生物絮團技術(shù)研究進展與應(yīng)用概述

韓佳民，蘇勝齊

( 西南大學(xué) 水產(chǎn)學(xué)院，漁業(yè)資源與環(huán)境研究中心，重慶 400715 )

隨著世界人口的增長，全世界對于水產(chǎn)品的需求日益增加。然而當(dāng)今捕撈業(yè)產(chǎn)量很難有增長空間，傳統(tǒng)養(yǎng)殖模式又會帶來諸如水資源的過度使用、養(yǎng)殖排污和飼料浪費等問題。同時飼料原料的價格上漲也導(dǎo)致養(yǎng)殖成本的增加。為了應(yīng)對水產(chǎn)品養(yǎng)殖領(lǐng)域目前存在的種種問題，需要開發(fā)并推廣更多生態(tài)友好型的養(yǎng)殖新技術(shù)。

生物絮團技術(shù)利用水體中微生物的絮凝現(xiàn)象，通過向養(yǎng)殖池塘中添加有機碳源和充分曝氣使養(yǎng)殖水體中產(chǎn)生大量的微生物絮凝體[1-2]，這些微生物的集合稱為生物絮團。大量的生物絮團懸浮在水體中可以通過同化水中的氨氮、亞硝態(tài)氮以及有機碎屑來凈化水質(zhì)，同時生成的菌體蛋白能被養(yǎng)殖對象利用，增加飼料的利用率[3]。

微生物的絮凝現(xiàn)象最早發(fā)現(xiàn)于釀酒業(yè)，此后關(guān)于細(xì)菌絮凝的研究多是在廢水處理相關(guān)領(lǐng)域[3]。生物絮團技術(shù)的概念則是法國太平洋中心海洋開發(fā)研究所最早于20世紀(jì)70年代提出的[2]。1999年，以色列科學(xué)家Avnimelech[4]在養(yǎng)殖羅非魚(Oreochromis)的過程中通過向水體中添加碳源控制碳氮比，促進生物絮團形成，顯著提高了羅非魚的成活率，并有效清潔養(yǎng)殖水體；隨后他以此為基礎(chǔ)進一步完善了生物絮團技術(shù)理論，并向全世界推廣[3]。

生物絮團技術(shù)能夠減少換水并提高飼料利用率，這順應(yīng)了水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)目前以及未來的形勢。該技術(shù)目前在我國以及世界多地已被成功運用于集約化養(yǎng)殖場中，但在實際生產(chǎn)中還存在一些問題。同時世界范圍內(nèi)的學(xué)者對于生物絮團的研究也還在持續(xù)。筆者詳細(xì)闡述了生物絮團技術(shù)理論體系，并對生物絮團技術(shù)的研究進展與應(yīng)用現(xiàn)狀進行總結(jié)，以期為該領(lǐng)域的進一步研究與技術(shù)推廣提供參考。

1 生物絮團技術(shù)原理

1.1 生物絮團的形成與組成成分

生物絮團是細(xì)菌、藻類、原生動物和有機碎屑等通過生物絮凝的作用形成的絮狀體[5]。絮團形狀不規(guī)則且粒徑大小不一，最大甚至可達1000 μm[6]。自然界中也存在這種生物絮凝的現(xiàn)象，如在一些淺水池塘淤泥上生長的綠色絮狀體，或者是海洋中的“海雪”現(xiàn)象。生物絮凝作用機理非常復(fù)雜，包括物理因素、化學(xué)因素以及生物因素，因此生物絮團的形成機制是多元而復(fù)雜的。首先，許多藻類或是細(xì)菌都具有分泌黏多糖胞外聚合物的能力，這些聚合物在生物絮團形成的過程中起到了黏合劑的作用。另一種機制是由于微生物表面負(fù)電荷在水中形成的斥力減弱，引起了絮凝現(xiàn)象。藻類在生物絮團中不僅起到絮凝作用，也能一定程度地同化水中的營養(yǎng)物質(zhì)。在有光線的情況下，藻類的光合作用也能一定程度上提供氧氣，并且死亡的藻類也為生物絮團提供了有機質(zhì)[3]。

