水產養殖-生物絮凝技術中碳源添加的作用研究

張楠 高翔

摘 要 在生物絮凝技術中，碳源的添加可以有效地調節養殖水體中的碳氮比，促進細菌的生長和氮素的吸收。作為生物絮凝技術中重要的因素，碳源的添加對絮體的形成、養殖水體水質、養殖對象飼料蛋白質及生長等具有重要影響。本文對水產養殖-生物絮凝技術中碳源添加的重要性和相關控制因子進行總結和展望。

關鍵詞 生物絮凝；碳源；作用

隨著水產養殖業在世界范圍內的快速發展，也同時帶來了一些問題。水產養殖業面臨著對水環境嚴重污染的問題，養殖環境的惡化嚴重制約了水產養殖業的健康持續發展。生物絮凝技術的水產養殖模式是一種具有經濟效益和生態效益的革新技術，被認為是解決水產養殖業面臨的環境問題和飼料成本的有效替代技術。碳源作為細菌的能量來源添加到生物絮凝養殖水體中，可以調節碳氮比，促進細菌生長，利用微生物同化無機氮，將水體中的氨氮轉化為菌體蛋白。既可以凈化水產養殖水環境，還可以實現餌料的雙重利用。碳源的添加對于生物絮凝技術的實現起著重要的作用。

1 碳源添加的作用

1.1 碳源的添加對絮體形成的影響

在水產養殖中，生物絮凝的理論方程式：NH4++1.18C6H12O6+HCO3-+2.06O2→C5H702N+6.06 H2O+3.O7 CO2 由上式可知，生物絮凝過程需要TAN、碳水化合物（有機碳源）、溶解氧和堿度，每克TAN轉化為細菌需要消耗4.71 g的溶解氧，3.57 g堿度（0.86 g無機碳）和15.17 g碳水化合物（6.07 g有機碳），反應可以生成8.07 g的細菌生物體（429 g有機碳）和9.65 g的二氧化碳（2.63g的無機碳）[1]。將碳源加入到養殖水體中有助于生物絮體的產生和積累。

1.2 碳源的添加對異養細菌及養殖水體水質的影響

細菌菌體的C/N比是相對穩定的，但在水產養殖水體中，由于養殖密度較高、投餌量增加，大量高蛋白殘餌和排泄物沉積在池底，致使C/N比降低。當低于異氧細菌生長需求，異氧細菌會將有機氮分解為無機氮排放在養殖水體中，增加了有毒無機氮的積累，使水質受到極大影響。在進行羅非魚生物絮凝養殖試驗中，以糖蜜作為碳源，研究表明碳源可以促進異養細菌的增長[]。在凡納濱對蝦育苗池中添加糖蜜，結果表明糖蜜的添加可有效地降低養殖水體中的TAN和NO2-N，避免有毒無機氮的積累[]。因此，可以通過添加碳源的方法來提高養殖水體中的C/N比，滿足細菌的生長需求，來促進異養細菌的生長繁殖，從而在很大程度上來改善水質。

1.3 碳源的添加對養殖對象所需飼料蛋白質的影響

向養殖飼料中添加碳源，可以促進異養細菌的生長形成絮體，供養殖對象攝食，有效地降低了對飼料蛋白質的需求。利用15N追蹤凡納濱對蝦對生物絮體的利用，發現凡納濱對蝦攝取的氮素大約18%～29%來源于生物絮體。Panjaitan研究發現，利用生物絮凝技術的斑節對蝦養殖池塘，飼料使用量減少了30%[[2]]。Avnimelech在養殖羅非魚池塘中應用生物絮凝技術，證明了池塘中的微生物絮體是羅非魚的一種有效的潛在的食物來源，也有可能適用于其他魚。在測試池塘中微生物絮體作為食物，能夠符合魚類餌料中所需蛋白含量的50%左右[3]。

1.4 碳源的添加對養殖對象生長性能的影響

碳源的添加還可以有效地提高養殖對象的存活率和生長率。Crab等人在羅非魚越冬養殖池塘中投加淀粉促進生物絮體形成，結果證明魚類存活情況非常好，100g魚體的存活率為97±6%，50g魚體的存活率為80±4%。此外，在收獲時所有池塘中魚體的情況都很好，魚體條件因素為2.1～2.3[4][]。這些研究發現可以幫助克服羅非魚越冬的難題，尤其是由于池塘的低溫導致魚體大量死亡的問題。J. Alberto PérezFuentes等人通過兩個系統養殖羅氏沼蝦進行對照。一個是利用生物絮凝技術養殖，另一個是傳統的養殖，通過六個月的養殖對水體的理化性質，蝦的存活率、生長率和蝦體內的成分組成進行測定，結果表明生物絮凝技術養殖對蝦可以明顯改善對蝦的營養成分，而且絮凝組對蝦的大小和重量都要明顯地高于傳統養殖組。大量研究表明，外加碳源的養殖池塘中養殖對象的存活率和生長率都要高于傳統的不加碳源的池塘。

