養(yǎng)殖效果

養(yǎng)殖結(jié)束后，統(tǒng)計(jì)各試驗(yàn)塘水產(chǎn)品質(zhì)量，并根據(jù)中國水產(chǎn)養(yǎng)殖網(wǎng)2016年下半年及2017年上半年公布的市場價(jià)格，計(jì)算各試驗(yàn)塘產(chǎn)值，結(jié)果如下：1號塘收獲羅非魚1 650 kg，鳙魚2 630 kg，鰱魚0 kg，鯰魚8 075 kg，總計(jì)12 355 kg，總產(chǎn)值117 930元，公頃產(chǎn)值987.67元·hm-2；2號塘收獲羅非魚2 974 kg，鳙魚2 543 kg，鰱魚840 kg，草魚7 733 kg，總計(jì)收獲14 090 kg，總產(chǎn)值148 412元，公頃產(chǎn)值662.91元·hm-2；3號塘收獲羅非魚1 426 kg，鳙魚2 155 kg，鰱魚0 kg，鯰魚0 kg，草魚3 889 kg，總計(jì)7 470 kg，總產(chǎn)值81 392元，公頃產(chǎn)值363.55元·hm-2。從收獲的魚產(chǎn)量上看，35%羅非魚+5%鳙魚+3%鰱魚+57%草魚組合的養(yǎng)殖產(chǎn)量較高；但從當(dāng)年的公頃產(chǎn)值上看，16%羅非魚+2%鳙魚+2%鰱魚+80%鯰魚的組合較高。沼液經(jīng)過微生物藻類處理之后，可有效用于魚類養(yǎng)殖。

3 結(jié)論與討論

3.1 沼液促進(jìn)魚生長機(jī)制及魚品種的搭配

沼液養(yǎng)魚主要基于2條食物鏈，一是自養(yǎng)型食物鏈，水體中的浮游植物直接吸收沼液中的無機(jī)養(yǎng)分，通過光合作用大量繁殖，直接被濾食性魚類攝食，或經(jīng)浮游動(dòng)物攝食后，再被魚類攝食。浮游植物的生長主要受水體C∶N∶P的影響，其生長良好的C∶N∶P為50∶10∶1，沼液的N，P元素含量較高，且多數(shù)為速效氮和速效磷，非常適合浮游生物的生長；二是異養(yǎng)型食物鏈，魚類直接攝食沼液，沼液經(jīng)過厭氧發(fā)酵之后，原料中的大分子物質(zhì)被微生物降解成魚類可直接吸收的營養(yǎng)物質(zhì)，如氨基酸及微量元素，當(dāng)餌料不足時(shí)，濾食性和草食性魚類可以直接攝食少量沼液，同時(shí)施用沼液使得水體中的細(xì)菌等微生物大量繁殖，在加速沼液分解的同時(shí)，魚類也可直接攝食沼液中的細(xì)菌或以細(xì)菌為食的浮游動(dòng)物和底棲小動(dòng)物[6]。研究證明，施用豬糞或者豬糞配合飼料施用可明顯提高魚塘沉積物中異養(yǎng)細(xì)菌的數(shù)量[7]。沼液的投放量、沼液的分解效率、浮游植物、細(xì)菌、魚的品種及搭配是這2條食物鏈高效運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵因素。在實(shí)際生產(chǎn)中，常用的方式是添加細(xì)菌等微生物及藻類，以加快沼液的分解，增加魚類的餌料。

在實(shí)際水產(chǎn)養(yǎng)殖中，自養(yǎng)型食物鏈起主要作用，因此，在魚品種的選擇方面，主要投放與之相適應(yīng)的濾食性魚類、雜食性魚類及草食性魚類，如羅非魚、鳙魚、草魚等。當(dāng)沼液營養(yǎng)成分較高或補(bǔ)充飼料的情況下，大量的沼液可被雜食性魚類直接攝食，縮短食物鏈，提高水體對沼液的吸納能力。提高雜食性魚類投放的比例，可獲得較高的生產(chǎn)性能和經(jīng)濟(jì)效益，如當(dāng)雜食性魚類的投放比例提高到60%以上時(shí)，金華種豬試驗(yàn)場豬魚聯(lián)養(yǎng)場取得了最佳魚產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益[6]。而本試驗(yàn)結(jié)果顯示，雜食性魚類投放比例為80%的試驗(yàn)組獲得了最高的經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 微生物+藻類對沼液的凈化效果

