低溫季節凡納濱對蝦室內生物絮團養殖研究

周 暉，韓滿強,2，湯保貴，伍栩民，杜書敏，譚瑞華，龔漢夫，林志豪，何益荀，鐘育麒，林桂騰

( 1.廣東海洋大學 水產學院，廣東省普通高校南海水產經濟動物增養殖重點實驗室，廣東 湛江 524088； 2.湛江海思特水產科技有限公司，廣東 湛江 524088 )

凡納濱對蝦(Litopenaeusvannamei)原產于中、南美洲太平洋沿岸，是世界養殖產量最高的三大優良蝦種之一。根據《2019中國漁業統計年鑒》[1]數據顯示，2018年我國凡納濱對蝦海水養殖產量為1.118×106t，同比增長3.4%。隨著凡納濱對蝦養殖區域和產量的不斷增加，暴露的問題也越來越多，如種質退化、病害頻發、藥物濫用、環境惡化等[2]。疾病暴發一直是困擾我國對蝦產業可持續發展的嚴重問題，各種病害頻發，使我國對蝦養殖業遭受了重創[2-3]。有研究表明[4]，在高密度養殖系統中，魚蝦只能利用人工飼料中20%～30%的營養物質，其余70%～80%的物質會以殘餌以及生物代謝物形式在系統中快速積累，產生大量有毒的氨氮、亞硝態氮，導致養殖水質惡化，是病害暴發的重要原因。傳統清水養殖模式占用寶貴的水資源，還帶來了環境污染以及水產動物病害擴散等問題，已逐漸成為一種不可持續的養殖模式，因此研究者紛紛開始探索健康高效的對蝦養殖新模式，而生物絮團養殖模式就是主要研究方向之一[3]。

Avnimelech[5]系統地論述了生物絮團技術的原理，促進了生物絮團技術在水產養殖產業中的推廣運用；Crab等[6]指出，生物絮團不僅可去除養殖水體中的氮，還可將這些氮轉化為養殖對象的天然食物，通過營養物質的循環利用提高飼料營養的轉化效率；Burford等[7-9]的研究也證實，生物絮團作為食物為養殖對象的生長做出了貢獻；Kuhn等[10-12]報道了在凡納濱對蝦的飼料中可以用生物絮粉部分代替魚粉，并評估了飼料中來源于魚粉和生物絮粉的氮對凡納濱對蝦生長的相對貢獻[12]。生物絮團可以被養殖對象利用的這一特點，相較于其他水質處理技術具有重要的優勢。

近年來生物絮團技術運用于凡納濱對蝦養殖的研究報道很多。孫振等[11,13-14]報道了生物絮團對凡納濱對蝦生長和健康具有積極的影響；張亞卓等[15]研究了低鹽度魚蝦混養條件下，生物絮團的營養組分及凡納濱對蝦對生物絮團的攝食效率；張哲等[16]則研究了不同碳源對凡納濱對蝦育苗水體中生物絮團結構、營養成分、細菌群落及水質的影響；王超等[17]發現，生物絮團技術在凡納濱對蝦零水交換養殖系統中應用后，在75%投餌水平下，生物絮團養殖的凡納濱對蝦基本保持正常的生理健康水平，且養殖產量不受影響；Lara等[18]研究表明，凡納濱對蝦在生物絮團系統中養殖可以節約25%的配合飼料。但在低溫季節采用生物絮團模式養殖凡納濱對蝦的效果尚未見報道。筆者在秋冬季低溫養殖條件下，評估在投餌水平為70%時，生物絮團養殖的凡納濱對蝦的生長和飼料利用情況，并測試生物絮團技術是否有助于維持養殖系統較高的水溫，為生物絮團技術的推廣運用提供基礎資料。

1 材料與方法

1.1 試驗對蝦

試驗用凡納濱對蝦由湛江海思特水產科技有限公司提供，在實驗室暫養4周，以使其適應實驗室養殖條件，并收集養殖尾水用于生物絮團培養。養殖試驗設置絮團組和清水組，每組3個70 cm×50 cm×60 cm試驗桶，每桶隨機投放凡納濱對蝦[(3.17±0.37) g]18尾。

