生物絮團技術(shù)特點及其在對蝦養(yǎng)殖中的應(yīng)用

cjlittlepig

摘自《水生態(tài)學(xué)雜志》

摘要：生物絮團技術(shù)是通過向養(yǎng)殖水體中添加有機碳物質(zhì)，人工調(diào)控養(yǎng)殖系統(tǒng)微生物種類和數(shù)量，起到維持水環(huán)境穩(wěn)定、減少換水量、提高養(yǎng)殖成活率、增加產(chǎn)量和降低飼料系數(shù)等作用的一項技術(shù)。從生物絮團形成的條件、組成、生態(tài)功能以及國外的應(yīng)用等幾個方面進行綜述，同時分析了此項技術(shù)在中國對蝦養(yǎng)殖中的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞:生物絮團技術(shù)；對蝦；養(yǎng)殖；應(yīng)用

cjlittlepig

    20世紀(jì)90年代初，世界性的對蝦病毒性疾病大爆發(fā)，對中國乃至世界各地的對蝦養(yǎng)殖產(chǎn)生了沉重打擊并且造成了巨大經(jīng)濟損失。此后幾年間，人們反思過去的養(yǎng)殖理念，開始創(chuàng)新養(yǎng)殖模式和技術(shù)、引進培育優(yōu)良對蝦品種，從而使中國對蝦養(yǎng)殖發(fā)展到了一個新的歷史階段( 趙法箴，2004) 。中國對蝦養(yǎng)殖產(chǎn)量也從1994年低谷時的6.39萬t ( 麥賢杰等，2009) 提高到2009年的133萬t ( 農(nóng)業(yè)部漁業(yè)局，2010) ；然而，當(dāng)前中國對蝦養(yǎng)殖的發(fā)展仍然處于規(guī)模產(chǎn)量型階段，高投入、高污染和低效益帶來的發(fā)展局限性和負(fù)面效應(yīng)已經(jīng)暴露出來。劉賢詞等( 2009) 曾對海南省高位池養(yǎng)殖的污水排放情況進行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)2006年全海南省高位池養(yǎng)殖總面積約3733 hm2，廢水排放總量約為1.95億t，排放的COD為11.6 萬t，氨氮為63.9t。高位池養(yǎng)殖萬元產(chǎn)值廢水和COD的排放量遠遠高于其他農(nóng)業(yè)行業(yè)。近年來，隨著健康生態(tài)養(yǎng)殖模式的發(fā)展和養(yǎng)殖戶觀念的改變，上述指標(biāo)雖有所下降，但對蝦養(yǎng)殖業(yè)的自身污染仍相當(dāng)嚴(yán)重。以色列養(yǎng)殖專家Avnimelech倡導(dǎo)的生物絮團技術(shù)具有降低飼料消耗、減少養(yǎng)殖污水排放等特點，是當(dāng)前比較先進的水產(chǎn)養(yǎng)殖技術(shù)之一( Stokstad，2010) 。本文從生物絮團形成的條件、組成、生態(tài)功能及其技術(shù)在國外的應(yīng)用現(xiàn)狀等幾個方面進行綜述，并展望了此項技術(shù)在中國對蝦養(yǎng)殖中的應(yīng)用前景。

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1 生物絮團形成的條件、組成和影響因素

1.1 形成條件

    根據(jù)Rosenberry( 2006) 對生物絮團形成條件的研究結(jié)果，采用生物絮團技術(shù)的養(yǎng)殖池塘需具備以下條件: ⑴過濾消毒設(shè)施。通過砂濾網(wǎng)過濾養(yǎng)殖用水，消除體積較大的有害生物，配備蓄水池對養(yǎng)殖用水進行沉淀、消毒后方引入養(yǎng)殖池塘；⑵池塘底部鋪膜。鋪膜池塘的優(yōu)點在于蝦池的水質(zhì)不受底質(zhì)影響，比較穩(wěn)定，而且清理池底既方便又徹底，可減少池底污染和病害發(fā)生；⑶完備的充氧設(shè)施。采用生物絮團技術(shù)的養(yǎng)殖池塘，水體中要保持足夠的溶解氧；通過裝置向水體中充氧，一方面可以保持水體中高含量的溶解氧以用于各種生物需求；另一方面在充氧的過程中可以使水體循環(huán)流動，讓營養(yǎng)物質(zhì)、浮游動植物和細(xì)菌達到動態(tài)平衡。

