碳酸氢铵防治轮虫及其对螺旋藻生长的影响

韩建明，郑宏倩

（江苏省农科院原子能农业利用研究所，江苏南京 210014）

螺旋藻（spirulina）作为人类未来重要的健康营养资源，自上世纪70年代开始工厂化、商品化生产以来，其养殖规模、养殖方式和养殖技术都得到了很大的发展[1－3]。然而，随着室外大规模开放式生产体系的形成，经济简易营养液配方的应用及盐碱湖水、海水和污水的资源化利用[4－6]，螺旋藻高成本投入和高环境要求的产业属性正在逐渐弱化，胁迫螺旋藻生长的逆境因素也愈来愈多，有些甚至是毁灭性的，轮虫（wheel animalcule）危害即是其中之一。轮虫是一群微小的多细胞原腔动物，主要以微型浮游生物（藻类、原生动物等）、细菌、有机碎屑等为食，体长0．04～2 mm，大多不超过0．5 mm，孤雌生殖为主，繁殖速度极快，几乎呈“爆发式”增殖。螺旋藻藻池受轮虫污染初期，早晨观察池面藻体间呈现有锈红色的点斑状或不规则线状，如不防治，数天内即可将藻丝吃光，导致绝收。由于轮虫和螺旋藻生长的适宜温度和光照等自然环境条件具有相当程度的重叠性，加之其遇不良环境特有的隐生（cryptosis，俗称假死）特性及卵遇逆境胁迫时呈休眠状态，既耐旱又抗寒，生存能力极强，对一般药物不敏感[7－8]，因此一旦爆发极难根治。笔者早在1996年螺旋藻大规模养殖实践中，经过多种化学制剂和方法的研究筛选，发现碳酸氢铵（NH4HCO3）杀灭轮虫的效果十分显著，并沿用至今，安全有效地解决了螺旋藻生产中轮虫危害的难题，为区域性螺旋藻产业的快速健康发展作出了积极的贡献。

1 材料和方法

1．1 等量（22 L）提取受轮虫严重污染的同一开放式螺旋藻培养池藻液置于露天食品周转箱中，施用碳酸氢铵进行杀虫试验，碳酸氢铵用量为 50 mg/L、100 mg/L、150 mg/L、200 mg/L、250 mg/L、300 mg/L、350 mg/L、400 mg/L 和 500 mg/L，分别在处理后 0．5 h、1．0 h、2．0 h、4．0 h、8．0 h、16．0 h 和 24．0 h 用吸管吸取充分搅拌均匀的带虫藻液通过显微镜观察统计轮虫的死亡数（包括已失去活动能力的个体）和活体数，比较碳酸氢铵不同用量在不同时间内的杀虫效果。试验期间平均气温24．5℃。开放式螺旋藻池培养液的基础配方为：NaHCO310．0 g/L,NaNO31．0 g/L,NaCl 1．0 g/L,KCl 0．5 g/L,KH2PO40．25 g/L，MgSO40．1 g/L,FeSO40．01 g/L,CO(NH2)20．05 g/L。藻体生长过程中营养物添补模式一般为：NaHCO30．3 g/L/3 d，CO(NH2)20．01 g/L/d，具体视藻体生长速度、收获量、水分蒸发及降雨等情况而定。

1．2 等量（22L）提取未受轮虫污染的同一开放式螺旋藻培养池藻液置于露天食品周转箱中，施用碳酸氢铵作为螺旋藻培养液的添加物，碳酸氢铵用量为150 mg/L、200 mg/L、250 mg/L和300 mg/L（考虑到试验的主要目的是防治轮虫，参照1．1杀虫试验的结果，碳酸氢铵＜150 mg/L用量未作处理，也未设添补其它N源处理作对照），处理后分别在24 h(D1)、48 h(D2)、和72 h(D3)用721分光光度计测定螺旋藻藻液的OD560值，比较不同处理间螺旋藻群体生长增殖（OD560增加值）的差异。试验期间日平均气温为24～26℃。开放式螺旋藻池培养液的基础配方和藻体生长过程中营养物的添补模式同1．1。

