硝化细菌在鱼菜共生系统中的应用

李 静 陈小文 张雪松

（北京中农富通园艺有限公司 北京 100083）

鱼菜共生系统作为一种水产养殖和蔬菜生产结合混养的方式，是现代农业中一种节省资源的有机耕作模式。近几年我国对鱼菜共生方面的研究已有大量成果，但对混养中水质与作物栽培难以平衡的问题仍然有待进一步研究。随着种养时间的积累，鱼菜共生系统中鱼类的排泄物增加，水体氨氮含量增长，水体环境逐步变差，水质毒性也日益增大；水产养殖废水中的氨氮又必须经过处理才可被蔬菜吸收。

为了消解水体中残饵、排泄物等有机物以及氨氮、亚硝酸盐等无机物，防止水体富营养化，引入硝化细菌，可以有效地对其降解，从施用到发挥稳定的硝化作用大概需要2 周的时间。硝化细菌在调节水环境的同时，也会影响到植物生长中对氮素的需求，合理运用硝化细菌可以平衡整个鱼菜共生系统。

1 鱼菜共生系统

现代的鱼菜共生，是将水产养殖与水耕栽培技术相结合，养殖鱼类的废水通过微生物将其中的氨氮分解为植物可吸收的营养成分，之后利用循环水设备输送到蔬菜栽培部分，实现资源再利用和节水减排。

1.1 共生模式。在鱼菜共生系统中，比较常见的养殖品种有罗非鱼、鲇鱼、鲈鱼、草鱼和观赏鱼等，最常种植的植物包括辣椒、黄瓜、罗勒、西红柿、莴苣、橄榄、甜菜、白菜和绿叶蔬菜等。鱼菜共生系统通常使用蛭石、砾石、陶粒等基质作为种植系统的载体，利用循环管道与养殖系统连接，形成自循环、自清洁、自营养的现代生产模式。

1.2 过滤系统设置。养殖水体过滤系统可以设置3层，第1 层一般采用过滤棉或者毛刷，用于过滤大颗粒鱼类排泄物及剩余饲料；第2 层可与第1 层过滤层采用相同的材质，主要用于处理第1 层过滤层溢出、未过滤到位的养殖水；第3 层是硝化细菌的培养层，需要设置细菌培养室或生化球，使硝化细菌在这一层得以繁殖。

1.3 鱼菜共生系统使用过程中注意事项

1.3.1 合理规划养殖密度及饲喂量。一般来说，现代养殖较多追求“密养”，但是养殖水体的容纳量是有限的，密度过大会因缺氧导致鱼类生病、鱼体规格小等问题。所以鱼菜共生的养殖池鱼类投放密度建议在20 kg/m3以下。鱼类的排泄物及残余饲料会增加水体中的氮素含量，并消耗水体中的溶解氧。投喂饲料30 min 以后清理饲料残渣，根据饲料的食用情况制定第2 d 的投喂量，并定时、定量投喂。

1.3.2 合理规划种植种类及间距。选择适合无土栽培的蔬菜品种，如番茄、茄子、苦瓜、辣椒及嫩叶蔬菜。可考虑根据蔬菜不同的生长周期来进行套种，如瓜果植物之间可栽种叶菜类，在生长周期较长的蔬菜中种植生长周期短的蔬菜等，以此来合理利用种植时间和空间。

1.3.3 良好的水循环系统。鱼菜共生系统中的水循环主要依靠水泵来保持水体在养殖、种植的2 个部分之间流动，根据整个系统的规模选择功率合适的水泵。

1.3.4 严格管控水质。水是鱼菜共生系统中的关键媒介，它保证了鱼类的生存，同时又供给植物成长的养分。管理过程中要控制好水的含氧量，建议水温控制在18 ℃～30 ℃，pH 值保持在6～7。

2 鱼菜共生循环系统中氮的形成与消耗

2.1 养殖水体中产生氮的形式及对鱼的影响。养殖水体中的氮一般以氨的形式存在，氮的含量受鱼类排泄物、水中溶解氧和残余饲料影响。养殖水中的氮含量增加，会导致鱼类排出氨的量减少，之后鱼类血液和组织中氨的浓度升高，对鱼类的健康会造成严重的影响。

2.2 水生植物吸收氮的形式。水生植物生长与繁殖需要的氮磷等营养物质主要通过根系从水中吸收，植物获得氮素的方式主要有3 种，一是还原硝态氮(NO3-)为有机氮，二是生物固氮，三是直接吸收营养体中的铵或有机氮。水生植物经光合作用可吸收大量的无机氮和无机磷，直接合成有机氮和植物蛋白质[2]，可有效降低水体中的氮素含量[3]。水生植物有发达的根系，通过光合作用产生的氧经过茎叶传送到根部周围，有利于硝化细菌的生长，增强硝化作用，加快氮的吸收。

3 硝化细菌在鱼菜共生系统中的应用

3.1 硝化细菌的作用。养殖水体中的氨氮与亚硝态氮对于鱼类有危害作用，水中硝酸盐浓度在0.5 mg/L 以下时，鱼类才能健康存活，硝化作用及亚硝化作用则是水体中氮循环的重要角色。水体中自然的硝化系统作用时间非常慢，需要人为添加硝化细菌来保证硝化作用的正常进行。

3.2 鱼菜共生系统中硝化细菌的应用现状。硝化细菌在水产养殖中具有比较重要的应用价值，可以改善传统水产养殖中靠换水来处理养殖水的情况[6]，维护良好的水产养殖生态环境的作用。在国内外硝化细菌应用于鱼菜共生的案例已有很多，但目前应用于大规模商业化推广方面仍面临许多问题。硝化细菌的活性受外界环境的变化影响，主要受到温度、溶解氧、pH值、盐浓度、有机物浓度、底物浓度、光照和抑制剂的影响[7]。Grommen 等[8]利用硝化细菌制剂去除养殖水体中氨氮以及亚硝酸盐，证明水体中的氨氮和亚硝酸盐浓度可在氧化反应后有效地降低。李长玲等[9]证明添加了硝化细菌后，水体环境得到改善，增强了鱼苗的抗应激能力。

4 对鱼菜共生系统使用硝化细菌的建议

目前硝化细菌实际应用到水产养殖中过程中都多多少少存在一些问题，硝化细菌的种类及复合配比的比例等都会影响硝化细菌的作用。

硝化细菌的固定化技术是目前提高硝化能力比较高效的方法，固定化细胞技术可以使微生物量保持在较高的浓度，提高细胞的机械强度，减少外界环境的影响，提高处理效率。固定化微生物的制备方法主要有包埋法、交联法、吸附法、共价结合法。但是目前固定化微生物脱氮技术价格较高，且固定化微生物颗粒寿命较短，至今未大规模使用[10]。Shinichi Akizuki[11]在水体中添加了载体，来降低硝化细菌的光抑制作用，提高了硝化细菌的活性。因此，进一步开发经济、高效的硝化细菌固定化技术，研究硝化细菌不同品种的合理配比十分重要。