導(dǎo)語：生物絮團(tuán)技術(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖的運(yùn)用一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：生物絮團(tuán)有望成為一種新的對(duì)抗水產(chǎn)養(yǎng)殖病原菌和減少水產(chǎn)養(yǎng)殖污染的有效方法，尤其是硝化型生物絮團(tuán)養(yǎng)殖模式。生物絮團(tuán)由細(xì)菌、藻類、原生動(dòng)物及其胞外物等構(gòu)成，其通過同化、硝化及光合作用可快速降低水體中的氨氮濃度，還可實(shí)現(xiàn)水體中營養(yǎng)物質(zhì)再利用和養(yǎng)殖對(duì)象的生物防治。介紹了生物絮團(tuán)技術(shù)的概念、組成、分類、主要功能及水處理優(yōu)點(diǎn)，以期為水產(chǎn)養(yǎng)殖污染控制及廢物資源利用提供參考。

關(guān)鍵詞：生物絮團(tuán)技術(shù)；水產(chǎn)養(yǎng)殖；細(xì)菌；氨氮濃度

我國是世界第一水產(chǎn)養(yǎng)殖大國，2017年我國水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量達(dá)4905.99萬t[1]，其中，傳統(tǒng)的水產(chǎn)養(yǎng)殖模式，得益于成本低廉而迅猛發(fā)展，占比較大。水產(chǎn)養(yǎng)殖動(dòng)物只能利用餌料蛋白的20%～30%，導(dǎo)致殘餌及糞便在水體中大量積累，產(chǎn)生大量有毒的氨態(tài)氮、亞硝酸態(tài)氮，傳統(tǒng)的養(yǎng)殖模式主要通過換水解決氮污染物積累的問題，不僅浪費(fèi)寶貴的水資源、增加換水的電費(fèi)成本，還帶來了環(huán)境惡化、水資源短缺、養(yǎng)殖土地資源銳減及水產(chǎn)動(dòng)物病害頻繁暴發(fā)等問題。2018年，國家了一系列文件，部署了污染防治及保護(hù)生態(tài)環(huán)境的相關(guān)工作，其中，農(nóng)業(yè)農(nóng)村污染治理攻堅(jiān)戰(zhàn)位列七大標(biāo)志性重大戰(zhàn)役，如何減少水產(chǎn)養(yǎng)殖污染是目前行業(yè)面臨的重大課題。生物絮團(tuán)技術(shù)（BioflocTechnology，BFT）是近年來發(fā)展起來的一種通過調(diào)控養(yǎng)殖池中微生物組成，利用微生物調(diào)控水質(zhì)的新型養(yǎng)殖模式。生物絮體不僅可以作為微生物的載體，有效轉(zhuǎn)化系統(tǒng)里對(duì)生物毒性較大的氨氮、亞硝酸鹽氮，其中的微生物體蛋白質(zhì)還可以作為營養(yǎng)補(bǔ)充被養(yǎng)殖動(dòng)物攝食，實(shí)現(xiàn)飼料營養(yǎng)的重復(fù)利用，提高飼料利用率。生物絮團(tuán)通過同化、硝化及光合作用可快速降低水體中的氨氮濃度。國際上很多采用生物絮團(tuán)技術(shù)的工廠化養(yǎng)殖系統(tǒng)經(jīng)過研發(fā)、試驗(yàn)和改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了零換水的目標(biāo)[2]。

1生物絮團(tuán)的組成

生物絮團(tuán)由細(xì)菌、藻類、原生動(dòng)物及其胞外物等構(gòu)成，生物絮團(tuán)養(yǎng)殖系統(tǒng)細(xì)菌優(yōu)勢種群主要受飼料品質(zhì)影響，因此，不同養(yǎng)殖品種生物絮團(tuán)系統(tǒng)的主要優(yōu)勢菌群不同，刺參苗種培育池中生物絮團(tuán)的主要優(yōu)勢菌群為黃桿菌綱（Flavobacteria）、α-變形菌綱（Alphaproteobacteria）和芽孢桿菌綱（Bacillus）[3]。草魚生物絮團(tuán)養(yǎng)殖系統(tǒng)主要微生物類群包含變形菌、放線菌、芽孢桿菌及擬桿菌，其中，α-、β-及γ-變形菌占據(jù)主要位置[4]。