生物絮團的主體是細(xì)菌，而根據(jù)每個生物絮團養(yǎng)殖系統(tǒng)情況的不同，生物絮團內(nèi)部細(xì)菌種類和比例也不同。目前國內(nèi)外有很多團隊對于生物絮團內(nèi)部菌落結(jié)構(gòu)進行研究，采用的方法大多為變性梯度凝膠電泳技術(shù)或高通量16S rDNA標(biāo)簽測序法[7-8]。有研究結(jié)果表明，生物絮團中的微生物大部分屬于變形菌門[9-11]，而從綱的水平上看生物絮團培養(yǎng)過程主要微生物類群隸屬于以下6個綱：α-變形菌綱、γ-變形菌綱、β-變形菌綱、放線菌綱、芽孢桿菌綱、擬桿菌綱。Wei等[12]的研究顯示，使用不同的碳源會使生物絮團中α-變形菌綱、γ-變形菌綱、β-變形菌綱呈現(xiàn)不同的比例。夏耘等[13]的研究顯示，生物絮團中除去一直占據(jù)優(yōu)勢的變形菌外，在不同的時間段也會出現(xiàn)不同的特異菌，其中第5天時特異菌為食酸菌屬(Acidovorax)、氣單胞菌屬(Aeromonas)、土壤桿菌屬(Agrobacterium)細(xì)菌，第10天和15天分別為芽孢桿菌屬(Bacillus)與紅球菌屬(Rhodococcus)細(xì)菌。這些特異菌均被認(rèn)為是產(chǎn)絮菌，能夠促進生物絮團的形成，其中芽孢桿菌和紅球菌同時還起到改善水質(zhì)的作用。

1.2 生物絮團的異養(yǎng)同化作用與自養(yǎng)硝化作用

在生物絮團中，對氨氮的清除起主要作用的是細(xì)菌，然而在水體中，自養(yǎng)硝化細(xì)菌的建立過程相對較慢，在養(yǎng)殖前期無法起到徹底清除氨氮的作用，所以需要通過向水體中投入碳源使異養(yǎng)細(xì)菌大量繁殖，這些異養(yǎng)細(xì)菌同時可以快速同化水中的氨氮，并最終在養(yǎng)殖水體中形成生物絮團[1,14]。陳薇等[15]在養(yǎng)殖池溏活性污泥中分離出的施氏假單胞菌(Pseudomonasstuzeri)和芽孢桿菌屬菌株，被證明以亞硝態(tài)氮為唯一氮源。這意味著生物絮團中的異養(yǎng)細(xì)菌也能在一定程度上做到對一部分亞硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化。

異養(yǎng)細(xì)菌同化代謝的理論方程：

自養(yǎng)硝化細(xì)菌總代謝的理論方程：

而自養(yǎng)細(xì)菌的硝化過程又分為兩個，即氨氧化菌和亞硝酸氧化菌的反應(yīng)過程，其粗略反應(yīng)式為：

(氨氧化菌反應(yīng))

(亞硝酸氧化菌反應(yīng))

由上述方程可見，生物絮團對于氨氮的清除作用是建立在溶解氧充分的條件上，一旦溶解氧不充分，生物絮團對氨氮的清除作用就會減弱。由于自養(yǎng)細(xì)菌生長較為緩慢，且亞硝酸氧化菌的生長往往滯后于氨氧化菌，這就有可能在水體溶解氧不充分的區(qū)域積累一定量的亞硝態(tài)氮，從而對養(yǎng)殖對象產(chǎn)生威脅，造成系統(tǒng)崩潰。

