養(yǎng)殖水體氨氮及生物控制措施

1 養(yǎng)殖水體氨氮的積累及毒害

1.1 水體的氮素循環(huán)

構(gòu)成氮循環(huán)的主要環(huán)節(jié)是：生物體內(nèi)有機(jī)氮的合成、氨化作用、硝化作用、反硝化作用和固氮作用。自然水體中的氮來(lái)自水生動(dòng)植物尸體及排泄物的積累及腐敗，含氮有機(jī)化合物通過(guò)營(yíng)腐生細(xì)菌分解成氨氮、硫化氫等小分子無(wú)機(jī)物 ，然后由各種自養(yǎng)型微生物主要為硝化細(xì)菌的作用 ，轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽和硝酸鹽 ，這三種氮素一方面被藻類(lèi)和水生植物吸收，另一方面硝酸鹽在缺氧條件下被反硝化細(xì)菌通過(guò)脫氮作用將硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)庖莩鏊w ，大氣中的氮被固氮菌利用重新回到水體。由于各種微生物的生長(zhǎng)繁殖速度不同，在整個(gè)氮素轉(zhuǎn)化過(guò)程中，從含氮有機(jī)物到氨氮的轉(zhuǎn)化是由多種異養(yǎng)微生物來(lái)?yè)?dān)任，而這類(lèi)微生物的生長(zhǎng)繁殖較快，因此這過(guò)程時(shí)間較短 ;從氨氮到亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化由亞硝化細(xì)菌擔(dān)任，亞硝化菌的生長(zhǎng)繁殖速度為18分鐘一個(gè)世代，因此其轉(zhuǎn)化的時(shí)間也較短;從亞硝酸鹽到硝酸鹽是由硝化細(xì)菌擔(dān)任，硝化菌的生長(zhǎng)速度相對(duì)較慢 ，其繁殖速度為18小時(shí)一個(gè)世代，因此，由亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化到硝酸鹽的時(shí)間就長(zhǎng)很多，亞硝態(tài)氮的有效分解需要12天甚至更長(zhǎng)的時(shí)間。

1.2 養(yǎng)殖水體中氨氮及亞硝態(tài)氮的積累及毒害

一般情況下，水體的氮循環(huán)處于一種穩(wěn)定的狀態(tài) ，水體氨氮及亞硝態(tài)氮維持正常水平 。在高密度養(yǎng)殖及淡水綜合養(yǎng)殖的水體中，由于大量的投餌而留下的殘餌、水體中水生動(dòng)物的大量排泄物的累積，而定期的使用消毒藥劑 ，在殺滅有害微生物的同時(shí)，有益微生物種類(lèi)及數(shù)量也會(huì)相應(yīng)減少，水生態(tài)失衡 ，表現(xiàn)為水質(zhì)惡化 ，水體透明度降低，水體缺氧，大量積累的氮素硝化過(guò)程受阻，形成養(yǎng)殖水體中氨氮和亞硝酸鹽含量高，尤其是溫度及 pH值較低時(shí)，硝化作用減弱，造成亞硝酸鹽積累更明顯 。

水體中的總氨包括分子氨(NH )與離子氨(NH )，其中對(duì)魚(yú)類(lèi)有明顯毒害作用的是分子氨。隨著 pH值的不同，兩者在水中是可以相互轉(zhuǎn)化的，水體中分子氨與離子氨的比例與水溫及pH有密切關(guān)系?？偟膩?lái)說(shuō)，溫度和pH值上升，游離氨在總氨中的比例增加，游離氨含量越多，毒性就越強(qiáng)。養(yǎng)殖水體中離子氨允許的最高濃度為不超過(guò)每升5mg氮 (5 mgN/L)，而分子氨允許的最高濃度僅為每升0.1 mg氮(0.1 mgN/L)。關(guān)于氨的毒性作用一般認(rèn)為滲進(jìn)生物體內(nèi)的分子氨將血液中血紅蛋白分子的 Fe2+氧化成為 Fe3+，降低血液的載氧能力，使呼吸機(jī)能下降。可見(jiàn)，水體溶氧愈低，氨毒性也就愈烈。氨主要是侵襲粘膜，特別是魚(yú)鰓表皮和腸粘膜 ，其次是神經(jīng)系統(tǒng)，使魚(yú)類(lèi)等水生動(dòng)物的肝腎系統(tǒng)遭受破壞，引起體表及內(nèi)臟充血、肌肉增生及出現(xiàn)腫瘤 ，嚴(yán)重的發(fā)生肝昏迷以致死亡。即使是低濃度的氨 ，長(zhǎng)期接觸也會(huì)損害鰓組織，出現(xiàn)鰓小片彎曲、粘連或融合現(xiàn)象。

