水產(chǎn)養(yǎng)殖-生物絮凝技術(shù)中碳源添加的作用研究

張楠 高翔

摘 要 在生物絮凝技術(shù)中，碳源的添加可以有效地調(diào)節(jié)養(yǎng)殖水體中的碳氮比，促進(jìn)細(xì)菌的生長和氮素的吸收。作為生物絮凝技術(shù)中重要的因素，碳源的添加對絮體的形成、養(yǎng)殖水體水質(zhì)、養(yǎng)殖對象飼料蛋白質(zhì)及生長等具有重要影響。本文對水產(chǎn)養(yǎng)殖-生物絮凝技術(shù)中碳源添加的重要性和相關(guān)控制因子進(jìn)行總結(jié)和展望。

關(guān)鍵詞 生物絮凝；碳源；作用

隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)在世界范圍內(nèi)的快速發(fā)展，也同時帶來了一些問題。水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)面臨著對水環(huán)境嚴(yán)重污染的問題，養(yǎng)殖環(huán)境的惡化嚴(yán)重制約了水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展。生物絮凝技術(shù)的水產(chǎn)養(yǎng)殖模式是一種具有經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益的革新技術(shù)，被認(rèn)為是解決水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)面臨的環(huán)境問題和飼料成本的有效替代技術(shù)。碳源作為細(xì)菌的能量來源添加到生物絮凝養(yǎng)殖水體中，可以調(diào)節(jié)碳氮比，促進(jìn)細(xì)菌生長，利用微生物同化無機(jī)氮，將水體中的氨氮轉(zhuǎn)化為菌體蛋白。既可以凈化水產(chǎn)養(yǎng)殖水環(huán)境，還可以實(shí)現(xiàn)餌料的雙重利用。碳源的添加對于生物絮凝技術(shù)的實(shí)現(xiàn)起著重要的作用。

1 碳源添加的作用

1.1 碳源的添加對絮體形成的影響

在水產(chǎn)養(yǎng)殖中，生物絮凝的理論方程式：NH4++1.18C6H12O6+HCO3-+2.06O2→C5H702N+6.06 H2O+3.O7 CO2 由上式可知，生物絮凝過程需要TAN、碳水化合物（有機(jī)碳源）、溶解氧和堿度，每克TAN轉(zhuǎn)化為細(xì)菌需要消耗4.71 g的溶解氧，3.57 g堿度（0.86 g無機(jī)碳）和15.17 g碳水化合物（6.07 g有機(jī)碳），反應(yīng)可以生成8.07 g的細(xì)菌生物體（429 g有機(jī)碳）和9.65 g的二氧化碳（2.63g的無機(jī)碳）[1]。將碳源加入到養(yǎng)殖水體中有助于生物絮體的產(chǎn)生和積累。

1.2 碳源的添加對異養(yǎng)細(xì)菌及養(yǎng)殖水體水質(zhì)的影響

細(xì)菌菌體的C/N比是相對穩(wěn)定的，但在水產(chǎn)養(yǎng)殖水體中，由于養(yǎng)殖密度較高、投餌量增加，大量高蛋白殘餌和排泄物沉積在池底，致使C/N比降低。當(dāng)?shù)陀诋愌跫?xì)菌生長需求，異氧細(xì)菌會將有機(jī)氮分解為無機(jī)氮排放在養(yǎng)殖水體中，增加了有毒無機(jī)氮的積累，使水質(zhì)受到極大影響。在進(jìn)行羅非魚生物絮凝養(yǎng)殖試驗(yàn)中，以糖蜜作為碳源，研究表明碳源可以促進(jìn)異養(yǎng)細(xì)菌的增長[]。在凡納濱對蝦育苗池中添加糖蜜，結(jié)果表明糖蜜的添加可有效地降低養(yǎng)殖水體中的TAN和NO2-N，避免有毒無機(jī)氮的積累[]。因此，可以通過添加碳源的方法來提高養(yǎng)殖水體中的C/N比，滿足細(xì)菌的生長需求，來促進(jìn)異養(yǎng)細(xì)菌的生長繁殖，從而在很大程度上來改善水質(zhì)。

