基于生物絮團技術構建的零換水養殖系統對凡納濱對蝦高密度養殖效果分析

范鵬程　徐武杰　文國樑　徐煜　許云娜　李卓佳　楊鏗　張建設　曹煜成

摘要：【目的】探討在零換水條件下開展凡納濱對蝦高密度養殖的可行性，為后續推動對蝦零換水高效健康養殖模式的規?；a業應用提供參考依據。【方法】采用封閉式串聯養殖池系統，凡納濱對蝦蝦苗放養密度690尾/m3，養殖周期91 d（13周），以生物絮團技術調控養殖水質，養殖全程不換水，定期監測與分析養殖水體主要水質指標及細菌數量的動態變化特征?！窘Y果】經13周的零換水養殖后，凡納濱對蝦平均存活率為（83.90±2.74）%，收獲規格平均為14.50±0.99 g/尾，單位水體對蝦產量平均為8.39±0.48 kg/m3，飼料系數平均為1.25±0.06，養殖對蝦單產平均耗水量為120.00±6.38 L/kg。從養殖第7周起，水體中生物絮團量維持在18.2～30.4 mL/L，pH基本維持在7.31～7.60，總堿度在116～224 mg/L范圍內波動變化，總氨氮（TAN）濃度降低至0.45 mg/L以下并保持至試驗結束，亞硝酸鹽氮（NO2--N）濃度保持低于0.70 mg/L，硝酸鹽氮（NO3?-N）濃度呈持續上升趨勢，至試驗結束時接近135.0 mg/L。養殖水體中的異養細菌和弧菌數量均呈先升高后降低的變化趨勢，其中，異養細菌從第9周后一直維持在×106 CFU/mL的數量級水平，弧菌從第7周后一直維持在×102 CFU/mL的數量級水平。【結論】科學運用生物絮團技術對凡納濱對蝦養殖水質進行原位調控能實現高密度零換水的高效健康養殖，還可有效提高水資源的利用效率，有助于推動對蝦養殖產業的綠色健康發展。

關鍵詞： 凡納濱對蝦;高密度養殖;零換水;微生物調控;生物絮團

中圖分類號： S966.129? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標志碼： A 文章編號：2095-1191（2019）12-2833-08

Production trial and analysis of Litopenaeus vannamei based on biofloc technology at a high density in zero-water exchange systems

FAN Peng-cheng1，2， XU Wu-jie2，3， WEN Guo-liang1，2， XU Yu2，3， XU Yun-na2， LI Zhuo-jia2， YANG Keng2， ZHANG Jian-she1， CAO Yu-cheng1，2，3*

（1Zhejiang Ocean University/National Marine Facility Breeding Engineering Technology Research Center，Zhoushan， Zhejiang? 316022， China; 2South China Sea Fisheries Research Institute， Chinese Academy of Fishery Sciences/ Guangdong Key Laboratory of Fishery Ecology and Environment/Key Laboratory of South China Sea Fishery Resources Exploitation & Utilization， Ministry of Agriculture and Rural Affairs， Guangzhou? 510300， China; 3Shenzhen

Experimental Base， South China Sea Fisheries Research Institute， Chinese Academy of Fishery Sciences，Shenzhen，Guangdong? 518121， China）

Abstract：【Objective】This study discussed the feasibility of zero-water exchange for high density culture of Litopenaeus vannamei， in order to provide reference for future promotion of large-scale industrial application of the environment friendly and high effective aquaculture. 【Method】In this trial， a closed cascaded ponds system was adopted， the stocking density of L. vannamei was 690 ind/m3， and the culture period was 91 d（13 weeks）. Biofloc technology was used to control the water quality of pond systems， and no water was exchanged during the whole culture period. Key water quality parameters and dynamic change of bacteria volume were regularly monitored and analyzed. 【Result】After the 13 weeks（91 d） zero-water exchange culture， the average yield was 8.39±0.48 kg/m3 with an average weight of 14.50±0.99 g/ind， and an average survival rate of （83.9±2.74）%. The feed coefficient was 1.25±0.06 and average water volume used for producing 1 kg shrimps was 120.00±6.38 L/kg. Seven weeks after the start of the trial， the bioflocs volume in the culture water was 18.2-30.4 mL/L， pH remained at 7.31-7.60， total alkali showed no obvious fluctuation regulation within the range of 116-224 mg/L. The concentrations of ammonia nitrogen（TAN） and nitrite nitrogen（NO2--N） were kept below 0.45 mg/L and 0.70 mg/L respectively till the end of the experiment. The concentration of nitrite nitrogen（NO3--N） showed an escalating trend， reaching 135.0 mg/L in the end. The quantity variation of the heterotrophic bacteria and vibrio in water increased at the initial stage and then decreased， with the former maintaining at the level of ×106 CFU/mL since the 9th week and the latter at the level of ×102 CFU/mL since the 7th week. 【Conclusion】Scientific application of biofloc technology for water quality control in situ can realize efficient and healthy aquaculture of L. vannamei in zero-water exchange systems， and meanwhile improve the utilization efficiency of water resources， thereby helping to drive the sustaina-ble development of shrimp aquaculture industry.