1.3 原位生物絮團和異位生物絮團

生物絮團的方式有兩種，分別是原位培養(yǎng)和異位培養(yǎng)。原位培養(yǎng)即直接在養(yǎng)殖池中培養(yǎng)生物絮團(圖1)。原位培養(yǎng)也是最直接、最普通和應(yīng)用最廣泛的培養(yǎng)方式。在根據(jù)投喂飼料的成分和投喂量來計算出合適的碳氮比之后，選取合適的碳源直接投入水體中并保證溶解氧與水體攪動充分，就能在養(yǎng)殖池中生成生物絮團。生物絮團直接利用水體中的氨氮和飼料殘渣，形成菌體蛋白，被養(yǎng)殖對象再次利用。但原位培養(yǎng)生物絮團對技術(shù)水平和管理水平要求很高，一旦整個系統(tǒng)失去控制，會直接威脅到養(yǎng)殖對象。同時養(yǎng)殖對象要適應(yīng)固體懸浮物環(huán)境，并且能夠攝食生物絮團。與之相對的異位培養(yǎng)技術(shù)即將生物絮團的生成和養(yǎng)殖活動分開，在外置序批式反應(yīng)器中創(chuàng)造條件生產(chǎn)生物絮凝體，培養(yǎng)好后收集絮團進行投喂，或者作為水產(chǎn)飼料中魚粉的替代物(圖2)。

圖1 生物絮團技術(shù)理論示意

圖2 異位生物絮團技術(shù)

一些學(xué)者也對異位生物絮團養(yǎng)殖的效果進行了驗證。試驗結(jié)果表明，采用異位生物絮團技術(shù)可達到可觀的凈水效果[16]。但是異位生物絮團在養(yǎng)殖效果與免疫刺激效果上均較原位生物絮團技術(shù)略差[17]。當(dāng)然這也意味著異位生物絮團技術(shù)存在優(yōu)化的空間，而具體的應(yīng)用和優(yōu)化方案則需要更多的實踐與探索。當(dāng)然生物絮團需要時間在水中形成規(guī)模，除了在水體中添加營養(yǎng)促進生物絮團形成之外，也可以采取接種的方法，即預(yù)先培養(yǎng)好生物絮團或是在水中添加益生菌進行接種，利用這個方法可以達到人為干預(yù)生物絮團中的菌落類型的目的[18]。

2 生物絮團技術(shù)的作用

2.1 生物絮團對水質(zhì)的調(diào)控

當(dāng)生物絮團在水體中建立后，水體中的總氨氮將逐漸下降并穩(wěn)定于較低水平。在溶解氧和水體攪動充足的前提下，整個系統(tǒng)最終會形成平衡以至于達到“零換水”的目的。從整體上看，生物絮團既是水質(zhì)凈化的主體部分，又能被養(yǎng)殖對象攝食。無論是養(yǎng)殖對象的代謝產(chǎn)物，還是沒有被攝食的飼料碎屑，都能被生物絮團利用形成菌體蛋白，這些生物絮團在其粒徑大小達到一定程度的時候自然就會被養(yǎng)殖對象攝食。在理想狀態(tài)下，水體中的氨氮和亞硝態(tài)氮水平就能一直保持穩(wěn)定(圖1)。

國內(nèi)外大多數(shù)的研究證明了生物絮團對于水質(zhì)的調(diào)控作用，相關(guān)研究也證明了生物絮團對于氨氮和亞硝態(tài)氮具有很好的清除作用[19-23]，Shang等[24]的研究結(jié)果顯示，養(yǎng)殖水體中的氨氮和亞硝態(tài)氮及硝態(tài)氮含量在試驗期間內(nèi)保持在合理水平。但在另一些研究中，在試驗前期，養(yǎng)殖水體中的氨氮都有一個明顯的上升，這是由于在養(yǎng)殖前期硝化細(xì)菌和異養(yǎng)細(xì)菌的群體尚未建立起來，此時整個生物絮團系統(tǒng)還沒有進入平衡，氨氮和亞硝態(tài)氮產(chǎn)生的速率大于生物絮團對其的清除速率，造成了氨氮和亞硝態(tài)氮的積累。而養(yǎng)殖前期的氨氮和亞硝態(tài)氮的水平也和碳源種類有關(guān)，對于不容易直接被細(xì)菌利用的碳源，養(yǎng)殖前期的氨氮和亞硝態(tài)氮水平往往會相對較高，細(xì)菌建立的周期也會相對變長，并且由于溫度與水質(zhì)等不可控影響，生物絮團的建立周期從2～4周到8～9周不等[25-27]。

