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生物修復(fù)技術(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用
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摘要：通過生物修復(fù)技術(shù)，干預(yù)池塘底泥微生物相和水體藻相，使泥水界面有機(jī)質(zhì)減少，好氧層加厚，增加水體藻類多樣性，形成良好而穩(wěn)定的藻相，提高池塘溶解氧水平，促進(jìn)有機(jī)污染物好氧分解，減NH3、H2S、N02-等有毒物質(zhì)的釋放，強(qiáng)化池塘自凈功能，提高水產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì)。
關(guān)鍵詞：生物修復(fù)；池塘自凈能力；池塘生態(tài)；自凈能力；藻相；微生物相
1、前言
水產(chǎn)養(yǎng)殖是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，海水養(yǎng)殖作為水產(chǎn)養(yǎng)殖的支柱產(chǎn)業(yè)，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人民生活水平提高做出了重要貢獻(xiàn)。但隨著海水養(yǎng)殖業(yè)的迅猛發(fā)展，海區(qū)污染、蝦塘老化、黑臭底泥淤積、大規(guī)模災(zāi)難性病毒病的爆發(fā)和流行等問題迅速暴露出來(lái)，使人們對(duì)傳統(tǒng)掠奪式養(yǎng)殖模式提出質(zhì)疑[6、7].、生物修復(fù)（ Bioremediation）是國(guó)內(nèi)外近10年發(fā)展起來(lái)的最新環(huán)境工程技術(shù)，已被成功地應(yīng)用于土壤、城市河湖、地下水，近海洋面的污染治理和農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖等多個(gè)領(lǐng)域[1、2、3、4、5]，并成為二十世紀(jì)環(huán)境科技發(fā)展最快的高新技術(shù)領(lǐng)域之一。和傳統(tǒng)掠奪式養(yǎng)殖模式不同，生物修復(fù)技術(shù)應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖，并不通過大量使用高營(yíng)養(yǎng)的餌料和抗生素提高養(yǎng)殖產(chǎn)量，而主要通過生物-生態(tài)措施，修復(fù)受損的池塘生態(tài)系統(tǒng)，加速生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量循環(huán)，增加水體溶氧，改善水質(zhì)和池塘自凈能力，提高水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量和品質(zhì)，實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖的可持續(xù)發(fā)展。
2、傳統(tǒng)水產(chǎn)養(yǎng)殖存在的主要問題
傳統(tǒng)養(yǎng)殖模式，尤其是高密度養(yǎng)殖模式大多以消耗大量高蛋白飼料，以污染池塘自身和近岸環(huán)境為代價(jià)來(lái)維持的生產(chǎn)方式，加之養(yǎng)殖戶為了防治魚（蝦）病，大量使用消毒劑、抗生素等蝦藥，甚至人藥魚（蝦）用，用藥劑量越來(lái)越高，藥物的毒性越來(lái)越強(qiáng)，這些藥物的使用，又嚴(yán)重破壞了已經(jīng)十分脆弱的生態(tài)環(huán)境，形成越病越治、越治越病的怪圈[6、7、8、9、10、11].老化池塘中，養(yǎng)殖殘餌、糞便、死亡動(dòng)植物尸體和消毒劑、抗生素等有毒化學(xué)物在池底沉積多年，形成黑色污泥，污泥中含有豐富的有機(jī)質(zhì)，厭氧微生物占主導(dǎo)地位，氣溫升高加速了有機(jī)質(zhì)的厭氧分解，消耗水中大量氧氣，產(chǎn)生NH3、H2S、NO2-等有毒物質(zhì)，影響對(duì)蝦正常生長(zhǎng)發(fā)育，而且黑色污泥中含有大量的致病菌，寄生蟲和敵害生物的卵，增加了池塘病源的傳播途徑，使生產(chǎn)過程中魚（蝦）藥的用量增加，水產(chǎn)品品質(zhì)下降。如在我國(guó)沿海地區(qū)對(duì)蝦養(yǎng)殖區(qū)，老化蝦塘的底泥污染問題，已成為困擾養(yǎng)蝦業(yè)發(fā)展的重要因素之一[11].
