對蝦工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖中應用生物絮團技術(shù)的研究

鮑 鷹，孫習武 ，季愛兵

(1 南通中國科學院海洋研究所海洋科學與技術(shù)研究發(fā)展中心，江蘇 南通，226019；2 江蘇通州灣漁業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司，江蘇 南通，226000；3 江蘇東海之濱海洋生物科技有限公司，江蘇 南通，266000)

工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖是一種高密度、高產(chǎn)量、高投入、高效益的集約化養(yǎng)殖模式。國內(nèi)外現(xiàn)有循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)在生產(chǎn)中取得了較好的效果[1-9]，但是在我國對蝦養(yǎng)殖中成功應用的還不多。在對蝦養(yǎng)殖的前期，即從P5期(第5天的仔蝦)蝦苗培育到體長約4 cm的幼蝦(即標苗期)，蝦苗細小嬌嫩。目前，用循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)養(yǎng)殖標苗，容易造成蝦苗大小分化、蝦體瘦弱、養(yǎng)殖全過程的總體存活率低等問題。

生物絮團是以相互粘連的異養(yǎng)菌為主體，同時還有真菌、原生動物、藻類、線蟲等微小低等動物所組成的絮狀懸浮物，具有調(diào)節(jié)水質(zhì)的功能[10-12]。生物絮團并不是典型循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中的標配。在典型的循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中，起去除氨氮和亞硝酸鹽作用的生物膜(硝化細菌膜狀群落)存在于獨立的生物處理池中，而在養(yǎng)殖池中只有少量或極少量的絮團存在。在循環(huán)水養(yǎng)蝦車間中，一般是將1/10的養(yǎng)殖池用作標苗池。如果這些標苗池接入循環(huán)系統(tǒng)并依靠循環(huán)系統(tǒng)來控制水質(zhì)，那么就是循環(huán)水標苗的方法；如果不接入循環(huán)系統(tǒng)，采用在標苗池中培養(yǎng)生物絮團的方式來控制水質(zhì)，那么就是絮團標苗的方法。利用生物絮團的凈水功能在標苗池中原位處理水中的氨氮、亞硝酸鹽氮等有毒有害物質(zhì)，實現(xiàn)零換水標苗，可以克服由蝦苗細小所帶來的種種問題。本研究利用工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)進行循環(huán)水標苗和絮團標苗對比試驗，就對蝦工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖中階段性采用生物絮團養(yǎng)殖模式的意義和技術(shù)要點進行探討。

1 材料與方法

1.1 試驗地點和設施條件

在工廠化對蝦養(yǎng)殖中，養(yǎng)殖過程分為2個階段：標苗和養(yǎng)成。標苗時的養(yǎng)殖密度一般為6 000～10 000尾/m2，標苗時間25～30 d。標苗結(jié)束時將幼蝦分到養(yǎng)殖池中，進入養(yǎng)成階段，養(yǎng)殖密度500～600尾/m2。試驗于2016年4月—2016年7月在江蘇省南通市通州灣江海聯(lián)動開發(fā)示范區(qū)的中國科學院海洋研究所現(xiàn)代漁業(yè)創(chuàng)新研發(fā)示范基地2號車間進行。車間里有2個工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)，每個養(yǎng)殖系統(tǒng)由10個養(yǎng)殖池和水處理設施組成。養(yǎng)殖池為水泥圓角方池，每個養(yǎng)殖池的面積為32 m2，池深1.2 m，單池水體32 m3。水處理系統(tǒng)包括沉淀池、微濾機、生物濾池、臭氧發(fā)生器、蛋白分離器和循環(huán)水泵等(圖1)。池中央排水口插直徑110 mm的PVC管作為出水管。管上打有密排直徑5 mm的小孔。在標苗時，出水管外罩80目篩絹網(wǎng)袋，以防蝦苗逃逸。每個養(yǎng)殖池中均布24個氣石進行增氧。

圖1 工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)水處理流程圖

1.2 標苗

2016年4月12日在2號車間東系統(tǒng)投放P5規(guī)格南美白對蝦蝦苗，蝦苗購自海南海悅蝦苗場。

圖2 循環(huán)水標苗飼料投飼量

1.3 絮團標苗

圖3 絮團標苗飼料投飼量和紅糖添加量

1.4 數(shù)據(jù)檢測

2 結(jié)果

圖4 循環(huán)水標苗 和質(zhì)量濃度的變化

圖5 絮團標苗 和質(zhì)量濃度的變化

兩次標苗的結(jié)果見表1，可以看出，循環(huán)水模式?jīng)]有絮團模式好，主要表現(xiàn)在幼蝦大小不均勻，存活率也不高。這種大小分化嚴重的幼蝦進入養(yǎng)殖池后，個頭小的蝦會逐漸在蛻殼時被個頭大的蝦吃掉，所以到養(yǎng)殖結(jié)束時總體存活率會很低。