1.3 碳源的添加對養(yǎng)殖對象所需飼料蛋白質(zhì)的影響

向養(yǎng)殖飼料中添加碳源，可以促進(jìn)異養(yǎng)細(xì)菌的生長形成絮體，供養(yǎng)殖對象攝食，有效地降低了對飼料蛋白質(zhì)的需求。利用15N追蹤凡納濱對蝦對生物絮體的利用，發(fā)現(xiàn)凡納濱對蝦攝取的氮素大約18%～29%來源于生物絮體。Panjaitan研究發(fā)現(xiàn)，利用生物絮凝技術(shù)的斑節(jié)對蝦養(yǎng)殖池塘，飼料使用量減少了30%[[2]]。Avnimelech在養(yǎng)殖羅非魚池塘中應(yīng)用生物絮凝技術(shù)，證明了池塘中的微生物絮體是羅非魚的一種有效的潛在的食物來源，也有可能適用于其他魚。在測試池塘中微生物絮體作為食物，能夠符合魚類餌料中所需蛋白含量的50%左右[3]。

1.4 碳源的添加對養(yǎng)殖對象生長性能的影響

碳源的添加還可以有效地提高養(yǎng)殖對象的存活率和生長率。Crab等人在羅非魚越冬養(yǎng)殖池塘中投加淀粉促進(jìn)生物絮體形成，結(jié)果證明魚類存活情況非常好，100g魚體的存活率為97±6%，50g魚體的存活率為80±4%。此外，在收獲時所有池塘中魚體的情況都很好，魚體條件因素為2.1～2.3[4][]。這些研究發(fā)現(xiàn)可以幫助克服羅非魚越冬的難題，尤其是由于池塘的低溫導(dǎo)致魚體大量死亡的問題。J. Alberto PérezFuentes等人通過兩個系統(tǒng)養(yǎng)殖羅氏沼蝦進(jìn)行對照。一個是利用生物絮凝技術(shù)養(yǎng)殖，另一個是傳統(tǒng)的養(yǎng)殖，通過六個月的養(yǎng)殖對水體的理化性質(zhì)，蝦的存活率、生長率和蝦體內(nèi)的成分組成進(jìn)行測定，結(jié)果表明生物絮凝技術(shù)養(yǎng)殖對蝦可以明顯改善對蝦的營養(yǎng)成分，而且絮凝組對蝦的大小和重量都要明顯地高于傳統(tǒng)養(yǎng)殖組。大量研究表明，外加碳源的養(yǎng)殖池塘中養(yǎng)殖對象的存活率和生長率都要高于傳統(tǒng)的不加碳源的池塘。

1.5 碳源的添加在水產(chǎn)動物疾病防治方面的作用

有研究表明碳源的添加還具有一定的抗病性。由于弧菌屬具有較高的生長率并且能適應(yīng)氧氣不足的條件，所以生長得特別快。因此，弧菌屬成為了感染魚類的主要致病菌。高磊等人模擬養(yǎng)殖水體環(huán)境得出結(jié)論弧菌在水體C/N=5的環(huán)境中生長較好，不適合生長在較高水體C/N的環(huán)境中；芽孢桿菌最適于在C/N=15的環(huán)境中生長，芽孢桿菌作為水產(chǎn)養(yǎng)殖的有益菌可形成有益菌群，抑制有害菌群增殖，因此在養(yǎng)殖生產(chǎn)中特別是養(yǎng)殖后期，可以通過添加碳源來提高水體碳氮比，通過形成不利于弧菌生長的環(huán)境以及芽孢桿菌的拮抗作用來抑制弧菌的生長[5]。此外，有研究人員發(fā)現(xiàn)應(yīng)用生物絮凝技術(shù)還可以有效防治生魚爛身病。將部分病魚放入富含生物絮團(tuán)水體中飼養(yǎng)，15天后發(fā)現(xiàn)，生物絮體水體養(yǎng)殖的病魚潰瘍處已基本愈合，而對照組（普通淡水養(yǎng)殖）病魚潰瘍?nèi)院車?yán)重。生物絮凝技術(shù)可防治生魚爛身病可能是通過添加碳源來調(diào)控水體中的碳氮比來抑制致病菌的生長，也有可能是絮體中存在的菌群能夠傳遞信息素對致病菌的生長造成一定的影響，具體的原因還有待進(jìn)一步的研究。

