微生態制劑在水產養殖水質改良中的應用

摘要：微生態制劑能有效降解養殖水體中的氨氮和亞硝態氮等污染物，是一種環保型的水質改良劑。概述了微生態制劑作為水質改良劑在水產養殖中的應用，分析了影響其使用效果的因素，提出了進一步發展水產微生態制劑的方向。

關鍵詞：微生態制劑；水產養殖；水質改良；固定化技術

中圖分類號：Ｓ９４９；X172 文獻標識碼：Ａ 文章編號：0439－８114（２０12）07－1419-04

Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｒｏｂｉｏｔｉｃｓ ｉｎ Ａｑｕａｃｕｌｔｕｒｅ Water Improving

ＧＡＯ Ｃｕｎ－ｃｈｕａｎ，ＸＵ Ｃｈｕｎ－ｈｏｕ

（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ａｎｉｍａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ， Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｏｃｅａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈａｎｊｉａｎｇ ５２４０８８，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｐｒｏｂｉｏｔｉｃｓ ｃｏｕｌｄ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｄｅｇｒａｄｅ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｔａｍｉｎａｎｔｓ ｓｕｃｈ ａｓ ａｍｍｏｎｉａ ａｎｄ ｎｉｔｒｉｔｅ， ａｎｄ ｉｔ ｉｓ ａn ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ -friendly ｗａｔｅｒ improving ａｇｅｎｔ． Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｐｒｏｂｉｏｔｉｃｓ ｉｎ ｔｈｅ ａｑｕａｃｕｌｔｕｒｅ were summarized， ａｎｄ ｔｈｅ ｆａｃｔｏｒｓ ｔｈａｔ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｉｔｓ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ were analyzed， and ｔｈｅ ｆｕｒｔｈｅｒ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ａｑｕａｃｕｌｔｕｒｅ ｐｒｏｂｉｏｔｉｃｓ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ was put forward．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｐｒｏｂｉｏｔｉｃｓ； ａｑｕａｃｕｌｔｕｒｅ； water improving； ｉｍｍｏｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

近年來，隨著水產養殖業集約化程度的提高和養殖密度的增加，大量的殘余餌料和水產動物排泄物沉積于池底，導致水體溶解氧降低、氨氮和亞硝態氮的濃度增加以及有害微生物的大量繁殖［１］；同時，抗生素濫用使致病菌的耐藥性增加，嚴重破壞了養殖水體中正常微生物區系的平衡，造成二次污染，給水產養殖生產和水產品質量安全帶來極大的隱患。

為了減少因氨氮及亞硝態氮污染帶來的危害，在養殖過程中常采用換水、曝氣、投放藥物等方法處理，但由于這些方法成本高、作用效果持續時間短，具有很大的局限性。因此，尋求新型的健康養殖模式，開發具有水質改良作用的環保型產品成為水產養殖領域研究的熱點。微生態制劑是從天然環境中提取分離出來的微生物經過培養擴增后形成的含有大量有益菌的制劑，具有成本低、無毒副作用、無藥物殘留、無耐藥性等優點，可以用來改善養殖生態環境、凈化水質、作為飼料添加劑等廣泛使用，成為替代抗生素的較為理想的產品［２］。文章對微生態制劑作為水質改良劑的現狀進行了概述，分析了影響其使用效果的因素，提出了進一步發展水產微生態制劑的方向。

１ 水產養殖中的常用微生態制劑

水產微生態制劑可分為單一菌群微生態制劑和復合微生物制劑兩大類。目前，在水產養殖中常用的有益微生物主要有芽孢桿菌（Ｂａｃｉｌｌｕｓ）、乳酸桿菌（Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ）、酵母菌（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ）、假單胞菌（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ）、雙歧桿菌（Ｂｉｆｉｄｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ）等種類以及光合細菌（Ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｂａｃｔｅｒｉａ）、硝化細菌（Ｎｉｔｒｉｆｙｉｎｇ ｂａｃｔｅｒｉａ）、反硝化細菌（Ｄｅｎｉｔｒｉｆｙｉｎｇ ｂａｃｔｅｒｉａ）等，其中光合細菌、芽孢桿菌、硝化細菌、反硝化細菌作為微生態制劑在水產養殖水質改良中應用最廣泛。

