海水池塘養殖水體中氨氮的變化規律研究

嚴正凜劉瑞義嚴志洪胡家財張 靜

(1.集美大學水產學院，福建 廈門361021；2.福安縣水產科學技術推廣站，福建 寧德355000；3.秀嶼區水產技術推廣站，福建 莆田351146）

海水池塘養殖是水產養殖的重要組成部分。在集約化池塘養殖中，如何有效減少殘餌等有機物的積累與控制氨氮的濃度，即如何使得氨氮濃度在養殖動物最適宜的范圍內，是池塘養殖管理的核心問題。

經過多年的深入實踐與研究，闡明了海水池塘養殖中關鍵水質因子氨氮的變化規律、調控機理及對微生物、氧氣、pH、微藻等相關因子的影響，進而建立了采用穩定微生物相、增氧、穩定微藻相、穩定pH值、提高碳氮比等綜合方法以暢通氨化作用和硝化作用通道的水質調控技術，并與魚蝦貝多營養層次生態混養模式有機結合，形成了海水池塘養殖綜合調控技術，使得池塘水質穩定良好，物質和能量良性循環轉換與高效利用，養殖尾水達標排放。本文詳盡闡明了氨氮在池塘養殖水體中的變化規律、調控機理以及對相關因子的影響，為集約化池塘養殖水質調控技術提供指導和理論依據。

1.氨氮及亞硝酸鹽的毒性

氨氮由非離子氨（NH3）和離子銨（NH4+）2種形式組成。由于非離子氨為非極性化合物，不帶電荷，有相當大的脂溶性，半徑較小，容易穿透細胞膜毒害組織，其毒性為離子銨的50倍，所以氨氮的毒性主要集中在非離子氨上。而亞硝酸鹽是養殖水體中另一種常見的含氮毒性污染物，主要由氨經過亞硝化細菌的轉化而來。氨氮濃度的大小是形成亞硝酸鹽積累的重要原因。水中亞硝酸鹽濃度過高對魚蝦會產生毒害，主要表現在影響魚蝦體內氧的運輸、重要化合物的氧化及損壞器官。一般認為養殖對象可承受的范圍為：TAN＜0.5mg／L，NO2--N＜0.5mg/L。

2.微生物及氧氣對氨氮的硝化作用

氮循環中許多氧化還原反應是在微生物的新陳代謝過程中進行的。自養硝化細菌降解氨態氮分2個相對獨立而又聯系緊密的階段：

第一個階段將NH3氧化為NO2-，這個階段稱為亞硝化作用或氨氧化作用，由亞硝化細菌來完成：

第二個階段將NO2-氧化為NO3-，由硝化細菌來完成：2HNO2+O2→2HNO3+能量。

可見，硝化作用是微生物亞硝化細菌和硝化細菌在有氧條件下進行的反應。溶解氧是水產養殖動物的生命要素，是影響微生物代謝的重要因素。硝化細菌是一種喜歡氧的細菌，在缺氧的情況下硝化細菌無法高效吸收氨及亞硝酸鹽。

3.pH值對氨化作用和硝化作用的影響

NH4+在水中最根本的反應是：

pH值高時，意味著OH-多，發生反應（1），離子態銨氮向非離子氨轉化；pH值低時，意味著H+多，發生反應（2），非離子氨向離子態銨轉化。

反過來考慮，當離子態銨NH4+濃度較高時，第一個反應向正反應非離子氨NH3方向移動，則OH-濃度降低，pH值降低，偏酸性；當非離子氨NH3較高時，第二個反應向正反應離子態銨NH4+方向移動，則H+濃度降低，pH值升高，偏堿性。這說明非離子氨和離子態濃度對pH的影響。

pH值對亞硝酸鹽積累的影響有兩方面：一方面是亞硝酸菌本身生長需要有合適的pH環境，另一方面是由于高pH下非離子氨的生成，從而抑制了硝酸菌的活性。由此可見，pH值不僅對硝化菌的生長有影響，而且還影響非離子氨濃度，從而影響硝化細菌的活性和硝化類型。氨化作用、硝化作用、固氮作用都以弱堿pH值7.0-8.5最適宜。

可見，pH值對氨化作用和硝化作用有很大影響。

4.池塘中藻類對氨氮的影響

微藻是養殖池塘水生生態系統中的初級生產者，對構建穩定的水環境發揮著重要作用。微藻可吸收和轉化水體中的氨氮(NH3-N+NH4+-N)、亞硝酸氮(NO2--N)等營養鹽，有效地調節水質，其經光合作用合成的有機物，可再通過養殖動物食物鏈來影響水生生態系統，并可調節養殖池塘水體的溶解氧含量。

池塘養殖最頭疼的問題之一就是池塘“倒藻”。發生"倒藻"時，首先溶解氧會下降，二氧化碳會增加，使pH值迅速下降。其次，氨氮、亞硝酸鹽偏高。藻類含有大量的蛋白質，死亡之后會在微生物的作用下進行氨化反應生成氨氮，繼而進行硝化反應生成亞硝酸鹽和硝酸鹽。亞硝酸鹽是氨轉化為硝酸鹽的中間產物，對魚蝦毒性較強，是誘發疾病的重要因素。在氧氣充分、水體中N積累不是過多的情況下，亞硝酸鹽很容易轉化為硝酸鹽。

