生物絮团的培养及影响因素

魏磊+赵兴文+孙述好

摘 要：该研究选择2种氮源（氯化铵和人工配合饲料）对生物絮团进行培养实验。经12d的培养，结果表明：第1～5天，饲料组生物絮团的沉降量高于氯化铵组。第5天时，氯化铵组和饲料组的生物絮团量分别达到1.6mL/L和3.2mL/L；第6～10天，氯化铵组生物絮团沉降量高于饲料组。第10天时，氯化铵组和饲料组的生物絮团量分别达到6.5mL/L和6.1mL/L；第11～12天，饲料组生物絮团的沉降量高于氯化铵组。至实验结束，氯化铵组和饲料组生物絮团形成量分别达到7.2mL/L和8.8mL/L。所以采用投喂人工配合饲料培养生物絮团的方式效果更好。

关键词：生物絮团培养；氯化铵；人工配合饲料；沉降量

中图分类号 S964 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2017）20-0082-03

生物絮团技术最初由法国海洋开发研究所于20世纪70年代初提出，如今，在对虾有限水体交换养殖模式中生物絮团技术得到了广泛应用。在实际生产中，人们更多的是将生物絮团技术作为一种养殖水体处理技术，而对生物絮团的营养价值缺乏足够的重视。从组成成分来看，生物絮团是由以菌胶团、絲状细菌为核心，附着微生物胞外产物胞外聚合体，附聚异养菌、硝化菌、脱氮细菌、藻类、真菌、原生动物等生物形成的絮团[1]。其干物质包含超过50%的粗蛋白，2.5%的粗脂肪，4%的纤维，7%的灰分以及22kJ/g的能量，且颗粒大小适合杂食性和滤食性鱼类摄食[2]。本实验选择氯化铵和人工颗粒饲料作为氮源分别进行生物絮团的培养，同时探讨了影响生物絮团培养效果的影响因素，从而为生物絮团的收集和营养成分分析奠定基础。

1 材料与方法

1.1 供试材料

1.1.1 实验药品 蔗糖：分析纯，蛋白含量0.7%，碳水化合物含量96.6%，钙含量约0.157%，钾含量约0.24%。氯化铵：分析纯，有效成分含量≥99.5%。碳酸氢钠：分析纯，有效成分含量≥99.5%。锦鲤人工配合饲料：粗蛋白≥32.0%，粗脂肪≥4.0。

1.1.2 实验仪器 见表1。

1.1.3 其他实验器材 500mL烧杯、500mL量筒、1000mL量筒、25mL比色管、10mL比色管、80目筛娟网、胶头吸管、三角烧瓶等。

1.2 试验方法 实验在大连海洋大学集约化养殖实验室内进行，以30L的水族箱作为培养单元，每组加水28L，置于阴凉通风处，避免强烈的阳光直射，在生物絮团培养期间不换水，生物絮团的培养方法如下：

1.2.1 水源 实验分为2组，每组3个重复。实验使用充分曝气的自来水作为水源，第一组，以氯化铵作为N源，蔗糖作为碳源，按碳氮比15∶1进行添加，第二组，每个水族箱放入体重50±3g的长尾彩鲫一尾，以锦鲤配合饲料作为氮源，蔗糖作为碳源，按碳氮比15∶1添加，添加配方见表2。

