植物源小分子有機(jī)碳在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中的應(yīng)用

劉杰貞

（莒縣東莞鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)綜合服務(wù)中心，山東莒縣 276500）

0 引言

按照“以養(yǎng)為主”的發(fā)展思路，中國水產(chǎn)養(yǎng)殖生產(chǎn)總體平穩(wěn)增長，水產(chǎn)品產(chǎn)量、養(yǎng)殖面積均在上升。2020年，全國水產(chǎn)品養(yǎng)殖產(chǎn)量達(dá)5 224.2萬t，同比2019年上漲2.86%，淡水養(yǎng)殖面積達(dá)262.54萬hm2[1]，水產(chǎn)養(yǎng)殖是中國農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)中發(fā)展最快的產(chǎn)業(yè)之一。我國水產(chǎn)養(yǎng)殖的迅速發(fā)展，為緩解城鎮(zhèn)水產(chǎn)資源不足、保證高質(zhì)量蛋白質(zhì)供應(yīng)、推動(dòng)漁業(yè)繁榮及漁民生活富足，做出了重要的貢獻(xiàn)[2]。我國的水產(chǎn)養(yǎng)殖雖然已經(jīng)取得了很好的成績，但也存在很多問題，尤其是在高密度養(yǎng)殖中，殘留飼料、糞便等有機(jī)物會產(chǎn)生大量的有毒、有害的污染物，嚴(yán)重危害了水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的健康發(fā)展。本文通過幾年的科研和實(shí)踐，以工業(yè)化生產(chǎn)的小分子水溶性碳素為主要原料，通過對水中的重金屬、二噁英等進(jìn)行螯合、鈍化，降低其對水體的污染和影響[3]。植物源小分子有機(jī)碳技術(shù)對我國漁業(yè)的可持續(xù)發(fā)展起到一定的促進(jìn)作用。

1 水產(chǎn)養(yǎng)殖現(xiàn)狀

1.1 水產(chǎn)養(yǎng)殖污染成因

在我國城市和農(nóng)村工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展下，城市居民數(shù)量急劇增長，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提出高產(chǎn)量的實(shí)際需求。因此，化肥、農(nóng)藥等高氮高磷物質(zhì)大量消耗，廢水以及氮磷豐富的雨水排放到河流中，影響了水體水質(zhì)[4]。養(yǎng)殖行業(yè)的發(fā)展，以及過度捕撈作業(yè)等原因，使得漁場的環(huán)境生態(tài)受到不同程度的破壞。

近年來，受經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)使，我國的養(yǎng)殖業(yè)從半精密型轉(zhuǎn)變?yōu)楦呙芏鹊酿B(yǎng)殖模式。在這種養(yǎng)殖方式下，殘餌、殘骸、魚體排泄物、藥劑等都會在水里被降解。而有機(jī)物的降解產(chǎn)物是以氨氮為主，溶解氧含量下降，氨氮升高，導(dǎo)致水體質(zhì)量下降，嚴(yán)重影響了水體的生態(tài)。在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的當(dāng)下，養(yǎng)殖廢水排放總量已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了生態(tài)環(huán)境的承受范圍和自我凈化的要求，致使水體中的藻類數(shù)量急劇增加。污染水體、土壤和空氣的各種有毒物質(zhì)在生態(tài)中惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致連鎖污染的情況，不利于水產(chǎn)養(yǎng)殖的可持續(xù)發(fā)展[5]。

1.2 水產(chǎn)養(yǎng)殖防治現(xiàn)狀

物理手段、化學(xué)手段、生物手段是國內(nèi)外水產(chǎn)養(yǎng)殖中常見的水質(zhì)管理辦法。物理手段以機(jī)械除雜為主，針對可溶性物質(zhì)的處理效果較差。化學(xué)手段是利用藥劑和部分物質(zhì)反應(yīng)，處理效果顯著，但對生物養(yǎng)殖存在化學(xué)殘留弊端，影響水產(chǎn)品品質(zhì)。生物處理技術(shù)包括生物接觸氧化法、曝氣生物過濾法、生物催化法等，生物手段的應(yīng)用尚處于摸索階段[6]。

