水产养殖-生物絮凝技术中碳源添加的作用研究

张楠 高翔

摘 要 在生物絮凝技术中，碳源的添加可以有效地调节养殖水体中的碳氮比，促进细菌的生长和氮素的吸收。作为生物絮凝技术中重要的因素，碳源的添加对絮体的形成、養殖水体水质、养殖对象饲料蛋白质及生长等具有重要影响。本文对水产养殖-生物絮凝技术中碳源添加的重要性和相关控制因子进行总结和展望。

关键词 生物絮凝；碳源；作用

随着水产养殖业在世界范围内的快速发展，也同时带来了一些问题。水产养殖业面临着对水环境严重污染的问题，养殖环境的恶化严重制约了水产养殖业的健康持续发展。生物絮凝技术的水产养殖模式是一种具有经济效益和生态效益的革新技术，被认为是解决水产养殖业面临的环境问题和饲料成本的有效替代技术。碳源作为细菌的能量来源添加到生物絮凝养殖水体中，可以调节碳氮比，促进细菌生长，利用微生物同化无机氮，将水体中的氨氮转化为菌体蛋白。既可以净化水产养殖水环境，还可以实现饵料的双重利用。碳源的添加对于生物絮凝技术的实现起着重要的作用。

1 碳源添加的作用

1.1 碳源的添加对絮体形成的影响

在水产养殖中，生物絮凝的理论方程式：NH4++1.18C6H12O6+HCO3-+2.06O2→C5H702N+6.06 H2O+3.O7 CO2 由上式可知，生物絮凝过程需要TAN、碳水化合物（有机碳源）、溶解氧和碱度，每克TAN转化为细菌需要消耗4.71 g的溶解氧，3.57 g碱度（0.86 g无机碳）和15.17 g碳水化合物（6.07 g有机碳），反应可以生成8.07 g的细菌生物体（429 g有机碳）和9.65 g的二氧化碳（2.63g的无机碳）[1]。将碳源加入到养殖水体中有助于生物絮体的产生和积累。

1.2 碳源的添加对异养细菌及养殖水体水质的影响

细菌菌体的C/N比是相对稳定的，但在水产养殖水体中，由于养殖密度较高、投饵量增加，大量高蛋白残饵和排泄物沉积在池底，致使C/N比降低。当低于异氧细菌生长需求，异氧细菌会将有机氮分解为无机氮排放在养殖水体中，增加了有毒无机氮的积累，使水质受到极大影响。在进行罗非鱼生物絮凝养殖试验中，以糖蜜作为碳源，研究表明碳源可以促进异养细菌的增长[]。在凡纳滨对虾育苗池中添加糖蜜，结果表明糖蜜的添加可有效地降低养殖水体中的TAN和NO2-N，避免有毒无机氮的积累[]。因此，可以通过添加碳源的方法来提高养殖水体中的C/N比，满足细菌的生长需求，来促进异养细菌的生长繁殖，从而在很大程度上来改善水质。

1.3 碳源的添加对养殖对象所需饲料蛋白质的影响

向养殖饲料中添加碳源，可以促进异养细菌的生长形成絮体，供养殖对象摄食，有效地降低了对饲料蛋白质的需求。利用15N追踪凡纳滨对虾对生物絮体的利用，发现凡纳滨对虾摄取的氮素大约18%～29%来源于生物絮体。Panjaitan研究发现，利用生物絮凝技术的斑节对虾养殖池塘，饲料使用量减少了30%[[2]]。Avnimelech在养殖罗非鱼池塘中应用生物絮凝技术，证明了池塘中的微生物絮体是罗非鱼的一种有效的潜在的食物来源，也有可能适用于其他鱼。在测试池塘中微生物絮体作为食物，能够符合鱼类饵料中所需蛋白含量的50%左右[3]。

1.4 碳源的添加对养殖对象生长性能的影响

碳源的添加还可以有效地提高养殖对象的存活率和生长率。Crab等人在罗非鱼越冬养殖池塘中投加淀粉促进生物絮体形成，结果证明鱼类存活情况非常好，100g鱼体的存活率为97±6%，50g鱼体的存活率为80±4%。此外，在收获时所有池塘中鱼体的情况都很好，鱼体条件因素为2.1～2.3[4][]。这些研究发现可以帮助克服罗非鱼越冬的难题，尤其是由于池塘的低温导致鱼体大量死亡的问题。J. Alberto PérezFuentes等人通过两个系统养殖罗氏沼虾进行对照。一个是利用生物絮凝技术养殖，另一个是传统的养殖，通过六个月的养殖对水体的理化性质，虾的存活率、生长率和虾体内的成分组成进行测定，结果表明生物絮凝技术养殖对虾可以明显改善对虾的营养成分，而且絮凝组对虾的大小和重量都要明显地高于传统养殖组。大量研究表明，外加碳源的养殖池塘中养殖对象的存活率和生长率都要高于传统的不加碳源的池塘。