然而在生物絮團技術(shù)的實際應(yīng)用過程中，不可避免地會產(chǎn)生一些諸如飼料添加過量、碳源添加過量、局部溶解氧不充分或是水體攪動不充分等問題，使生物絮團在養(yǎng)殖池中產(chǎn)生局部的系統(tǒng)失衡，或是形成淤泥，沉積在養(yǎng)殖池底部，所以在養(yǎng)殖過程中也要進行相應(yīng)且必要的換水，這就對養(yǎng)殖設(shè)施的設(shè)計和管理水平提出了要求。

2.2 生物絮團對飼料轉(zhuǎn)化率的提升及營養(yǎng)價值

飼料轉(zhuǎn)化率一直是養(yǎng)殖業(yè)的難題，在投喂的飼料中通常只有20%～25%的蛋白質(zhì)可以被水產(chǎn)養(yǎng)殖對象吸收利用，其余經(jīng)由代謝排入水中或是形成殘餌。這些代謝產(chǎn)物和殘餌也是傳統(tǒng)養(yǎng)殖中水質(zhì)惡化的原因之一，沉降形成的淤泥也需要人工清理。而這些養(yǎng)殖產(chǎn)生的廢氮被生物絮團轉(zhuǎn)化成菌體蛋白后可以被養(yǎng)殖對象再次攝食，這樣便能減少飼料的浪費。已有研究證明，相比于常規(guī)的單純使用飼料養(yǎng)殖，生物絮團技術(shù)的運用可以提高飼料的利用率，且養(yǎng)殖效果更好[25,28-29]。

Avnimelech等[30]，用15N標(biāo)記過的生物絮團喂養(yǎng)羅非魚，結(jié)果顯示，生物絮團確實可以被羅非魚攝食，并證明了生物絮團為羅非魚提供了25%的蛋白質(zhì)攝入。不少研究者也針對生物絮團的營養(yǎng)價值進行了分析，發(fā)現(xiàn)生物絮團富含蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和各種氨基酸，其中包括賴氨酸、精氨酸等必需氨基酸[31-33]。但生物絮團的營養(yǎng)價值同時也受到絮團粒徑、碳源種類、碳氮比等多種因素影響，這可能與絮團中微生物種類和其所占的比例有關(guān)[5,9,34-35]。由于生物絮團中微生物群落一直處于變化的狀態(tài)，生物絮團的營養(yǎng)價值水平也可能隨之變化。雖然生物絮團具有可觀的營養(yǎng)價值，但并不能完全滿足養(yǎng)殖對象的營養(yǎng)需求，因此生物絮團并不能完全代替飼料，更適合充當(dāng)飼料的補充。

2.3 生物絮團的生物防治作用

目前諸多研究均提出可以將生物絮團技術(shù)看作是一種生物防治手段。一些研究者測試了在生物絮團水中的養(yǎng)殖對象的免疫反應(yīng)，結(jié)果顯示，生物絮團可以激活養(yǎng)殖對象的免疫活性水平[36-40]。Ekasari等[41]用對蝦傳染性肌肉壞死病毒攻毒在生物絮團水體中養(yǎng)殖的凡納濱對蝦(Litopenaeusvannamei)，發(fā)現(xiàn)相較于對照組，絮團組蝦的存活率顯著提高。Crab等[42]使用哈維氏弧菌(Vibrioharveyi)攻毒鹵蟲(Artemiafranciscana)，結(jié)果也顯示，生物絮團有助于限制致病細(xì)菌的感染。

總體上看，生物絮團作為生物防治手段的原理主要有3點：(1)在生物絮團中生長的養(yǎng)殖對象長期生活在有大量微生物的環(huán)境，這使他們的免疫系統(tǒng)長期受到刺激，提高了養(yǎng)殖對象的免疫活性水平；(2)生物絮團中的益生菌和病原菌會形成競爭，因此相比于傳統(tǒng)養(yǎng)殖，病原菌更難在水體中形成優(yōu)勢；(3)生物絮團技術(shù)減少了養(yǎng)殖換水，也就減少了病原的外源性引入。