Key words： Litopenaeus vannamei; high density production; zero-water exchange; microbial regulation; biofloc

0 引言

【研究意義】近年來，因對蝦養殖病害頻發及水體環境不斷惡化（曹伏龍等，2015），傳統的池塘養蝦產量和穩定性受到明顯影響。在傳統的集約化養殖過程中一旦管理不善或受不良天氣條件影響，池塘極易形成以微囊藻或顫藻等有害微藻為優勢的水體環境，或形成以副溶血弧菌等病原菌為優勢的微生物環境，進而嚴重影響養殖對蝦的成活率及產量。在水體環境管理良好的池塘中，其養殖對蝦成活率及產量分別較管理不善的池塘提高18.0%～19.4%和19.7%～23.3%（Cao et al.，2014）。據報道，2013年因受不良菌藻環境誘發的對蝦肝胰腺壞死綜合癥影響，全球對蝦養殖產量下降23%，其中，我國養殖對蝦產量下跌超過13%，泰國下降幅度超過54%，越南對蝦養殖區減產68%（文國樑等，2015）。因此，發展并推廣對蝦零換水養殖模式以提高對蝦養殖產量與節約水資源，降低對蝦養殖對周邊水環境的影響及減少病原微生物侵入，已勢在必行?！厩叭搜芯窟M展】零換水養殖模式主要通過循環水養殖系統來實現，分原位水處理和異位水處理兩種方式（曹煜成等，2006;宿墨，2017）。異位水處理系統雖然實現養殖過程零換水且自動化水平相對較高，但該模式的水處理過程需配備大量相關設備設施，初次成本投入高，占地面積大，對養殖管理人員的技術水平要求也相對較高（張慶文等，2002;劉鷹等，2005），其高投入、高技術和高風險的特點限制了該系統大規模推廣應用（孟慶武等，2008;劉晃等，2009）。基于生物絮團技術的對蝦原位水處理養殖模式可將對蝦養殖過程中產生的代謝產物及水體中的氨氮和亞硝酸鹽等有毒有害物質，直接在養殖池中及時分解轉化，無需再經過濾、生物基反應和消毒等復雜處理環節（羅亮等，2013;Avnimelech，2015）。國外已有研究表明，生物絮團技術在水產養殖中能起到有效的水質凈化作用（Hari et al.，2006;Azim and Little，2008）。Crab等（2007）研究認為，與傳統的生物濾池、固著生物等水處理技術相比，生物絮團技術不僅可保持養殖水體良好的水質，還能提供天然營養來源和提高飼料營養利用。在國內，趙大虎等（2014）研究表明，生物絮團在對蝦養殖過程中能有效降低水中的氨氮含量，進而提高蝦體免疫活性和解毒代謝能力;李奕雯和徐武杰（2016）報道，采用單池100 m3的跑道池結合生物絮團技術進行對蝦養殖，其產量可達6.0 kg/m3，且在未配置復雜水處理設施的條件下僅利用微生物定向培養也能實現養殖全程零換水;李曉梅和郭體環（2017）研究表明，生物絮團在凡納濱對蝦養殖過程中發揮去除氨氮和亞硝酸氮的作用，并建議利用生物絮團技術進行水產養殖時應提前培養好生物絮團再投苗，使生物絮團對氨氮和亞硝酸氮的去除作用得到更好的發揮?！颈狙芯壳腥朦c】目前，我國沿海地區眾多養殖戶將原用于苗種繁育的水泥池改為對蝦養殖池，其生產過程中主要以大量換水方式進行水質控制，既不符合產業綠色可持續發展的要求，也不利于對蝦病害的防控，因此亟需對該養殖技術模式進行改造升級。生物絮團技術可實現零換水的集約化養殖，為上述問題的解決提供良好技術解決方案。【擬解決的關鍵問題】在前人研究（趙大虎等，2014;李奕雯和徐武杰，2016;李曉梅和郭體環，2017）的基礎上，對廢舊的水產育苗水泥池進行改造升級，構建由室內水泥池、循環水泵、氣水混合射流器增氧系統和絮團顆粒去除裝置等組成的封閉式高效養殖系統，并進行凡納濱對蝦高密度養殖試驗，定期監測與分析養殖水體主要水質指標及細菌數量的動態變化特征，探討在零換水條件下開展對蝦高密度養殖的可行性，為后續推動對蝦零換水高效健康養殖模式的規?；a業應用提供參考依據。