亞硝酸鹽是硝化反應(yīng)不能完全進(jìn)行的中間產(chǎn)物，當(dāng)水體總氨濃度達(dá)高峰 3~4天后，亞硝酸鹽濃度也相應(yīng)升高并達(dá)到高峰。相對(duì)于氨毒害，亞硝酸鹽對(duì)魚(yú)蝦的毒性較小，但由于氨氮的轉(zhuǎn)化速度較快 ，使得亞硝酸鹽的問(wèn)題最為突出。亞硝酸鹽作用機(jī)理與氨氮毒害相似，主要是通過(guò)魚(yú)蝦的呼吸作用由鰓絲進(jìn)入血液，可使正常的血紅蛋白氧化成高價(jià)血紅蛋白，降低運(yùn)輸氧氣的蛋白攜氧的功能。出現(xiàn)組織缺氧，魚(yú)蝦攝食量降低，鰓組織出現(xiàn)病變，呼吸困難、騷動(dòng)不安或反應(yīng)遲鈍，從而導(dǎo)致魚(yú)蝦缺氧甚至窒息死亡。亞硝酸鹽還可與仲胺類(lèi)反應(yīng)成致癌性的亞硝酸胺類(lèi)物質(zhì)，pH值低時(shí)有利于亞硝酸胺形成。很多池塘出現(xiàn)魚(yú)蝦厭食現(xiàn)象 ，亞硝酸鹽過(guò)高就是主要原因之一。

2 養(yǎng)殖水體氨氮的生物調(diào)控

目前降低養(yǎng)殖水體氨氮的方法有化學(xué)的氧化還原法、物理的吸附法或開(kāi)泵增氧法、生物的肥水及細(xì)菌分解法等。前兩種方法長(zhǎng)期使用都會(huì)改變池塘底泥的性質(zhì)，而且不能從根本上解決問(wèn)題，而生物降解水體氨氮、亞硝態(tài)氮是依靠調(diào)節(jié)水體中的生物因子(藻類(lèi)及微生物)對(duì)水體的有機(jī)污染物進(jìn)行有效轉(zhuǎn)化，達(dá)到自?xún)糇饔?，有利于建立合理的水生生態(tài)循環(huán)，是一種健康養(yǎng)殖水質(zhì)調(diào)控的有效方法。

2.1 微藻對(duì)水體的凈化作用機(jī)理及在養(yǎng)殖水體中除氨氦的研究

微藻也稱(chēng)單細(xì)胞藻類(lèi)，是一種在顯微鏡下才能辨別其形態(tài)的微小的藻類(lèi)類(lèi)群，約占全球 已知3萬(wàn)余種藻類(lèi)的70%。微藻是以水為電子供體的光能自養(yǎng)生物，以光能作為能源，利用氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)合成復(fù)雜的有機(jī)質(zhì)。被藻細(xì)胞吸收的硝酸鹽、亞硝酸鹽和銨鹽可以用于氨基酸和蛋白質(zhì)、葉綠素等含氮物質(zhì)的合成，而微藻又為多種魚(yú)類(lèi)提供食餌，因此，微藻的生長(zhǎng)可降低水體中的氮、磷含量。對(duì)氮和磷吸收效果最好的微藻是螺旋藻、小球藻、柵藻、顫藻，柵列藻等，尤以小球藻的降氮能力最強(qiáng)。Lefebvre等人的試驗(yàn)結(jié)果表明硅藻可吸收養(yǎng)魚(yú)池塘廢水富含的無(wú)機(jī)物質(zhì) N、P、Si等，對(duì)廢水凈化率可達(dá)到90%。Duma報(bào)道鮑氏席藻對(duì)養(yǎng)殖廢水氮去除可達(dá)80%。