1.2 組成要素

    Chamberlain ＆ Hopkins( 1994) 在羅非魚和對蝦生長試驗中指出，當(dāng)有足夠的氧氣供應(yīng)時，降低飼料蛋白質(zhì)含量和減少養(yǎng)殖水交換量均不會對養(yǎng)殖生物的生長產(chǎn)生影響，這個研究結(jié)果極大地促進了生物絮團技術(shù)的推廣和應(yīng)用。生物絮團技術(shù)是借鑒城市污水活性污泥處理方法的原理，通過人為添加有機碳物質(zhì)，調(diào)節(jié)水體的C /N 比，提高水環(huán)境中異養(yǎng)細(xì)菌的數(shù)量，利用微生物同化無機氮，將水體中氨氮等養(yǎng)殖代謝產(chǎn)物轉(zhuǎn)化成細(xì)菌自身成分，并且通過細(xì)菌絮凝成顆粒物質(zhì)被養(yǎng)殖生物所攝食，起到調(diào)控水質(zhì)、促進營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)、降低飼料系數(shù)、提高養(yǎng)殖生物成活率的作用。研究表明，生物絮團是由細(xì)菌群落、浮游動植物、有機碎屑和一些聚合物質(zhì)相互絮凝而成的細(xì)菌團粒( Schryver et al，2008) 。

1.3 影響因素

    在生物絮團形成的過程中，溶解氧和合適的C /N比是需要給以高度重視的影響因素。隨著池塘中外來有機碳源的增加，有機物質(zhì)就會增多，此時以異養(yǎng)細(xì)菌為主的異養(yǎng)生物將利用有機物質(zhì)，并同時消耗大量的氧氣，所以在整個以生物絮團技術(shù)為基礎(chǔ)的養(yǎng)殖過程中，要保持足夠的溶解氧。有資料表明，應(yīng)用生物絮團技術(shù)進行養(yǎng)殖，在對蝦養(yǎng)殖池塘要配備15 kW/hm2 功率的充氧裝置供給氧氣，而在集約化羅非魚池塘則要配備75 kW/hm2 的功率供給氧；大量供氧所消耗的電量也增加了養(yǎng)殖成本( Avnimelech，2004) 。在美國的南加利福尼亞州，有的養(yǎng)殖戶用純氧導(dǎo)入池塘來提高溶氧量，這種方法在成本上可能會更低一點。

    一般認(rèn)為細(xì)菌細(xì)胞中的C /N 比約為5 ( Tupas＆ Koike，1990) ，但實際養(yǎng)殖池塘水體中C /N 比要低于5，提高池塘水體中的C /N 比將有利于細(xì)菌自身的繁殖；一是向養(yǎng)殖池塘投入飼料的同時，添加投入有機碳源物質(zhì)如蔗糖、葡萄糖、糖蜜、細(xì)米糠和木薯粉等；二是使用低蛋白含量的飼料。試驗表明，在養(yǎng)殖池水中投入碳水化合物或使用低蛋白質(zhì)的飼料可有效提升水中的C /N 比，并且使池水中以自養(yǎng)性細(xì)菌為主的系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)楫愷B(yǎng)性細(xì)菌為主的系統(tǒng)，同時可將異養(yǎng)細(xì)菌總數(shù)從104CFU/mL 提高到107CFU/mL ( Bergeron et al ，2004) 。異養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量的提高，有利于形成細(xì)菌聚合物———生物絮團。

