硝化細(xì)菌在魚菜共生系統(tǒng)中的應(yīng)用

李 靜 陳小文 張雪松

（北京中農(nóng)富通園藝有限公司 北京 100083）

魚菜共生系統(tǒng)作為一種水產(chǎn)養(yǎng)殖和蔬菜生產(chǎn)結(jié)合混養(yǎng)的方式，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中一種節(jié)省資源的有機(jī)耕作模式。近幾年我國(guó)對(duì)魚菜共生方面的研究已有大量成果，但對(duì)混養(yǎng)中水質(zhì)與作物栽培難以平衡的問題仍然有待進(jìn)一步研究。隨著種養(yǎng)時(shí)間的積累，魚菜共生系統(tǒng)中魚類的排泄物增加，水體氨氮含量增長(zhǎng)，水體環(huán)境逐步變差，水質(zhì)毒性也日益增大；水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水中的氨氮又必須經(jīng)過(guò)處理才可被蔬菜吸收。

為了消解水體中殘餌、排泄物等有機(jī)物以及氨氮、亞硝酸鹽等無(wú)機(jī)物，防止水體富營(yíng)養(yǎng)化，引入硝化細(xì)菌，可以有效地對(duì)其降解，從施用到發(fā)揮穩(wěn)定的硝化作用大概需要2 周的時(shí)間。硝化細(xì)菌在調(diào)節(jié)水環(huán)境的同時(shí)，也會(huì)影響到植物生長(zhǎng)中對(duì)氮素的需求，合理運(yùn)用硝化細(xì)菌可以平衡整個(gè)魚菜共生系統(tǒng)。

1 魚菜共生系統(tǒng)

現(xiàn)代的魚菜共生，是將水產(chǎn)養(yǎng)殖與水耕栽培技術(shù)相結(jié)合，養(yǎng)殖魚類的廢水通過(guò)微生物將其中的氨氮分解為植物可吸收的營(yíng)養(yǎng)成分，之后利用循環(huán)水設(shè)備輸送到蔬菜栽培部分，實(shí)現(xiàn)資源再利用和節(jié)水減排。

1.1 共生模式。在魚菜共生系統(tǒng)中，比較常見的養(yǎng)殖品種有羅非魚、鲇魚、鱸魚、草魚和觀賞魚等，最常種植的植物包括辣椒、黃瓜、羅勒、西紅柿、萵苣、橄欖、甜菜、白菜和綠葉蔬菜等。魚菜共生系統(tǒng)通常使用蛭石、礫石、陶粒等基質(zhì)作為種植系統(tǒng)的載體，利用循環(huán)管道與養(yǎng)殖系統(tǒng)連接，形成自循環(huán)、自清潔、自營(yíng)養(yǎng)的現(xiàn)代生產(chǎn)模式。

1.2 過(guò)濾系統(tǒng)設(shè)置。養(yǎng)殖水體過(guò)濾系統(tǒng)可以設(shè)置3層，第1 層一般采用過(guò)濾棉或者毛刷，用于過(guò)濾大顆粒魚類排泄物及剩余飼料；第2 層可與第1 層過(guò)濾層采用相同的材質(zhì)，主要用于處理第1 層過(guò)濾層溢出、未過(guò)濾到位的養(yǎng)殖水；第3 層是硝化細(xì)菌的培養(yǎng)層，需要設(shè)置細(xì)菌培養(yǎng)室或生化球，使硝化細(xì)菌在這一層得以繁殖。

1.3 魚菜共生系統(tǒng)使用過(guò)程中注意事項(xiàng)

1.3.1 合理規(guī)劃養(yǎng)殖密度及飼喂量。一般來(lái)說(shuō)，現(xiàn)代養(yǎng)殖較多追求“密養(yǎng)”，但是養(yǎng)殖水體的容納量是有限的，密度過(guò)大會(huì)因缺氧導(dǎo)致魚類生病、魚體規(guī)格小等問題。所以魚菜共生的養(yǎng)殖池魚類投放密度建議在20 kg/m3以下。魚類的排泄物及殘余飼料會(huì)增加水體中的氮素含量，并消耗水體中的溶解氧。投喂飼料30 min 以后清理飼料殘?jiān)鶕?jù)飼料的食用情況制定第2 d 的投喂量，并定時(shí)、定量投喂。

1.3.2 合理規(guī)劃種植種類及間距。選擇適合無(wú)土栽培的蔬菜品種，如番茄、茄子、苦瓜、辣椒及嫩葉蔬菜。可考慮根據(jù)蔬菜不同的生長(zhǎng)周期來(lái)進(jìn)行套種，如瓜果植物之間可栽種葉菜類，在生長(zhǎng)周期較長(zhǎng)的蔬菜中種植生長(zhǎng)周期短的蔬菜等，以此來(lái)合理利用種植時(shí)間和空間。

1.3.3 良好的水循環(huán)系統(tǒng)。魚菜共生系統(tǒng)中的水循環(huán)主要依靠水泵來(lái)保持水體在養(yǎng)殖、種植的2 個(gè)部分之間流動(dòng)，根據(jù)整個(gè)系統(tǒng)的規(guī)模選擇功率合適的水泵。

