淡水养殖池塘中水体碳氮比对养殖环境的影响

施沁璇　王俊　盛鹏程　罗毅志　吴琦芳　黄小红　叶雪平

摘要：2015年对浙北地区温室中华鳖、外塘中华鳖、加州鲈、乌鳢、翘嘴红鲌5个淡水养殖品种在1个养殖周期内的养殖水及周边外河水中碳、氮含量进行调查测定，分析不同养殖品种及周边外河水体中的碳氮比（简称CN）水平。结果显示，各养殖品种养殖水体中总有机碳（简称TOC）含量随养殖时间的延长而增加，总氮（简称TN）含量随养殖时间的延长先增加后减少，在8月达到最大值；而水体中CN则随养殖时间先减小后增加，且在8月达到最小值；比较养殖水体和周边外河水中的CN，结果显示，温室中华鳖养殖池水中CN最低为065；翘嘴红鲌养殖池水中最高为559，各养殖品种间差异显著（P<005），但作为养殖水源的周边各外河水间无显著性差异。此外，相关性分析显示，高 CN 的养殖水体水质显著优于（P<005）低CN的养殖水体水质，说明养殖后期适当添加额外碳源，提高养殖水体CN，可能是改善养殖环境的有效途径。

关键词：淡水养殖；养殖品种；碳氮比；养殖环境；总有机碳（TOC）含量；总氮（TN）含量

中图分类号： X714文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2017）21-0186-04

收稿日期：2016-06-16

基金项目：浙江省公益技术研究农业项目（编号：2016C32075）。

作者简介：施沁璇（1989—），女，浙江嘉兴人，助理工程师，主要从事渔业水域生态环境保护研究。E-mail：shizhuhuan@163com。

通信作者：叶雪平，推广研究员，主要从事渔业水域生态环境保护研究。E-mail：yxp900@sinacom。

生物絮团技术（biofloc technology，简称BFT）是指通过向养殖水体中大量投饵补充有机碳物质，保持一定的碳氮比，从而定向调控养殖系统微生物群落并且利用微生物转换水中的氨态氮成为菌体蛋白，显著提高饲料利用的一种新型养殖技术1]。该技术通过调控养殖水体的碳氮比（简称CN），可以改善养殖水质、节约养殖成本，近年来广泛应用于罗非鱼、草鱼、鳙鱼等淡水鱼类的生产养殖过程中1-4]。已有的研究结果表明，乌鳢、加州鲈等淡水经济鱼类养殖池塘中的主要污染物为有机污染物和氮，养殖水体中化学需氧量、氨氮、亚硝酸盐氮等含量过高不仅影响水质，还容易导致病害的发生，但却未见针对养殖水体中CN的相关研究报道5-6]。本研究通过分析浙北地区主要淡水养殖区外河及不同淡水养殖品种池塘水体中的CN水平，探讨不同养殖品種间的差异及其在养殖周期内的变化规律，阐述水产养殖对周边水环境质量的潜在影响，指出提高养殖池塘中CN的措施。

1材料与方法

11样品采集与测定方法

根据SCT91023—2007《渔业生态环境监测规范第3部分：淡水》，于2015年5—11月期间每月1次（其中，外塘中华鳖采样时间为2015年6—11月，每月1次；温室中华鳖采样时间为2015年1—4月，每半月1次），对浙北地区（湖州市、嘉兴市）较大规模、具有代表性的21家单一品种养殖场进行7次定点采样调查，涉及中华鳖（温室+外塘）、加州鲈鱼、乌鳢、翘嘴红鲌等5个养殖品种，同步采集养殖池塘（温室）及其周边外河水样，具体分布见表1。按照HJ 501—2009《水质总有机碳的测定燃烧氧化-非分散红外吸收法》、HJ 636—2012《水质总氮的测定碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法》、HJ 535—2009《水质氨氮的测定纳氏试剂分光光度法》、HJT 84—2001《水质无机阴离子的测定离子色谱法》分别测定水样中总有机碳、总氮、氨氮、亚硝酸盐氮的含量。

12数据分析

原始数据经Excel 2010初步整理后，采用SPSS 130进行单因素方差分析，并用Duncans检验法进行多重比较分析。

2结果与分析

21不同养殖品种养殖水体中总有机碳、总氮及CN在养殖周期内的变化规律

观察比较不同养殖品种在养殖周期内水体中总有机碳（简称TOC）、总氮（简称TN）及CN的变化规律，结果如图1至图3所示。其中，温室中华鳖为人工控温养殖，不参与比较；外塘中华鳖的采样周期为2015年6—11月，其余养殖品种采样周期均为2015年5—11月。