    在調(diào)節(jié)水體中的C /N 比方面，可參考以下公式( Avnimelech，1999) :

    △CH = ( feed × Nfeed × Nexcretion) /0.05

    式中: △CH 為池塘中所需要碳水化合物的添加量；feed 為投喂給養(yǎng)殖生物的飼料量；Nfeed為飼料中的氮含量( 如30% 蛋白質(zhì)飼料含有4.65% 的氮) ；Nexcretion為養(yǎng)殖生物排泄氮占投喂飼料氮的比例( 一般為50%) ；0.05 為常數(shù)，由以下數(shù)字計算得出: 0.05 = 50% × 40% /4；其中， 50% 是所添加的碳水化合物的含碳量；40%是微生物轉(zhuǎn)化效率；4 是微生物中的C /N 比。

    按此公式推算，使用30% 蛋白質(zhì)含量的飼料，△CH = ( feed × 0.0465 × 0.5) /0.05 = 0.465 ×feed，需要添加投入飼料量46.5%的碳水化合物( 此時投入物質(zhì)的C /N 比為10.75) ，才能使異養(yǎng)細(xì)菌同化養(yǎng)殖生物所排放的氮成為微生物性蛋白質(zhì)。

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2 生物絮團的生態(tài)功能和國外應(yīng)用狀況

2.1 生態(tài)功能

    生物絮團作為微生物的集合體，在生態(tài)系統(tǒng)的微生物循環(huán)、生物地球化學(xué)過程以及生態(tài)調(diào)控中起著重要作用( 包衛(wèi)洋等，2010) 。李卓佳等( 2008)把生物絮團作為對蝦養(yǎng)殖系統(tǒng)各種物質(zhì)循環(huán)中非常重要的一環(huán)；其在養(yǎng)殖池塘中的生態(tài)功能主要有兩方面：一是生物絮團中的細(xì)菌轉(zhuǎn)化氮、磷等養(yǎng)殖自身污染物質(zhì)成為菌體蛋白質(zhì)，降低氨氮和亞硝酸鹽氮等有害物質(zhì)，凈化了水體；二是養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的有機碎屑、殘餌和排泄物等均可以通過細(xì)菌粘附聚集成生物絮團的一部分，進入養(yǎng)殖生物的食物鏈，提高物質(zhì)的循環(huán)利用，從而降低飼料系數(shù)。因此，通過形成生物絮團，既解決了養(yǎng)殖水體有害物質(zhì)積累的問題，又提高了蛋白質(zhì)的利用效率，減少了養(yǎng)殖生物對飼料的需要量，增加了收益( Bergeron et al，2004；Avnimelech，2007)。

    在水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中，自身污染物如氨氮、亞硝酸鹽氮等無機氮均會積累，當(dāng)達到一定的程度就會對養(yǎng)殖生物產(chǎn)生毒害作用。樊甄姣等( 2005) 認(rèn)為控制養(yǎng)殖水體中的氨氮濃度是防治貝類疾病發(fā)生的關(guān)鍵措施之一；Ebeling 等( 2006) 認(rèn)為在高密度集約化養(yǎng)殖中，氨氮的積累成為限制養(yǎng)殖產(chǎn)量的重要因素。水產(chǎn)養(yǎng)殖中氨氮的轉(zhuǎn)化主要有3 種方式: ⑴通過微藻的光合作用吸收；⑵通過自養(yǎng)細(xì)菌的硝化作用轉(zhuǎn)化；⑶通過異養(yǎng)細(xì)菌利用氨氮合成自身細(xì)菌蛋白。研究表明，在有充足的有機碳和合適的C /N 條件下，養(yǎng)殖水體中異養(yǎng)細(xì)菌會最先利用氨氮轉(zhuǎn)化成細(xì)菌自身蛋白；當(dāng)有機碳成為限制性因素時，自養(yǎng)細(xì)菌就起主要作用，它通過硝化作用來消耗氨氮。Avnimelech( 1999) 的試驗表明，直接向池水中添加碳水化合物，可以提高C /N 比，促進細(xì)菌同化蝦池所排放的氨氮成為微生物蛋白質(zhì)，并提供給對蝦攝食利用，顯著地減少池水中氨氮的積累。

