生物絮團(tuán)技術(shù)特點(diǎn)及其在對(duì)蝦養(yǎng)殖中的應(yīng)用

1、-作者xxxx-日期xxxx生物絮團(tuán)技術(shù)特點(diǎn)及其在對(duì)蝦養(yǎng)殖中的應(yīng)用【精品文檔】生物絮團(tuán)技術(shù)特點(diǎn)及其在對(duì)蝦養(yǎng)殖中的應(yīng)用摘自水生態(tài)學(xué)雜志摘要：生物絮團(tuán)技術(shù)是通過向養(yǎng)殖水體中添加有機(jī)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(xiàng)技術(shù)。從生物絮團(tuán)形成的條件、組成、生態(tài)功能以及國外的應(yīng)用等幾個(gè)方面進(jìn)行綜述，同時(shí)分析了此項(xiàng)技術(shù)在中國對(duì)蝦養(yǎng)殖中的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞:生物絮團(tuán)技術(shù)；對(duì)蝦；養(yǎng)殖；應(yīng)用 20世紀(jì)90年代初，世界性的對(duì)蝦病毒性疾病大爆發(fā)，對(duì)中國乃至世界各地的對(duì)蝦養(yǎng)殖產(chǎn)生了沉重打擊并且造成了巨大經(jīng)濟(jì)損失。此后幾年間，

2、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(jìn)培育優(yōu)良對(duì)蝦品種，從而使中國對(duì)蝦養(yǎng)殖發(fā)展到了一個(gè)新的歷史階段( 趙法箴，2004) 。中國對(duì)蝦養(yǎng)殖產(chǎn)量也從1994年低谷時(shí)的萬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(duì)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(duì)海南省高位池養(yǎng)殖的污水排放情況進(jìn)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，廢水排放總量約為億

3、t，排放的COD為 萬t，氨氮為。高位池養(yǎng)殖萬元產(chǎn)值廢水和COD的排放量遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(duì)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(tuán)技術(shù)具有降低飼料消耗、減少養(yǎng)殖污水排放等特點(diǎn)，是當(dāng)前比較先進(jìn)的水產(chǎn)養(yǎng)殖技術(shù)之一( Stokstad，2010) 。本文從生物絮團(tuán)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(gè)方面進(jìn)行綜述，并展望了此項(xiàng)技術(shù)在中國對(duì)蝦養(yǎng)殖中的應(yīng)用前景。1 生物絮團(tuán)形成的條件、組成和影響因素1.1 形成條件 

4、  根據(jù)Rosenberry( 2006) 對(duì)生物絮團(tuán)形成條件的研究結(jié)果，采用生物絮團(tuán)技術(shù)的養(yǎng)殖池塘需具備以下條件: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(duì)養(yǎng)殖用水進(jìn)行沉淀、消毒后方引入養(yǎng)殖池塘；池塘底部鋪膜。鋪膜池塘的優(yōu)點(diǎn)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；完備的充氧設(shè)施。采用生物絮團(tuán)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(dòng)，讓營養(yǎng)物質(zhì)、浮游動(dòng)植物和細(xì)菌達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。1

5、.2 組成要素    Chamberlain  Hopkins( 1994) 在羅非魚和對(duì)蝦生長(zhǎng)試驗(yàn)中指出，當(dāng)有足夠的氧氣供應(yīng)時(shí)，降低飼料蛋白質(zhì)含量和減少養(yǎng)殖水交換量均不會(huì)對(duì)養(yǎng)殖生物的生長(zhǎng)產(chǎn)生影響，這個(gè)研究結(jié)果極大地促進(jìn)了生物絮團(tuán)技術(shù)的推廣和應(yīng)用。生物絮團(tuán)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(jī)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(jī)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(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)、降低飼料系數(shù)

6、、提高養(yǎng)殖生物成活率的作用。研究表明，生物絮團(tuán)是由細(xì)菌群落、浮游動(dòng)植物、有機(jī)碎屑和一些聚合物質(zhì)相互絮凝而成的細(xì)菌團(tuán)粒( Schryver et al，2008) 。1.3 影響因素    在生物絮團(tuán)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(jī)碳源的增加，有機(jī)物質(zhì)就會(huì)增多，此時(shí)以異養(yǎng)細(xì)菌為主的異養(yǎng)生物將利用有機(jī)物質(zhì)，并同時(shí)消耗大量的氧氣，所以在整個(gè)以生物絮團(tuán)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(tuán)技術(shù)進(jìn)行養(yǎng)殖，在對(duì)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

7、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(huì)更低一點(diǎn)。    一般認(rèn)為細(xì)菌細(xì)胞中的C /N 比約為5 ( Tupas Koike，1990) ，但實(shí)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(shí)，添加投入有機(jī)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

8、低蛋白含量的飼料。試驗(yàn)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(shí)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(tuán)。    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

9、60;× Nexcretion    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(jì)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

10、；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(shí)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)。2 生物絮團(tuán)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(tuán)作為微生物的集合體，在生態(tài)系統(tǒng)的微生

11、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(tuán)作為對(duì)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(tuán)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(jī)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(tuán)的一部分，進(jìn)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(tuán)，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(duì)飼料的需要量，增加了收益( B

12、ergeron 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(jī)氮均會(huì)積累，當(dāng)達(dá)到一定的程度就會(huì)對(duì)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: 通過微藻的光合作用吸收；通過自養(yǎng)細(xì)菌的硝化作用轉(zhuǎn)化；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(jī)碳和合適的C /N 條