由图1、图2可知，养殖周期内不同养殖品种池水中TOC含量随养殖时间的延长，尤其是在养殖后期呈增加趋势；不同养殖品种池水中TN含量随养殖时间的延长而增加，且均在8月达到最大值，其中外塘中华鳖为356 mgL、加州鲈为 654 mgL、乌鳢为172 mgL、翘嘴红鲌为575 mgL，之后随着养殖时间的增加，水体TN含量有所下降。

由养殖周期内不同养殖品种水体中TOC和TN的含量及其变化，计算得到外塘中华鳖、加州鲈、乌鳢、翘嘴红鲌4种不同养殖品种在养殖周期内水体CN的变化规律。图3显示，各养殖品种水体CN随养殖时间呈“V”形，即开始水体CN随养殖时间的延长而下降，到8月达最小值，其中外塘中华鳖为 326 mgL、加州鲈为251 mgL、乌鳢为 129 mgL、翘嘴红鲌为346 mgL，之后随着养殖时间的延长而上升。

22养殖周期内不同养殖品种养殖水体中TOC、TN、氨氮、亚硝酸盐氮的平均含量及CN

由表2可知，不同养殖品种养殖水体中TOC和TN含量均为温室中华鳖养殖池塘最高，分别达到4816、7429 mgL，显著高于其他养殖品种（P<005），而外塘中华鳖养殖池塘最低，分别为1224、289 mgL。以TOC和TN含量为基准，计算得到5种不用养殖品种养殖水体中的CN。结果显示，温室中华鳖池水中CN最低，为065，翘嘴红鲌池水中CN最高，为559。各养殖品种间均差异显著（P<005），提示不同养殖品种对养殖水体中的CN影响较大。各养殖品种养殖水体中，氨氮、亚硝酸盐氮含量均为温室中华鳖池最高，分别为725、077 mgL，显著高于除乌鳢池外其余养殖品种养殖池塘（P<005）；外塘中华鳖池塘氨态氮含量最低，为090 mgL，翘嘴红鲌池塘亚硝酸盐氮含量最低，为004 mgL。比较不同CN条件下，各养殖水体中氨态氮、亚硝酸盐氮含量。由图4可知，养殖水体中氨态氮、亚硝酸盐氮含量随着CN的增加呈下降趋势。因此，不同养殖品种养殖池塘中，高CN水体中氨态氮、亚硝酸盐氮含量少于低 CN 水体，水质状况为高CN水体优于低CN水体。endprint

23养殖周边外河水中TOC、TN含量及CN

测定结果（表3）显示，温室中华鳖、外塘中华鳖、加州鲈、乌鳢、翘嘴红鲌5种不同养殖品种周边外河水中TOC含量范围在904～956 mgL之间，TN含量范围在254～278 mgL之间，CN在351～358之间。外河水中TOC、TN平均含量分别为940、265 mgL，CN平均为355。方差分析显示，不同养殖品种养殖池塘周边外河水体中TOC、TN含量及CN间均无显著性差异，外河水体中CN较为恒定，周边不同种类养殖品种对外河水体中CN影响较小。

3结论与讨论

1989年，以色列学者Avbimelech等提出生物絮团反应机制理论，并将其应用到实际养殖生产中，其中合理的CN是形成生物絮团的必要条件7-8]。养殖水体中的CN指能够被异养微生物利用的有机碳源（总有机碳）与总氮的比值，反映养殖水环境是依靠何种机制清除氮累积，体现水体的自净能力9]。在传统的水产养殖中，水体中的碳主要来源于光合作用和饲料，氮主要来源于饲料。试验结果显示，在养殖过程中，养殖水体中的TN含量随养殖时间的延长先增加后减小，在8月达到最大值，与对虾精养池塘中的TN含量变化一致10]。大量氮随着残饵、粪便及代谢产物等残留在养殖系统内无法被利用，导致养殖水体中TN的累积，水体TN含量的升高使得养殖水体中的CN随养殖时间的延长而下降11]。此时，水体中C含量不足，无法满足异养微生物的需求，抑制了异养微生物的同化作用，导致养殖水体CN的降低。此后，随着水体中C含量大于N含量，使得养殖后期水体的 CN 有所增加。因此在一个养殖周期内，养殖水体CN在8月达到最小值。

