海水池塘养殖水体中氨氮的变化规律研究

严正凛刘瑞义严志洪胡家财张 静

(1.集美大学水产学院，福建 厦门361021；2.福安县水产科学技术推广站，福建 宁德355000；3.秀屿区水产技术推广站，福建 莆田351146）

海水池塘养殖是水产养殖的重要组成部分。在集约化池塘养殖中，如何有效减少残饵等有机物的积累与控制氨氮的浓度，即如何使得氨氮浓度在养殖动物最适宜的范围内，是池塘养殖管理的核心问题。

经过多年的深入实践与研究，阐明了海水池塘养殖中关键水质因子氨氮的变化规律、调控机理及对微生物、氧气、pH、微藻等相关因子的影响，进而建立了采用稳定微生物相、增氧、稳定微藻相、稳定pH值、提高碳氮比等综合方法以畅通氨化作用和硝化作用通道的水质调控技术，并与鱼虾贝多营养层次生态混养模式有机结合，形成了海水池塘养殖综合调控技术，使得池塘水质稳定良好，物质和能量良性循环转换与高效利用，养殖尾水达标排放。本文详尽阐明了氨氮在池塘养殖水体中的变化规律、调控机理以及对相关因子的影响，为集约化池塘养殖水质调控技术提供指导和理论依据。

1.氨氮及亚硝酸盐的毒性

氨氮由非离子氨（NH3）和离子铵（NH4+）2种形式组成。由于非离子氨为非极性化合物，不带电荷，有相当大的脂溶性，半径较小，容易穿透细胞膜毒害组织，其毒性为离子铵的50倍，所以氨氮的毒性主要集中在非离子氨上。而亚硝酸盐是养殖水体中另一种常见的含氮毒性污染物，主要由氨经过亚硝化细菌的转化而来。氨氮浓度的大小是形成亚硝酸盐积累的重要原因。水中亚硝酸盐浓度过高对鱼虾会产生毒害，主要表现在影响鱼虾体内氧的运输、重要化合物的氧化及损坏器官。一般认为养殖对象可承受的范围为：TAN＜0.5mg／L，NO2--N＜0.5mg/L。

2.微生物及氧气对氨氮的硝化作用

氮循环中许多氧化还原反应是在微生物的新陈代谢过程中进行的。自养硝化细菌降解氨态氮分2个相对独立而又联系紧密的阶段：

第一个阶段将NH3氧化为NO2-，这个阶段称为亚硝化作用或氨氧化作用，由亚硝化细菌来完成：

第二个阶段将NO2-氧化为NO3-，由硝化细菌来完成：2HNO2+O2→2HNO3+能量。

可见，硝化作用是微生物亚硝化细菌和硝化细菌在有氧条件下进行的反应。溶解氧是水产养殖动物的生命要素，是影响微生物代谢的重要因素。硝化细菌是一种喜欢氧的细菌，在缺氧的情况下硝化细菌无法高效吸收氨及亚硝酸盐。

3.pH值对氨化作用和硝化作用的影响

NH4+在水中最根本的反应是：

pH值高时，意味着OH-多，发生反应（1），离子态铵氮向非离子氨转化；pH值低时，意味着H+多，发生反应（2），非离子氨向离子态铵转化。

反过来考虑，当离子态铵NH4+浓度较高时，第一个反应向正反应非离子氨NH3方向移动，则OH-浓度降低，pH值降低，偏酸性；当非离子氨NH3较高时，第二个反应向正反应离子态铵NH4+方向移动，则H+浓度降低，pH值升高，偏碱性。这说明非离子氨和离子态浓度对pH的影响。

pH值对亚硝酸盐积累的影响有两方面：一方面是亚硝酸菌本身生长需要有合适的pH环境，另一方面是由于高pH下非离子氨的生成，从而抑制了硝酸菌的活性。由此可见，pH值不仅对硝化菌的生长有影响，而且还影响非离子氨浓度，从而影响硝化细菌的活性和硝化类型。氨化作用、硝化作用、固氮作用都以弱碱pH值7.0-8.5最适宜。

可见，pH值对氨化作用和硝化作用有很大影响。

4.池塘中藻类对氨氮的影响

微藻是养殖池塘水生生态系统中的初级生产者，对构建稳定的水环境发挥着重要作用。微藻可吸收和转化水体中的氨氮(NH3-N+NH4+-N)、亚硝酸氮(NO2--N)等营养盐，有效地调节水质，其经光合作用合成的有机物，可再通过养殖动物食物链来影响水生生态系统，并可调节养殖池塘水体的溶解氧含量。

池塘养殖最头疼的问题之一就是池塘“倒藻”。发生"倒藻"时，首先溶解氧会下降，二氧化碳会增加，使pH值迅速下降。其次，氨氮、亚硝酸盐偏高。藻类含有大量的蛋白质，死亡之后会在微生物的作用下进行氨化反应生成氨氮，继而进行硝化反应生成亚硝酸盐和硝酸盐。亚硝酸盐是氨转化为硝酸盐的中间产物，对鱼虾毒性较强，是诱发疾病的重要因素。在氧气充分、水体中N积累不是过多的情况下，亚硝酸盐很容易转化为硝酸盐。