2.2 國外應(yīng)用

    對蝦的代謝產(chǎn)物、殘存飼料和浮游動植物的殘體通過細(xì)菌的降解作用，轉(zhuǎn)化成為營養(yǎng)物質(zhì)供浮游微藻利用，進而培養(yǎng)浮游動物。細(xì)菌在降解轉(zhuǎn)化代謝產(chǎn)物的過程中，隨著自身繁殖數(shù)量增加也絮凝成為生物絮團。Moss ＆ Pruder( 1995) 研究表明，形成的生物絮團可以作為餌料的一部分被養(yǎng)殖生物食用，這樣減少了飼料投喂量，降低了飼料系數(shù)；Schneider 等( 2006) 用糖蜜作為有機碳源用于羅非魚養(yǎng)殖池，發(fā)現(xiàn)此碳源可以促進異養(yǎng)細(xì)菌的繁殖；Hopkins 等( 1995) 使用蛋白含量為40% 和20% 的飼料飼養(yǎng)凡納濱對蝦，發(fā)現(xiàn)其生長率沒有顯著差異。應(yīng)用生物絮團技術(shù)的養(yǎng)殖池水中還有大量的顆粒型有機碳( POM) ，它是由46%的活體( 藻類、細(xì)菌和原生動物) 與54% 的有機碎屑所組成，大于5 μm 的POM 可以被養(yǎng)殖動物攝食；添加糖類可增加水中的溶解有機碳( DOC) 含量，促進細(xì)菌與浮游藻類的生長，再與原生動物和有機碎屑凝聚成顆粒型有機碳，可供養(yǎng)殖動物攝食并促進其生長。McIntosh( 2001)和Avnimelech 等( 1994) 發(fā)現(xiàn)利用生物絮團技術(shù)，可以使養(yǎng)殖動物對蛋白質(zhì)的利用效率由25% 提高到45%左右；Burford 等( 2004) 利用15N 來追蹤養(yǎng)殖對蝦對生物絮團的攝取和利用，表明養(yǎng)殖對蝦每天自然攝取的氮大約有18% ～ 29% 來自于生物絮團；Avnimelech 等( 1989) 利用13C /12 C 追蹤羅非魚對生物絮團的利用，也得出了類似的結(jié)論；Panjaitan( 2004) 進一步的研究還發(fā)現(xiàn)，利用生物絮團技術(shù)的對蝦養(yǎng)殖池塘，飼料使用量減少了30%。

    也有資料表明，生物絮團可以提高養(yǎng)殖動物的抗病能力。Defoirdt 等( 2005) 研究發(fā)現(xiàn)，生物絮團可以降低發(fā)光弧菌對鹵蟲的感染率，從而減少其對養(yǎng)殖動物的危害，減少疾病的發(fā)生；Avnimelech( 2004) 報道，與傳統(tǒng)不加碳源的養(yǎng)殖池塘相比，外加碳源的養(yǎng)殖池塘中，對蝦的成活率和生長率均較高。