研究显示，生物絮团系统内异养微生物的生长速度是硝化细菌的10倍，代谢速率比硝化细菌高40倍，可以实现对有毒氮的快速异养转化，养殖水体中CN>10就可以有效改善水质12-15]。当养殖环境中CN<10时，异养微生物主要利用有机氮源，氨化作用导致氨态氮含量增加；而当CN>10时，养殖环境中的有机氮和无机氮均可得到利用，氨态氮、亚硝酸盐氮可以被消耗9]。本试验结果显示，浙北地区温室中华鳖、外塘中华鳖、加州鲈鱼、乌鳢、翘嘴红鲌5种养殖品种在正常生产条件下，水体CN均小于10，水体中氮累积量较高，抑制了异养微生物的生长，无法完全消除养殖水体中的氨态氮、亚硝酸盐氮等有害物质。然而，不同养殖品种间，水体 CN 的明显差异也引起了养殖水体中氨态氮、亚硝酸盐氮的差异（图1）。氨态氮和亚硝酸盐氮作为制约水产养殖环境的主要胁迫因子，一般认为，当养殖水体中氨态氮浓度超过 5 mgL、亚硝酸盐氮浓度达到01 mgL时，就会对养殖动物产生危害16-17]。本试验结果显示，低CN的温室中华鳖和乌鳢2种养殖品种池水中氨态氮和亚硝酸盐氮含量均超过或已接近上述临界危害值，而高CN的翘嘴红鲌和外塘中华鳖2种养殖品种池水中氨态氮和亚硝酸盐氮含量则显著低于（P<005）温室中华鳖养殖水体。这可能与较高的环境CN可以刺激异养微生物的生长，通过竞争获得更多的氧气和空间，抑制自养细菌的生长，实现对无机氮的同化作用有关12，18-19]。因此，提高CN可以有效降低养殖水体中氨态氮、亚硝酸盐氮等有毒氮的累积，净化水体改善养殖环境，这与孙盛明等对团头鲂的研究结果20]一致。

浙北地区地处长江三角洲杭嘉湖平原腹心地带，河网密布、河道纵横，池塘养殖均以周边外河水作为养殖水源。研究结果显示，浙北地区不同养殖品种池塘周边外河水体中TOC、TN含量及CN水平相近，各外河间无显著性差异。因此，不同的养殖品种可能是各养殖池水间出现CN显著差异的主要原因。在传统的精养模式中，水产动物对饵料的利用率仅为20%～30%，大量残饵、粪便及代谢产物残留在养殖系统内无法利用21-22]。CN合理的条件下通过絮凝化作用形成的生物絮团不仅可以净化水体，还可以作为理想的饵料被水产动物摄食利用，提高饲料的利用率，减少对饲料的需求，提高经济效益23-24]。因此，生物絮团对水产养殖的另一个重要意义体现在其具有多方面的饵料价值，不同养殖品种养殖池水中CN的显著差异可能会引起饲料利用率的不同，从而对养殖环境造成不同的影响。

研究显示，低CN的温室中华鳖、乌鳢2种养殖品种，养殖水体CN低于周边外河，水体自净能力差，可能对周边环境造成潜在威胁。温室中华鳖在养殖过程中往往被密集养殖且大量投喂饲料，富含高蛋白的饲料被摄食后用于生长的相对较少，多数会被动物代谢排放，饵料系数高，饲料利用率低，使得养殖系统内N含量严重过量而C含量相对不足，CN比极低，易造成多种疾病和环境负担25]。同样的现状也存在于乌鳢的养殖过程中，其投喂冰鲜饵料的养殖方式虽然近年来正在被逐步研究改進，但传统高密度养殖模式依然是浙北地区乌鳢养殖的主要方式。因此，在养殖后期可以通过适当添加额外的碳源，提高养殖水体CN，促进生物絮团的形成，从而改善其养殖环境26]。与低CN养殖品种不同，翘嘴红鲌和外塘中华鳖2种养殖品种的养殖水体CN高于周边外河水平，水体中氨态氮、亚硝酸盐的含量低，表明养殖水体具有较好的自净能力。朱学宝研究发现，鲢鱼、罗非鱼可以有效利用生物絮团作为它们的直接饵料，营养效果良好27]。因此笔者认为，除了微生物的快速异养转化外，这可能与翘嘴红鲌、外塘中华鳖可以利用生物絮团作为其饵料饲料有关，但它们具体的利用率和营养效果有待进一步研究。

参考文献：

1]ZK（#]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

2]Crab R，Defoirdt T，Bossier P，et alBiofloc technology in aquaculture：beneficial effects and future challengesJ] Aquaculture，2012，356：351-356