1 材料與方法

1. 1 零換水養殖試驗系統

試驗在廣東汕尾市施公寮村對蝦養殖基地進行。12個試驗池均為圓弧切角正方形水泥池，池內邊長5.5 m，邊高0.8 m，中間高1.05 m，池中間留有排水口，養殖過程中以文丘里射流器進行水體增氧，使水體溶解氧穩定在4～8 mg/L。共設4組簡易型內循環水養殖池系統（各組均為平行組），各試驗池系統均由3個池串聯組成（圖1），配置1臺1.5 kW的循環水泵，1個120 L的生物絮團沉淀桶，每個池布置4個射流器，分別安裝在池底四角位置，每個射流器均與循環水管及循環水泵聯通，養殖中后期利用沉淀桶調控水體中的生物絮團數量。養殖池系統頂部設鋼架大棚，棚頂覆蓋半透明塑料膜，四周敞開通風，以避免雨水對養殖水體的影響。

1. 2 凡納濱對蝦養殖管理

各組池于4月17日引入28‰的砂濾海水，池水深0.8 m，以8 mg/L二氧化氯消毒水體24 h，曝氣36 h，待水中余氯散除后，各池均添加芽孢桿菌、光合細菌及硝化菌制劑（用于人工誘導培育水體初始菌群），每類菌的添加濃度均為103 CFU/mL，同時添加5 g/m3紅糖用于益生菌培養。添加的功能益生菌包括地衣芽孢桿菌（Bacillus licheniformis）、沼澤紅假單胞菌（Rhodopseudomonas palustris）、玫瑰紅紅球菌（Rhodococcus rhodochrous）、嗜鹽堿外硫紅螺菌（Ectothiorhodospira haloalkaliphila）和海水硝酸鹽還原菌（Nitratireductor aquimarinus）等;以上菌種均由中國水產科學研究院南海水產研究所海水池塘養殖生態調控功能實驗室提供。5 d后各池按690 尾/m3的密度分別放入凡納濱對蝦PL7蝦苗。試驗期間每天定時觀察對蝦攝食、活動及蛻皮等情況，投喂優質配合飼料（5次/d），并根據水體生物絮團形成情況，在放苗后30 d內每天按飼料投喂量的50%補充投入紅糖，同時接入實驗室馴化培養的硝化菌，待水體形成以硝化菌團為優勢的生物絮團后逐步停止添加紅糖。養殖過程中，通過添加碳酸鈉溶液和生石灰水調節水體pH和總堿度;養殖中后期以沉淀桶控制水體中的生物絮團濃度穩定在15～20 mL/L。養殖全程不換水，僅以少量淡水補充因蒸發損失的水量。

1. 3 水質監測及微生物測定

試驗期間每天定時測定各組池水的溫度、鹽度、溶解氧濃度及pH;每周取水樣分別測定水體中的生物絮團、總堿度、總氨氮（Total ammonium-nitrogen，TAN）、亞硝酸鹽氮（NO2?-N）、硝酸鹽氮（NO3?-N）及異養細菌和弧菌的濃度。其中，生物絮團量參考Xu等（2013）的方法進行測定，其他指標參考GB 17378.4—2007《海洋監測規范第4部分：海水分析》進行測定。

1. 4 對蝦生產性能指標測定

養殖91 d后進行對蝦個體稱重，并計算存活率、單位產量、飼料系數及耗水量等相關指標。

存活率（%）=初始放苗數量/（收獲蝦產量/收獲

蝦均重）×100

單位產量（kg/m3）=收獲蝦產量/養殖水體體積

飼料系數=飼料投入量/收獲蝦產量

耗水量（L/kg）=養殖水體使用量/收獲蝦產量

1. 5 統計分析

采用Excel 2010對試驗數據進行統計分析，并繪制水質指標和細菌數量變動曲線圖。

2 結果與分析

2. 1 凡納濱對蝦養殖生產性能分析

試驗初始放養對蝦蝦苗密度為690尾/m3，經13周（91 d）的零換水系統養殖后，對蝦平均存活率為（83.90±2.74）%，收獲規格平均為14.50±0.99 g/尾，單位水體對蝦產量平均為8.39±0.48 kg/m3，飼料系數平均為1.25±0.06，養殖對蝦單產平均耗水量為120.00±6.38 L/kg（表1）。與楊菁等（2010）報道的對蝦工程化循環水養殖試驗結果相比，本研究的總體養殖效果良好，尤其是在養殖全程零換水的條件下，養成對蝦單位產量耗水量明顯降低，有效提升水資源的利用效率（表2）。