１．１ 單一菌群微生態制劑

１．１．１ 光合細菌 光合細菌是指能在厭氧條件下進行光合作用但不產生氧氣的一類革蘭氏陰性細菌。根據營養方式，光合細菌可分為光能自養型和光能異養型。光合細菌細胞內含有類似于植物葉綠體的細菌葉綠素，以光為能源，以水產動物的排泄物、氨氮、有機酸以及硫化氫等污染物作為碳源和供氫體進行光合作用，不僅可以去除水體中的有機物、提高溶氧量，還能抑制致病菌和有害藻類的生長繁殖。因此，光合細菌在水產養殖中具有良好的水質調控作用。

付保榮等［３］的研究表明，光合細菌能明顯降解鯉魚養殖水體中有機物和氨氮的含量、增加溶氧量、穩定水體ｐＨ，對水體中致病菌和有害藻類也有明顯的抑制作用。劉芳等［４］用紫色非硫光合細菌凈化魚塘養殖水體也得到了類似的結果，結果表明其可以有效地降低水體中亞硝態氮的含量，降解率為４１．１８％。王蘭等［５］用海藻酸鈉固定光合細菌，發現固定化大大提高了光合細菌的生長速率，且固定化菌對養殖水體的凈化能力明顯優于懸浮態菌，試驗結果顯示固定化光合細菌的氨氮去除率可達８９．７％，化學需氧量去除率達７５．３％，而游離菌的氨氮去除率和化學需氧量去除率分別為６８．９％和４８．９％。

１．１．２ 芽孢桿菌 芽孢桿菌絕大部分為革蘭氏陽性菌，是一類好氧或兼性厭氧的桿狀細菌，能產生抗逆性內生孢子，具有耐高溫、耐酸堿等特點，廣泛分布于土壤和水中。芽孢桿菌能迅速降解養殖水體中的有機物，包括殘余餌料、水產動物的排泄物、死亡生物殘體及池底淤泥，還能降低氨氮與亞硝態氮的含量、增加溶氧量，從而有效地改良水質，營造良好的養殖生態環境。在水產養殖中應用較多的是枯草芽孢桿菌（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｕｂｔｉｌｉｓ）和地衣芽孢桿菌（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｌｉｃｈｅｎｉｆｏｒｍｉｓ），這兩種芽孢桿菌都被農業部列為安全使用菌株。

陳靜等［６］研究枯草芽孢桿菌對水質的凈化作用，結果表明添加枯草芽孢桿菌后，試驗組池水中氨氮和亞硝態氮的含量顯著低于對照組。杭小英等［７］在羅氏沼蝦養殖池塘中投放枯草芽孢桿菌，結果顯示，枯草芽孢桿菌能顯著降低水體的化學需氧量以及氨氮和亞硝態氮的含量，其中氨氮的最大降解率為５９．６１％，亞硝態氮的最大降解率為８６．７０％。芽孢桿菌還能提高水產動物的免疫力和生產性能。劉克琳等［８］研究發現，地衣芽孢桿菌能促進鯉魚胸腺、脾臟的生長發育及抗體的產生。Ｚｉａｅｉ等［９］研究芽孢桿菌對南美白對蝦生產性能的影響，結果表明試驗組對蝦的生長速率和成活率以及消化道中的淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶的活性顯著高于對照組。

１．１．３ 硝化細菌和反硝化細菌 硝化細菌為革蘭氏陰性、專性好氧的化能自養菌。硝化細菌可分為兩大類群：亞硝化菌屬（Ｎｉｔｒｏｓｏｍｏｎａｓ）和硝化菌屬（Ｎｉｔｒｏｂａｃｔｅｒ）。亞硝化細菌將水體中的氨氮氧化為亞硝態氮；硝化細菌將亞硝態氮氧化為對水生動物無害的硝態氮，同時還可以利用硫化氫合成自身物質，從而達到調控水質的目的，但其繁殖速率很慢，其主要原因是硝化細菌需要在體內利用無機物合成有機物。硝化細菌適宜在有機物濃度低的水體中生長，過多的有機物會抑制硝化細菌的生長［１０］。

反硝化細菌是指一類能將硝態氮還原為氣態氮的細菌群，大部分為異養、兼性厭氧菌，能利用池底淤泥中的有機物作為碳源，將硝態氮轉化成氮氣。硝化細菌和反硝化細菌能克服光合細菌對亞硝態氮轉化率較低和芽孢桿菌對氨氮轉化率低的缺點，被認為是降解養殖水體中硝態氮和氨氮最為有效的微生物，在水產養殖中有著廣泛的應用。

