微生物对水产养殖水质调控作用研究

文/徐帅琳

微生物对水产养殖水质调控作用研究

文/徐帅琳

本实验研究了光合细菌、放线菌、枯草芽孢杆菌三种细菌优化配比成的复合功能菌去除养殖水体有机氮效果。结果表明，光合细菌、放线菌、枯草芽孢杆菌混合培养生态制剂能有效去除养殖水体中的有机氮，对高浓度的氨氮、亚硝酸盐氮的去除率可达99.6%和94%。

一、前言

我国是渔业大国，养殖产量居全球之首。20世纪以来，随着我国水产养殖规模、养殖集约化程度和养殖产量的快速提高，养殖内源性污染日益严重。养殖水体中产生的内源性高浓度有机氮不仅直接危害养殖生物，还会引起养殖病害发生，如何有效控制养殖水体中有机氮浓度一直是水产养殖的关键问题。

养殖水体去除污染的方法包括物理、化学和综合处理等，但物理和化学方法容易带来二次污染，并对生态环境的稳定性造成不良影响。生物技术修复是环境工程领域新兴的环境改良技术，脱氮微生物复合培养技术具有高效、不污染环境等特点，越来越引起人们的重视，已有不少关于养殖水体生物脱氮的理论和应用方面研究，并取得了一定的生态及社会效益。

本文通过研究光合细菌、放线菌、枯草芽孢杆菌在生物脱氮方面的特性，筛选出优势种群，同时充分利用微生物之间协作关系，通过复合培养使三种菌协作对养殖水体高浓度有机氮进行去除，并优化出三种菌的最佳配比，从而为水产养殖水体有机氮的净化处理及多菌种养殖水体净化制剂的研制应用提供实验依据。

二、材料与方法

（一）菌种与来源

本实验选取三种菌，包括光合细菌（沼泽红假单胞菌）、枯草芽胞杆菌、放线菌（细黄链霉菌）菌种。

（二）菌种活化及扩培

将光合细菌接种于对应的液体培养基30℃光照及厌氧条件下培养5天，备用。

将枯草芽孢杆菌、放线菌分别接种于相应的固体培养基平板上37℃恒温培养24小时～36小时，活化后，分别接种于对应的液体培养基，于37℃恒温摇床培养36小时～48小时。

（三）实验水体的预处理

实验水为山西省临汾市水产站实验基地的池塘水，5000ml三角瓶盛装。向经预处理的实验水体中接入供试菌，实验对照不接菌。定时测定其中的微生物含量，氨氮含量，亚硝酸盐氮含量，溶解氧和pH值。室温下培养（25℃～31℃）。

（四）水质测定方法

pH采用精密pH试纸测定，溶解氧（DO）采用碘量法（GB 7489-1987）测定，氨氮含量采用纳氏试剂分光光度法（HJ 535-2009）测定，亚硝酸盐氮含量采用水质亚硝酸盐氮的测定分光光度法（GB 7493-1987）测定。

三、结果与分析

（一）微生物对水体中氨氮、亚硝酸盐氮的最适去除条件

分别在不同温度、pH值、菌种接种量、水体溶氧（DO）及时间等条件下测定了光合细菌、放线菌、枯草芽孢杆菌对水体中氨氮，亚硝酸盐氮的作用，得到三菌株的最适作用条件，详见表1。

从表1可看出，光合细菌是一类兼性细菌，其对水质DO和pH值的要求不严格且接种量小，一般浓度为10mg/L，但作用时间较长，一般为8d左右。而放线菌和枯草芽孢杆菌为好氧菌，其对有机质的去除要以O2为电子受体，因此须有一定浓度的DO，在此基础上去除速率很快，但接种量较大。因此在对养殖水体的有机污染进行净化时，必须根据水体介质的实际情况和三菌株各自的生态类型和特点来选用复合菌株。