3 影響生物絮團的因素

3.1 曝氣與攪拌

由于生物絮團本身的特性，導(dǎo)致在使用生物絮團技術(shù)的時候，養(yǎng)殖水體中溶解氧很容易出現(xiàn)不足的狀況。當(dāng)溶解氧在水體中分布不均勻并不能滿足自養(yǎng)細(xì)菌和異養(yǎng)細(xì)菌正常代謝的時候，生物絮團水體中容易積累氨氮，產(chǎn)生一定量的有毒的亞硝態(tài)氮，而細(xì)菌的代謝會進一步使水中的溶解氧水平降低，造成養(yǎng)殖對象中毒或者出現(xiàn)缺氧。所以生物絮團池塘需要更加充分的曝氣，以滿足整個系統(tǒng)對于溶解氧的需求。另外，生物絮團本身也會自然沉降。當(dāng)生物絮團大量沉降在池塘底部時，這些生物絮團就會變成淤泥，形成局部的細(xì)菌無氧代謝，這也會產(chǎn)生有毒的亞硝態(tài)氮，并且沉降的生物絮團無法被養(yǎng)殖對象攝食，所以需要水體的攪動來保持生物絮團懸浮。

3.2 碳源的種類

生物絮團中異養(yǎng)細(xì)菌的生長需要碳源，但碳源的種類會影響生物絮團的建立速率以及菌群結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)簡單且易被微生物利用的碳源如葡萄糖、蔗糖等，能使生物絮團在水中快速形成規(guī)模。但在實際生產(chǎn)中，使用葡萄糖和蔗糖等作為碳源會提高養(yǎng)殖成本，所以很多研究都圍繞碳源的種類展開(表1)。使用結(jié)構(gòu)復(fù)雜但價格較低的碳源如淀粉、木薯粉、玉米粉、米糠等，會使生物絮團在養(yǎng)殖前期難以形成規(guī)模并且造成水體中的氨氮在養(yǎng)殖前期大量累積，直到生物絮團建立后才逐漸下降[43-49]。Shang等[24]研究表明，將木薯淀粉進行酶解后，也能達到很好的凈水及養(yǎng)殖效果。而類似麩皮和米糠這種糧食加工副產(chǎn)品作為單一碳源的效果不佳[50]，難以促進生物絮團的生長，但是將其和其他碳源混合使用可達到一定的效果[51-53]。以醋酸鹽作為單一碳源對于生物絮團的生長具有一定的效果，但Crab等[35]研究表明，以醋酸鹽為碳源的生物絮團喂養(yǎng)羅氏沼蝦(Macrobrachiumrosenbergii)的成活率較低。以甘油為單一碳源時，生物絮團的生長和凈水效果較好，但是不適用于原位生物絮團的養(yǎng)殖。

表1 針對不同碳源應(yīng)用效果的研究

3.3 碳氮比

為了保證生物絮團對于水質(zhì)凈化的效率，Avnimelech等[30]認(rèn)為，投喂的有機碳和氮元素應(yīng)保持一定的比例，相關(guān)的研究結(jié)果表明，碳氮比保持在1∶15～1∶20效率最高[20-23,26-27]，這時生物絮團生長較快且水質(zhì)較為穩(wěn)定。而最適宜的碳氮比需要根據(jù)具體的養(yǎng)殖情況來推斷，研究表明，水體中碳氮比過低不利于生物絮團的生成，但是過高的碳源添加量會導(dǎo)致生物絮團生長過快，這時養(yǎng)殖水體中的總固體懸浮物增多，很容易出現(xiàn)溶解氧不足的狀況，并導(dǎo)致水中累積過多的硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮[19]。因此這也能解釋在一些研究中，高碳氮比試驗組養(yǎng)殖對象的存活率反而比碳氮比約為15的試驗組養(yǎng)殖對象的存活率要低。而具體的添加碳源多少和碳氮比的計算則是根據(jù)添加飼料的蛋白質(zhì)含量和飼料系數(shù)決定的[4,21,23]。

根據(jù)Avnimelech[3]的理論，公式如下：

C=N/0.05

(1)

N=F×E

(2)