2生物絮團(tuán)分類

2.1異養(yǎng)同化型生物絮團(tuán)。異養(yǎng)同化型生物絮團(tuán)模式是指向養(yǎng)殖水體投入有機(jī)碳及堿類物質(zhì)，提高水體中的碳氮比，大量培養(yǎng)水體中異養(yǎng)細(xì)菌，利用異養(yǎng)細(xì)菌同化無機(jī)氮的生物絮團(tuán)模式。異養(yǎng)同化型生物絮團(tuán)養(yǎng)殖模式對(duì)養(yǎng)殖人員的操作要求不高，只需要控制養(yǎng)殖系統(tǒng)中有足夠的有機(jī)碳源和溶解氧，氨氮去除效率高[5-6]，但需消耗大量的有機(jī)碳源和氧氣，增加了能耗和養(yǎng)殖成本，且產(chǎn)生過多的生物絮團(tuán)和二氧化碳。異養(yǎng)同化生物絮團(tuán)養(yǎng)殖模式的化學(xué)計(jì)量基礎(chǔ)理論方程為：NH4+＋7.08CH2O＋HCO3-＋2.06O2→C5H7O2N＋6.06H2O+3.07CO2。2.2自養(yǎng)硝化型生物絮團(tuán)。生物絮團(tuán)模式中既發(fā)生了異養(yǎng)同化作用，也發(fā)生了硝化作用[7]，這2種模式的共同點(diǎn)是都能轉(zhuǎn)化有毒的氨氮，使得養(yǎng)殖水質(zhì)環(huán)境安全可控。但硝化細(xì)菌增殖速度比氨氧化細(xì)菌慢，硝化功能的構(gòu)建滯后于亞硝化過程。因此，理論上可以實(shí)現(xiàn)2種模式的馴化切換。相比異養(yǎng)同化型生物絮團(tuán)模式，自養(yǎng)硝化型生物絮團(tuán)具有兩大優(yōu)勢：一是處理同樣質(zhì)量的氨氮絮團(tuán)產(chǎn)生量更少，絮團(tuán)去除壓力更小，且水中總懸浮物更低，養(yǎng)殖動(dòng)物攝食活性更佳。另一方面，耗氧更少且不需要添加有機(jī)碳源，降低了電耗和投入。自養(yǎng)硝化生物絮團(tuán)主要作用細(xì)菌為亞硝化細(xì)菌和硝化細(xì)菌。系統(tǒng)的基礎(chǔ)化學(xué)計(jì)量理論方程為：NH4+＋1.83O2＋1.97HCO3-→0.0244C5H7O2N＋0.976NO3-＋2.90H2O＋1.86CO2。亞硝酸和硝酸是氨氮氧化的代謝終產(chǎn)物，亞硝化細(xì)菌和硝化細(xì)菌的生長很多時(shí)候是不同步的。亞硝酸屬于高毒性物質(zhì)，如果系統(tǒng)中亞硝化細(xì)菌長得太快，則導(dǎo)致亞硝酸積累而造成系統(tǒng)崩潰；調(diào)控亞硝化細(xì)菌和硝化細(xì)菌的比例，是生物絮團(tuán)從異養(yǎng)同化型向自養(yǎng)硝化型的關(guān)鍵。

3生物絮團(tuán)對(duì)養(yǎng)殖對(duì)象的影響

生物絮團(tuán)是一種混合單細(xì)胞蛋白原料，魚蝦可攝食生物絮團(tuán)[2]，國內(nèi)外的學(xué)者使用氮同位素的方法證實(shí)了凡納濱對(duì)蝦、銀鯽及羅非魚攝食生物絮團(tuán)[8-9]；甚至在短期使用生物絮團(tuán)喂養(yǎng)克氏原螯蝦比飼料投喂具有更好的養(yǎng)殖效果[10]；由于微生物蛋白可為仿刺參幼參較好的利用，因此，仿刺參配合飼料可考慮添加生物絮團(tuán)，以節(jié)約成本。另一方面，有科研工作者研究了鯽魚肝臟生化指標(biāo)與添加生物絮團(tuán)的飼料之間的相關(guān)關(guān)系，結(jié)果表明，最適添加濃度為10%，能顯著提高其抗氧化性能。用生物絮團(tuán)養(yǎng)殖異育銀鯽可以提高脾、腎、肝和鰓中熱休克蛋白HSP70的表達(dá)量[11]。鹽度大幅變化會(huì)導(dǎo)致生物絮團(tuán)對(duì)蝦養(yǎng)殖系統(tǒng)紊亂，其中的養(yǎng)殖對(duì)象凡納濱對(duì)蝦生長性能及生理健康等指標(biāo)受鹽度突變影響較大[12]。