3、池塘生態(tài)系統(tǒng)與水產(chǎn)養(yǎng)殖
池塘是一個(gè)人工圈養(yǎng)體系，其生態(tài)系統(tǒng)與自然生態(tài)系統(tǒng)有很大差異，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是養(yǎng)殖動(dòng)物在生物群落中占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，這一優(yōu)勢(shì)是在人工扶持下形成的，由于大量人工飼料投入養(yǎng)殖系統(tǒng)，除牧食鏈，腐屑鏈外，在食物關(guān)系中又增加了飼料鏈，也因此使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生了一定改變，決定了系統(tǒng)的低生態(tài)緩沖能力和脆弱性，其龐大的養(yǎng)殖動(dòng)物生物量造成系統(tǒng)生態(tài)金字塔畸形，系統(tǒng)生物多樣性指數(shù)下降，水質(zhì)也常常出現(xiàn)較大波動(dòng)。
3.1、池塘生態(tài)系統(tǒng)中生產(chǎn)者在池塘生態(tài)體系中，浮游植物是初級(jí)生產(chǎn)者，藻類通過光合作用合成碳水化合物，放出氧氣，優(yōu)良的單胞藻可為池塘中浮游動(dòng)物，底棲動(dòng)物甚至養(yǎng)殖動(dòng)物直接濾食，也可直接吸收池塘中NH3、H2S、等有害物質(zhì)，改良池塘水質(zhì)，更為重要的是，藻類光合作用提高池塘的溶氧水平，促進(jìn)池塘好氧微生物的生長(zhǎng)繁殖，加速池塘有機(jī)質(zhì)的分解和礦化。藻類的生長(zhǎng)繁殖需要營(yíng)養(yǎng)鹽，營(yíng)養(yǎng)鹽主要來(lái)源于底泥的釋放和好氧微生物對(duì)有機(jī)質(zhì)的分解礦化，優(yōu)良的藻相能提高池塘溶氧水平，特別是池塘中下層水體溶氧水平，有利于建立良好的池塘生態(tài)體系。
3.2、池塘生態(tài)系統(tǒng)中分解者微生物是池塘生態(tài)體系中的分解者，分解池塘殘餌、對(duì)蝦糞便以及浮游動(dòng)植物殘?bào)w等有機(jī)污染物，使之礦化成營(yíng)養(yǎng)鹽，供藻類吸收利用。池塘微生物種類和數(shù)量，尤其是底泥微生物種類和數(shù)量不同，對(duì)有機(jī)質(zhì)的分解能力、分解途徑和終產(chǎn)物不同，好氧微生物對(duì)有機(jī)質(zhì)進(jìn)行完全分解，其分解產(chǎn)物主要為CO2等，而厭氧微生物對(duì)有機(jī)質(zhì)進(jìn)行不完全分解，產(chǎn)生NH3、H2S等有害物質(zhì)，造成池塘水質(zhì)惡化，影響?zhàn)B殖動(dòng)物的正常生長(zhǎng)發(fā)育。在池塘生態(tài)體系中，由于有機(jī)污染物的大量進(jìn)入，微生物對(duì)有機(jī)質(zhì)的分解消耗大量氧氣，很容易造成池塘，尤其是池塘底部溶氧降低，可能形成有機(jī)物厭氧分解，使用池塘生態(tài)體系失控。
3.3、池塘生態(tài)系統(tǒng)中生產(chǎn)者、分解者及其與水產(chǎn)養(yǎng)殖相互關(guān)系從池塘對(duì)有機(jī)污染物的自凈能力上看，微生物和藻類是池塘諸多生態(tài)因子中最為關(guān)鍵的二大因素，在池塘生態(tài)體系中，微生物種群和數(shù)量（即微生物相）與藻類的種群和數(shù)（即藻相）是密切相關(guān)的，微生物通過其分泌物的直接作用或通過其代謝產(chǎn)物―――營(yíng)養(yǎng)鹽化學(xué)狀態(tài)和濃度的間接作用而影響藻相，研究表明，微生物具有殺藻、抑藻和有效降低藻毒作用，且存在種間選擇性。同樣，藻類通過對(duì)池塘溶解氧的影響而影響微生物相，池塘溶氧增高，能促進(jìn)底泥好氧微生物繁殖，加速有機(jī)質(zhì)的完全分解和礦化，維持池塘良好的生態(tài)環(huán)境。
在池塘微生物相和藻相的相互關(guān)系中，池塘水體，尤其是中下層水體的溶氧水平是最為重要指標(biāo)。池塘溶氧，除了供養(yǎng)殖動(dòng)物消耗外，更多的應(yīng)用于水質(zhì)凈化，研究表明，蝦池水耗氧量占池塘總耗氧量的69.4％，池塘溶氧主要來(lái)源于表面水面與空氣接觸溶入和浮游植物的光合作用，藻相對(duì)池塘溶氧水平起到至關(guān)重要的作用。
藻類的生長(zhǎng)不僅需要N、P等營(yíng)養(yǎng)，而且需要Ca、Mg、Fe、Mo、有機(jī)酸等微量營(yíng)養(yǎng)[16、17、18]，當(dāng)池塘中微量營(yíng)養(yǎng)缺乏時(shí)（濃度過低或者以不溶性化合物形式存在），一些藻類，尤其是高等產(chǎn)氧單胞藻（即所謂優(yōu)良藻類）的生長(zhǎng)受到限制，此稱之謂限制生長(zhǎng)營(yíng)養(yǎng)。而另外一些藻類如絲狀藍(lán)綠藻等因其具有遺傳上適應(yīng)性，具有較大表面積和氣泡，能爭(zhēng)奪微量營(yíng)養(yǎng)供其生長(zhǎng)繁殖，浮在池塘表面遮住陽(yáng)光，抑制產(chǎn)氧單胞藻的生長(zhǎng)，而較容易形成優(yōu)勢(shì)種群，因此，微量營(yíng)養(yǎng)缺乏時(shí)，往往使原始藍(lán)綠藻等不良藻類迅速取得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，降低了藻類多樣性指數(shù)，形成不良藻相，形成池塘溶氧水平的波動(dòng)。池塘藻相的形成與穩(wěn)定性與池塘水體中N、P營(yíng)養(yǎng)的供應(yīng)水平和池塘微量營(yíng)養(yǎng)的濃度密切相關(guān)。