2. 2 主要水質指標的變動趨勢

養殖期間，各試驗池水體的鹽度、水溫及溶解氧濃度變動范圍如表3所示，均可滿足凡納濱對蝦健康生長的需求。各試驗池水體中生物絮團量在前期呈逐漸上升趨勢，從第7周起維持在18.2～30.4 mL/L（圖2-A）;pH整體上呈逐漸下降趨勢，至7周后基本維持在7.31～7.60（圖2-B）;總堿度在116～224 mg/L范圍內波動變化（圖2-C）;TAN濃度在6周前均呈先上升后下降的變化趨勢，分別于第3～5周時相繼出現峰值，最高值為4.80 mg/L，至第6周時均降低至0.45 mg/L以下，并保持至試驗結束（圖2-D）;NO2?-N濃度在前2周時相對較低，隨后呈逐漸上升趨勢，于第5～6周時相繼出現峰值，最高達6.55 mg/L，此后大幅下降，至第8周時相繼降低至0.70 mg/L以下，并保持至試驗結束（圖2-E）;NO3?-N濃度在前4周相對較低，于第5周開始持續升高，至試驗結束時接近135.0 mg/L（圖2-F）。

2. 3 養殖水體中異養細菌和弧菌的數量變動規律

養殖期間，養殖水體中的異養細菌數量在第3～5周時不斷升高至×107 CFU/mL的數量級水平，之后逐漸下降，從第9周后一直維持在×106 CFU/mL的數量級水平（圖3-A）;養殖水體中的弧菌數量在第3～5周時升高至×104 CFU/mL的數量級水平，從第6～7周起呈大幅下降趨勢，第7周后一直維持在×102 CFU/mL的數量級水平（圖3-B）。

3 討論

3. 1 凡納濱對蝦高密度零換水養殖的可行性分析

Zhao等（2012）通過106 d的零換水生物絮團應用養殖試驗，證實生物絮團在高集約化、零換水養殖系統中的應用效果良好;Rego等（2017）、Maciel等（2018）研究報道，在對蝦養殖生產中引進生物絮團技術后，對蝦生長快、產量高、效益好。本研究進行13周的凡納濱對蝦高密度零換水養殖，收獲對蝦規格平均為14.50±0.99 g/尾，單位水體對蝦產量平均為8.39±0.48 kg/m3，對蝦生長速度不低于傳統池塘的精養模式，對蝦平均成活率為（83.90±2.74）%，與Reid和Arnold（1992）的研究結果較接近，但略低于國內其他學者（徐紀萍等，2012;索建杰等，2015）的相關報道;養殖對蝦單產平均耗水量為120.00±6.38 L/kg，全程零換水，總體效果優于國內的已有研究報道（徐如衛等，2015），用水量遠低于工廠化循環水養殖系統模式（Timmons and Ebeling，2006;楊菁等，2010）。養殖期間，水體TAN和NO2?-N濃度在第3～6周相繼出現峰值，分別達4.80和6.55 mg/L，但隨后大幅下降并保持至試驗結束，與李曉梅和郭體環（2017）的研究結果相似。Furtado等（2015）研究指出，在鹽度為23‰且零換水的養殖條件下，即使水體中的NO3?-N濃度達177.0 mg/L也不會對凡納濱對蝦的健康養殖產生明顯影響。此外，生物絮團中含有的益生菌及生物活性多糖類物質可增強對蝦免疫力（孫振等，2013;Xu and Pan，2013）?？梢?，在海水條件下進行凡納濱對蝦高密度零換水養殖具有可行性，尤其是基于該技術模式的零換水養殖管理，可大幅提升水資源利用效率，有效減輕養殖生產對水域環境的潛在負面影響。