1.2 生物絮團培養

收集暫養期間的凡納濱對蝦養殖尾水作為氮源，紅糖作為碳源，加入復合芽孢桿菌(Bacillusspp.)制劑(珠江水產研究所水產藥物試驗廠)培養生物絮團。設定養殖水體碳氮比為20∶1，參照文獻[5]的公式計算碳源添加量。

1.3 對蝦養殖試驗管理

試驗飼料選用對蝦飼料[正大飼料(湛江)有限公司)]。每日8:30、12:30和17:30投喂飼料，清水組凡納濱對蝦飽食投喂。為準確計算攝食量和飼料轉化效率等參數，需要在投喂時注意觀察凡納濱對蝦攝食狀態，盡可能減少殘餌。絮團組添加預先培養好的生物絮團濃縮液，使絮團桶的初始絮團含量達到1 mL/L。綜合Burford等[7,9,17]研究結果，將絮團組的投喂量設定為清水組的70%，每次投喂時均根據清水組凡納濱對蝦攝食量調整絮團組投喂量。

暫養及養殖用海水均來源于對蝦養殖場周邊海區，通過添加曝氣自來水將鹽度調節到10(對蝦來源養殖池的海水鹽度)，儲存在實驗室循環水系統中。清水組的3個桶每日清污換水約10%，絮團組不換水，養殖期間水體保持充氣狀態，維持水體溶解氧水平>5 mg/L。絮團組在養殖過程中添加紅糖作為額外碳源，添加量按照文獻[5]的公式計算，在每日下午投喂結束時用海水溶解后添加。復合芽孢桿菌制劑按使用說明每2 d添加1次，每次每桶添加粉劑10.5 g。養殖試驗自2019年11月22日至2020年1月4日，養殖期42 d。試驗期間保持自然光照周期，每次投喂前記錄水溫。

1.4 試驗樣品采集

試驗開始時測定每尾凡納濱對蝦的初始體質量，隨機分組后對各組凡納濱對蝦的初始體質量進行統計分析和多重比較，各組凡納濱對蝦初始體質量無顯著差異。試驗結束后，采集各桶所有凡納濱對蝦個體，測量體質量。試驗期間，每日中午用英霍夫錐形管測定絮團組各桶的絮團含量，并于試驗結束后采集各桶絮團。凡納濱對蝦肌肉在烘箱中105 ℃烘干至恒等質量以測定水分含量，凡納濱對蝦肌肉、飼料和絮團的粗蛋白采用凱氏定氮法測量，粗脂肪采用氯仿—甲醇抽提法測量，灰分采用550 ℃馬福爐灰化法測量[19]。

1.5 生長參數計算

質量增加率(wWGR，%)、特定生長率(RSG，%/d)、飼料轉化率(RFC，%)、蛋白質效率(RPE，%)、平均日攝食率(RADF，%)等生長參數計算公式參考文獻[20-21]，并根據本試驗設計調整參數。

wWGR=(mt-m0)/m0×100%

(1)

RSG=(lnmt-lnm0)/t×100%

(2)

RFC=(mn-m0×18)/mi×100%

(3)

RPE=(mn-m0×18)/mp×100%

(4)

RADF=mf/[St×m0×(1+RSG×t)]

(5)

式中，mt為平均每尾蝦終末體質量(濕質量，g)，m0為試驗凡納濱對蝦初始平均體質量(濕質量，g)，mn為每個桶收獲的試驗蝦總質量(濕質量)；t為飼喂天數(d)；mi為每桶試驗蝦攝食飼料總量(風干質量，g)；mp為平均每尾蝦攝食飼料蛋白質的質量(風干質量，g)，18為每個桶初始試驗凡納濱對蝦數量(尾)；mf為每個桶的凡納濱對蝦在t日投喂總量(風干質量，g)，St為t日桶內凡納濱對蝦數量(尾)。