目前，生物過濾系統已成為水族箱養殖中不可或缺的重要組成部分，但生物過濾系統的成熟往往需要花費好幾個月的時間，Ｇｒｏｓｓ等［１１］報道，在生物過濾系統中加入高效硝化細菌，可縮短生物過濾系統成熟的時間，并能使水體中的氨氮含量快速下降，同時提高了魚類的存活率和生長速度。生物過濾系統中硝化細菌的硝化作用速率受到很多因素的影響。研究發現，生物過濾池水體中溶解氧與總氨氮濃度及碳氮摩爾比（Ｃ／Ｎ）的不同會影響硝化作用速率［１２，１３］。張小玲等［１４］從土壤中分離到一株高活性反硝化細菌，并對其進行了反硝化特性的研究，結果表明，當養殖水體中碳氮摩爾比達到８．０∶１、菌體濃度達到１０８ ＣＦＵ／Ｌ時，能充分發揮其反硝化特性，硝態氮和亞硝態氮的降解率可分別達到９４．７９％和９９．９４％。全為民等［１５］研究反硝化細菌對不同濃度硝態氮的去除率，結果表明在硝態氮初始濃度為１ ｍｇ／Ｌ時，１ ｄ內硝態氮去除率達到７０％；而硝態氮為１００ ｍｇ／Ｌ時，在７ ｄ內能去除水體中９０％的硝態氮。

１．２ 復合微生態制劑

復合微生態制劑是以光合細菌、芽孢桿菌、硝化細菌等多種有益微生物復合而成的微生態制劑。采用單一菌群微生態制劑來調控水質存在一定的局限性，而復合菌群能通過互利共生關系組成復雜而又相對穩定的微生態系統，發揮各種菌群的不同功能，可以通過協同作用有效地降低養殖水體中的有害物質，從而改善池塘的生態環境。黃永春［１６］研究復合微生態制劑對養蝦水體水質的影響，結果表明水體中溶解氧提高１１．０％，化學需氧量降低８．０％，氨氮含量降低２０．７％，亞硝態氮含量降低１０．０％。由于不同微生物菌群的生長繁殖條件不同，但是，同一水質條件能否同時滿足所有復合菌群發揮作用，它們之間是否存在拮抗作用，這些都需要進一步的深入研究。

２ 微生物固定化技術在水產養殖水質改良中的應用

微生物固定化技術是通過化學或物理的手段將游離微生物定位于限定的空間區域內，使其仍保持活性并能反復利用的方法。固定化微生物的制備方法大致可以分成吸附法、共價結合法、交聯法和包埋法４大類。其中，包埋法操作簡單，對微生物活性影響較小，制作的固定化微生物球的強度高，其應用也最廣泛。目前，微生態制劑在我國水產養殖中的應用大部分采取直接投加游離菌的方式，這種方式存在很多弊端：①游離菌對環境的適應能力差，導致活菌大量死亡；②池塘換水時，游離菌易被流水沖走；③游離菌易被水中其他生物所捕食；④游離菌菌體較輕，不易于自然沉降，限制了其降解下層水體有機物的能力［１７］。