1．3 生产实践中，考虑到白天和夜间螺旋藻生长特性的不同和轮虫活动分布特点的差异，随机将受轮虫污染危害的开放式螺旋藻培养池分成两组，分别在上午8：00－9:00时和下午19:00－20:00时进行杀虫处理，碳酸氢铵用量为200 mg/L，并分别于24 h、48 h、72 h后用721分光光度计测定螺旋藻藻液的OD560值，比较碳酸氢铵不同时间防治轮虫螺旋藻生长的差异。试验期间日平均气温为 25～26℃。

2 结果和分析

2．1 由表1可以明显看出：碳酸氢铵用量为500 mg/L时，半小时左右几乎100%的轮虫个体完全丧失活性，碳酸氢铵用量为400～300 mg/L时则大概需要1．0～2．0 h；碳酸氢铵用量在250～200 mg/L时，经过8～16 h杀虫效果可达到95%以上；碳酸氢铵用量为150 mg/L时，即使在一天一夜后尚有10%以上的轮虫个体存活。当碳酸氢铵用量为50－100 mg/L时，根据本试验观察到的结果，24 h内的轮虫防治效果只有50%左右或者更低，很显然这在螺旋藻大规模开放式养殖实践中无实际应用价值。

表1 碳酸氢铵不同用量对螺旋藻培养液轮虫的防治效果Tab.1 The control efficiency of NH4HCO3by dose

2.2 图1所示，碳酸氢铵用量为300 mg/L时，对螺旋藻群体的生长有一定的伤害和抑制作用，这种影响尤以最初24 h最为明显（OD560增加值为负），其后逐步恢复，72 h后趋于正常，这一结果可能与NH4HCO3溶水后初期高浓度NH3的集中释放、相对较高的NH4-N浓度产生一定的毒副作用抑制螺旋藻细胞生长或直接导致藻体死亡有关[9]；当碳酸氢铵用量为150～200 mg/L时，螺旋藻群体生长效应始终表现为正值，并在处理后24～48 h间出现一个明显的增殖高峰，第3天生长趋缓，这无疑与NH4HCO3溶水后为螺旋藻细胞生长提供了适宜的NH4-N源所致；当碳酸氢铵用量为250 mg/L时，螺旋藻群体的生长效应虽然仍为正值，但小于150～200 mg/L处理，这表明在此浓度下，螺旋藻细胞的增殖已受到某种程度的影响，而且这种影响会延续（但有较大弱化）达48 h，第3天则完全恢复，这种先抑后扬的生长过程应该与NH4HCO3溶水后培养液中NH3和NH4-N的浓度随着搅拌挥发和藻细胞吸收而发生改变有关。由此可见，施用碳酸氢铵作为螺旋藻培养液的添加物，在150～200 mg/L时对螺旋藻细胞的生长增殖有着相对较好的积极作用，但当用量达到250～300 mg/L时，螺旋藻群体的生长增殖会受到相对不同程度的抑制和伤害。

2.3 图2所示，碳酸氢铵不同时间防治轮虫，螺旋藻的生长表现出一定的差异，这种差异主要出现在最初24 h内，其后基本消失。这种差异现象的出现可能与螺旋藻的生长增殖特性和轮虫的活动分布特点在白天、夜间有所不同有关。白天由于光照影响，轮虫一般分散在螺旋藻培养液的中下层，而在夜间则喜聚于中上层，结合碳酸氢铵溶水后其水解产物NH3的挥发性质来看，上午8:00-9:00时施用碳酸氢铵防治轮虫较之19：00-20:00时防治处理在最初12 h内的杀虫效率可能会稍低，从而造成相对更多的藻体细胞损失。但由于总的防治效果在24 h后并没有实质性的差异（表1），因而24 h后两种处理藻体生长的速度趋于一致。