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3 生物絮團技術(shù)在中國對蝦養(yǎng)殖中的應(yīng)用
    最近10 多年，我國對蝦高位池養(yǎng)殖技術(shù)得到快速發(fā)展，并且在養(yǎng)殖規(guī)模和產(chǎn)量上均達到了一定的水平。但是，由于此種模式養(yǎng)殖密度高、負(fù)荷大，在養(yǎng)殖中后期要大量排水和換水，對附近的養(yǎng)殖場及周邊環(huán)境均會產(chǎn)生負(fù)面影響( 李卓佳等，2006) ；如何進一步完善高位池養(yǎng)殖技術(shù)是提升當(dāng)前對蝦養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)水平的重要任務(wù)之一，生物絮團技術(shù)的提出為此提供了新思路。目前，中國對蝦高位池養(yǎng)殖的硬件設(shè)施以及管理操作等具備利用生物絮團技術(shù)養(yǎng)殖的基本條件，如過濾消毒設(shè)施、池塘底部鋪膜、充足的供氧設(shè)施等，均為在高位池養(yǎng)殖模式基礎(chǔ)上應(yīng)用與發(fā)展生物絮團技術(shù)提供了必要條件( 李卓佳等，2009) 。針對高位池養(yǎng)殖特點，可從以下幾個方面來進行研究和探索，從而進一步提高對蝦高位池精養(yǎng)水平。
3.1 高效與經(jīng)濟有機碳源的選擇
    合適的有機碳源對形成和維持生物絮團具有重要的作用，當(dāng)前國外所用的有機碳源多為葡萄糖、淀粉和蜂蜜，這些物質(zhì)價格相對較高，難以適應(yīng)我國大規(guī)模對蝦養(yǎng)殖的需求；因此，選擇適合國情的高效、經(jīng)濟有機碳源，對于降低養(yǎng)殖成本，滿足當(dāng)前關(guān)于低碳生態(tài)的需求是必要的。糖蜜是制糖工業(yè)中的一種副產(chǎn)品，其主要成分為糖類( 蔗糖) ，是很好的發(fā)酵原料，由于其適口性好，在畜牧上應(yīng)用較多。鑒于糖蜜的上述特性及其在我國南北方均有分布，可以考慮在今后的研究中以糖蜜作為碳源應(yīng)用到實際養(yǎng)殖生產(chǎn)中；蔗糖、淀粉、麥麩、玉米粉和米糠等也是可選擇的碳源。
3.2 有機碳的適宜添加量
    有研究表明，當(dāng)水體中的C/N 比達到15 時，可以完全轉(zhuǎn)化并去除水中的氨氮等無機氮( Rosenberry，2006) 。高位池養(yǎng)殖模式中，浮游植物發(fā)揮了重要的作用( 曹煜成等，2007) ；而水體中一定量的無機氮是浮游植物生長繁殖的必需物質(zhì)，如果照搬國外C /N 比水平，可能造成高位池中浮游植物無氮源利用而無法生長繁殖，影響其生態(tài)功能。因此，要重點研究高位池養(yǎng)殖模式下有機碳的合適添加量，營造適合高位池水體中的C /N 比，達到既降低水體無機氮的質(zhì)量濃度，又同時發(fā)揮浮游植物的生態(tài)作用，減少養(yǎng)殖過程的自身污染，將生物絮團技術(shù)和現(xiàn)有的水質(zhì)生態(tài)調(diào)控技術(shù)有機結(jié)合起來。
3.3 增氧設(shè)施的合理配置
    充足的溶解氧是養(yǎng)殖水體中形成生物絮團的必要條件，根據(jù)國外研究成果和應(yīng)用經(jīng)驗，采用生物絮團的池塘，其充氧功率不應(yīng)低于20 kW/hm2，而當(dāng)前高位池增氧機配備的功率普遍為15 kW/hm2。如何進一步提高池塘的溶氧水平，也是高位池應(yīng)用生物絮團技術(shù)需要解決的問題。
3.4 水體pH 值的調(diào)節(jié)
    細(xì)菌利用無機氮的過程中會產(chǎn)生CO2，這必然會導(dǎo)致水體pH值的降低。養(yǎng)殖生產(chǎn)上提高水體pH 的常用方法是添加生石灰，但Boyd ＆ Tucker( 1998) 指出，在沒有穩(wěn)定的有機物分解源的池塘中，想通過施用生石灰來提高堿度是不可行的，如果施用了大劑量的生石灰，水體pH 值升高，CO2可得性降低，加入的生石灰會與微藻爭奪CO2，可能降低光合作用效率，產(chǎn)氧量減少，同時限制初級生產(chǎn)力；高位池養(yǎng)殖后期水體營造生物絮團時，如何調(diào)節(jié)pH也是一個要解決的問題。
3.5 在越冬暖棚養(yǎng)殖中的應(yīng)用
    由于凡納濱對蝦的適溫區(qū)限較寬，加之廣東等南方省區(qū)的低溫時間較短，因此這些地區(qū)可以在冬、春季進行對蝦養(yǎng)殖；但為了使養(yǎng)殖對蝦安全過冬，需在蝦池上搭建塑料暖棚以保持養(yǎng)殖池塘水溫( 麥賢杰等，2009) 。該養(yǎng)殖方式具有延長養(yǎng)殖時間和提高養(yǎng)殖效益等優(yōu)勢。越冬暖棚養(yǎng)殖能起到保溫的效果，由于外界水溫較低，養(yǎng)殖期間不適宜大量換水，所以向水體中添加碳源更有利于生物絮團的形成，生物絮團技術(shù)在越冬暖棚養(yǎng)殖中具有更廣闊的應(yīng)用前景。