藍藻適應性強，對于環境條件要求低，對溶氧下降等情況有較強的耐性。“倒藻”后，氨氮、亞硝酸鹽升高。藍藻能夠耐受氨氮、亞硝酸鹽，同時可以利用它們快速生長，導致藍藻爆發。

水中的微生物會大量繁殖，反過來抑制藻類的生長。在池塘生態系統中，藻類的種群和數量（即藻相）與微生物的種群和數量(即微生物相）是密切相關的。微生物通過其自身分泌物的直接作用或通過其自身代謝產物的間接作用而影響藻相；同時，藻類通過在池塘中的光合作用而影響微生物相，進而影響氨氮及亞硝酸氮的。

4.1 池塘中藻類對pH的影響

池塘中生物呼吸產生二氧化碳，pH值下降，藻類或植物光合作用消耗二氧化碳，pH值上升。池塘中的生物呼吸可以看成是24小時連續進行的，而光合作用則是隨著白天日光輻射增加而增加，而晚上則停止。而引起池塘水體pH變化的原因是水體中生物活動（呼吸作用和光合作用）導致溶解的無機碳（DIC，包括游離CO2、H2CO3、HCO3-和CO32-）濃度變化所造成的。當呼吸作用大于光合作用時（夜間），DIC增加，pH值下降；當光合作用大于呼吸作用時（白天），DIC減少，pH值上升。藻類光合作用對pH的影響是最大的。

4.2 總堿度和總硬度對pH變化的影響

pH值變化是隨著[CO2]而變化的，單位CO2變化所引起的pH變化幅度取決于總堿度的濃度，總堿度越高，pH變化幅度越小。也就是說，總堿度對pH有比較強的緩沖作用。在水中，總碳酸包含了HCO3-和CO32-。水體中的總碳酸當量約等于總堿度（總堿度約等于HCO3-+兩倍CO32-）。

HCO3-在三種形態的碳酸化合物的總量中占80%以上。也就是說，天然水中的碳酸化合物主要以HCO3-的形式存在，CO2、H2CO3的濃度相對較低。pH值的大小，主要由水體中CO2、CO32-、HCO3-濃度的比例決定（CO2通過影響CO32-鹽與HCO3-鹽的含量來影響水體pH），而水體中的CO2、HCO3-、CO32-是可以相互轉化的。

4.3 水體的緩沖能力與CaCO3含量有關

高Ca2+水體碳酸含量低，CaCO3含量也低；高碳酸水體Ca2+低，CaCO3含量也低。從水體穩定性能來看，Ca2+濃度大約等于CO32-的水體，其緩沖能力最強。所以，高Ca2+低CO32-或低Ca2+高CO32-的水體緩沖能力都偏低。因此，在適應于水產養殖的pH范圍內，八大離子中只有CaCO3會隨著pH的變化而發生沉淀與溶解。

一般情況下，在堿度、硬度低的池塘水體中，CO2供應不足，光合作用效率低，氨氮往往偏高。高氨氮再加上高pH值，猶如雪上加霜，容易造成養殖動物氨中毒。

pH值的變化對水產養殖動物和水體水質均有很大的影響。海水養殖pH值一般控制在7.5～8.5。每一種水生生物都有適合其生長的最佳pH范圍，超過這個范圍，其生長都會受到抑制，甚至死亡。

5.碳氮失衡

氨氮過剩是集約化海水養殖池塘中常見的水質問題，其本質就是氮過剩、碳不足，即碳氮失衡。因為光合作用已經不能完全同化所產生的氨氮，而大量增氧的高濃度氧的存在限制了池塘中的生物脫氮。碳能不足造成池塘水體中的生物種群饑荒，從而引發各種各樣的細菌病和寄生蟲病。

池塘的承載能力由生產力決定。所謂生產力，是有機碳和氧的輸入。對于高密度養殖來說，池塘中所產生的氨氮可通過天然生產力加人工生產力來解決：

天然生產力：16NH4++92CO2+92H2O+14HCO3-+H3PO4→C106H263O110N16P+106O2

人工生產力：NH4++7.08CH2O+HCO3-+2.06O2→C5H7O2N+6.06H2O+3.07CO2

天然生產力是利用光合作用將氨氮轉化為藻體蛋白：C106H263O110N16P；人工生產力是通過人工輸入碳水化合物和氧氣將氨氮轉化為菌體蛋白：C5H7O2N。

只要總生產力與氨氮負荷相適應，就可以維持池塘的正常生態系統，保持良好的水環境，避免養殖動物病害的發生。

多年實踐表明，在海水池塘養殖生產中，準確把握池水中的氨氮變化規律及調控機理，應用水質調控技術與魚蝦貝多營養層次生態混養模式相結合的綜合調控技術，可使得養殖水體中的非離子氨濃度NH3≤0.02mg/L，無機氮濃度（以N計）≤0.5mg/L，氨氮含量保持在適宜養殖動物生長的范圍之內，未發生“倒藻”，池塘水質穩定良好，養殖病害大大減少；年畝產值在15000元以上，經濟效益提高50%以上，取得了顯著的生態效益和經濟效益。