1.2.2 添加菌种 使用复合芽孢杆菌作为菌种，菌种来自于运城金林生物科技有限公司的复合芽孢杆菌粉，活菌总数≥500亿个/g。

1.2.3 营养物质添加 每天早上08：00测定水质指标后添加营养物质，满足生物絮团对于营养成分的需求。添加量见表2。

2 结果与分析

2.1 水质指标的变化 2组氨氮曲线均呈先上升后下降的趋势（图1）。第1～5天，氯化铵组和饲料组的氨氮浓度均呈显著上升趋势。至第5天时，达到峰值，分别为1.306mg/L、1.239mg/L。这是由于前期水体中生物絮团形成量不足，对于氮源的利用量低于添加量，从而造成水体中氨氮浓度不断积累。第6～12天，氯化铵组和饲料组的氨氮浓度均表现为迅速下降，第12天时，达到最低值，分别为0.072mg/L、0.074mg/L。原因在于，随着生物絮团形成量的增加，水体中异养细菌对氮源的需求量大于添加量，从而使水体中的氨氮浓度呈下降趋势。实验结果与鲁璐等[3]通过生物絮凝技术净化水产养殖污水效果研究相似，他们采用生物絮团技术使氨氮去除率达到40.85%。实验期间，氯化铵组和饲料组的亚硝酸盐浓度总体均呈上升趋势，第12天时达到最大值，分为0.0695mg/L和0.0946mg/L（图2）。这于李朝兵等[4]生物絮团培养实验结果相近。他们在生物絮团培养过程中，第1～9天，水体亚硝酸盐含量从0.05mg/L升至0.17mg/L，第10时，亚硝酸盐浓度开始下降，至第17天时，降至0.04mg/L。2组pH值均保持在7.0～8.5，总体呈下降趋势。异养微生物在新陈代谢过程中会消耗水体中的碱度，同时会释放出大量的二氧化碳，使得水体pH值总体呈下降趋势。为了促进生物絮团的形成，保持适宜的水体pH值是生物絮团培养过程中的关键环节之一。在本实验期中，两组的pH值均保持在适宜于异养微生物生长繁殖的范围内，在7.5～8.5上下波动，为生物絮团的形成提供了碱度和良好的水质条件。

2.2 生物絮团的形成量及影响因素 2组生物絮团形成量随着实验的进行均不断地增加（图4）。第1～5天，饲料组生物絮团的沉降量高于氯化铵组。第5天时，氯化铵组和饲料组的生物絮团量分别达到1.6mL/L和3.2mL/L。原因在于前期生物絮团形成量不足，对氮源的需求量不大，而饲料组中鱼类在水体中的活动起到了缓慢搅动水体的作用，增加了异养微生物之间彼此碰撞的频率，间接的增强了生物絮凝作用；第6～10天，氯化铵组生物絮团沉降量高于饲料组。第10天时，氯化铵组和饲料组的生物絮团量分别达到6.5mL/L和6.1mL/L；这是因为随着生物絮团形成量的增加，异养细菌对氮源的需求量随之增大。氯化铵作为无机氮源可以直接被异养细菌利用，促进了异养微生物生长繁殖速率。而人工配合饲料则需要经过鱼类的摄食、消化、排氨作用才能够被异养细菌利用。第11～12天，饲料组生物絮团的沉降量高于氯化铵组。至实验结束，氯化铵组和饲料组生物絮团形成量分别达到7.2mL/L和8.8mL/L。原因可能在于到实验后期，饲料组水体中残饵形成了众多的微小颗粒，而生物絮团在形成的过程中会对水体中的悬浮物、胶体颗粒，游离状态的益生菌以及部分可溶性物质进行网捕、过滤、吸收和吸附作用[5]。异养丝状细菌以这些微小颗粒为核心，附着在颗粒的外围同时附聚一些藻类、原生动物等形成生物絮团。因此，这些微小饲料颗粒的存在可能促进了生物絮凝作用的进行。endprint

除了上述因素以外，生物絮团培养过程中还受到以下几种因素的影响：

2.2.1 曝气 在生物絮团形成的过程中充分的曝气是必要的技术环节之一，高强度的曝气主要有4个方面的作用：（1）一般生物絮团技术多应用于水产生物的高密度养殖，养殖对象的呼吸需氧量较大，同时在生物絮团系统中存在着较大生物量的异养微生物，也需要消耗大量的水体溶氧；（2）保持生物絮团处于悬浮状态；（3）在曝气的同时也起到了搅动水体的作用，随着水体的流动不易在局部形成死水区；（4）有利于水体中二氧化碳的逸出。此外，在曝气的同时还需要对水体的搅拌作用，通过缓慢地搅动水体，使得细胞间彼此碰撞的几率增大，有利于生物絮团的形成；同时还需避免过于强烈的搅拌，强烈的搅动引起湍流，间接增加了细胞间的剪切力，使得生物絮团的直径减小甚至会导致生物絮团的细胞分散，从而降低了水体的絮凝效果[6]。