13、件下，養(yǎng)殖水體中異養(yǎng)細(xì)菌會(huì)最先利用氨氮轉(zhuǎn)化成細(xì)菌自身蛋白；當(dāng)有機(jī)碳成為限制性因素時(shí)，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(yàn)表明，直接向池水中添加碳水化合物，可以提高C /N 比，促進(jìn)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(duì)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(duì)蝦的代謝產(chǎn)物、殘存飼料和浮游動(dòng)植物的殘?bào)w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(jìn)而培養(yǎng)浮游動(dòng)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(tuán)。Moss

14、0; Pruder( 1995) 研究表明，形成的生物絮團(tuán)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(jī)碳源用于羅非魚養(yǎng)殖池，發(fā)現(xiàn)此碳源可以促進(jìn)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(duì)蝦，發(fā)現(xiàn)其生長(zhǎng)率沒有顯著差異。應(yīng)用生物絮團(tuán)技術(shù)的養(yǎng)殖池水中還有大量的顆粒型有機(jī)碳( POM) ，它是由46%的活體( 藻類、細(xì)菌和原生動(dòng)物) 與54% 的有

15、機(jī)碎屑所組成，大于5 m 的POM 可以被養(yǎng)殖動(dòng)物攝食；添加糖類可增加水中的溶解有機(jī)碳( DOC) 含量，促進(jìn)細(xì)菌與浮游藻類的生長(zhǎng)，再與原生動(dòng)物和有機(jī)碎屑凝聚成顆粒型有機(jī)碳，可供養(yǎng)殖動(dòng)物攝食并促進(jìn)其生長(zhǎng)。McIntosh( 2001)和Avnimelech 等( 1994) 發(fā)現(xiàn)利用生物絮團(tuán)技術(shù)，可以使養(yǎng)殖動(dòng)物對(duì)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(duì)蝦對(duì)生物絮團(tuán)的攝取和利用，表明養(yǎng)殖對(duì)蝦每天自然攝取的氮大約有18% 

16、60;29% 來自于生物絮團(tuán)；Avnimelech 等( 1989) 利用13C /12 C 追蹤羅非魚對(duì)生物絮團(tuán)的利用，也得出了類似的結(jié)論；Panjaitan( 2004) 進(jìn)一步的研究還發(fā)現(xiàn)，利用生物絮團(tuán)技術(shù)的對(duì)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(tuán)可以提高養(yǎng)殖動(dòng)物的抗病能力。Defoirdt 等( 2005) 研究發(fā)現(xiàn)，生物絮團(tuán)可以降低發(fā)光弧菌對(duì)鹵蟲的感染率，從而減少其對(duì)養(yǎng)殖動(dòng)物的危害，減少疾病的發(fā)生；Avnimelech( 2004) 報(bào)道，與傳統(tǒng)不加碳源的養(yǎng)

17、殖池塘相比，外加碳源的養(yǎng)殖池塘中，對(duì)蝦的成活率和生長(zhǎng)率均較高。3 生物絮團(tuán)技術(shù)在中國對(duì)蝦養(yǎng)殖中的應(yīng)用    最近10 多年，我國對(duì)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(dá)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(duì)附近的養(yǎng)殖場(chǎng)及周邊環(huán)境均會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響( 李卓佳等，2006) ；如何進(jìn)一步完善高位池養(yǎng)殖技術(shù)是提升當(dāng)前對(duì)蝦養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)水平的重要任務(wù)之一，生物絮團(tuán)技術(shù)的提出為此提供了新思路。目前，中國對(duì)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(tuán)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

18、在高位池養(yǎng)殖模式基礎(chǔ)上應(yīng)用與發(fā)展生物絮團(tuán)技術(shù)提供了必要條件( 李卓佳等，2009) 。針對(duì)高位池養(yǎng)殖特點(diǎn)，可從以下幾個(gè)方面來進(jìn)行研究和探索，從而進(jìn)一步提高對(duì)蝦高位池精養(yǎng)水平。3.1 高效與經(jīng)濟(jì)有機(jī)碳源的選擇    合適的有機(jī)碳源對(duì)形成和維持生物絮團(tuán)具有重要的作用，當(dāng)前國外所用的有機(jī)碳源多為葡萄糖、淀粉和蜂蜜，這些物質(zhì)價(jià)格相對(duì)較高，難以適應(yīng)我國大規(guī)模對(duì)蝦養(yǎng)殖的需求；因此，選擇適合國情的高效、經(jīng)濟(jì)有機(jī)碳源，對(duì)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

19、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(shí)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(jī)碳的適宜添加量    有研究表明，當(dāng)水體中的C/N 比達(dá)到15 時(shí)，可以完全轉(zhuǎn)化并去除水中的氨氮等無機(jī)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(jī)氮是浮游植物生長(zhǎng)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(zhǎng)繁殖，影響其生態(tài)功能。因此，要重點(diǎn)研究高位池養(yǎng)殖模式下有機(jī)碳的合適添加量，營造適合高

20、位池水體中的C /N 比，達(dá)到既降低水體無機(jī)氮的質(zhì)量濃度，又同時(shí)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(tuán)技術(shù)和現(xiàn)有的水質(zhì)生態(tài)調(diào)控技術(shù)有機(jī)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(tuán)的必要條件，根據(jù)國外研究成果和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，采用生物絮團(tuán)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(jī)配備的功率普遍為15 kW/hm2。如何進(jìn)一步提高池塘的溶氧水平，也是高位池應(yīng)用生物絮團(tuán)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(jī)氮的過程中會(huì)產(chǎn)生CO2，這必然會(huì)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(jī)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