表1 循環(huán)水標苗和絮團標苗的結(jié)果

3 討論

3.1 工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)用于標苗的缺陷

如果在循環(huán)水系統(tǒng)中標苗，就是以循環(huán)水模式來控制水質(zhì)，則存在以下問題。

3.1.1 循環(huán)量與蝦苗的矛盾

在標苗早期，蝦苗體長只有數(shù)毫米，非常細小。在循環(huán)水系統(tǒng)中，就要在出水管上套一個80目的篩絹網(wǎng)，才能保證蝦苗不會隨著水流流出。但這么細密的網(wǎng)非常容易被堵塞，如果不及時進行人工清理，則養(yǎng)殖池的水進的多，出的少，會造成溢水事故，這就嚴重制約了循環(huán)量。

3.1.2 循環(huán)量與投飼的矛盾

標苗池每天投飼6次，殘餌和蝦的糞便在細菌的作用下迅速生成氨氮，并進一步產(chǎn)生亞硝酸鹽。在循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中，養(yǎng)殖池中的氨氮和亞硝酸鹽要隨著水循環(huán)進入生物處理池后才能被處理掉，所以循環(huán)速率是關(guān)鍵因子。在標苗期，一方面飼料非常細小，不易沉底，容易隨著水流流出養(yǎng)殖池，所以循環(huán)量不能大；另一方面，蝦苗的采食能力弱，必須在水中保持較高的飼料密度才能保證蝦苗的有效采食，所以循環(huán)量也不能大。這樣就與為了保證水質(zhì)良好而要有較大的循環(huán)量產(chǎn)生矛盾。

3.1.3 循環(huán)量與水質(zhì)的矛盾

在生物處理池容量確定后，水質(zhì)與循環(huán)量是正相關(guān)的，循環(huán)量越大，則水質(zhì)越好，所能承受的養(yǎng)殖負荷量就越大。標苗期不能有較大的循環(huán)量，否則很容易引起水質(zhì)劣化。水質(zhì)不好，就會造成蝦苗體質(zhì)弱，生長慢，甚至得病死亡。而標苗期如果循環(huán)量大了，又會使蝦苗不能有效采食而生長不均勻，個體間大小分化，嚴重影響后期養(yǎng)殖管理。用循環(huán)水系統(tǒng)標苗存在出水管過濾網(wǎng)容易堵塞、蝦苗無法有效攝食以及水質(zhì)惡化等方面的問題。所以在標苗階段改用基于絮團的養(yǎng)殖模式，雖然還是在循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的養(yǎng)殖池中標苗，但不再循環(huán)，每個養(yǎng)殖池作為標苗池獨立使用，利用生物絮團在標苗池中原位處理氨氮，以達到有效控制水質(zhì)的目的。

3.2 用生物絮團標苗的技術(shù)要點

絮團標苗是循環(huán)水養(yǎng)蝦工藝中的一個重要環(huán)節(jié)?；谛鯃F是好氧的異養(yǎng)菌組成的這一本質(zhì)特征，充氣、絮團生長的時間、補充碳源等構(gòu)成了在標苗生產(chǎn)中應用生物絮團技術(shù)的要點。

3.2.1 提前培養(yǎng)絮團

在不換水的養(yǎng)殖池中，從開始養(yǎng)殖之日起，在水中碳氮比(C/N)合適的條件下，絮團的產(chǎn)生需要3～4 d的時間[13]，之后絮團量日漸增加；水中的氨氮會逐日升高，約第5天或第6天達到峰值，之后逐日下降，約10 d后穩(wěn)定在較低水平[14]。在新建立的絮團養(yǎng)殖池中，生物絮團對氨氮和亞硝酸鹽的去除有一定的滯后現(xiàn)象[15]，因此，用絮團法標苗要至少提前10 d培養(yǎng)絮團。可以按照計劃標苗的首日投飼量，每天往養(yǎng)殖池中投放標苗時用的飼料，作為培養(yǎng)絮團的有機氮源。同時，每天添加與飼料量等量的蔗糖作為有機碳源，這時添加碳源的比例要比投苗后的比例大，原因是投苗后飼料中約30%的氮會被蝦苗吸收。充氣、加溫等措施與標苗時相同。