藻類的微營(yíng)養(yǎng)主要來(lái)源于底泥緩慢釋放，其濃度和化學(xué)形態(tài)、化學(xué)成份和底泥的微生物區(qū)系密切相關(guān)。老化的蝦塘氧化還原電位低，有機(jī)質(zhì)含量高，底質(zhì)酸化嚴(yán)重，PH低，F(xiàn)e、Ca、Mg、Mo等微量元素以不溶性鹽的形式沉積于底泥難以釋放。
3.4、池塘生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性和其它自然生態(tài)系統(tǒng)一樣，池塘養(yǎng)殖生態(tài)系統(tǒng)也具有一定自凈能力。水體的養(yǎng)殖容量為單位水體內(nèi)在保護(hù)環(huán)境，節(jié)約資源和保證應(yīng)有效益都符合可持續(xù)發(fā)展要求的最大養(yǎng)殖量，一個(gè)水體的養(yǎng)殖容量主要由餌料供應(yīng)水平和質(zhì)量，水體自凈能力和人工干預(yù)程度決定的，在餌料供應(yīng)和人工干預(yù)程度一樣的情況下，養(yǎng)殖容量主要由水體自凈能力決定，因此提高池塘自凈能力，即微生物對(duì)有機(jī)污染物的分解能力，對(duì)提高養(yǎng)殖產(chǎn)量，減少疾病發(fā)生，降低養(yǎng)殖成本，實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖的可持續(xù)發(fā)展，都有著十分重要的意義。
但傳統(tǒng)掠奪型養(yǎng)殖模式下池塘生態(tài)系統(tǒng)是十分脆弱的，對(duì)蝦養(yǎng)殖中，蝦池既是對(duì)蝦攝食活動(dòng)的場(chǎng)所，也是各種有機(jī)污染氧化分解的處理池，養(yǎng)殖過程實(shí)際上是一個(gè)有機(jī)污染的過程。進(jìn)入池塘的有機(jī)污染物，主要由底泥微生物將其氧化分解成無(wú)機(jī)鹽，返回水域被藻類利用。底泥對(duì)有機(jī)污染物分解和營(yíng)養(yǎng)鹽的再循環(huán)起著十分重要的作用。池塘的自凈能力，很大程度上處決于池塘底泥生態(tài)，即底泥化學(xué)組成和微生物相（微生物種群和數(shù)量）。老化蝦塘由于長(zhǎng)期處于厭氧狀況，淤積大量黑臭底泥，底泥耗氧有機(jī)物含量豐富，以厭氧微生物為主，池塘自凈能力十分有限，當(dāng)養(yǎng)殖密度超過池塘的養(yǎng)殖容量時(shí)，就會(huì)造成水質(zhì)惡化，對(duì)蝦生長(zhǎng)緩慢，疾病頻繁，乃至終止養(yǎng)殖。蝦農(nóng)為了減少損失，往往采取加大消毒劑、抗生素等藥物使用和大量換水等措施，一方面加大了養(yǎng)殖成本，降低了水產(chǎn)品質(zhì)，另一方面增加了養(yǎng)殖海區(qū)的有機(jī)污染負(fù)荷，而且隨著我國(guó)養(yǎng)殖海區(qū)的污染加重，蝦塘老化更加嚴(yán)重，這些措施也往往無(wú)濟(jì)于事。經(jīng)過多年的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，人們普遍認(rèn)識(shí)到，要實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖的可持續(xù)發(fā)展，必須探索新的技術(shù)、新的模式，強(qiáng)化池塘自凈能力，做到防患于未然。
4、生物修復(fù)技術(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖中應(yīng)用
現(xiàn)代生物工程技術(shù)的發(fā)展，為池塘養(yǎng)殖帶來(lái)了新的希望，通過向池塘生態(tài)體系中補(bǔ)充微量營(yíng)養(yǎng)、促生劑、解毒劑或投放有益微生物等措施對(duì)池塘底泥和養(yǎng)殖水體進(jìn)行生物修復(fù)，降低池塘底泥有機(jī)物含量，使泥水界面形成好氧微生物相，強(qiáng)化底泥對(duì)有機(jī)污染物分解能力池塘的自凈能力，提高藻類多樣性指數(shù)，穩(wěn)定藻相，增加水體溶氧，從而提高池塘養(yǎng)殖容量，改善水質(zhì)，降低成本，提高養(yǎng)殖產(chǎn)量和品質(zhì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)蝦養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)發(fā)展。
4.1、池塘底泥生物修復(fù)有助于提高其自凈能力通過在底泥-水界面噴灑土著微生物、促生劑、共代謝底物等，對(duì)老化蝦塘進(jìn)行底泥生物修復(fù)，促進(jìn)底泥微生物繁殖，底泥有機(jī)質(zhì)在微生物作用下，迅速分解，釋放NH3、H2S等有害氣體，使底泥好氧層加厚，黑泥層（厭氧層）減薄，通過在上海泰賢和廣東徐聞的老化蝦塘生物修復(fù)試驗(yàn)，底泥修復(fù)3天之后，肉眼可見底泥表面黑土層慢慢發(fā)白，大量氣體逸出，底泥好氧層明顯加厚，呈黃褐色。底泥好氧層加快底泥微量營(yíng)養(yǎng)的釋放，有利于提高藻類多樣性，穩(wěn)定藻相，同時(shí)也可阻隔下層黑臭底泥有毒物質(zhì)釋放，泥水界面好氧微生物相強(qiáng)化底泥對(duì)池塘殘餌、糞便等有機(jī)污染物分解能力，加快池塘生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量循環(huán)，提高池塘自凈能力。