其中，值得一提的是植物藥劑處理辦法。植物萃取液處理藥劑是從植物中提煉出的汁液，對生態(tài)環(huán)境無明顯副作用，對植物和動(dòng)物都同樣有益，具有保護(hù)生命和生態(tài)安全的效果。利用生物萃取劑及生物技術(shù)對養(yǎng)殖廢水進(jìn)行治理，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖廢水的綜合利用，可改善養(yǎng)殖產(chǎn)品的質(zhì)量，充分利用水資源，實(shí)現(xiàn)水環(huán)境保護(hù)。但生物萃取技術(shù)復(fù)雜，當(dāng)前無法實(shí)現(xiàn)大面積推廣。

2 植物源小分子有機(jī)碳

2.1 應(yīng)用背景

碳源指有機(jī)物質(zhì)，有機(jī)物質(zhì)中都包含著碳。水質(zhì)處理法中存在利用生化進(jìn)行處理的情況，即通過水中的有機(jī)物質(zhì)滋養(yǎng)著微生物，碳分子是細(xì)菌繁衍的必要條件，通過其對有機(jī)物質(zhì)的吸收，使其在微觀上呈現(xiàn)出淤渣的形狀[7]。隨后經(jīng)過沉降處理，有機(jī)物隨菌沉降，留存清液進(jìn)行排放，達(dá)到了對水質(zhì)的純化處理?；诖耍P者研究團(tuán)隊(duì)針對小分子有機(jī)碳進(jìn)行分析探究。

植物源小分子有機(jī)碳工藝簡單，應(yīng)用后對環(huán)境造成的污染較少，因此，小分子有機(jī)碳作為一種新型的生物活性物質(zhì)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。通過植物碳化處理，得到的小分子有機(jī)碳的固碳質(zhì)量占比為7.2%～10.5%，灰質(zhì)量占比高于50%。小分子有機(jī)碳pH范圍為8.9～12.4，比某些生物炭的pH值高出很多。這主要是由于土壤中的堿和堿土中的元素成分的增加而引起的。另外，由于其在小分子有機(jī)碳的表面具有較高的堿性，因此吸附量大，吸附效率高[8]。有機(jī)碳是整個(gè)世界上僅有的一種可再生的碳源，因其是生物的來源，在轉(zhuǎn)換糖類和蛋白質(zhì)時(shí)，都要消耗很多的碳，所以有機(jī)物中含有豐富的碳元素。對這些珍貴的碳源進(jìn)行有效開發(fā)，可以確保養(yǎng)殖水域中的碳氮量和營養(yǎng)物質(zhì)的均衡，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)漁業(yè)生產(chǎn)的生態(tài)平衡，提高養(yǎng)殖水產(chǎn)的免疫力，降低水體的污染，確保水質(zhì)和食品的安全性，是實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。

2.2 工藝設(shè)備及應(yīng)用原理

地球上有很多的碳源，其中大部分都是由生物來轉(zhuǎn)化的。在大氣中，有機(jī)物經(jīng)過光合作用，將大分子碳物質(zhì)轉(zhuǎn)換成碳水化合物、氨基酸、蛋白質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)。農(nóng)作物秸稈、樹枝、草炭、木炭、淀粉等多種有機(jī)生物，在微生物的作用下可以轉(zhuǎn)化為小分子碳。

本研究采用團(tuán)隊(duì)自行開發(fā)的生物源小分子有機(jī)碳工藝提煉設(shè)備，從天然植物中分離出富含羥基、羧基、甲氧基等的高效有氧基，提煉以生物為基礎(chǔ)的新型物質(zhì)，以有機(jī)碳為基礎(chǔ)材料。該工藝設(shè)備能提煉出一種具有高效活性的小分子碳物質(zhì)，不需要經(jīng)過任何處理，就可以為水中的生物體提供小分子有機(jī)碳源，并能通過調(diào)整碳氮比來幫助菌群迅速繁殖，實(shí)現(xiàn)微生物與藻類之間的均衡發(fā)展，達(dá)到了生物多樣性和生態(tài)平衡的凈化目的。此外，生物源小分子有機(jī)碳具有較強(qiáng)的活性，能夠?qū)λ兄亟饘?、二噁英等毒性成分進(jìn)行螯合鈍化，從而形成一種較好的穩(wěn)定性、較難被水中的有機(jī)物所吸附。該方法不僅可以提高水產(chǎn)動(dòng)物的免疫力、抗逆性，而且可以改善養(yǎng)殖水產(chǎn)的成活率，改善水產(chǎn)品的質(zhì)量。此套工藝設(shè)備能提煉出49.4%的羥基和其他非苯類化合物的強(qiáng)活力的植物源小分子有機(jī)碳，設(shè)備提煉效率良好。