表1　三菌株对氨氮、亚硝酸盐氮的最适去除条件

（二）单一菌株对水体中氨氮、亚硝酸盐氮的去除

为研究单一菌株对水体中氨氮，亚硝酸盐氮的去除，试验在各菌株的最适去除条件范围内进行，即pH值为7.2，温度30℃，DO>6.0mg/L。为使试验具有可比性，三菌株的接种量均采用0.2%。试验分别测定了三株菌在水体氨氮含量1800mg/L时的去除作用，结果见图1。同时测定了三株菌在水体亚硝酸盐氮含量为1000mg/L的去除作用，结果见图2。

图1 三株菌对氨氮的去除

由图1可知，三株菌对氨氮都具有很高的去除率，放线菌和枯草芽孢杆菌的去除率达到71.9%和72.9%，光合细菌对氨氮的去除最彻底，去除率为94.3%。放线菌去除速率最快，去除时间约为72小时；枯草芽孢杆菌的去除速率次之，去除时间约为144小时；光合细菌去除速率最慢，去除时间约为192小时。在氨氮被去除前，水体中的氨氮都有不同程度的升高，原因是菌种刚接入，其生长繁殖利用了水体中的营养物质造成了氨氮浓度的升高，由于光合细菌是兼厌氧性的，其生长繁殖造成水体氨氮浓度比初始浓度有很大升高。

图2 三株菌对亚硝酸盐氮的去除

由图2可知，放线菌和光合细菌对水体的亚硝酸盐氮无去除作用，枯草芽孢杆菌对水体的亚硝酸盐氮的去除效果则很好，去除率在84.3%以上。

（三）复合菌株对水体氨氮、亚硝酸盐氮的去除

试验结果表明，放线菌和光合细菌只去除水体的氨氮，对亚硝酸盐氮则无作用，枯草芽孢杆菌对水体中的氨氮和亚硝酸盐氮都有去除作用，但其去除氨氮的效果不如光合细菌。三种菌中光合细菌对氨氮的去除最为彻底，但耗时长，放线菌对氨氮的去除速率很快，但不够彻底。可见单一种属的微生物应用于水体的氮素去除，效果都有缺陷，不能达到完全水体除氮的目的。为寻求达到高效经济去除水体的氮素污染，将上述三种菌按照不同比例组合接入水体，以寻求高效的复合菌组合。

1.光合细菌与枯草芽孢杆菌组合对水体氮的去除

光合细菌与枯草芽孢杆菌分别以1∶1，2∶1，1∶2的体积比混合接入试验水体，接种量为0.2%。试验条件参照表1，测得混合菌对水体中氨氮、亚硝酸盐氮的去除如图3和图4。

由图3，图4可知，光合细菌与枯草芽孢杆菌接种量比例为1∶2时对氨氮的去除效果略好于1∶1；比例为1∶1时，对亚硝酸盐氮的去除效果最好。比例为1∶2与1∶1时在开始24小时内亚硝酸盐氮的浓度都有不同程度的升高，但在24小时后比例为1∶1开始去除，1∶2则在48h后开始去除，在最后阶段两者的去除率几乎相同。

2.放线菌与枯草芽孢杆菌组合对水体氮的去除

放线菌与枯草芽孢杆菌同样分别以1∶1，2∶1，1∶2的比例混合接入试验水体，接种量为0.2%。试验条件参照表1，测得混合菌对水体中氨氮、亚硝酸盐氮的去除如图5和图6。

图3 光合细菌和枯草芽孢杆菌混合对氨氮的去除

图4 光合细菌和枯草芽孢杆菌混合对亚硝酸盐氮的去除

图5 放线菌和枯草芽孢杆菌混合对氨氮的去除

图6放线菌和枯草芽孢杆菌混合对亚硝酸盐氮的去除

由图5和图6可知，放线菌与枯草芽孢杆菌接种量比例1∶2与2∶1时对氨氮、亚硝酸盐氮的去除曲线相似（1∶2要略好于2∶1），对氨氮的去除效果比1∶1好，对亚硝酸盐氮的去除不如1∶1，但比例为1∶2时对亚硝酸盐氮的去除与比例为1∶1时很接近。