式中，C表示碳源添加量，N表示氮的添加量，系數(shù)0.05是一個估算系數(shù)，由異養(yǎng)細(xì)菌自身碳氮比4、碳源含碳量50%和異養(yǎng)細(xì)菌對碳40%的同化率相乘而得；F為投喂的氮的總量，E為氮排出率，Avnimelech[3]按50%計算，也有學(xué)者按75%計算[1,3]。

將公式(1)、(2)合并得出公式(3)，代入50%氮排出率，并假設(shè)飼料含有30%的蛋白質(zhì)，含氮量為4.56%，飼料原始碳氮比為10.75，得出碳源添加量：

C=F×E/0.05

(3)

那么在添加碳源后的碳氮比應(yīng)為：

10.75×(1+0.456)=15.75

(4)

3.4 溫度與pH

溫度對于生物絮團系統(tǒng)的影響非常復(fù)雜，因為溫度同時對養(yǎng)殖對象和微生物產(chǎn)生影響[6]。當(dāng)水體溫度過低時，生物絮團活性降低，甚至可能會出現(xiàn)反絮凝的現(xiàn)象[2]。隨著溫度的逐漸升高，生物絮團活性增強，在33 ℃時出現(xiàn)大量生物絮團[85]。但是在生產(chǎn)實踐中，最佳的溫度還應(yīng)考慮養(yǎng)殖對象的最適生長溫度。

當(dāng)養(yǎng)殖水體的pH過高或過低(低于6.5或高于9.5)時，不但會影響?zhàn)B殖對象的生長，也不利于生物絮團的生成[3]。生物絮團中的異養(yǎng)細(xì)菌代謝需要消耗水中的堿度，并產(chǎn)生二氧化碳。這個過程會使水體中的pH降低。當(dāng)水中的堿度降低時，水體緩沖能力變?nèi)酰瑢?dǎo)致水體pH出現(xiàn)波動，影響生物絮團和養(yǎng)殖對象的生長。部分研究顯示，在養(yǎng)殖過程中，向水中添加堿化合物能增加水體的緩沖能力，有利于水體pH的穩(wěn)定[86-87]。

4 生物絮團養(yǎng)殖池塘的建立

生物絮團技術(shù)是一項很適合應(yīng)用于設(shè)施漁業(yè)的技術(shù)，也因此很難直接運用于傳統(tǒng)池塘。生物絮團的本體是細(xì)菌等微生物，這些微生物易受到土壤和降水中的金屬離子等物質(zhì)的影響，并且由于生物絮團水體營養(yǎng)較為豐富，池塘中有寄生蟲的隱患較大，因此使用生物絮團技術(shù)的池塘最好處于室內(nèi)，以隔絕這些外源性的影響以及病害的傳播。此外，室內(nèi)池塘也可以隔絕陽光，抑制藻類的大量生長，使整個系統(tǒng)完全處于細(xì)菌的主導(dǎo)作用之下。因為從長遠(yuǎn)來看藻類對于整個系統(tǒng)的增益并不樂觀，光合作用產(chǎn)生的氧氣與呼吸作用消耗的氧氣基本可以持平。一旦系統(tǒng)失衡，藻類的大量死亡也會對系統(tǒng)造成額外的負(fù)擔(dān)[3]。

原位培養(yǎng)的生物絮團池塘應(yīng)當(dāng)具有良好的給排水系統(tǒng)，以應(yīng)對生物絮團發(fā)生大量沉積的狀況。由于生物絮團池塘需氧量大，以及需要保證生物絮團懸浮等特性，生物絮團池塘也要有相應(yīng)的供氧設(shè)施和水泵保證生物絮團池塘水體溶解氧充足，并避免生物絮團發(fā)生大量沉淀。在國內(nèi)，養(yǎng)殖人員多將跑道流水養(yǎng)殖和生物絮團結(jié)合起來以保持水體的流動。

采用異位培養(yǎng)的生物絮團技術(shù)的池塘則更加適合設(shè)施漁業(yè)，也能和循環(huán)水工廠化養(yǎng)殖技術(shù)良好地結(jié)合在一起，但也因此會造成成本過高的問題。所以在實際生產(chǎn)中具體采用哪一種技術(shù)，要結(jié)合現(xiàn)實的情況去考慮。