3.2.2 補充碳源

一般來說，異養(yǎng)菌菌體中C/N為4∶1～5∶1，也就是異養(yǎng)菌同化1份有機氮需要吸收4～5份有機碳。在養(yǎng)殖生產(chǎn)中，水中的有機氮是從飼料來的，但飼料中的有機碳含量遠遠不能滿足異養(yǎng)菌利用所有氨氮所需的有機碳量，有機碳成了一個控制因子。因此，可以通過添加有機碳調(diào)控中水異養(yǎng)菌數(shù)量。所謂生物絮團技術(shù)實際上就是異養(yǎng)菌的調(diào)控與使用技術(shù)[16]。研究表明，C/N在15∶1～20∶1時，異養(yǎng)菌同化無機氮的效率最高，由此得出碳源添加量的理論公式[12]：

C=F×Nf×Ne/0.05

(1)

式中：C—碳源的日添加量(g)；F—日投飼量(g)；Nf—飼料中含氮量(%)；Ne—飼料氮的排出率(%)，約為50%。

葡萄糖、蔗糖、淀粉、麥麩、面粉、玉米粉等都可以用作碳源，但效果差異很大[13]。葡萄糖作為碳源時，絮團的生成最快，只需2 d，但不穩(wěn)定，容易消散；蔗糖的效果最好，形成絮團快而且穩(wěn)定；麥麩、面粉、玉米粉等直接用作碳源時會引起蝦苗死亡，要先發(fā)酵成小分子碳水化合物再用作碳源。各種碳水化合物的含碳量不一樣，同樣的碳氮比，添加量也不一樣。用蔗糖作為碳源時，日添加量約為日投飼量的77%[13]。添加的方式是在每次投飼時稱量出投飼量77%的蔗糖，用養(yǎng)殖池水化開后潑灑到養(yǎng)殖池中。

3.2.3 充氣方式

充氣的作用是增加溶氧和攪動水體。在絮團標苗池中，微生物的耗氧量要遠遠大于蝦苗的耗氧量，所以充氣量要比非絮團標苗池大。普通的工廠化養(yǎng)蝦車間鼓風機配備標準是每1 000 m2池7.5 kW，而在絮團養(yǎng)殖車間要用到15 kW。絮團養(yǎng)殖基本上不換水，殘餌和糞便被水中的自養(yǎng)微生物利用而形成絮團。形成絮團實際上是去除殘餌和糞便的一種方式。絮團養(yǎng)殖的一個關(guān)鍵點是不能讓殘餌和蝦的糞便在池底沉淀堆積。一旦出現(xiàn)堆積，就會在其內(nèi)部形成厭氧微生物繁殖區(qū)，造成底層水還原性升高、缺氧、硫化氫質(zhì)量濃度高等，而底層恰恰是對蝦的主要棲息區(qū)域，由此造成對蝦體弱、發(fā)病、偷死等問題。為了通過充氣使水體流動起來，沒有靜水區(qū)，布氣方式很重要。傳統(tǒng)的布氣方式是用散氣石或納米曝氣管在池底曝氣，在水面上能看到水氣翻滾，但在池底，散氣石與散氣石，或納米管與納米管之間的區(qū)域是相對靜止區(qū)，非常容易有沉淀物堆積。為了消除堆積，要用到氣提管。所謂氣提管，是一根垂直插在水中的管子，當管子中有大量氣泡時，管中的水氣混合體的比重降低，液面就會抬升，管子插入水中越深，液面抬升就越高。當抬升液面下的管壁上有側(cè)孔時，水就從側(cè)孔流出。一個氣提管就相當于一臺小型水泵。氣提管工作的同時起到了增加溶氧和帶動水流的作用。在布氣時要充分利用氣提管的合理布置，使養(yǎng)殖池中有底層水平水流，而池底部沒有水流靜止區(qū)。

3.2.4 飼料與投飼量

在循環(huán)水絮團標苗中，應該使用全價人工合成飼料，不建議使用鮮活餌料或冷凍餌料，如新鮮的鹵蟲或凍鹵蟲等，因為冰鮮或冰塊餌料中有可能帶有傳染性病菌，微孢蟲在鹵蟲及鹵蟲卵中的陽性率更高。在絮團標苗中，投飼量的原則是寧多不少，保持基本的飼料密度。寧多不少是因為標苗期投飼量總體來說并不大，多投造成的浪費和成本非常有限；同時，因為有大量絮團存在，沒被蝦苗吃掉的殘餌會被迅速轉(zhuǎn)化成絮團，不會導致水質(zhì)劣化。用適當增加投飼來確保所有蝦苗充分采食非常重要，可有效避免蝦苗生長速度不均衡的問題。