图1 碳酸氢铵不同用量对螺旋藻生长的影响Fig.1 The influence on spirulina growth of NH4HCO3

图2 碳酸氢铵不同时间防治轮虫螺旋藻生长的差异Fig.2 The influence on spirulina growth of NH4HCO3by time

3 讨论

在螺旋藻大规模开放式培养过程中，面对复杂无序的自然环境及一些人为因素的影响，轮虫的污染危害是不可避免的，其对螺旋藻产量的影响也是相当大的，有时甚至是灾难性的。考虑到螺旋藻产品主要作为人类健康营养食品，使用常规药物（如硫酸铜、敌百虫、敌杀死等）进行防治，既存在严重的质量安全隐患，又极易对螺旋藻细胞本身产生毒害[10]。NH4HCO3虽然也是一种化学合成物质，但其分解过程中并无有害的中间产物，最终分解产物亦无毒、无害、无残渣、无污染，既环保又安全。并且NH4HCO3水解过程中产生的HCO3-、CO2还可直接补充为螺旋藻生长所需的C源，NH4+则可直接补充为N源。因此，选择碳酸氢铵防治轮虫如果使用确当对防治轮虫和提高螺旋藻产量可以起到双赢的效果。参照本文试验结果，螺旋藻大规模开放式养殖过程中利用碳酸氢铵防治轮虫的适宜用量（以杀虫为主要目的）推荐为200 mg/L左右，此用量8～16 h内防治效果可达95%以上，同时对螺旋藻群体的生长增殖几乎不存在实质性的影响。但在实践中，这一用量应根据培养液连续使用时间的长短，藻体细胞和培养液渗透压差的大小（暴雨侵袭后短时间内渗透压差会加大），轮虫危害程度的轻重，培养液中有机污染物的多少（藻细胞、微生物、浮游动植物、昆虫等生物体的死亡和腐解及风、雨、污水、灰尘、肥料等均可能导致有机污染物的增加），培养液N含量水平的高低，藻群体密度的大小及气候等因素进行调节。培养液连续使用时间越长（有害物质积累多）、藻体和培养液渗透压差越大（藻细胞易破裂）、有机物污染越重（藻细胞抗环境条件突变能力差）、藻群体密度越小（藻细胞吸收消耗的NH4-N总量相对较少）等，碳酸氢铵用量应适当降低，反之则可适当增加。碳酸氢铵用量为150 mg/L时，一方面在处理后长达16 h内有60%左右轮虫还没有被杀死，危害仍在相当程度上持续扩大，这将导致螺旋藻产量进一步损失；另一方面虽然在处理24 h后防治效果亦可能近90%，但大面积进行轮虫防治时，碳酸氢铵质量差异、人工操作均匀程度、培养液搅拌导致NH3的挥发、尤其是有效杀死轮虫时间过程越长气候更是变幻莫测（特别在多雨季节）等因素，都可能导致防治效果的下降。加之考虑到轮虫极强的繁殖能力，选用这一剂量无疑存在着短时间内轮虫再度爆发危害的风险，并由此还可能更容易产生轮虫抗性的积累。尽管如此，实践中这一剂量可以推荐在螺旋藻培养池尚未受到轮虫污染或污染极其轻微时作为预防目的应用。当在螺旋藻池基础培养液使用初期阶段并且其N含量水平处于相对较低水平而藻细胞密度又相对较高时，如发生轮虫严重危害，参照本文的试验结果，笔者认为碳酸氢铵施用量也可谨慎加大至250～300 mg/L，处理后伴以较长时间的连续性搅拌，这样能够达到尽快地消除并可以在一定程度上和一定时间内根治轮虫危害的目的。

轮虫依靠体皮渗透作用进行呼吸，需要较高的溶解氧。白天螺旋藻利用阳光进行光合作用，吸收二氧化碳放出氧气，再加上光线较强（轮虫适宜光照为全暗-10 000 Lx），因此轮虫较多分散于培养液的中下层；夜间螺旋藻呼吸耗氧，导致螺旋藻生长池内溶解氧含量下降，加之轮虫具有一定的趋光性，星月、灯光均可诱导其聚集于培养液的上表层。考虑到NH4HCO3水解过程中在一定时间内形成的高浓度NH3具有向上挥发的特性，因此试验中19:00-20:00时进行碳酸氢铵杀虫处理后螺旋藻群体的生长表现在最初24 h要稍优于8:00-9:00时处理。尽管如此，实践中具体防治时间应根据天气状况、轮虫危害程度及便于人工操作等实际情况灵活安排。

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