1.3.4 嚴(yán)格管控水質(zhì)。水是魚菜共生系統(tǒng)中的關(guān)鍵媒介，它保證了魚類的生存，同時(shí)又供給植物成長(zhǎng)的養(yǎng)分。管理過(guò)程中要控制好水的含氧量，建議水溫控制在18 ℃～30 ℃，pH 值保持在6～7。

2 魚菜共生循環(huán)系統(tǒng)中氮的形成與消耗

2.1 養(yǎng)殖水體中產(chǎn)生氮的形式及對(duì)魚的影響。養(yǎng)殖水體中的氮一般以氨的形式存在，氮的含量受魚類排泄物、水中溶解氧和殘余飼料影響。養(yǎng)殖水中的氮含量增加，會(huì)導(dǎo)致魚類排出氨的量減少，之后魚類血液和組織中氨的濃度升高，對(duì)魚類的健康會(huì)造成嚴(yán)重的影響。

2.2 水生植物吸收氮的形式。水生植物生長(zhǎng)與繁殖需要的氮磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)主要通過(guò)根系從水中吸收，植物獲得氮素的方式主要有3 種，一是還原硝態(tài)氮(NO3-)為有機(jī)氮，二是生物固氮，三是直接吸收營(yíng)養(yǎng)體中的銨或有機(jī)氮。水生植物經(jīng)光合作用可吸收大量的無(wú)機(jī)氮和無(wú)機(jī)磷，直接合成有機(jī)氮和植物蛋白質(zhì)[2]，可有效降低水體中的氮素含量[3]。水生植物有發(fā)達(dá)的根系，通過(guò)光合作用產(chǎn)生的氧經(jīng)過(guò)莖葉傳送到根部周圍，有利于硝化細(xì)菌的生長(zhǎng)，增強(qiáng)硝化作用，加快氮的吸收。

3 硝化細(xì)菌在魚菜共生系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 硝化細(xì)菌的作用。養(yǎng)殖水體中的氨氮與亞硝態(tài)氮對(duì)于魚類有危害作用，水中硝酸鹽濃度在0.5 mg/L 以下時(shí)，魚類才能健康存活，硝化作用及亞硝化作用則是水體中氮循環(huán)的重要角色。水體中自然的硝化系統(tǒng)作用時(shí)間非常慢，需要人為添加硝化細(xì)菌來(lái)保證硝化作用的正常進(jìn)行。

3.2 魚菜共生系統(tǒng)中硝化細(xì)菌的應(yīng)用現(xiàn)狀。硝化細(xì)菌在水產(chǎn)養(yǎng)殖中具有比較重要的應(yīng)用價(jià)值，可以改善傳統(tǒng)水產(chǎn)養(yǎng)殖中靠換水來(lái)處理養(yǎng)殖水的情況[6]，維護(hù)良好的水產(chǎn)養(yǎng)殖生態(tài)環(huán)境的作用。在國(guó)內(nèi)外硝化細(xì)菌應(yīng)用于魚菜共生的案例已有很多，但目前應(yīng)用于大規(guī)模商業(yè)化推廣方面仍面臨許多問題。硝化細(xì)菌的活性受外界環(huán)境的變化影響，主要受到溫度、溶解氧、pH值、鹽濃度、有機(jī)物濃度、底物濃度、光照和抑制劑的影響[7]。Grommen 等[8]利用硝化細(xì)菌制劑去除養(yǎng)殖水體中氨氮以及亞硝酸鹽，證明水體中的氨氮和亞硝酸鹽濃度可在氧化反應(yīng)后有效地降低。李長(zhǎng)玲等[9]證明添加了硝化細(xì)菌后，水體環(huán)境得到改善，增強(qiáng)了魚苗的抗應(yīng)激能力。

4 對(duì)魚菜共生系統(tǒng)使用硝化細(xì)菌的建議

目前硝化細(xì)菌實(shí)際應(yīng)用到水產(chǎn)養(yǎng)殖中過(guò)程中都多多少少存在一些問題，硝化細(xì)菌的種類及復(fù)合配比的比例等都會(huì)影響硝化細(xì)菌的作用。

硝化細(xì)菌的固定化技術(shù)是目前提高硝化能力比較高效的方法，固定化細(xì)胞技術(shù)可以使微生物量保持在較高的濃度，提高細(xì)胞的機(jī)械強(qiáng)度，減少外界環(huán)境的影響，提高處理效率。固定化微生物的制備方法主要有包埋法、交聯(lián)法、吸附法、共價(jià)結(jié)合法。但是目前固定化微生物脫氮技術(shù)價(jià)格較高，且固定化微生物顆粒壽命較短，至今未大規(guī)模使用[10]。Shinichi Akizuki[11]在水體中添加了載體，來(lái)降低硝化細(xì)菌的光抑制作用，提高了硝化細(xì)菌的活性。因此，進(jìn)一步開發(fā)經(jīng)濟(jì)、高效的硝化細(xì)菌固定化技術(shù)，研究硝化細(xì)菌不同品種的合理配比十分重要。