1.6 試驗數據統計分析

試驗用SPSS 19.0進行數據的統計分析，在多個樣本的觀察值服從正態分布及各組間方差平齊的情況下用單因素方差分析，P<0.05表示差異顯著。若樣品數據方差不平齊，則用非參數統計中的Kruskal-Wallis檢驗。溫度與對蝦平均日攝食率的關系采用Pearson相關性分析。

2 結果與分析

2.1 養殖水溫變化

清水組凡納濱對蝦42 d養殖期間的水溫變化見圖1。由圖1可見，養殖期間水溫波動范圍17.2～23.5 ℃。養殖水體溫度自試驗開始第1天的22.3 ℃逐漸波動降至第13天的17.2 ℃，此后又逐漸波動上升，在第25天恢復到22 ℃，并維持在22～23 ℃直到試驗結束。自試驗的第13天開始增加測定絮團組水溫，波動范圍 16.7～23.9 ℃。統計分析結果表明，31～42 d時絮團組的平均水溫為(23.2±0.4) ℃，顯著高于清水組的平均水溫(22.6±0.5) ℃(P<0.05)。

圖1 凡納濱對蝦42 d養殖期間的水溫

2.2 絮團組絮團含量變化

絮團組絮團含量在試驗開始后1～3 d 下降，此后逐漸上升；受降溫影響，19～21 d絮團含量也出現下降，此后波動上升并在第28天達到最高值(3.6 mL/L)，隨后又逐漸下降，并在最后7 d穩定在約1.6 mL/L(圖2)。

圖2 42 d養殖期間絮團組絮團含量變化

在本試驗養殖過程中，觀察到絮團組的生物絮團呈黃褐色，沉降性能良好，沉淀15 min后上清液清澈透明，絮團與水體分界清晰；鏡檢絮團(圖3)可見大量菌膠團，以絲狀菌為骨架，非絲狀菌填充其中，結構密實；同時可以觀察到原生動物、輪蟲、枝角類和橈足類等生物。

圖3 生物絮團

2.3 平均日攝食率變化

在42 d養殖期間，清水組飽食投喂，觀察凡納濱對蝦在秋冬季水溫波動狀態下攝食率的變化情況。

凡納濱對蝦在整個試驗期間的日攝食率為1.31%～2.66%，平均日攝食率為(1.87±0.30)%。試驗開始后10～20 d的降溫過程(溫度17.2～20 ℃)導致凡納濱對蝦平均日攝食率有所下降[(1.75±0.25)%]，但與試驗其余日期(溫度20.4～23.5 ℃)的平均日攝食率[(1.91±0.30)%]差異不顯著(P>0.05)(圖4、圖5)。Pearson相關性分析結果也表明，在本試驗中溫度與凡納濱對蝦平均日攝食率并無顯著性差異(P>0.05)。