4.2、池塘水體生物修復(fù)有助于形成穩(wěn)定的藻相通過水體增氧、補(bǔ)充經(jīng)腐殖質(zhì)螯合的微量營(yíng)養(yǎng)，土著微生物和促生劑等，強(qiáng)化池塘水體中殘餌、糞便等有機(jī)污染物分解，微營(yíng)養(yǎng)的補(bǔ)充有助于建立和維持優(yōu)良藻相，增加池塘溶氧，溶氧的增加和微量營(yíng)養(yǎng)的補(bǔ)充，又加速了好氧微生物的生長(zhǎng)繁殖和對(duì)有機(jī)污染物分解，形成良性好氧生態(tài)體系，提高池塘自凈能力和水產(chǎn)養(yǎng)殖的產(chǎn)量和品質(zhì)。
4.3生物修復(fù)技術(shù)有助于建立穩(wěn)定的池塘生態(tài)系統(tǒng)，提高水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量和品質(zhì)我們從2001年已經(jīng)開始針對(duì)我國(guó)沿海地區(qū)蝦塘老化問題，摸索出一套利用生物修復(fù)技術(shù)改造老化蝦塘，生產(chǎn)高品質(zhì)對(duì)蝦產(chǎn)品的技術(shù)，連續(xù)3年在廣東徐聞和上海泰賢等地進(jìn)行老化蝦塘改造試驗(yàn)，并取得較好的效果。主要技術(shù)措施包括底泥生物氧化、水體生物修復(fù)等。其基本技術(shù)路線是：取底泥——提取土著微生物——配制生物促進(jìn)劑——底泥生物氧化——水體生物修復(fù)及藻相調(diào)節(jié)——保持自然生態(tài)健康養(yǎng)殖環(huán)境。
如在廣東徐聞， 2001年進(jìn)行約35畝蝦塘共三造的試驗(yàn)，第一、二、三造均養(yǎng)殖成功，最高產(chǎn)量達(dá)350公斤/畝，而對(duì)照塘養(yǎng)殖不到40天均全部死亡，有趣的是，在第二造試驗(yàn)中，養(yǎng)殖35天時(shí)，對(duì)照塘因感染白斑病全部死亡，將處理蝦塘（即經(jīng)過生物修復(fù)的蝦塘）分一半蝦至對(duì)照塘，對(duì)照塘對(duì)蝦不到20天也全部死亡，說(shuō)明生物修復(fù)技術(shù)能顯著改善池塘水質(zhì)，提高養(yǎng)殖動(dòng)物對(duì)疾病抵抗能力。在2002年-2003年，我們進(jìn)行了17口蝦塘近200畝每年兩造的試驗(yàn)，不用任何抗生素，利用生物修復(fù)技術(shù)對(duì)老化蝦塘的底泥和水質(zhì)進(jìn)行修復(fù)和維護(hù)，營(yíng)造自然生態(tài)健康養(yǎng)殖環(huán)境，進(jìn)行健康養(yǎng)殖，均取得成功。所生產(chǎn)的對(duì)蝦經(jīng)有關(guān)部門檢測(cè)，其氯霉素指標(biāo)達(dá)到出口標(biāo)準(zhǔn)。
綜上所述，通過生物修復(fù)技術(shù)，干預(yù)池塘底泥微生物相和水體藻相，使底泥有機(jī)質(zhì)減少，好氧層加厚，增加水體藻類多樣性，形成良好而穩(wěn)定的藻相，提高池塘溶解氧水平，促進(jìn)有機(jī)污染物好氧分解，減少NH3、H2S、N02-等有毒物質(zhì)的釋放，強(qiáng)化池塘自凈功能，提高水產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì)。
世界上大多數(shù)國(guó)家的水產(chǎn)養(yǎng)殖都有“發(fā)展－滑坡－調(diào)整－持續(xù)發(fā)展”的經(jīng)歷，“可持續(xù)發(fā)展”是世界環(huán)境與發(fā)展委員會(huì)提出的人地系統(tǒng)優(yōu)化新思路，其核心是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，資源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)的統(tǒng)一。在老化蝦塘底泥和水體生物修復(fù)研究基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)對(duì)蝦養(yǎng)殖技術(shù)和措施，我們提出對(duì)蝦自然生態(tài)平衡養(yǎng)殖技術(shù)體系，根據(jù)池塘底泥理化性狀和生物相，確定底泥生物修復(fù)方案，對(duì)底泥進(jìn)行生物修復(fù)，以此為基礎(chǔ)，確定池塘養(yǎng)殖容量和合適投苗密度，在養(yǎng)殖過程采用一切手段強(qiáng)化池塘自凈能力，盡可能減少消毒劑和抗生素的使用，實(shí)現(xiàn)健康養(yǎng)殖以提高對(duì)蝦產(chǎn)量和品質(zhì)。通過養(yǎng)殖－生物修復(fù)－再養(yǎng)殖－再生物修復(fù)……，減少水養(yǎng)殖對(duì)海區(qū)污染，實(shí)現(xiàn)對(duì)蝦養(yǎng)殖的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略[12、13、14、15].