cjlittlepig

    綜上所述，生物絮團技術(shù)是一項比較新穎的實用技術(shù)，傳統(tǒng)的研究內(nèi)容是通過物理和化學(xué)方法，對養(yǎng)殖水體中一些常見指標(biāo)如氨氮、亞硝酸鹽氮、異養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量、生物絮團體積( FV) 和總懸浮物( TSS) 等的測定( Avnimelech，2006；Avnimelech，2007；Crabet al，2009) ，通過這些指標(biāo)的變化，評價利用生物絮團技術(shù)的養(yǎng)殖效果。隨著分子生物學(xué)的發(fā)展并結(jié)合高位池模式養(yǎng)殖特點，可以考慮利用PCR－DGGE 和FISH 等方法來深入研究生物絮團組成成分和細(xì)菌種群結(jié)構(gòu)等，為生物絮團技術(shù)在實際養(yǎng)殖生產(chǎn)中的進一步應(yīng)用打下基礎(chǔ)( Schryver et al，2008) 。在以后的工作中要注重這方面的研究和探索，爭取把這種實用技術(shù)早日推廣到生產(chǎn)實踐中，為我國水產(chǎn)養(yǎng)殖做出更大的貢獻。

cjlittlepig

http://www.szsfz.cn/thread-13851-1-1.html
最新技術(shù)分享交流－生物絮團技術(shù) 作者：珠江所小廖

冰山

謝謝樓主！

牧心

{:soso_e100:}頂起

w8210

謝謝樓主！

hyaha

這個其實很多養(yǎng)殖戶早就在做這個事了，就是向池塘里添加碳源，可以調(diào)節(jié)碳氮平衡，提高氮的利用率，但是絮團這個說法感覺不太合適，至今也沒有一個明確的規(guī)定說這個團直徑要到多少才能稱之為絮團

cjlittlepig

hyaha 發(fā)表于 2014-8-25 17:27
這個其實很多養(yǎng)殖戶早就在做這個事了，就是向池塘里添加碳源，可以調(diào)節(jié)碳氮平衡，提高氮的利用率，但是絮團 ...

很多方法有效果，但你不一定知道原理，這里就是探討生物絮團技術(shù)原理的呀！
關(guān)注中國水產(chǎn)頻道【微生寶——后抗生素時代】淘貼專區(qū)
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hyaha

cjlittlepig 發(fā)表于 2014-8-26 08:22
很多方法有效果，但你不一定知道原理，這里就是探討生物絮團技術(shù)原理的呀！
關(guān)注中國水產(chǎn)頻道【微生寶— ...

嗯，好吧，來學(xué)習(xí)下

湯淵魚

如何測定單位絮團含量?

cjlittlepig

湯淵魚 發(fā)表于 2014-12-15 13:24
如何測定單位絮團含量?

可通過測定絮團體積及重量進行估算！
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