3. 2 養殖水質原位調控技術的重要環節

養殖前期通過添加一定量的碳源，可有效促進功能菌團生長（Avnimelech，1999;鄧吉朋等，2014;Xu et al.，2016;Deb et al.，2017），調節養殖水體C/N，而有利于生物絮團形成（Xu and Pan，2014;萬國強等，2015）。本研究前期按菌濃度103 CFU/L分別在池水中添加芽孢桿菌、光合細菌及硝化菌，同時添加5 g/m3紅糖用于益生菌培養;在放苗后30 d內每天按飼料投喂量的50%補充投入紅糖，同時接入實驗室馴化培養的硝化菌，待水體形成以硝化菌團為優勢的生物絮團后逐步停止添加紅糖。結果顯示，養殖期間水體中生物絮團量在前7周逐漸上升，之后保持在相對穩定的水平上;同時，養殖期間水體中的異養細菌和弧菌數量變化趨勢基本一致，在第4～5周內相繼出現峰值，隨后大幅下降，與水體中TAN和NO2?-N濃度的變動趨勢基本吻合。說明在調節水體C/N的同時通過添加特定功能的微生物，有利于對水體菌群生態功能進行定向誘導。

隨著生物絮團量的增加，養殖水體pH和總堿度逐漸下降，主要是微生物的硝化效應過程所致（鄭春華等，2017）。陳旭良等（2006）研究表明，以Na2CO3調節水體總堿度的效果優于NaOH。王大鵬等（2014）研究指出，加強養殖水體pH和總堿度調節有利于微生物和凡納濱對蝦的生長。為此，本研究通過添加Na2CO3溶液和生石灰水以調節水體pH和總堿度，并輔以沉淀桶將水中的生物絮團濃度數量穩定控制在15～20 mL/L，旨在為水體中的微生物和養殖對蝦提供相對穩定的水質條件。鄧應能等（2012）將生物絮團技術應用于凡納濱對蝦試驗性封閉養殖系統中，在84 d的養殖期內養殖水體TAN和NO2?-N濃度均維持在較低水平，對蝦存活率則在80%以上。索建杰等（2015）通過對比常規換水、循環水和生物絮團3種凡納濱對蝦養殖模式下其水質指標的變化規律及凡納濱對蝦的存活與生長情況，也發現以生物絮團養殖模式的效果最優。可見，在養殖水體中構建和培育以優勢功能菌群為核心的水質原位調控技術，不僅能保障養殖水質滿足養殖生物健康生長的需求，還可實現養殖全程零換水的目標。

3. 3 對蝦零換水高效健康養殖模式的優勢

對蝦零換水高效健康養殖模式的優勢主要表現為：（1）實現養殖全程零換水，與傳統池塘養殖的大量及頻繁換水相比，可有效調控養殖水質，提高水資源利用效率。（2）可有效減少養殖對蝦病害暴發，提高養殖效益。由于養殖全程零換水，可避免通過換水引入外來病原的風險;且生物絮團技術可有效抑制有害病原菌的生長繁殖，部分益生菌團還能分泌特定的抑菌因子如細菌素、溶菌酶等而抑制致病微生物（Verschuere et al.，2000）。（3）提高飼料蛋白利用率，降低養殖成本。投喂的飼料一部分被養殖對蝦利用，還有部分殘留在水體中或通過代謝效應進入養殖環境中，生物絮團中的微生物對其碳水化合物和氮素進行轉換利用，形成菌體蛋白再被養殖對蝦攝食利用（Epp et al.，2002;Abreu et al.，2007），從而實現養殖環境系統中物質的高效利用，同時降低飼料系數及提高養殖綜合效益。（4）水體中的生物絮團有利于增強養殖對蝦的消化吸收及抗病能力（Xu and Pan，2012;Sajali et al.，2019）。Suita等（2015）對在零換水系統中的對蝦肝胰腺發育及生理狀態進行分析，發現與常規生產系統相比，生物絮團零換水養殖系統更有利于促進對蝦肝胰腺的正常發育，進而增強其生理功能;Cardona等（2016）研究發現，生物絮團零換水養殖系統中的對蝦腸道細菌群落與換水養殖系統中的存在顯著差異;陳文斌等（2017）研究表明，生物絮團中的功能菌株不僅能高效降解水體TAN和NO2?-N，還可抑制部分致病弧菌的生長，顯著提高對蝦的生長發育、免疫防御能力及飼料利用率。

4 結論

科學運用生物絮團技術對養殖水質進行原位調控，可實現凡納濱對蝦高密度零換水的高效健康養殖，還可有效提高水資源的利用效率，有助于推動對蝦養殖產業的綠色健康發展。

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（責任編輯 蘭宗寶）