蓝藻适应性强，对于环境条件要求低，对溶氧下降等情况有较强的耐性。“倒藻”后，氨氮、亚硝酸盐升高。蓝藻能够耐受氨氮、亚硝酸盐，同时可以利用它们快速生长，导致蓝藻爆发。

水中的微生物会大量繁殖，反过来抑制藻类的生长。在池塘生态系统中，藻类的种群和数量（即藻相）与微生物的种群和数量(即微生物相）是密切相关的。微生物通过其自身分泌物的直接作用或通过其自身代谢产物的间接作用而影响藻相；同时，藻类通过在池塘中的光合作用而影响微生物相，进而影响氨氮及亚硝酸氮的。

4.1 池塘中藻类对pH的影响

池塘中生物呼吸产生二氧化碳，pH值下降，藻类或植物光合作用消耗二氧化碳，pH值上升。池塘中的生物呼吸可以看成是24小时连续进行的，而光合作用则是随着白天日光辐射增加而增加，而晚上则停止。而引起池塘水体pH变化的原因是水体中生物活动（呼吸作用和光合作用）导致溶解的无机碳（DIC，包括游离CO2、H2CO3、HCO3-和CO32-）浓度变化所造成的。当呼吸作用大于光合作用时（夜间），DIC增加，pH值下降；当光合作用大于呼吸作用时（白天），DIC减少，pH值上升。藻类光合作用对pH的影响是最大的。

4.2 总碱度和总硬度对pH变化的影响

pH值变化是随着[CO2]而变化的，单位CO2变化所引起的pH变化幅度取决于总碱度的浓度，总碱度越高，pH变化幅度越小。也就是说，总碱度对pH有比较强的缓冲作用。在水中，总碳酸包含了HCO3-和CO32-。水体中的总碳酸当量约等于总碱度（总碱度约等于HCO3-+两倍CO32-）。

HCO3-在三种形态的碳酸化合物的总量中占80%以上。也就是说，天然水中的碳酸化合物主要以HCO3-的形式存在，CO2、H2CO3的浓度相对较低。pH值的大小，主要由水体中CO2、CO32-、HCO3-浓度的比例决定（CO2通过影响CO32-盐与HCO3-盐的含量来影响水体pH），而水体中的CO2、HCO3-、CO32-是可以相互转化的。

4.3 水体的缓冲能力与CaCO3含量有关

高Ca2+水体碳酸含量低，CaCO3含量也低；高碳酸水体Ca2+低，CaCO3含量也低。从水体稳定性能来看，Ca2+浓度大约等于CO32-的水体，其缓冲能力最强。所以，高Ca2+低CO32-或低Ca2+高CO32-的水体缓冲能力都偏低。因此，在适应于水产养殖的pH范围内，八大离子中只有CaCO3会随着pH的变化而发生沉淀与溶解。

一般情况下，在碱度、硬度低的池塘水体中，CO2供应不足，光合作用效率低，氨氮往往偏高。高氨氮再加上高pH值，犹如雪上加霜，容易造成养殖动物氨中毒。

pH值的变化对水产养殖动物和水体水质均有很大的影响。海水养殖pH值一般控制在7.5～8.5。每一种水生生物都有适合其生长的最佳pH范围，超过这个范围，其生长都会受到抑制，甚至死亡。

5.碳氮失衡

氨氮过剩是集约化海水养殖池塘中常见的水质问题，其本质就是氮过剩、碳不足，即碳氮失衡。因为光合作用已经不能完全同化所产生的氨氮，而大量增氧的高浓度氧的存在限制了池塘中的生物脱氮。碳能不足造成池塘水体中的生物种群饥荒，从而引发各种各样的细菌病和寄生虫病。

池塘的承载能力由生产力决定。所谓生产力，是有机碳和氧的输入。对于高密度养殖来说，池塘中所产生的氨氮可通过天然生产力加人工生产力来解决：

天然生产力：16NH4++92CO2+92H2O+14HCO3-+H3PO4→C106H263O110N16P+106O2

人工生产力：NH4++7.08CH2O+HCO3-+2.06O2→C5H7O2N+6.06H2O+3.07CO2

天然生产力是利用光合作用将氨氮转化为藻体蛋白：C106H263O110N16P；人工生产力是通过人工输入碳水化合物和氧气将氨氮转化为菌体蛋白：C5H7O2N。

只要总生产力与氨氮负荷相适应，就可以维持池塘的正常生态系统，保持良好的水环境，避免养殖动物病害的发生。

多年实践表明，在海水池塘养殖生产中，准确把握池水中的氨氮变化规律及调控机理，应用水质调控技术与鱼虾贝多营养层次生态混养模式相结合的综合调控技术，可使得养殖水体中的非离子氨浓度NH3≤0.02mg/L，无机氮浓度（以N计）≤0.5mg/L，氨氮含量保持在适宜养殖动物生长的范围之内，未发生“倒藻”，池塘水质稳定良好，养殖病害大大减少；年亩产值在15000元以上，经济效益提高50%以上，取得了显著的生态效益和经济效益。