2 碳源添加的相關(guān)控制因子

在碳源的添加過程中，要充分考慮到養(yǎng)殖對象的生長環(huán)境和各種耐受限度。水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)中應(yīng)用生物絮凝技術(shù)在工藝上分兩種：一種為直接在養(yǎng)殖池塘中培養(yǎng)絮凝體，形成絮體懸浮的培養(yǎng)池塘；另一種是和養(yǎng)殖池分開，將養(yǎng)殖用水泵入養(yǎng)殖池，在SBRs中創(chuàng)造條件進(jìn)行生物絮凝[]。在生物絮凝養(yǎng)殖水體中，碳源處于一定濃度時有利于好氧微生物的代謝會消耗一定量的氧氣，從而導(dǎo)致水體中溶氧水平降低，不同種類的魚對水體中氧的耐受能力不同，一些對溶氧較為敏感的魚類可能導(dǎo)致死亡。為了避免這種情況，可以在養(yǎng)殖水體外部培養(yǎng)絮體，然后定期收集再投喂到養(yǎng)殖水體中。

溶解氧不僅是細(xì)菌代謝活動所必需的還對絮體的形成有影響。在高溶氧濃度下，絮體結(jié)構(gòu)趨于更大、更緊實(shí)[]。當(dāng)溶解氧濃度在9～10mg O2 /L對羅非魚較好，魚體密度在16kg/m3也不會出現(xiàn)溶氧過度消耗的問題。要供給足夠的碳源并且控制好水體中的C/N比，一般來講10～15為宜。根據(jù)以前的研究，可以估測出水溫在20～25℃之間且FVI在200mg/L左右可以獲得穩(wěn)定的絮體[[6]]。適合羅非魚生長的合適溫度是25～28度，在22度停止繁殖[]，在越冬池塘中，溫度低于20度，羅非魚也有較低的攝食率[]；保持水溫使魚和對蝦越冬可以通過生物絮凝技術(shù)并且在池塘上覆蓋塑料布或塑料板來實(shí)現(xiàn)。不同養(yǎng)殖對象的PH耐受限度不同，養(yǎng)殖動物的耐受限度在10以下，最適范圍在6.5～8.5。羅非魚在37天的實(shí)驗(yàn)中能適應(yīng)PH為4的情況，對生理機(jī)能無負(fù)面影響[[6]]。PH是一個不容易控制的參數(shù)，最佳范圍的改變也有限。若PH降低，可以通過NaHCO3來調(diào)節(jié)[]。

3 總結(jié)和展望

生物絮凝技術(shù)在上世紀(jì)70年代就開始在對蝦養(yǎng)殖上進(jìn)行應(yīng)用并取得不錯效果，但是在應(yīng)用過程中添加碳源的過程中要充分考慮到水體溶解氧、pH、堿度、碳氮比、養(yǎng)殖對象耐受限度等細(xì)節(jié)性的問題。目前已有大部分研究針對碳源種類、碳源添加量、碳源添加方式等操作細(xì)節(jié)進(jìn)行研究，旨在對生物絮凝技術(shù)的在生產(chǎn)實(shí)踐上應(yīng)用和完善起到一定的指導(dǎo)作用。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：張楠（1988- ），女，助教，碩士，研究方向：水產(chǎn)養(yǎng)殖。