3 社會效益

1）植物源小分子有機(jī)碳在生產(chǎn)現(xiàn)場即可實(shí)現(xiàn)投放，無需額外增加設(shè)備，一次性投資，效果看得見。水體投放治理達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)后，減少排水換水的額外費(fèi)用，達(dá)到了節(jié)水和環(huán)境保護(hù)的目的。植物源小分子有機(jī)碳采用的是一種完全環(huán)保、科學(xué)的配方，有效避免了二次污染，以及對水產(chǎn)品的二次影響。

2）植物源小分子有機(jī)碳具有豐富的營養(yǎng)和特殊的營養(yǎng)物質(zhì)，能促進(jìn)水產(chǎn)養(yǎng)殖物種的生長發(fā)育，對新型的微生物、抗生素等污染進(jìn)行了徹底的治理，提高了水產(chǎn)的品質(zhì)。植物源小分子有機(jī)碳可用于各種淡水魚、蝦、蟹類養(yǎng)殖水體的治理，同時(shí)在河道、湖泊、農(nóng)業(yè)水體污染治理及景觀水體治理中也頗具成效[9]。植物源小分子有機(jī)碳對水產(chǎn)養(yǎng)殖的廢水進(jìn)行處理后，減少了養(yǎng)殖水體的更替次數(shù)，每周期可降低2～3次，減少了對周邊水域的污染，降低了對外界水源的損害，并達(dá)到了節(jié)水的目的。

4 實(shí)例分析

2019年3月，華東地區(qū)某養(yǎng)殖戶河蟹養(yǎng)蟹池出現(xiàn)蟹苗大面積死亡情況，蟹苗成活率極低，同時(shí)苦草、馬蘭眼子、水花生、浮萍等覆蓋率高達(dá)95%。投放植物源小分子有機(jī)碳后約4 h，蟹池中病原體濃度、氨氮含量迅速下降。投放1周后，留存蟹苗未出現(xiàn)繼續(xù)死亡的情況，同時(shí)苦草、馬蘭眼子、水花生、浮萍等水槽覆蓋率低至70%，檢測蟹池內(nèi)水質(zhì)情況已基本達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)水質(zhì)。

2019年4月，廣東南美白對蝦養(yǎng)殖戶的水塘里暴發(fā)藍(lán)藻，水華現(xiàn)象嚴(yán)重。進(jìn)行植物源小分子有機(jī)碳投放后，水質(zhì)氨氮降低了30%左右，水色變得清爽，3～4天后水中的藍(lán)藻生長也得到了控制，水華現(xiàn)象消失。

5 效益前景

所謂養(yǎng)魚必養(yǎng)水，水質(zhì)的控制是水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的重中之重，水質(zhì)的優(yōu)劣將影響到水產(chǎn)品的品質(zhì)及健康，甚至對整個(gè)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展都極為關(guān)鍵[10]。肥、活、嫩是衡量水質(zhì)優(yōu)劣的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對水質(zhì)進(jìn)行觀察監(jiān)測、控制水質(zhì)也是從業(yè)人員不能松懈的每日工作內(nèi)容，更是關(guān)乎養(yǎng)殖效益及發(fā)展的關(guān)鍵。高活力小分子生物碳有效沃水凈水的效用，在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中不可或缺。養(yǎng)殖水體中的碳氮比不平衡，導(dǎo)致了水體中營養(yǎng)物質(zhì)的不完全轉(zhuǎn)換，致使大量的氨氮積累，從而破壞了水體的生態(tài)平衡[11]。通過放置高活力的小分子有機(jī)碳，在水中的碳、氮的配比達(dá)到了理想的水平，各種水生生物、植物、微生物等都得到了豐富的有機(jī)碳源，通過這些物質(zhì)的轉(zhuǎn)換，各種水生生物的生長環(huán)境會得到極大的改善。有機(jī)碳中的各種羥基、羧基、酚基等高活性基與水中的重金屬結(jié)合，達(dá)到凈水目的。同時(shí)，與二噁英等有毒物質(zhì)經(jīng)過絡(luò)合和鈍化作用，使其轉(zhuǎn)化為不易于植物吸收的穩(wěn)定物質(zhì)，降低了其對生物的影響。