1.5 碳源的添加在水产动物疾病防治方面的作用

有研究表明碳源的添加还具有一定的抗病性。由于弧菌属具有较高的生长率并且能适应氧气不足的条件，所以生长得特别快。因此，弧菌属成为了感染鱼类的主要致病菌。高磊等人模拟养殖水体环境得出结论弧菌在水体C/N=5的环境中生长较好，不适合生长在较高水体C/N的环境中；芽孢杆菌最适于在C/N=15的环境中生长，芽孢杆菌作为水产养殖的有益菌可形成有益菌群，抑制有害菌群增殖，因此在养殖生产中特别是养殖后期，可以通过添加碳源来提高水体碳氮比，通过形成不利于弧菌生长的环境以及芽孢杆菌的拮抗作用来抑制弧菌的生长[5]。此外，有研究人员发现应用生物絮凝技术还可以有效防治生鱼烂身病。将部分病鱼放入富含生物絮团水体中饲养，15天后发现，生物絮体水体养殖的病鱼溃疡处已基本愈合，而对照组（普通淡水养殖）病鱼溃疡仍很严重。生物絮凝技术可防治生鱼烂身病可能是通过添加碳源来调控水体中的碳氮比来抑制致病菌的生长，也有可能是絮体中存在的菌群能够传递信息素对致病菌的生长造成一定的影响，具体的原因还有待进一步的研究。

2 碳源添加的相关控制因子

在碳源的添加过程中，要充分考虑到养殖对象的生长环境和各种耐受限度。水产养殖系统中应用生物絮凝技术在工艺上分两种：一种为直接在养殖池塘中培养絮凝体，形成絮体悬浮的培养池塘；另一种是和养殖池分开，将养殖用水泵入养殖池，在SBRs中创造条件进行生物絮凝[]。在生物絮凝养殖水体中，碳源处于一定浓度时有利于好氧微生物的代谢会消耗一定量的氧气，从而导致水体中溶氧水平降低，不同种类的鱼对水体中氧的耐受能力不同，一些对溶氧较为敏感的鱼类可能导致死亡。为了避免这种情况，可以在养殖水体外部培养絮体，然后定期收集再投喂到养殖水体中。

溶解氧不仅是细菌代谢活动所必需的还对絮体的形成有影响。在高溶氧浓度下，絮体结构趋于更大、更紧实[]。当溶解氧浓度在9～10mg O2 /L对罗非鱼较好，鱼体密度在16kg/m3也不会出现溶氧过度消耗的问题。要供给足够的碳源并且控制好水体中的C/N比，一般来讲10～15为宜。根据以前的研究，可以估测出水温在20～25℃之间且FVI在200mg/L左右可以获得稳定的絮体[[6]]。适合罗非鱼生长的合适温度是25～28度，在22度停止繁殖[]，在越冬池塘中，温度低于20度，罗非鱼也有较低的摄食率[]；保持水温使鱼和对虾越冬可以通过生物絮凝技术并且在池塘上覆盖塑料布或塑料板来实现。不同养殖对象的PH耐受限度不同，养殖动物的耐受限度在10以下，最适范围在6.5～8.5。罗非鱼在37天的实验中能适应PH为4的情况，对生理机能无负面影响[[6]]。PH是一个不容易控制的参数，最佳范围的改变也有限。若PH降低，可以通过NaHCO3来调节[]。

3 总结和展望

生物絮凝技术在上世纪70年代就开始在对虾养殖上进行应用并取得不错效果，但是在应用过程中添加碳源的过程中要充分考虑到水体溶解氧、pH、碱度、碳氮比、养殖对象耐受限度等细节性的问题。目前已有大部分研究针对碳源种类、碳源添加量、碳源添加方式等操作细节进行研究，旨在对生物絮凝技术的在生产实践上应用和完善起到一定的指导作用。

参考文献：

[1]Ebeling， J. M.， Timmons， M. B. ， Bisogni， J. J. Engineering analysis of the stoichiometry of photoautotrophic， autotrophic， and heterotrophic removal of ammonia–nitrogen in aquaculture systems. Aquaculture 257， 346-358， （2006）.

[2]Panjaitan， P. Field and laboratory study of Penaeus monodon culture with zero water exchange and limited water exchange model using molasses as a carbon source， Ph. D. Thesis， Charles Darwin Univ.， Darwin， NT， Australia， （2004）.

[3]Avnimelech， Y. Feeding with microbial flocs by tilapia in minimal discharge bio-flocs technology ponds. Aquaculture 264， 140-147， （2007）.

[4]Crab， R.， Kochva， M.， Verstraete， W. ， Avnimelech， Y. Bioflocs technology application in overwintering of tilapia. Aquacult Eng 40， 105-112， （2009）.

[5]高磊， 包衛洋， 张天文， 单洪伟， 马甡. 水体碳氮比对芽孢杆菌， 乳酸菌与弧菌生长， 拮抗作用及菌体碳氮比的影响. 中国海洋大学学报 （自然科学版） 1， 006， （2013）.

[6]De Schryver， P.， Crab， R.， Defoirdt， T.， Boon， N. ， Verstraete， W. The basics of bioflocs technology： the added value for aquaculture. Aquaculture 277， 125-137， （2008）.

作者简介：张楠（1988- ），女，助教，硕士，研究方向：水产养殖。