3]Crab R，Kochva M，Verstraete W，et alBio-flocs technology JP3]application in over-wintering of tilapiaJ] Aquacultural Engineering，2009，40（3）：105-112endprint

4]卢炳国，王海英，谢骏，等 不同CN水平对草鱼池生物絮团的形成及其水质的影响J] 水产学报，2013，37（8）：1220-1228

5]刘乾甫，赖子尼，杨婉玲，等 珠三角地区密养淡水鱼塘水质状况分析与评价J] 南方水产科学，2014，10（6）：36-43

6]杭小英，周志明，李倩，等 不同养殖模式对南美白对虾生长、病害发生与水质的影响J] 江苏农业科学，2014，42（5）：191-193

7]Avnimelech YCarbonnitrogen ratio as a control element in aquaculture systemsJ] Aquaculture，1999，176（3）：227-235

8]Hari B，Kurup B M，Varghese J T，et alThe effect of carbohydrate addition on water quality and the nitrogen budget in extensive shrimp culture systemsJ] Aquaculture，2006，252（2）：248-263

9]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

10]ZK（#]罗亮，李卓佳，张家松，等 对虾精养池塘碳、氮和异养细菌含量的变化及其相关性研究J] JP3]南方水产科学，2011，7（5）：24-29

11]刘海春，刘志国，董学洪罗氏沼虾养殖池塘水质变化规律研究J] 江苏农业科学，2011，39（6）：397-399

12]Hargreaves J APhotosynthetic suspended-grwoth systems in aquacultureJ] Aquacultural Engineering，2006，34（3）：344-363

13]Ebeling J M，Timmons M B，Bisogni J JEngineering analysis of the stoichiometry of photoautotrophic，autotrophic，and heterotrophic removal of ammonia-nitrogen in aquaculture systemsJ] Aquaculture，2006，257（1）：346-358

14]Schneider O，Sereti V，Eding E H，et alAnalysis of nutrient flows in integrated intensive aquaculture systemsJ] Aquacultural Engineering，2005，32（34）：379-401

15]Goldman J C，Caron D A，Dennett M RRegulation of gross growth efficiency and ammonium regeneration in bacteria by substrate C ∶N ratioJ] Limnology and Oceanography，1987，32（6）：1239-1252

16]Tovar A，Moreno C，Manuel-Vez M P，et alEnvironmental impacts of intensive aquaculture in marine watersJ] Water Research，2000，34（1）：334-342

17]Miranda-Filho K C，Pinho G L L，Wasielesky W，et alLong-term ammonia toxicity to the pink-shrimp Farfantepenaeus paulensisJ] Comparative Biochemistry and Physiology Part C（Toxicology & Pharmacology），2009，150（3）：377-382

18]Satoh H，Okabe S，Norimatsu N，et alSignificance of substrate CN ratio on structure and activity of nitrifying biofilms determined by in situ hybridization and the use of microelectrodesJ] Water Science and Technology，2000，41（45）：317-321

19]Zhu S M，Chen S LEffects of organic carbon on nitrification rate in fixed film biofiltersJ] Aquacultural Engineering，2001，25（1）：1-11

20]孫盛明，朱健，戈贤平，等 零换水条件下养殖水体中碳氮比对生物絮团形成及团头鲂肠道菌群结果的影响J] 动物营养学报，2015，27（3）：948-955

21]Azim M E，Verdegem M C J，Singh M，et alThe effects of periphyton substrate and fish stocking density on water quality，phytoplankton，periphyton and fish growthJ] Aquac Res，2003，34（9）：685-695

22]van Dam A A，Beveridge M C M，Azime M E，et alThe potential of fish production based on periphytonJ] Rev Fish Biol Fish，2002，12（1）：1-31

23]李彦罗非鱼养殖水体中添加碳源对水质及生长的影响D] 上海：上海海洋大学，2012

24]van Hamersveld E H，van der Lans R G J M，et alThe role of lipids in the flocculation of Saccharomyces cerevisiaeJ] Biotechnology and Bioengineering，1997，56（2）：190-200

25]许国焕，郑连春，赵新安，等 不同蛋白含量的饲料对幼鳖生长影响的初探J] 水利渔业，2003，23（1）：51-52

26]钱伟，陆开宏，郑忠明，等 碳源及CN对复合菌群净化循环养殖废水的影响J] 水产学报，2012，36（1）：1880-1890

27]朱学宝细菌絮凝体对滤食性鱼类饵料效果的研究J] 水产学报，1989，13（4）：339-345endprint