保持基本的飼料密度是因為標苗前期蝦苗弱小，只能采食身邊的飼料，碰到才能吃到，所以這階段要保持有效的飼料密度。以30 m2標苗池為例，投放20萬蝦苗時，第1天的基本投飼量是1 d投6次，每次120 g的合成開口飼料，之后每天提高10%～15%。即使初始放苗量不足20萬，也要按這個基本投飼量投喂。標苗15 d后，再根據(jù)蝦苗的池存量調(diào)整投飼量，如果初始投苗量超過20萬，那就要根據(jù)實際投苗量適當增加飼料的投飼量。

另外，生物絮團一般含粗蛋白38.5%～57.4%、粗脂肪20%～35%、粗灰分≤20%、能量20～25 kJ/g[17]。所以在絮團標苗的后期可以適當減少投飼量。有研究表明，在基于生物絮團的養(yǎng)殖模式中，蝦類日常攝入的N有18%～29%來源于絮團[18-19]。

3.2.5 水溫、光照與鹽度

水溫不僅決定了蝦苗的生長速度，也決定了絮團中微生物的代謝速度，也就是決定了絮團的生成和增長的速度。研究表明，20 ℃～25 ℃是絮團形成的最佳溫度[20-21]。在蝦苗生長的適宜水溫范圍內(nèi)，水溫越高，蝦苗生長越快、進食越多，絮團的增長速度也越高。所以用絮團標苗時，以蝦苗的需求來決定水溫即可。光照在絮團標苗中不是必須的，可有可無。相對于暗光條件，有明亮光照時標苗池中會有藻類，特別是浮游藻類生長。藻類生長是雙刃劍，當藻類密度適中時，可以吸收水中的無機氮，保持良好水質(zhì)，有利于蝦苗生長，但浮游藻類的生長很難調(diào)控。浮游藻在合適的條件下會迅速繁殖生長，在短時間內(nèi)快速提高水體的pH，在消耗完水中的營養(yǎng)鹽后突然衰敗，俗稱“倒藻”，引發(fā)水質(zhì)突然惡化。所以，對有較強光照的標苗池，一定要有遮光網(wǎng)。根據(jù)水色和pH 綜合判斷水中浮游藻的生長情況，及時遮光，以免發(fā)生倒藻現(xiàn)象。低鹽度對絮團的生產(chǎn)和增長沒有明顯的影響[22]，可以根據(jù)養(yǎng)殖場所處的條件決定標苗的鹽度。

3.2.6 使用自養(yǎng)菌絮團

自養(yǎng)菌絮團是指以硝化細菌為主的生物絮團。硝化細菌在利用氨氮和亞硝酸鹽時不需要額外添加碳源，所以從生產(chǎn)成本上考慮是比異養(yǎng)菌絮團更合理的選擇。硝化細菌絮團與異養(yǎng)菌絮團比較，其缺陷是達到功能成熟的時間較長。一般來說，硝化細菌絮團或固著菌膜要具備轉(zhuǎn)化氨氮的功能，需要7 d左右時間；要具備轉(zhuǎn)化亞硝酸鹽的功能，需要25～30 d，已經(jīng)接近甚至超過了標苗的天數(shù)。實際上，在循環(huán)水養(yǎng)殖場中，標苗是一批次接一批次連續(xù)進行的，只要在分苗時采取適當?shù)拇胧┍Ａ粜鯃F，絮團就可以長期使用。絮團在形成和成長的過程中并沒有自養(yǎng)和異養(yǎng)之區(qū)分。從培養(yǎng)絮團開始，由于添加了碳源，異養(yǎng)菌迅速擴增，在絮團組分中占優(yōu)勢地位，同時硝化細菌也在擴增。在第2次標苗時(沿用前一批標苗池中的絮團)，如果逐漸減少外源性有機碳的添加量，那么絮團中硝化細菌會逐漸占優(yōu)勢地位，絮團的除氮功能將逐漸由硝化作用占主導。等絮團完全轉(zhuǎn)變?yōu)樽责B(yǎng)菌絮團后，就不必再添加碳源了。

4 結(jié)論

在工廠化循環(huán)水養(yǎng)蝦系統(tǒng)中用循環(huán)水方式標苗，會導致幼蝦大小不均、存活率偏低，進而導致養(yǎng)成期的存活率大多在50%以下，嚴重影響生產(chǎn)效益。為了解決這一問題，在標苗期，利用循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的養(yǎng)殖池標苗，但不使水循環(huán)，每個池獨立使用生物絮團技術(shù)控制水質(zhì)，可以保證蝦苗正常生長、大小均勻，30 d標苗期結(jié)束時體長能達到3～4 cm，而且整個養(yǎng)殖期存活率較高，能達到70%以上。

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