2.2.2 温度 生物絮团微型生态系统本身就是一个有机的生态群落，温度的变化在影响微生物生长繁殖、生理代谢的同时也直接或间接地影響到生物絮团系统的形成与稳定。一般认为，温度过高或过低对于生物絮团系统的形成都是不利的。Kerishna（1999）提出，在温度过高时，异养微生物通过分泌胞外多糖，从而抑制生物絮团的形成。Wilen（2000）的研究表明，在较低的温度条件下，生物絮团的形成时间较之高温条件下会更长，原因可能在于在低温条件下，异养微生物自身的酶活性较低，生长代谢过程受到抑制，导致异养微生物的数量较低。然而，在实际的生产过程中，水体温度的调控并不容易，尤其是对大水体的养殖池塘。目前的研究结果表明，在20～25℃时比较有利于生物絮团的形成[7-8]。

2.2.3 pH 养殖水体的pH影响生物絮团系统的形成与稳定[9]。养殖水体pH值的波动对异养微生物的生长繁殖存在着潜在的影响，而在生物絮团系统的形成过程中也会使得养殖水体的pH值发生变化。根据目前的研究结果，异养微生物在利用水体中的氨氮作为N源、有机碳作为C源合成自身菌体蛋白的过程中，同时也会使得养殖水体中的碱度下降，研究表明，在合成菌体蛋白的过程中，异养微生物每利用1g的氨氮大约能够吸收15.17g单糖、4.17g溶氧以及3.57g碳酸钙碱度，同时会释放9.65g二氧化碳。生物絮团系统本身就是一种异养微生物微型生态系统，系统内存在着较大生物量的异养微生物群落，当外界条件适宜时，异养微生物在生长繁殖的过程中会释放大量的二氧化碳进入养殖水体，如不及时排除进而会引起养殖水体pH值下降，这一观点也在Mclotnsh（2001）的研究中得以证实。

3 结论

综上所述，采用投喂人工配合饲料培养生物絮团的方式效果更好。使用氯化铵作为氮源培养生物絮团虽然也能获得成功，但生物絮团的形成量相对较低。同时，在培养生物絮团的过程中，应注意保持适量曝气、适宜的水温及水体pH。

参考文献

[1]赵培.生物絮团技术在海水养殖中的研究与应用[D].上海：上海海洋大学，2011.

[2]Azim M.E.，Verdegem M.C.J.，Singh M.，et al.The effects of periphyton substrate and fish stocking density on water quality，phytoplankton，periphyton and fish growth [J].Aquaculture Research，2003，34（9）：685-695.

[3]鲁璐，罗国芝，谭洪新.生物絮凝技术处理水产养殖用水效果的初步研究[J].渔业现代化，2010，37（6）：6-10.

[4]李朝兵.生物絮团作为鳙饵料的研究与应用[D].上海：上海海洋大学，2012.

[5]邱维.城市污水生物絮凝强化一级处理+生物膜过滤技术试验研究[D].重庆：重庆大学，2001.

[6]Goldlllan，J.C.，Caron，D.A.，Dennett，M.Rammonium regeneration in bacteria by Oceanography，1987.32（6）：1239一1252 Regulation of gross growth efficiency and substrateC：N ratio[J].Limnology and Oceanography，1987，32（6）：1239-1252.

[7]Serfling， S.A.Microbial flocs：natural treatment method supports fresh-water， marine species in recirculating systems.Global Aquaculture Advocate，2006，9：34-36.

[8]Avnimelech，Y."Bio-filters：The need for a new comPrehensive approach[J].Aquacultural Engineering，2006，34（3）：172-178.

[9]Chen，J.C.，Chen，J.M.Arginase specific activity and nitrogenous excretion of Penaeus japonicus exposed to elevated ambient ammonia[J].Mar.Ecol.Prog.Ser，1997，153：197-202.

（责编：张宏民）endprint