3.三种菌共培养对水体氮的去除

试验结果表明，光合细菌与枯草芽孢杆菌的最佳比例为1∶1，放线菌与枯草芽孢杆菌最佳比例为1∶2。但光合细菌与枯草芽孢杆菌比例为1∶2与1∶1的效果很接近，比例1∶2对氨氮的去除还略好于1∶1，光合细菌与枯草芽孢杆菌的最佳比例也可选择1∶2。按最佳比例将三种菌混合，即光合细菌：枯草芽孢杆菌：放线菌=1∶2∶1（接种量为0.2%）接入试验水体，试验条件参照表1，测得混合菌对水体中氨氮、亚硝酸盐氮的去除如图7和图8。

由图7和图8可知，复合菌对高浓度的氨氮、亚硝酸盐氮的去除率可达99.6%和94%，在去除率提高的同时，去除时间大大缩短，对氨氮的去除48小时达87%，比单一菌和两种菌作用48h的最大去除率分别提高23%，31%；对亚硝基氮的去除96h达76%，而单一菌和两种菌作用48h的亚硝酸盐氮浓度还处于增高状态。

4.复合菌群系统中微生物组分分析

复合菌群系统中微生物组分的统计分析见表2。从表2可看出，在对照组中细菌占绝对优势，而复合菌群系统中，异养细菌与光合细菌同样占优势，且枯草芽孢菌和放线菌量也相应增加。表明处理后水体中微生物的种类和数量要比对照组丰富。实验结果说明复合菌群不仅可去除水中有机氮，而且可改善系统的微生态环境和微生物之间的关系，增加了生物多样性，从而维护了生物与环境间的平衡。

图7 三株菌混合对氨氮的去除

图8 三株菌混合对亚硝酸盐氮的去除

表2　处理系统中细菌、枯草芽孢杆菌、放线菌、光合细菌数量统计

四、结论

光合细菌是一类能利用光能，具有复杂代谢功能的原核生物，其利用的基质多种多样，可营自养、异养或兼性营养，氧化类型又可分为厌氧、好氧和兼性厌氧等。光合细菌在养殖水体氨氮污染生物修复中的应用非常广泛，它能将水中的残余有机物经异养菌分解后所产生的有机酸、硫化氢及氨等作为基质合成菌体而增殖，既参与水质的净化，又可被其它动物所捕食。枯草芽孢杆菌属于对人、鱼无毒无害的细菌，在自然界分布广泛，在水中增殖后产生的许多胞外酶能将养殖水体、底泥中的淀粉、蛋白质、脂肪等有机质分解，从而起到降低养殖水体富营养化和减少底泥生成的作用。有研究表明枯草芽孢杆菌在分解过程中有很强的同化脱氮作用，有机物一部分转化为细菌胞体物质，而大部分被转化为细菌生命活动过程中所需能量，使养殖水体中的氨氮和亚硝酸盐氮可减少80%以上。放线菌主要生活在中性环境中，对水中有机物有较高的降解作用， 有很强的硝化功能，可大幅去除氨氮。

本文通过研究发现三菌株对高浓度有机氮的去除效果各有特点，光合细菌和放线菌对高浓度的氨氮去除效果优良，放线菌去除速率更快，光合细菌去除更彻底，两种菌对亚硝酸盐氮基本无去除作用，枯草芽孢杆菌对高浓度的氨氮和亚硝酸盐氮的去除效果都很良好。为同时彻底去除高浓度的氨氮和亚硝酸盐氮，提高去除速率，将三种菌按一定比例组合后，去除效果更佳，去除速率大大提高。由三种菌构成的微生物组合中，光合细菌厌氧、兼性，枯草芽孢杆菌和放线菌好氧，三种菌共存，相互共生增殖及协同作用，能达到彻底去除高浓度的有机氮的目的。

作者单位：山西省临汾市水利局