1.5 碳源的添加在水產動物疾病防治方面的作用

有研究表明碳源的添加還具有一定的抗病性。由于弧菌屬具有較高的生長率并且能適應氧氣不足的條件，所以生長得特別快。因此，弧菌屬成為了感染魚類的主要致病菌。高磊等人模擬養殖水體環境得出結論弧菌在水體C/N=5的環境中生長較好，不適合生長在較高水體C/N的環境中；芽孢桿菌最適于在C/N=15的環境中生長，芽孢桿菌作為水產養殖的有益菌可形成有益菌群，抑制有害菌群增殖，因此在養殖生產中特別是養殖后期，可以通過添加碳源來提高水體碳氮比，通過形成不利于弧菌生長的環境以及芽孢桿菌的拮抗作用來抑制弧菌的生長[5]。此外，有研究人員發現應用生物絮凝技術還可以有效防治生魚爛身病。將部分病魚放入富含生物絮團水體中飼養，15天后發現，生物絮體水體養殖的病魚潰瘍處已基本愈合，而對照組（普通淡水養殖）病魚潰瘍仍很嚴重。生物絮凝技術可防治生魚爛身病可能是通過添加碳源來調控水體中的碳氮比來抑制致病菌的生長，也有可能是絮體中存在的菌群能夠傳遞信息素對致病菌的生長造成一定的影響，具體的原因還有待進一步的研究。

2 碳源添加的相關控制因子

在碳源的添加過程中，要充分考慮到養殖對象的生長環境和各種耐受限度。水產養殖系統中應用生物絮凝技術在工藝上分兩種：一種為直接在養殖池塘中培養絮凝體，形成絮體懸浮的培養池塘；另一種是和養殖池分開，將養殖用水泵入養殖池，在SBRs中創造條件進行生物絮凝[]。在生物絮凝養殖水體中，碳源處于一定濃度時有利于好氧微生物的代謝會消耗一定量的氧氣，從而導致水體中溶氧水平降低，不同種類的魚對水體中氧的耐受能力不同，一些對溶氧較為敏感的魚類可能導致死亡。為了避免這種情況，可以在養殖水體外部培養絮體，然后定期收集再投喂到養殖水體中。

溶解氧不僅是細菌代謝活動所必需的還對絮體的形成有影響。在高溶氧濃度下，絮體結構趨于更大、更緊實[]。當溶解氧濃度在9～10mg O2 /L對羅非魚較好，魚體密度在16kg/m3也不會出現溶氧過度消耗的問題。要供給足夠的碳源并且控制好水體中的C/N比，一般來講10～15為宜。根據以前的研究，可以估測出水溫在20～25℃之間且FVI在200mg/L左右可以獲得穩定的絮體[[6]]。適合羅非魚生長的合適溫度是25～28度，在22度停止繁殖[]，在越冬池塘中，溫度低于20度，羅非魚也有較低的攝食率[]；保持水溫使魚和對蝦越冬可以通過生物絮凝技術并且在池塘上覆蓋塑料布或塑料板來實現。不同養殖對象的PH耐受限度不同，養殖動物的耐受限度在10以下，最適范圍在6.5～8.5。羅非魚在37天的實驗中能適應PH為4的情況，對生理機能無負面影響[[6]]。PH是一個不容易控制的參數，最佳范圍的改變也有限。若PH降低，可以通過NaHCO3來調節[]。

3 總結和展望

生物絮凝技術在上世紀70年代就開始在對蝦養殖上進行應用并取得不錯效果，但是在應用過程中添加碳源的過程中要充分考慮到水體溶解氧、pH、堿度、碳氮比、養殖對象耐受限度等細節性的問題。目前已有大部分研究針對碳源種類、碳源添加量、碳源添加方式等操作細節進行研究，旨在對生物絮凝技術的在生產實踐上應用和完善起到一定的指導作用。

參考文獻：

[1]Ebeling， J. M.， Timmons， M. B. ， Bisogni， J. J. Engineering analysis of the stoichiometry of photoautotrophic， autotrophic， and heterotrophic removal of ammonia–nitrogen in aquaculture systems. Aquaculture 257， 346-358， （2006）.

[2]Panjaitan， P. Field and laboratory study of Penaeus monodon culture with zero water exchange and limited water exchange model using molasses as a carbon source， Ph. D. Thesis， Charles Darwin Univ.， Darwin， NT， Australia， （2004）.

[3]Avnimelech， Y. Feeding with microbial flocs by tilapia in minimal discharge bio-flocs technology ponds. Aquaculture 264， 140-147， （2007）.

[4]Crab， R.， Kochva， M.， Verstraete， W. ， Avnimelech， Y. Bioflocs technology application in overwintering of tilapia. Aquacult Eng 40， 105-112， （2009）.

[5]高磊， 包衛洋， 張天文， 單洪偉， 馬甡. 水體碳氮比對芽孢桿菌， 乳酸菌與弧菌生長， 拮抗作用及菌體碳氮比的影響. 中國海洋大學學報 （自然科學版） 1， 006， （2013）.

[6]De Schryver， P.， Crab， R.， Defoirdt， T.， Boon， N. ， Verstraete， W. The basics of bioflocs technology： the added value for aquaculture. Aquaculture 277， 125-137， （2008）.

作者簡介：張楠（1988- ），女，助教，碩士，研究方向：水產養殖。