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關(guān)鍵詞：生物修復(fù)；池塘自凈能力；池塘生態(tài)；自凈能力；藻相；微生物相
1、前言
水產(chǎn)養(yǎng)殖是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，海水養(yǎng)殖作為水產(chǎn)養(yǎng)殖的支柱產(chǎn)業(yè)，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人民生活水平提高做出了重要貢獻(xiàn)。但隨著海水養(yǎng)殖業(yè)的迅猛發(fā)展，海區(qū)污染、蝦塘老化、黑臭底泥淤積、大規(guī)模災(zāi)難性病毒病的爆發(fā)和流行等問題迅速暴露出來(lái)，使人們對(duì)傳統(tǒng)掠奪式養(yǎng)殖模式提出質(zhì)疑[6、7].、生物修復(fù)（ Bioremediation）是國(guó)內(nèi)外近10年發(fā)展起來(lái)的最新環(huán)境工程技術(shù)，已被成功地應(yīng)用于土壤、城市河湖、地下水，近海洋面的污染治理和農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖等多個(gè)領(lǐng)域[1、2、3、4、5]，并成為二十世紀(jì)環(huán)境科技發(fā)展最快的高新技術(shù)領(lǐng)域之一。和傳統(tǒng)掠奪式養(yǎng)殖模式不同，生物修復(fù)技術(shù)應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖，并不通過大量使用高營(yíng)養(yǎng)的餌料和抗生素提高養(yǎng)殖產(chǎn)量，而主要通過生物-生態(tài)措施，修復(fù)受損的池塘生態(tài)系統(tǒng)，加速生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量循環(huán)，增加水體溶氧，改善水質(zhì)和池塘自凈能力，提高水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量和品質(zhì)，實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖的可持續(xù)發(fā)展。
2、傳統(tǒng)水產(chǎn)養(yǎng)殖存在的主要問題
傳統(tǒng)養(yǎng)殖模式，尤其是高密度養(yǎng)殖模式大多以消耗大量高蛋白飼料，以污染池塘自身和近岸環(huán)境為代價(jià)來(lái)維持的生產(chǎn)方式，加之養(yǎng)殖戶為了防治魚（蝦）病，大量使用消毒劑、抗生素等蝦藥，甚至人藥魚（蝦）用，用藥劑量越來(lái)越高，藥物的毒性越來(lái)越強(qiáng)，這些藥物的使用，又嚴(yán)重破壞了已經(jīng)十分脆弱的生態(tài)環(huán)境，形成越病越治、越治越病的怪圈[6、7、8、9、10、11].老化池塘中，養(yǎng)殖殘餌、糞便、死亡動(dòng)植物尸體和消毒劑、抗生素等有毒化學(xué)物在池底沉積多年，形成黑色污泥，污泥中含有豐富的有機(jī)質(zhì)，厭氧微生物占主導(dǎo)地位，氣溫升高加速了有機(jī)質(zhì)的厭氧分解，消耗水中大量氧氣，產(chǎn)生NH3、H2S、NO2-等有毒物質(zhì)，影響對(duì)蝦正常生長(zhǎng)發(fā)育，而且黑色污泥中含有大量的致病菌，寄生蟲和敵害生物的卵，增加了池塘病源的傳播途徑，使生產(chǎn)過程中魚（蝦）藥的用量增加，水產(chǎn)品品質(zhì)下降。如在我國(guó)沿海地區(qū)對(duì)蝦養(yǎng)殖區(qū)，老化蝦塘的底泥污染問題，已成為困擾養(yǎng)蝦業(yè)發(fā)展的重要因素之一[11].
3、池塘生態(tài)系統(tǒng)與水產(chǎn)養(yǎng)殖
池塘是一個(gè)人工圈養(yǎng)體系，其生態(tài)系統(tǒng)與自然生態(tài)系統(tǒng)有很大差異，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是養(yǎng)殖動(dòng)物在生物群落中占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，這一優(yōu)勢(shì)是在人工扶持下形成的，由于大量人工飼料投入養(yǎng)殖系統(tǒng)，除牧食鏈，腐屑鏈外，在食物關(guān)系中又增加了飼料鏈，也因此使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生了一定改變，決定了系統(tǒng)的低生態(tài)緩沖能力和脆弱性，其龐大的養(yǎng)殖動(dòng)物生物量造成系統(tǒng)生態(tài)金字塔畸形，系統(tǒng)生物多樣性指數(shù)下降，水質(zhì)也常常出現(xiàn)較大波動(dòng)。