5 生物絮團技術(shù)與養(yǎng)殖種類

生物絮團技術(shù)的優(yōu)勢是建立在養(yǎng)殖對象可以攝食生物絮團的基礎(chǔ)上的，因此，很多關(guān)于生物絮團技術(shù)的研究都是基于不同的養(yǎng)殖品種進行的(表2)。目前研究較多的品種為羅非魚和以凡納濱對蝦為首的眾多蝦類，這些養(yǎng)殖品種能夠很好地應(yīng)用于生物絮團技術(shù)，并在實際生產(chǎn)中的普及程度很高。根據(jù)生物絮團技術(shù)的理論，濾食性魚類和雜食性魚類都可以適應(yīng)生物絮團養(yǎng)殖系統(tǒng)，如鯉、鯽、鰱、鳙等。除食性之外還要考慮養(yǎng)殖對象對高濃度固體懸浮物環(huán)境的耐受程度，對于可以攝食生物絮團但不能適應(yīng)高濃度固體懸浮物環(huán)境的種類可以采用異位生物絮團的方法進行養(yǎng)殖，如褐牙鲆(Paralichthysolivaceus)和花鰻鱺[78,88-89]，以及克氏原螯蝦(Procambarusclarkii)、中華絨螯蟹(Eriocheirsinensis)、仿刺參(Apostichopusjaponicus)和翡翠貽貝(Pernaviridis)[4,90-93]。但在一些研究中發(fā)現(xiàn)，革胡子鲇雖然對于生物絮團的攝食效果并不明顯，其生長狀況要優(yōu)于清水養(yǎng)殖，這可能與生物絮團對于水體理化因子的穩(wěn)定和免疫刺激有關(guān)[19,55,94]。

表2 針對不同養(yǎng)殖種類的生物絮團應(yīng)用效果研究

6 生物絮團技術(shù)對于日常管理的要求

當(dāng)生物絮團技術(shù)應(yīng)用于養(yǎng)殖時，日常管理非常重要。尤其是對于使用原位培養(yǎng)的生物絮團技術(shù)的養(yǎng)殖池塘，生物絮團產(chǎn)生的任何變化都會直接影響到整個水體。所以在養(yǎng)殖過程中，工作人員應(yīng)每日監(jiān)測池塘中的溶解氧和總固體懸浮物以及氨氮的含量。池塘中的溶解氧不充分，不但會使養(yǎng)殖對象缺氧，還會使生物絮團對于氨氮的清除能力減弱，并造成水體中氨氮以及亞硝態(tài)氮升高。當(dāng)池塘中的氨氮升高(>0.5 mg/L)時，應(yīng)考慮適當(dāng)添加碳源，若氨氮一直維持較低水平則可以不添加碳源，避免生物絮團過量生長與養(yǎng)殖對象爭奪水體中的氧氣。對于生物絮團沉降形成的淤泥要及時清除以免造成局部的溶解氧水平過低[3]。

Avnimelech等[3,31]認(rèn)為，生物絮團養(yǎng)殖池塘中的固體懸浮物含量不宜過高，其質(zhì)量濃度應(yīng)控制在500～1000 mg/L。當(dāng)固體懸浮物濃度過高時，有可能會導(dǎo)致養(yǎng)殖對象的鰓受到絲狀菌的損害，最終造成產(chǎn)量下降?？偣腆w懸浮物的監(jiān)測方法是在固定時間，將采集到的水樣倒入1 L英霍夫錐形管中，待水中的生物絮團沉降，觀察底部生物絮團的體積。

7 生物絮團技術(shù)目前存在的問題

7.1 前期投入

如前文所述，生物絮團技術(shù)很難直接應(yīng)用于傳統(tǒng)池塘，這相當(dāng)于這項技術(shù)需要更多的前期投入。如以傳統(tǒng)方式進行養(yǎng)殖的養(yǎng)殖戶想要使用這種技術(shù)，需要對其已有的池塘進行改建或者新建，這對于養(yǎng)殖戶來說是一筆不小的投入，具有很大的風(fēng)險，從而造成這項技術(shù)在推廣上的困難，往往只有規(guī)模較大的養(yǎng)殖廠能夠承擔(dān)該項技術(shù)的前期投入。此外，養(yǎng)殖設(shè)施設(shè)計的好與壞同時決定著前期的成本和后期的養(yǎng)殖效果，但往往養(yǎng)殖技術(shù)前沿的學(xué)者對于工程設(shè)計經(jīng)驗不足，對于該技術(shù)的設(shè)施研究也是鳳毛麟角。在這方面依舊需要更多的經(jīng)驗和研究成果。