圖4 42 d養殖期間凡納濱對蝦的平均日攝食率散點圖

圖5 42 d養殖期間凡納濱對蝦平均日攝食率與溫度的散點圖

2.4 絮團組和清水組凡納濱對蝦生長和飼料利用情況

分別測定試驗飼料和試驗結束時絮團的成分，結果見表1。

表1 飼料和生物絮團成分(干質量) %

絮團組凡納濱對蝦的終末體質量、質量增加率和特定生長率與清水組無顯著差異，而絮團組凡納濱對蝦的飼料轉化效率和蛋白質效率顯著高于清水組(表2)。

表2 絮團組和清水組凡納濱對蝦生長和飼料利用情況

2.5 絮團組和清水組凡納濱對蝦肌肉成分比較

絮團組和清水組凡納濱對蝦的肌肉成分無顯著差異(表3)。

表3 絮團組和清水組凡納濱對蝦肌肉成分(濕質量) %

3 討 論

3.1 生物絮團的培養

在養殖水體中培養生物絮團，目標是使有益菌群在細菌群落中占據優勢，從而抑制對蝦致病菌或者潛在致病菌，并清除養殖水體中的有害物質和有機污染物[6]。芽孢桿菌是水產養殖中最具代表性的常用益生菌[22]，能廣泛適應各種養殖環境，可以通過脫氮作用與反硝化作用降低水體中的氨氮和亞硝態氮的含量。有研究發現，在對蝦養殖水體中添加芽孢桿菌，不僅可以凈化水質，優化水體中微生物群落結構[23]，提高對蝦的餌料利用率，還能增強對蝦自身的免疫活力[24]。但是在一般養殖環境中芽孢桿菌等有益菌往往不占優勢，需要定向培養或直接添加[25]。在本試驗養殖過程中，通過向養殖體系中定期添加復合芽孢桿菌制劑，以維持其在絮團系統中的優勢度。

培養芽孢桿菌等益生菌還需要保證水體環境中有足夠的碳、氮營養供應。Avnimelech[5]論述了水體中碳氮比對生物絮團形成的調控機制。微生物碳氮比約為4～5，在干燥情況下碳水化合物的含碳量一般為50%，以此計算可知微生物利用1份氮素需要同時利用8～10份碳水化合物。由于養殖水體中含有大量殘餌和糞便，碳氮比通常低于10；要使水體中碳氮比達到10以上，就需要持續向水體中添加適當的碳源，從而使有益菌進一步增殖并形成穩定的生物絮團，成為養殖水體的優勢菌群[5]。碳源的選取應優先考慮來源與成本，通常選用葡萄糖、蔗糖、淀粉等不污染環境的食品原料，以及麥麩、玉米粉等農副原料等[26]。蔗糖是實驗室培養生物絮團的常用碳源，易于被益生菌利用吸收，使益生菌快速增殖并在水體中形成穩定的生物絮團[16]。本試驗中，通過直接添加紅糖(蔗糖)調節水體的碳氮比，添加量根據Avnimelech[5]公式計算確定。

在本試驗養殖過程中觀察到的生物絮團與田道賀等[27]所描述的硝化型生物絮團類似。秦海鵬等[28]研究發現，在10～30的鹽度內，養殖水體的鹽度越高生物絮團生長越快，并且在養殖過程中各組水體的絮團含量均會呈現先升后降的趨勢。筆者選用的養殖鹽度為10，在試驗過程中絮團含量也表現出先升后降的變化規律。試驗結束時收集的生物絮團粗蛋白含量為(6.99±0.63)%(表1)，遠低于其他凡納濱對蝦絮團養殖研究的數值(25%～35%)[15-16]，這可能是因為本試驗中絮團組的投餌量僅為清水組的70%，源于飼料的蛋白轉化為生物絮團蛋白的量較少。雖然絮團形成條件(碳源、氮源和微生物等)和絮團粒徑的差異等眾多因素均會影響生物絮團粗蛋白含量[15-16, 29-30]，但本試驗絮團中較低的粗蛋白含量也表明絮團組凡納濱對蝦充分利用了源于飼料的粗蛋白。

3.2 絮團組和清水組水溫比較

生物絮團養殖模式對水溫的影響尚未見研究報道。在本試驗中，從養殖水溫最低的第13天開始，分別測定了絮團組和清水組的水體溫度變化。雖然在13～30 d中，兩組水溫無顯著差異，但在31～42 d，絮團組水溫顯著高于清水組，這可能是因為隨著溫度的逐漸上升，絮團組中活躍的生化反應和更高含量的懸浮物有助于維持較高的水體溫度。不過本試驗結果也表明，絮團組水溫上升的效應只有在水溫高于22 ℃后才逐漸顯現。考慮到絮團組還有無需換水的優勢，生物絮團模式相對于傳統清水養殖模式更適于低溫季節凡納濱對蝦養殖，與溫室大棚相結合可更有效地維持養殖水體溫度。