3.1、池塘生態(tài)系統(tǒng)中生產(chǎn)者在池塘生態(tài)體系中，浮游植物是初級(jí)生產(chǎn)者，藻類通過光合作用合成碳水化合物，放出氧氣，優(yōu)良的單胞藻可為池塘中浮游動(dòng)物，底棲動(dòng)物甚至養(yǎng)殖動(dòng)物直接濾食，也可直接吸收池塘中NH3、H2S、等有害物質(zhì)，改良池塘水質(zhì)，更為重要的是，藻類光合作用提高池塘的溶氧水平，促進(jìn)池塘好氧微生物的生長(zhǎng)繁殖，加速池塘有機(jī)質(zhì)的分解和礦化。藻類的生長(zhǎng)繁殖需要營(yíng)養(yǎng)鹽，營(yíng)養(yǎng)鹽主要來(lái)源于底泥的釋放和好氧微生物對(duì)有機(jī)質(zhì)的分解礦化，優(yōu)良的藻相能提高池塘溶氧水平，特別是池塘中下層水體溶氧水平，有利于建立良好的池塘生態(tài)體系。
3.2、池塘生態(tài)系統(tǒng)中分解者微生物是池塘生態(tài)體系中的分解者，分解池塘殘餌、對(duì)蝦糞便以及浮游動(dòng)植物殘?bào)w等有機(jī)污染物，使之礦化成營(yíng)養(yǎng)鹽，供藻類吸收利用。池塘微生物種類和數(shù)量，尤其是底泥微生物種類和數(shù)量不同，對(duì)有機(jī)質(zhì)的分解能力、分解途徑和終產(chǎn)物不同，好氧微生物對(duì)有機(jī)質(zhì)進(jìn)行完全分解，其分解產(chǎn)物主要為CO2等，而厭氧微生物對(duì)有機(jī)質(zhì)進(jìn)行不完全分解，產(chǎn)生NH3、H2S等有害物質(zhì)，造成池塘水質(zhì)惡化，影響?zhàn)B殖動(dòng)物的正常生長(zhǎng)發(fā)育。在池塘生態(tài)體系中，由于有機(jī)污染物的大量進(jìn)入，微生物對(duì)有機(jī)質(zhì)的分解消耗大量氧氣，很容易造成池塘，尤其是池塘底部溶氧降低，可能形成有機(jī)物厭氧分解，使用池塘生態(tài)體系失控。
3.3、池塘生態(tài)系統(tǒng)中生產(chǎn)者、分解者及其與水產(chǎn)養(yǎng)殖相互關(guān)系從池塘對(duì)有機(jī)污染物的自凈能力上看，微生物和藻類是池塘諸多生態(tài)因子中最為關(guān)鍵的二大因素，在池塘生態(tài)體系中，微生物種群和數(shù)量（即微生物相）與藻類的種群和數(shù)（即藻相）是密切相關(guān)的，微生物通過其分泌物的直接作用或通過其代謝產(chǎn)物―――營(yíng)養(yǎng)鹽化學(xué)狀態(tài)和濃度的間接作用而影響藻相，研究表明，微生物具有殺藻、抑藻和有效降低藻毒作用，且存在種間選擇性。同樣，藻類通過對(duì)池塘溶解氧的影響而影響微生物相，池塘溶氧增高，能促進(jìn)底泥好氧微生物繁殖，加速有機(jī)質(zhì)的完全分解和礦化，維持池塘良好的生態(tài)環(huán)境。
在池塘微生物相和藻相的相互關(guān)系中，池塘水體，尤其是中下層水體的溶氧水平是最為重要指標(biāo)。池塘溶氧，除了供養(yǎng)殖動(dòng)物消耗外，更多的應(yīng)用于水質(zhì)凈化，研究表明，蝦池水耗氧量占池塘總耗氧量的69.4％，池塘溶氧主要來(lái)源于表面水面與空氣接觸溶入和浮游植物的光合作用，藻相對(duì)池塘溶氧水平起到至關(guān)重要的作用。
藻類的生長(zhǎng)不僅需要N、P等營(yíng)養(yǎng)，而且需要Ca、Mg、Fe、Mo、有機(jī)酸等微量營(yíng)養(yǎng)[16、17、18]，當(dāng)池塘中微量營(yíng)養(yǎng)缺乏時(shí)（濃度過低或者以不溶性化合物形式存在），一些藻類，尤其是高等產(chǎn)氧單胞藻（即所謂優(yōu)良藻類）的生長(zhǎng)受到限制，此稱之謂限制生長(zhǎng)營(yíng)養(yǎng)。而另外一些藻類如絲狀藍(lán)綠藻等因其具有遺傳上適應(yīng)性，具有較大表面積和氣泡，能爭(zhēng)奪微量營(yíng)養(yǎng)供其生長(zhǎng)繁殖，浮在池塘表面遮住陽(yáng)光，抑制產(chǎn)氧單胞藻的生長(zhǎng)，而較容易形成優(yōu)勢(shì)種群，因此，微量營(yíng)養(yǎng)缺乏時(shí)，往往使原始藍(lán)綠藻等不良藻類迅速取得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，降低了藻類多樣性指數(shù)，形成不良藻相，形成池塘溶氧水平的波動(dòng)。池塘藻相的形成與穩(wěn)定性與池塘水體中N、P營(yíng)養(yǎng)的供應(yīng)水平和池塘微量營(yíng)養(yǎng)的濃度密切相關(guān)。
藻類的微營(yíng)養(yǎng)主要來(lái)源于底泥緩慢釋放，其濃度和化學(xué)形態(tài)、化學(xué)成份和底泥的微生物區(qū)系密切相關(guān)。老化的蝦塘氧化還原電位低，有機(jī)質(zhì)含量高，底質(zhì)酸化嚴(yán)重，PH低，F(xiàn)e、Ca、Mg、Mo等微量元素以不溶性鹽的形式沉積于底泥難以釋放。
3.4、池塘生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性和其它自然生態(tài)系統(tǒng)一樣，池塘養(yǎng)殖生態(tài)系統(tǒng)也具有一定自凈能力。水體的養(yǎng)殖容量為單位水體內(nèi)在保護(hù)環(huán)境，節(jié)約資源和保證應(yīng)有效益都符合可持續(xù)發(fā)展要求的最大養(yǎng)殖量，一個(gè)水體的養(yǎng)殖容量主要由餌料供應(yīng)水平和質(zhì)量，水體自凈能力和人工干預(yù)程度決定的，在餌料供應(yīng)和人工干預(yù)程度一樣的情況下，養(yǎng)殖容量主要由水體自凈能力決定，因此提高池塘自凈能力，即微生物對(duì)有機(jī)污染物的分解能力，對(duì)提高養(yǎng)殖產(chǎn)量，減少疾病發(fā)生，降低養(yǎng)殖成本，實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖的可持續(xù)發(fā)展，都有著十分重要的意義。