在養(yǎng)殖水體中接種有益藻類(lèi)，既可起到除氮增氧的作用，又起到增餌肥水作用 ，當(dāng)其形成優(yōu)勢(shì)群體時(shí)，還能抑制有害藻類(lèi)(微囊藻)生長(zhǎng)。水產(chǎn)養(yǎng)殖中適合養(yǎng)魚(yú)的最佳水色為油綠色(浮游植物主要種類(lèi)為隱藻 、硅藻 、金黃藻和綠球藻等)和淺褐色(浮游植物主要種類(lèi)為硅藻 、金黃藻、黃綠藻等)，而這兩類(lèi)水中所含的藻類(lèi)均易被魚(yú)類(lèi)消化吸收利用，是魚(yú)類(lèi)等養(yǎng)殖品種非常好的天然餌料。藻類(lèi)的光合作用還能產(chǎn)生大量的氧氣，據(jù)報(bào)道，水體中的溶氧80%來(lái)自藻類(lèi)的光合作用。氧充足能促進(jìn)亞硝酸鹽向硝酸鹽的轉(zhuǎn)化，同時(shí)，可減少水體因缺氧而形成的惡臭氣味，改善水體生態(tài)環(huán)境，抑制和減輕氨氮、亞硝酸鹽、硫化氫對(duì)魚(yú)類(lèi)的毒害作用，提高魚(yú)類(lèi)食欲和飼料利用率，促進(jìn)魚(yú)類(lèi)生長(zhǎng)發(fā)育。

2.2 微生態(tài)制劑在淡水養(yǎng)殖中的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀

微生態(tài)制劑是從天然環(huán)境中篩選出來(lái)的微生物菌體經(jīng)培養(yǎng)、繁殖后制成的含有大量有益菌的活性菌制劑，是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的新型魚(yú)餌添加劑。養(yǎng)殖水體環(huán)境本身就是一個(gè)由多種微生物組成的動(dòng)態(tài)平衡系統(tǒng)，有益菌和有害菌共存。眾多研究表明，當(dāng)向水體添加有益微生物，通過(guò)大量繁殖成為優(yōu)勢(shì)種群可抑制有害病菌的生長(zhǎng)，同時(shí)通過(guò)有益微生物的新陳代謝，可降低水中過(guò)剩的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和其他有害物質(zhì)，對(duì)去除水體中的氨態(tài)氮、有機(jī)質(zhì)、降低 BOD、COD和增加溶解氧等方面有明顯的調(diào)節(jié)作用，同時(shí)也調(diào)節(jié)水體的pH值 ，促進(jìn)底泥中氮磷的釋放，以促進(jìn)浮游生物的生長(zhǎng)。

我國(guó)于20世紀(jì)80年代著手研究微生態(tài)制劑對(duì)水質(zhì)的凈化作用 ，近年來(lái)應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)已積累了不少寶貴經(jīng)驗(yàn)。微生態(tài)態(tài)制劑最早是應(yīng)用于水族箱養(yǎng)殖 ，用于海水養(yǎng)殖特別是對(duì)蝦的集約化養(yǎng)殖已有較多報(bào)道，而用于淡水養(yǎng)殖的水質(zhì)調(diào)控則是則是近年來(lái)才展開(kāi)。目前，可用于開(kāi)發(fā)調(diào)控水體微生態(tài)制劑的微生物種群比較多，其中能降低水體氨氮的微生物主要有光合細(xì)菌、芽抱桿菌、硝化細(xì)菌等。

2.2.1 純種微生態(tài)制劑 光合細(xì)菌菌劑。

光合細(xì)菌無(wú)毒無(wú)害，菌體含蛋白質(zhì)60%以上，并富含B族維生素、氨基酸及促進(jìn)生長(zhǎng)因子等，并能釋放具有抗病性的胰蛋白、輔酶Q等，有效抑制病菌的繁殖，早已用于開(kāi)發(fā)優(yōu)質(zhì)安全的微生態(tài)飼料添加劑。光合細(xì)菌用作養(yǎng)殖水質(zhì)凈化劑，目前在國(guó)內(nèi)外均已進(jìn)入生產(chǎn)應(yīng)用性階段，日本、中國(guó)、東南亞各國(guó)的養(yǎng)蝦池和養(yǎng)魚(yú)池均已普遍使用光合細(xì)菌以改善水質(zhì)。研究結(jié)果表 明，光合細(xì)菌作為水質(zhì)凈化劑對(duì)總氮的去除率達(dá)65% 。