3.3 凡納濱對蝦日攝食率的變化

陳昌生等[20]研究發現，凡納濱對蝦存活、攝食及生長的適宜水溫為18～35 ℃，最適水溫為30～33 ℃，水溫18 ℃以下時，攝食量減少。在整個養殖周期中，清水組水溫低于18 ℃的時間有6 d，但最低溫度只是17.2 ℃，與18 ℃無明顯差異，因此凡納濱對蝦在整個試驗期間的日攝食率受溫度影響有一定波動，但差異不顯著。養殖期間，清水組的平均水溫(21.3±2.0) ℃，凡納濱對蝦的平均日攝食率(1.87±0.30)%，低于陳昌生等[20]研究結果(21 ℃、2.35%)，這可能是因為本試驗中所使用凡納濱對蝦個體相對較大的緣故。

3.4 絮團組和清水組凡納濱對蝦體成分比較

Chan-Vivas等[31]研究發現，生物絮團養殖的對蝦由于在養殖過程中運動較多，其肌肉更加緊致，口感更好；在對本試驗生物絮團養殖的凡納濱對蝦進行采樣時也發現，其肌肉的確更加緊致。不過并未發現絮團組和清水組凡納濱對蝦體成分存在顯著差異，葛海倫等[32]在生物絮團養殖對羅氏沼蝦(Macrobrachiumrosenbergii)體成分的研究中也發現了同樣現象。這可能是因為絮團組和清水組凡納濱對蝦的蛋白和脂肪均來源于相同飼料，因此生物絮團養殖模式下凡納濱對蝦的體成分并未產生顯著影響。

3.5 絮團組和清水組凡納濱對蝦生長和飼料利用效率比較

在本試驗中，凡納濱對蝦生長緩慢，飼料轉化效率不高，這主要是因為養殖期間水溫較低，抑制了對蝦的攝食和生長[20]。清水組凡納濱對蝦的飼料轉化效率為27.97%，略高于陳昌生等[20]的研究結果(21 ℃、26.87%)。眾多研究結果已表明，對蝦可以通過利用生物絮團中的營養物質，從而提高飼料利用效率。申玉春等[33]利用13C作為天然示蹤物，發現高位養殖池生態系統中的天然餌料能為凡納濱對蝦的生長提供能源物質，且貢獻比率會隨人工飼料的投喂而降低；Burford等[7]使用15N示蹤技術研究發現，生物絮團系統中養殖的凡納濱對蝦的確攝食了富含15N的生物絮團，對蝦保留的蛋白質中有18%～29%是由生物絮團提供；Gamboa-delgado等[12]將養殖結束后收集的生物絮團干粉作為替代蛋白源，以不同比例(0%、25%、50%、70%和100%)替代凡納濱對蝦飼料中的魚粉，進行了29 d的養殖試驗，發現替代25%魚粉時，凡納濱對蝦的生長速度無顯著變化；Cardona等[9]使用雙源單同位素混合模型，計算出生物絮團對細角濱對蝦(L.stylirostris)幼蝦碳和氮的生長貢獻率分別為39.8%和36.9%。在本試驗中，絮團組凡納濱對蝦的投喂率設定為清水組凡納濱對蝦的70%，42 d的養殖試驗結果表明，絮團組凡納濱對蝦的終末體質量、質量增加率和特定生長率與清水組無顯著差異，而飼料轉化效率和蛋白質效率顯著高于清水組，與王超等[17-18]對凡納濱對蝦生物絮團養殖的研究結果相似。本試驗結果佐證了生物絮團技術的確可以提高飼料的利用效率，減少飼料的浪費這一結論。下一步的研究將設計凡納濱對蝦投餌量梯度試驗，確定在生物絮團養殖模式下，飼料轉化效率最高、養殖效益最好的投餌量，并采用穩定同位素示蹤技術定量生物絮團在對蝦生長中的貢獻。

4 結 論

在平均水溫約21 ℃的低溫季節及鹽度10的實驗室養殖條件下，初始體質量(3.17±0.37) g的凡納濱對蝦在生物絮團中養殖時，投餌量只有清水養殖的70%，特定生長率與在清水中養殖無顯著差異，飼料轉化效率顯著提高。