7.2 管理要求高

生物絮團養(yǎng)殖技術(shù)對于日常管理的要求要遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的養(yǎng)殖技術(shù)和工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖技術(shù)。日常的監(jiān)管不到位，導(dǎo)致生物絮團系統(tǒng)中整體的平衡破壞，若處理不及時，后果是難以挽回的。因為生物絮團養(yǎng)殖技術(shù)更多是應(yīng)用于高密度養(yǎng)殖，且微生物的狀態(tài)也很難單單通過肉眼來觀測，這就對養(yǎng)殖戶的技術(shù)水平提出了要求。養(yǎng)殖戶不僅要懂得使用技術(shù)，也要懂原理，這也造成了這項技術(shù)在實際應(yīng)用上的阻力。

7.3 養(yǎng)殖對象選擇范圍有限

生物絮團技術(shù)因其技術(shù)的特性，并不是所有的養(yǎng)殖品種都能適用于這項技術(shù)。所選取的物種不僅要能適應(yīng)高濃度懸浮顆粒的環(huán)境，也要能攝食生物絮團，如果使用異位生物絮團養(yǎng)殖技術(shù)，也要保證養(yǎng)殖對象至少可以攝食生物絮團。另外生物絮團技術(shù)的配套設(shè)施所帶來的成本也要求養(yǎng)殖戶要考慮養(yǎng)殖品種是否能帶來足夠的經(jīng)濟效益。而養(yǎng)殖品種的限制又會產(chǎn)生地域性限制，例如在冬季氣溫較冷的地區(qū)養(yǎng)殖羅非魚還需要額外的加溫設(shè)施，使養(yǎng)殖成本進一步提高。

8 展 望

盡管生物絮團技術(shù)擁有許多優(yōu)勢，但該技術(shù)在我國的應(yīng)用與推廣還不夠廣泛，并且生物絮團技術(shù)依舊還有很多可以進一步完善的空間。首先若想把這項技術(shù)更好地向養(yǎng)殖戶推廣，需要研究出各類養(yǎng)殖品種的具體養(yǎng)殖方法以及管理要求，因為對于不同的養(yǎng)殖品種來說，最佳的碳源、最佳碳氮比以及最佳溫度等都不同。而生物絮團技術(shù)因其特性在應(yīng)用中對養(yǎng)殖管理的要求較高，同時生產(chǎn)實踐中也需要一些工程設(shè)計人才，來完善工廠化養(yǎng)殖的設(shè)施設(shè)計，其中，如何使養(yǎng)殖設(shè)施更合理，更適合不同的地理條件以及成本的控制，都是這項技術(shù)在實際應(yīng)用中的難點。而生物絮團技術(shù)也不僅僅可以當(dāng)作一種單純的養(yǎng)殖技術(shù)進行推廣，它同樣適宜作為養(yǎng)殖工廠的一項生物凈水技術(shù)進行推廣。對于已有的養(yǎng)殖工廠、傳統(tǒng)養(yǎng)殖池塘甚至流水養(yǎng)殖池塘，技術(shù)人員可以在不對養(yǎng)殖設(shè)施進行大規(guī)模改造的前提下，在凈水環(huán)節(jié)上加造生物絮團池或生物絮團反應(yīng)器，以實現(xiàn)養(yǎng)殖廢水、養(yǎng)殖淤泥的處理及再利用，從而減少飼料的浪費。這項技術(shù)在理論層面則需要繼續(xù)探究生物絮團的原理，尤其是生物絮團中不同微生物間，或是微生物和藻類之間的相互作用，以及需要探究更多人為控制生物絮團中微生物群落結(jié)構(gòu)和和控制生物絮團粒徑的方法。