芽孢桿菌菌劑

芽孢桿菌作為一種益生菌近年來(lái)已廣泛應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中，較多研究表明在養(yǎng)殖水體中投入一定量的芽孢桿菌后，水體中的氨氮、亞硝酸鹽、大腸桿菌量明顯降低，同時(shí)，它能改善養(yǎng)殖動(dòng)物的腸道微生態(tài)提高其消化機(jī)能促進(jìn)養(yǎng)殖動(dòng)物的健康生長(zhǎng)。由于芽孢繁殖的特性，芽孢對(duì)高溫、干燥、化學(xué)物質(zhì)有強(qiáng)大的抵抗性，所以芽孢桿菌在加工或應(yīng)用時(shí)受溫度、濕度、化學(xué)物質(zhì)的影響較小，特別適合制成活性菌劑。由于它的特性與功能優(yōu)于光合細(xì)菌而有望成為光合細(xì)菌的替代品，已成為當(dāng)前國(guó)際凈水界的研究熱點(diǎn)芽孢桿菌屬中尤其是枯草芽孢桿菌和蠟樣芽孢桿菌、芽孢乳桿菌為主。

硝化細(xì)菌菌劑

硝化細(xì)菌是一種好氣性細(xì)菌，屬于自營(yíng)性細(xì)菌的一類(lèi) ，包括兩種完全不同代謝群：亞硝酸菌屬及硝酸菌屬。這兩類(lèi)菌通常生活在一起，在無(wú)光下，亞硝酸細(xì)菌將氨氧化成亞硝酸，硝酸細(xì)菌(又稱(chēng)硝化細(xì)菌)，將亞硝酸氧化成硝酸。可見(jiàn)，硝化細(xì)菌在氮循環(huán)水質(zhì)凈化過(guò)程中扮演著很重要的角色。硝化細(xì)菌生長(zhǎng)較緩慢，其平均代時(shí)(即細(xì)菌繁殖一代所需要的時(shí)間)在10天以上，在食物短缺等惡劣環(huán)境下，休眠期最長(zhǎng)可以達(dá)到2年之久。因此，把硝化細(xì)菌制成的菌液，可以長(zhǎng)期保存 。

2.2.2 復(fù)合微生態(tài)制劑

采用單一微生物菌種來(lái)控制、凈化水質(zhì)的方法存在一定的局限性，而由多類(lèi)微生物組成的復(fù)合微生態(tài)制劑則起到降低氨氮，凈化水體，改善水生態(tài)，抑制魚(yú)類(lèi)病蟲(chóng)害，提高養(yǎng)殖成活率，維持水生生物多樣性等的多重作用因而成為微生態(tài)制劑的主要發(fā)展方向。王彥波等對(duì)比了光合細(xì)菌、芽孢桿菌和由光合細(xì)菌、芽孢桿菌等組成的微生態(tài)制劑對(duì)鯽魚(yú)養(yǎng)殖水質(zhì)的影響，結(jié)果顯示，單獨(dú)添加光合細(xì)菌降解水體氨氮的能力十分顯著，降解率達(dá)72%;單獨(dú)添加芽孢桿菌可以顯著同化水體中的亞硝酸鹽.亞硝酸鹽含量下降幅度達(dá)50%;復(fù)合微生態(tài)制劑無(wú)論降低氨氮、亞硝酸鹽含量還是COD含量，均優(yōu)于單獨(dú)制劑。吳偉等的實(shí)驗(yàn)結(jié)果認(rèn)為復(fù)合微生態(tài)制劑通過(guò)直接影響水體中細(xì)菌的數(shù)量而促進(jìn)水體的氮循環(huán)。張慶、林冬年先后以芽孢桿菌為主導(dǎo)的復(fù)合微生態(tài)菌劑對(duì)羅非魚(yú)生長(zhǎng)及養(yǎng)殖水體水質(zhì)的影響 ，結(jié)果表明復(fù)合微生態(tài)菌劑能降低水體氨氮同時(shí)對(duì)羅非魚(yú)生長(zhǎng)有較大的促進(jìn)作用。陳秋紅等以芽胞桿菌屬為主的復(fù)合微生物制劑試用于魚(yú)類(lèi)養(yǎng)殖池塘的水質(zhì)改良，獲得較好的效果。