通過調(diào)整水體養(yǎng)分的構(gòu)成，加入有機(jī)物調(diào)整碳氮比例，能加速水中的細(xì)菌增殖，吸收無機(jī)氮化物，把養(yǎng)殖過程中的氨氮等污染物轉(zhuǎn)換為營養(yǎng)成分，同時(shí)，利于被水產(chǎn)生物攝取，保持水環(huán)境的穩(wěn)定，增強(qiáng)動(dòng)物的免疫力。為了減少養(yǎng)殖中存在的生態(tài)問題和養(yǎng)殖成本，可以通過提高養(yǎng)殖成活率、增加產(chǎn)量、減少飼料比，獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益。已有的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，加入碳源調(diào)整到11%～23%后，能明顯地減少魚、蝦的飼料系數(shù)，增加水產(chǎn)產(chǎn)品的產(chǎn)量效益[12]。

我國現(xiàn)有26%的農(nóng)田有機(jī)質(zhì)含量低于1%，而有機(jī)碳含量低于1%的農(nóng)用地約為44.8%[13]。利用秸稈作為主要原材料，采用生物燃料精煉技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)30萬t的稻草和1 100萬m3的甲烷。該項(xiàng)目可為35 000個(gè)家庭提供日常燃?xì)饣虬l(fā)電量2 800萬kW，可產(chǎn)生碳鏈結(jié)構(gòu)小分子全水溶性有機(jī)物物質(zhì)25 000多萬t/年。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，只需1 050～1 200 L的有機(jī)碳能液體肥，就可以取代常規(guī)化肥，可提高1倍的產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)了良性增產(chǎn)。在水產(chǎn)業(yè)中，含有高活力的小分子有機(jī)碳100 g，可對2 000 m3的養(yǎng)殖或自然水進(jìn)行清潔，4 h內(nèi)，氨氮等污染物減少30%左右，3～4天就能消除和抑制細(xì)菌的暴發(fā)，達(dá)到微生物和藻類的平衡，有效地減少了水中的重金屬等毒性物質(zhì)，達(dá)到水質(zhì)凈化的目的。推進(jìn)漁業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，保證農(nóng)產(chǎn)品和水產(chǎn)品質(zhì)量，提高非點(diǎn)源和水體的環(huán)境質(zhì)量，使生態(tài)環(huán)境得到恢復(fù)。植物源小分子有機(jī)碳利用最少的經(jīng)濟(jì)、社會代價(jià)，確保了水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)出高質(zhì)量的水產(chǎn)品，同時(shí)有效地維護(hù)了水產(chǎn)養(yǎng)殖生態(tài)平衡，有利于實(shí)現(xiàn)綠色可持續(xù)的水產(chǎn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

6 結(jié)語

近年來，隨著中國水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，養(yǎng)殖水體水質(zhì)惡化，氮源污染已經(jīng)是水質(zhì)控制的重中之重。在這樣的大背景下，業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為“碳氮平衡”是一種未來趨勢，這就給小分子有機(jī)碳的發(fā)展創(chuàng)造了一個(gè)有利的市場條件。植物源高活性小分子有機(jī)碳具有極高的活性，能夠迅速調(diào)整碳素比例，為水體提供碳素，促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)換和合成，同時(shí)可以促進(jìn)細(xì)菌藻類的增殖和生長，保證水產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量和食用的安全性，有利于實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖的可持續(xù)發(fā)展，對我國的生態(tài)恢復(fù)和發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì)具有重要意義。