4生物絮團(tuán)可實(shí)現(xiàn)水體中營養(yǎng)物質(zhì)再利用

給水產(chǎn)動(dòng)物投喂的飼料中，約75%～80%的氮以糞便和代謝物的方式排入水體，另有約10%～20%的飼料未被攝食溶解在養(yǎng)殖水體中，生物絮團(tuán)可將水體中氮污染物轉(zhuǎn)化為菌體蛋白，魚蝦等養(yǎng)殖對(duì)象會(huì)攝食粒徑合適的絮團(tuán)顆粒，這樣就實(shí)現(xiàn)了蛋白的再利用[13]，從而降低餌料系數(shù)，因此，生物絮團(tuán)養(yǎng)殖可以使用低蛋白的飼料以節(jié)約養(yǎng)殖成本[14]。5生物絮團(tuán)可實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖對(duì)象的生物防治生物絮團(tuán)中的微生物源活性物質(zhì)可以提高養(yǎng)殖對(duì)象的成活率[15]，主要表現(xiàn)在以下4個(gè)方面。第一，生物絮團(tuán)養(yǎng)殖模式不換水或者換水量較少，降低了養(yǎng)殖對(duì)象接觸外源病原菌的可能性，切斷了致病菌和病毒的傳播途徑[16]。在生物絮團(tuán)模式中，因哈維氏弧菌對(duì)鹵蟲的感染率降低，可提高鹵蟲成活率，同時(shí)降低養(yǎng)殖動(dòng)物攝食鹵蟲而感染哈維氏弧菌的概率[17]。第二，生物絮團(tuán)中的假單胞菌、芽孢桿菌及其他細(xì)菌均能產(chǎn)生聚-β-羥基丁酸，使養(yǎng)殖生物受細(xì)菌感染的概率降低[18]，并導(dǎo)致病原菌的群體感應(yīng)紊亂[19]。第三，生物絮團(tuán)中的微生物在生態(tài)位與弧菌等病原菌競爭營養(yǎng)和生長空間，抑制病原菌生長和繁殖[20]。第四，生物絮團(tuán)含有多種細(xì)菌及細(xì)菌產(chǎn)物[21]，在凡納濱對(duì)蝦的飼料中拌服生物絮團(tuán)投喂后，能顯著提高凡納濱對(duì)蝦的免疫力和抗弧菌感染的能力[22]。

6展望

目前，我國水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境污染形勢不容樂觀[23-25]，而生物絮團(tuán)有望成為一種新的對(duì)抗水產(chǎn)養(yǎng)殖病原菌的有效方法[26]，尤其是自養(yǎng)硝化型生物絮團(tuán)養(yǎng)殖模式，硝化型生物絮團(tuán)技術(shù)是從異養(yǎng)型生物絮團(tuán)提升、轉(zhuǎn)化過來的。其核心內(nèi)容就是生物絮團(tuán)中的細(xì)菌種群結(jié)構(gòu)的定向培育，盡量提高氮氧化細(xì)菌的比例。但硝化細(xì)菌增殖速度比亞硝化細(xì)菌慢，硝化功能的構(gòu)建滯后于亞硝化過程[27]，此過程中的這種定向培育需要精確的氨氮濃度控制和相應(yīng)的細(xì)菌營養(yǎng)關(guān)鍵技術(shù)。目前，關(guān)于異養(yǎng)型生物絮團(tuán)馴化為硝化型生物絮團(tuán)過程中細(xì)菌群落組成的變化研究還很少，馴化過程中細(xì)菌群落組成、添加不同比例有機(jī)碳源對(duì)生物絮團(tuán)細(xì)菌群落的影響、硝化型生物絮團(tuán)的馴化機(jī)制等還需要進(jìn)一步研究。

作者:朱林 車軒 劉興國 劉晃 王小冬 單位:中國水產(chǎn)科學(xué)研究院漁業(yè)機(jī)械儀器研究所