2.2.3 固定化微生態(tài)制劑

隨著固定化細(xì)胞技術(shù)的發(fā)展及固定化微生物在污水處理上的應(yīng)用，固定化微生態(tài)制劑用于水產(chǎn)養(yǎng)殖已成為人們研究的熱點(diǎn) 。固定化微生物用于處理含氨氮廢水最早起于上世紀(jì)80年代，所包埋的微生物均為硝化和反硝化細(xì)菌，所用載體多為聚乙烯醇或海藻酸鹽等。耿金菊等將分離得到的脫氮微生物菌群發(fā)酵液經(jīng)離心分離后，均勻噴霧到麩皮載體上固定化后，制得固態(tài)微生態(tài)制劑，將制得的固態(tài)微生物制劑存放3個(gè)月后，驗(yàn)證其微生物生長(zhǎng)繁殖性能和氨氮降解性能均未下降。鄭耀通等用固定化光合細(xì)菌凈化養(yǎng)魚(yú)水質(zhì)，發(fā)現(xiàn)其對(duì)去除水體的氨態(tài)氮有明顯的優(yōu)越性。齊素芳等人采用殼聚糖和海藻酸鈉固定化硝化細(xì)菌去除養(yǎng)殖水體中的氨氮，去除率達(dá)94%以上。黃正等人采用固定化硝化細(xì)菌處理養(yǎng)殖廢水中的氨 氮，24 小時(shí)后 ，氨氮去除率達(dá)82.5%。

2.3 藻菌共同利用研究

利用菌藻聯(lián)合調(diào)控養(yǎng)殖水質(zhì)，可以達(dá)到改善池塘微生態(tài)結(jié)構(gòu)，又能保持水體透明度，使魚(yú)有較好的天然餌料，是實(shí)施生態(tài)養(yǎng)殖的有效途徑之一。沈南南研究小球藻和芽孢桿菌聯(lián)合使用對(duì)養(yǎng)殖水體氨氮的降解作用，結(jié)果表明，小球藻和芽孢桿菌聯(lián)合處理組對(duì)水質(zhì)的調(diào)控效果明顯優(yōu)于只添加芽孢桿菌組或小球藻組。陳海敏探索了光合細(xì)菌和小球藻聯(lián)合處理調(diào)控養(yǎng)殖水體水質(zhì)情況，試驗(yàn)結(jié)果表明，光合細(xì)菌和小球藻能很好地去除水體的氮、磷，尤其對(duì)銨氮的去除效果最好，而且菌藻聯(lián)合處理有利于養(yǎng)殖廢水的重新利用，在工廠化養(yǎng)殖廢水處理 中有著良好的應(yīng)用前景。

3 結(jié)語(yǔ)

降低水體氨氮濃度，是集約化淡水養(yǎng)殖業(yè)面臨的大難題?，F(xiàn)有的研究結(jié)果表明 ，合理使用微藻或微生態(tài)制劑，利用生物控制方法，使水體的有益藻相及菌相處于動(dòng)態(tài)平衡，既能起到水質(zhì)凈化作用，又能為養(yǎng)殖魚(yú)類(lèi)提供餌料，同時(shí)還能增強(qiáng)魚(yú)類(lèi)的抗病能力，促進(jìn)魚(yú)類(lèi)的生長(zhǎng)。顯然，生物控制養(yǎng)殖水體水質(zhì)是一種很有前景的健康養(yǎng)殖水質(zhì)調(diào)控方法。利用微藻或微生態(tài)制劑除水體氨氮，我國(guó)目前仍停留在使用單一的微藻或微生態(tài)制劑，對(duì)藻菌聯(lián)用方面研究得較少，還沒(méi)得到實(shí)際應(yīng)用。微藻作為凈水劑在淡水養(yǎng)殖中的應(yīng)用還沒(méi)被引起重視 。今后應(yīng)加大對(duì)藻菌聯(lián)用的研究力度，微生態(tài)制劑向多元化發(fā)展，將具有不同功效的益生菌整合在一起，使其同時(shí)具有改善腸道內(nèi)環(huán)境、增加進(jìn)食、抑制有害菌群 、改善水質(zhì)等多方面的作用。

(作者：高揚(yáng)  寧夏銀川興慶區(qū)畜牧站)

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