使用微生物固定化技術可以克服上述缺點，從而可以穩定高效地發揮水質改良的作用。劉毅等［１８］采用海藻酸鈉包埋光合細菌，比較了固定化菌和懸浮態菌的生理特性和降解能力，結果表明，固定化光合細菌生長速率明顯提高，對養殖水體的凈化速率也明顯優于懸浮態菌，固定化小球粒徑３．５ ｍｍ、活菌初始密度０．１２ ｍｇ／Ｌ為最佳固定化條件。黃正等［１９］用硝化細菌富集培養基搖床馴化污泥，選用聚乙烯醇（ＰＶＡ）作為包埋載體，添加活性炭粉末包埋固定化硝化污泥，馴化后處理養殖廢水中的氨氮，結果表明化學需氧量去除率為７４．９％，氨氮去除率達８２．５％。Ｎａｇａｄｏｍｉ等［２０］研究結果表明，用聚乙烯醇固定化球凈化魚塘水質比海藻酸鹽固定化球的效果好。聚乙烯醇凝膠具有強度大、價格低廉、生物毒性小等優點，是有效的固定化載體之一。近幾年，國內外學者紛紛研究利用新載體，Ｍａｎｊｕ等［２１］報道，將密度較小的軟木粉碎成木屑（木屑具有較大的表面積）作為載體固定硝化細菌降解對蝦育苗水體中的氨氮取得了滿意的效果。Ｓａｌｉｌｉｎｇ等［２２］利用木屑、麥秸稈、塑料作為載體，評估它們在反硝化工藝處理養殖廢水中的性能，結果顯示，３個試驗組對氨氮的降解率都達到９９％，并可以提高水體的ｐＨ，但木屑與麥秸稈在１４０ ｄ的試驗過程中損耗率為１６．２％和３７．７％。余林娟等［２３］以沙礫和沸石粉作為載體固定芽孢桿菌，結果顯示試驗組的亞硝態氮含量約為對照組的１／３。Ｓｈａｎ等［２４］采用多孔黏土固定硝化細菌，結果表明固定化菌可以有效地降低水體中的總氮。Ｍｅｎａｓｖｅｔａ等［２５］在生物膜反應器中添加不同載體，分別對斑節對蝦（Ｐｅｎａｅｕｓ ｍｏｎｏｄｏｎ）養殖水體進行了反硝化凈化的研究。結果表明，反硝化后可保證養殖水體中氨氮和亞硝酸鹽質量濃度在養殖水質要求范圍內（小于０．５ ｍｇ／Ｌ和小于０．２ ｍｇ／Ｌ），而且以碎牡蠣殼作為載體時效果最明顯，硝酸鹽質量濃度由１６０ ｍｇ／Ｌ降至２５ ｍｇ／Ｌ以下。因此可以預見，研制開發性能優良的載體材料仍是微生物固定化技術的重要課題。

３ 影響微生態制劑使用效果的因素

由于微生態制劑是含有大量有益微生物的活菌制劑，而且養殖水體環境具有復雜多樣性的特點，其作用易受多種環境因子（如水溫、ｐＨ、溶氧量等）的影響。不同菌種受環境因子的影響也有所不同，如光合細菌需要光照進行光合作用，然而，強烈光照會影響硝化細菌的生長，在ｐＨ偏高的水體中使用芽孢桿菌制劑的效果不明顯。

另外，飼料成分對微生態制劑的使用效果也有很大的影響。飼料中的維生素、寡糖、酸化劑、中草藥等與微生態制劑有很好的協同作用；而在飼料中添加抗生素對微生態制劑則有明顯的抑制作用［２６］。尤其值得注意的是，在水體中投消毒劑會嚴重降低微生態制劑的活性。因此，微生態制劑在保存和使用過程中應遵循產品說明，選擇合理的使用方法，才能達到改良水質的目的。

４ 小結與展望

目前，微生態制劑作為水質改良劑在我國水產養殖中已得到廣泛應用，在消除養殖水體有機污染、降解水體氨氮和亞硝態氮等方面取得了良好的效果，形成了“水產養殖－生物修復”的綠色健康養殖新模式，對促進水產養殖業的可持續發展具有重要的意義。但是與國際水平相比，我國在微生態制劑研究應用方面還比較落后，仍存在很多問題亟待解決。

由于微生態制劑的特殊性和養殖水體環境的復雜多樣性，使得微生態水質改良劑產品的應用效果存在一定的不穩定性。因此，未來應重點研究益生菌的生理特性與作用機制等方面的基礎理論，為養殖水環境的調控提供理論依據。另一方面，應加強對益生菌分子生態學及分子生物學的研究，利用現代生物學技術對菌株進行快速鑒別，并對微生態產品進行實驗室檢測，以確保質量和安全。Ｗａｎｇ等［２７］也認為微生態產品在出廠前應對其進行檢測，以防有害菌的擴散。此外，應盡快建立微生態制劑菌種保藏與認定中心，制定相關的質量指標、檢測方法等行業標準，完善檢測體系，這對保證微生態制劑產品的質量有著重要的意義。可以預見，隨著微生物固定化技術的迅速發展，尤其是新的包埋載體和包埋方法的推廣應用，必將大幅度地提高益生菌對不良環境的耐受力及其產品的穩定性，為微生態制劑在水產養殖中的應用提供更廣闊的前景。

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