沼液成分復(fù)雜，其中，氮、磷、鉀成分含量豐富，而氮磷則為水體富營養(yǎng)化的限制因素，總氮大于0.5 mg·L-1，總磷大于0.01 mg·L-1，水體富營養(yǎng)化的可能性就非常高[8]。在水產(chǎn)養(yǎng)殖中，沼液投入過量，則會引起水體富營養(yǎng)化，造成水體溶解氧降低，危害魚類的生長。降低沼液氮磷的濃度或控制沼液入塘后魚塘水質(zhì)，防止水體富營養(yǎng)化，是沼液魚類養(yǎng)殖成功的關(guān)鍵。物理化學(xué)的方式對沼液有一定的處理能力，但處理效率較低，如常用的沸石對沼液中的總氮、氨氮、總磷、COD的去除率僅為4.76%，24.49%，18.95%，4.42%[9]。而微生物對沼液則有明顯的處理效果。研究表明，光合菌劑、發(fā)酵菌劑及其復(fù)合菌劑可將沼液入塘后偏酸的水調(diào)至中性[10]；對沼液中的生物需氧量、總磷、糞大腸菌群的去除率分別達(dá)到61.5%，83.0%，99.0%，對化學(xué)需氧量、氨氮、全鹽量的去除率分別達(dá)到54.9%，48.4%，31.8% [11]。而小球藻在6 000 lx光照強(qiáng)度下，對濃度為50%、初始pH值為6的沼液中的化學(xué)需氧量，生物需氧量、總氮、總磷的去除率分別達(dá)到了88.5%，91.2%，95.3%，87.6%[12]。經(jīng)馴化后的耐高濃度沼液小球藻對豬場沼液的化學(xué)需氧量、懸浮物、氨氮、總磷（TP）的去除率分別為77.61%，91.00%，94.76%， 80.03%，處理結(jié)果低于國標(biāo)規(guī)定的集約化養(yǎng)豬業(yè)水污染物最高允許日排放質(zhì)量濃度[13]。在實(shí)際的水產(chǎn)養(yǎng)殖中，養(yǎng)殖環(huán)境比較復(fù)雜多變，單一的處理模式難以達(dá)到理想的效果，多種處理方式組合使用成為實(shí)際生產(chǎn)中的常見模式。在實(shí)際應(yīng)用中，沼液的投放量、微生物藻類品種的選擇及投放方式成為沼液轉(zhuǎn)化的成魚養(yǎng)殖用水的關(guān)鍵。而本研究表明，微生物+藻類的組合模式對沼液具有良好的凈化效果，在養(yǎng)殖過程中，光合菌和枯草芽孢桿菌復(fù)合菌每7 d投放一次，每次6 g·m-2，中期配以0.75 g·m-2的小球藻及0.75 g·m-2的尿素可有效地將沼液轉(zhuǎn)化為魚類的養(yǎng)殖用水，并將沼液養(yǎng)殖用水水質(zhì)維持在較高水平，養(yǎng)殖期間，魚塘水質(zhì)變化為：溶解氧6.1～10.6 mg·L-1，pH值7.8～8.9，NH4+ 0.28～0.72 mg·L-1，NO2- 0～0.01 mg·L-1，PO42- 24.5～70 mg·L-1。

3.3 沼液養(yǎng)魚的經(jīng)濟(jì)效益及社會效益

面對越來越高的環(huán)保要求，沼液作為規(guī)?；B(yǎng)殖場必須處理的廢棄物，其處理成為養(yǎng)殖場的負(fù)擔(dān)。沼液用于魚的養(yǎng)殖，一方面解決了養(yǎng)殖場沼液處置的問題，另一方面降低了魚的養(yǎng)殖成本。沼液富含水生物能夠利用的養(yǎng)分，其豐富的氮磷鉀是微生物和藻類能夠直接利用的良好的營養(yǎng)元素，投入光合菌和枯草芽孢桿菌能提高水體的光合作用及水體的溶解氧，改善水體的水質(zhì)環(huán)境，同時(shí)，不斷生長的小球藻又可以作為餌料直接為魚利用，從而降低魚養(yǎng)殖的飼料成本。研究表明，在不添加其他任何物質(zhì)的情況下，每3 d投放一次牛糞發(fā)酵的沼液，125 d后，魚的產(chǎn)量可達(dá)到4 826 kg·hm-2[14]。以1 000 kg沼液作為底肥，每天多潑撒沼液或沼渣 100 kg，魚產(chǎn)量的增長率可達(dá)28%[15]。在沼—稻—魚的模式中，累計(jì)施加64.24，67.47 kg·m-2沼液的稻田，魚的產(chǎn)量分別比不施加沼液的稻田增產(chǎn)45.5%和49.8%，純收入分別增加1 830.0，1 711.5元·hm-2 [16]。此外，沼液養(yǎng)魚使發(fā)病率明顯降低，經(jīng)濟(jì)效益比傳統(tǒng)養(yǎng)魚提高 10%～30%[17]。與常規(guī)法養(yǎng)魚相比，沼液養(yǎng)魚可節(jié)約40%的精料，魚產(chǎn)量增加450 kg·hm-2以上[18]。

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