但傳統(tǒng)掠奪型養(yǎng)殖模式下池塘生態(tài)系統(tǒng)是十分脆弱的，對(duì)蝦養(yǎng)殖中，蝦池既是對(duì)蝦攝食活動(dòng)的場(chǎng)所，也是各種有機(jī)污染氧化分解的處理池，養(yǎng)殖過程實(shí)際上是一個(gè)有機(jī)污染的過程。進(jìn)入池塘的有機(jī)污染物，主要由底泥微生物將其氧化分解成無(wú)機(jī)鹽，返回水域被藻類利用。底泥對(duì)有機(jī)污染物分解和營(yíng)養(yǎng)鹽的再循環(huán)起著十分重要的作用。池塘的自凈能力，很大程度上處決于池塘底泥生態(tài)，即底泥化學(xué)組成和微生物相（微生物種群和數(shù)量）。老化蝦塘由于長(zhǎng)期處于厭氧狀況，淤積大量黑臭底泥，底泥耗氧有機(jī)物含量豐富，以厭氧微生物為主，池塘自凈能力十分有限，當(dāng)養(yǎng)殖密度超過池塘的養(yǎng)殖容量時(shí)，就會(huì)造成水質(zhì)惡化，對(duì)蝦生長(zhǎng)緩慢，疾病頻繁，乃至終止養(yǎng)殖。蝦農(nóng)為了減少損失，往往采取加大消毒劑、抗生素等藥物使用和大量換水等措施，一方面加大了養(yǎng)殖成本，降低了水產(chǎn)品質(zhì)，另一方面增加了養(yǎng)殖海區(qū)的有機(jī)污染負(fù)荷，而且隨著我國(guó)養(yǎng)殖海區(qū)的污染加重，蝦塘老化更加嚴(yán)重，這些措施也往往無(wú)濟(jì)于事。經(jīng)過多年的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，人們普遍認(rèn)識(shí)到，要實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖的可持續(xù)發(fā)展，必須探索新的技術(shù)、新的模式，強(qiáng)化池塘自凈能力，做到防患于未然。
4、生物修復(fù)技術(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖中應(yīng)用
現(xiàn)代生物工程技術(shù)的發(fā)展，為池塘養(yǎng)殖帶來(lái)了新的希望，通過向池塘生態(tài)體系中補(bǔ)充微量營(yíng)養(yǎng)、促生劑、解毒劑或投放有益微生物等措施對(duì)池塘底泥和養(yǎng)殖水體進(jìn)行生物修復(fù)，降低池塘底泥有機(jī)物含量，使泥水界面形成好氧微生物相，強(qiáng)化底泥對(duì)有機(jī)污染物分解能力池塘的自凈能力，提高藻類多樣性指數(shù)，穩(wěn)定藻相，增加水體溶氧，從而提高池塘養(yǎng)殖容量，改善水質(zhì)，降低成本，提高養(yǎng)殖產(chǎn)量和品質(zhì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)蝦養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)發(fā)展。
4.1、池塘底泥生物修復(fù)有助于提高其自凈能力通過在底泥-水界面噴灑土著微生物、促生劑、共代謝底物等，對(duì)老化蝦塘進(jìn)行底泥生物修復(fù)，促進(jìn)底泥微生物繁殖，底泥有機(jī)質(zhì)在微生物作用下，迅速分解，釋放NH3、H2S等有害氣體，使底泥好氧層加厚，黑泥層（厭氧層）減薄，通過在上海泰賢和廣東徐聞的老化蝦塘生物修復(fù)試驗(yàn)，底泥修復(fù)3天之后，肉眼可見底泥表面黑土層慢慢發(fā)白，大量氣體逸出，底泥好氧層明顯加厚，呈黃褐色。底泥好氧層加快底泥微量營(yíng)養(yǎng)的釋放，有利于提高藻類多樣性，穩(wěn)定藻相，同時(shí)也可阻隔下層黑臭底泥有毒物質(zhì)釋放，泥水界面好氧微生物相強(qiáng)化底泥對(duì)池塘殘餌、糞便等有機(jī)污染物分解能力，加快池塘生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量循環(huán)，提高池塘自凈能力。
4.2、池塘水體生物修復(fù)有助于形成穩(wěn)定的藻相通過水體增氧、補(bǔ)充經(jīng)腐殖質(zhì)螯合的微量營(yíng)養(yǎng)，土著微生物和促生劑等，強(qiáng)化池塘水體中殘餌、糞便等有機(jī)污染物分解，微營(yíng)養(yǎng)的補(bǔ)充有助于建立和維持優(yōu)良藻相，增加池塘溶氧，溶氧的增加和微量營(yíng)養(yǎng)的補(bǔ)充，又加速了好氧微生物的生長(zhǎng)繁殖和對(duì)有機(jī)污染物分解，形成良性好氧生態(tài)體系，提高池塘自凈能力和水產(chǎn)養(yǎng)殖的產(chǎn)量和品質(zhì)。
4.3生物修復(fù)技術(shù)有助于建立穩(wěn)定的池塘生態(tài)系統(tǒng)，提高水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量和品質(zhì)我們從2001年已經(jīng)開始針對(duì)我國(guó)沿海地區(qū)蝦塘老化問題，摸索出一套利用生物修復(fù)技術(shù)改造老化蝦塘，生產(chǎn)高品質(zhì)對(duì)蝦產(chǎn)品的技術(shù)，連續(xù)3年在廣東徐聞和上海泰賢等地進(jìn)行老化蝦塘改造試驗(yàn)，并取得較好的效果。主要技術(shù)措施包括底泥生物氧化、水體生物修復(fù)等。其基本技術(shù)路線是：取底泥——提取土著微生物——配制生物促進(jìn)劑——底泥生物氧化——水體生物修復(fù)及藻相調(diào)節(jié)——保持自然生態(tài)健康養(yǎng)殖環(huán)境。
如在廣東徐聞， 2001年進(jìn)行約35畝蝦塘共三造的試驗(yàn)，第一、二、三造均養(yǎng)殖成功，最高產(chǎn)量達(dá)350公斤/畝，而對(duì)照塘養(yǎng)殖不到40天均全部死亡，有趣的是，在第二造試驗(yàn)中，養(yǎng)殖35天時(shí)，對(duì)照塘因感染白斑病全部死亡，將處理蝦塘（即經(jīng)過生物修復(fù)的蝦塘）分一半蝦至對(duì)照塘，對(duì)照塘對(duì)蝦不到20天也全部死亡，說(shuō)明生物修復(fù)技術(shù)能顯著改善池塘水質(zhì)，提高養(yǎng)殖動(dòng)物對(duì)疾病抵抗能力。在2002年-2003年，我們進(jìn)行了17口蝦塘近200畝每年兩造的試驗(yàn)，不用任何抗生素，利用生物修復(fù)技術(shù)對(duì)老化蝦塘的底泥和水質(zhì)進(jìn)行修復(fù)和維護(hù)，營(yíng)造自然生態(tài)健康養(yǎng)殖環(huán)境，進(jìn)行健康養(yǎng)殖，均取得成功。所生產(chǎn)的對(duì)蝦經(jīng)有關(guān)部門檢測(cè)，其氯霉素指標(biāo)達(dá)到出口標(biāo)準(zhǔn)。
綜上所述，通過生物修復(fù)技術(shù)，干預(yù)池塘底泥微生物相和水體藻相，使底泥有機(jī)質(zhì)減少，好氧層加厚，增加水體藻類多樣性，形成良好而穩(wěn)定的藻相，提高池塘溶解氧水平，促進(jìn)有機(jī)污染物好氧分解，減少NH3、H2S、N02-等有毒物質(zhì)的釋放，強(qiáng)化池塘自凈功能，提高水產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì)。
世界上大多數(shù)國(guó)家的水產(chǎn)養(yǎng)殖都有“發(fā)展－滑坡－調(diào)整－持續(xù)發(fā)展”的經(jīng)歷，“可持續(xù)發(fā)展”是世界環(huán)境與發(fā)展委員會(huì)提出的人地系統(tǒng)優(yōu)化新思路，其核心是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，資源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)的統(tǒng)一。在老化蝦塘底泥和水體生物修復(fù)研究基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)對(duì)蝦養(yǎng)殖技術(shù)和措施，我們提出對(duì)蝦自然生態(tài)平衡養(yǎng)殖技術(shù)體系，根據(jù)池塘底泥理化性狀和生物相，確定底泥生物修復(fù)方案，對(duì)底泥進(jìn)行生物修復(fù)，以此為基礎(chǔ)，確定池塘養(yǎng)殖容量和合適投苗密度，在養(yǎng)殖過程采用一切手段強(qiáng)化池塘自凈能力，盡可能減少消毒劑和抗生素的使用，實(shí)現(xiàn)健康養(yǎng)殖以提高對(duì)蝦產(chǎn)量和品質(zhì)。通過養(yǎng)殖－生物修復(fù)－再養(yǎng)殖－再生物修復(fù)……，減少水養(yǎng)殖對(duì)海區(qū)污染，實(shí)現(xiàn)對(duì)蝦養(yǎng)殖的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略[12、13、14、15].
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15、李秋芬、辛福言、鄒玉霞等，2001年，蝦池環(huán)境生物修復(fù)作用菌生長(zhǎng)影響因子的研究，水產(chǎn)學(xué)報(bào)，25（5）：438-442
16、Horne A.J.，Goldman C.R.，1994， Limnology（second edition）， New York， Mcgraw-Hill， Inc
17、Goldman C.R.， 1960， Molybdenum as a factor limiting primary productivity in castle lake，California science， 132：1016-1017
18、Morton S.D.， Lee T.H.， 1974， Algae blooms： possible effects of iron. Environmental Science and Technology，8（7）：673-674
(《水利漁業(yè)》, 侯勤成，2005, 25(1):63-65 )
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