植物源小分子有机碳在水产养殖业中的应用

刘杰贞

（莒县东莞镇农业综合服务中心，山东莒县 276500）

0 引言

按照“以养为主”的发展思路，中国水产养殖生产总体平稳增长，水产品产量、养殖面积均在上升。2020年，全国水产品养殖产量达5 224.2万t，同比2019年上涨2.86%，淡水养殖面积达262.54万hm2[1]，水产养殖是中国农业结构中发展最快的产业之一。我国水产养殖的迅速发展，为缓解城镇水产资源不足、保证高质量蛋白质供应、推动渔业繁荣及渔民生活富足，做出了重要的贡献[2]。我国的水产养殖虽然已经取得了很好的成绩，但也存在很多问题，尤其是在高密度养殖中，残留饲料、粪便等有机物会产生大量的有毒、有害的污染物，严重危害了水产养殖业的健康发展。本文通过几年的科研和实践，以工业化生产的小分子水溶性碳素为主要原料，通过对水中的重金属、二噁英等进行螯合、钝化，降低其对水体的污染和影响[3]。植物源小分子有机碳技术对我国渔业的可持续发展起到一定的促进作用。

1 水产养殖现状

1.1 水产养殖污染成因

在我国城市和农村工业生产的迅速发展下，城市居民数量急剧增长，对农业生产提出高产量的实际需求。因此，化肥、农药等高氮高磷物质大量消耗，废水以及氮磷丰富的雨水排放到河流中，影响了水体水质[4]。养殖行业的发展，以及过度捕捞作业等原因，使得渔场的环境生态受到不同程度的破坏。

近年来，受经济利益的驱使，我国的养殖业从半精密型转变为高密度的养殖模式。在这种养殖方式下，残饵、残骸、鱼体排泄物、药剂等都会在水里被降解。而有机物的降解产物是以氨氮为主，溶解氧含量下降，氨氮升高，导致水体质量下降，严重影响了水体的生态。在经济快速发展的当下，养殖废水排放总量已远远超出了生态环境的承受范围和自我净化的要求，致使水体中的藻类数量急剧增加。污染水体、土壤和空气的各种有毒物质在生态中恶性循环，最终导致连锁污染的情况，不利于水产养殖的可持续发展[5]。

1.2 水产养殖防治现状

物理手段、化学手段、生物手段是国内外水产养殖中常见的水质管理办法。物理手段以机械除杂为主，针对可溶性物质的处理效果较差。化学手段是利用药剂和部分物质反应，处理效果显著，但对生物养殖存在化学残留弊端，影响水产品品质。生物处理技术包括生物接触氧化法、曝气生物过滤法、生物催化法等，生物手段的应用尚处于摸索阶段[6]。

其中，值得一提的是植物药剂处理办法。植物萃取液处理药剂是从植物中提炼出的汁液，对生态环境无明显副作用，对植物和动物都同样有益，具有保护生命和生态安全的效果。利用生物萃取剂及生物技术对养殖废水进行治理，实现养殖废水的综合利用，可改善养殖产品的质量，充分利用水资源，实现水环境保护。但生物萃取技术复杂，当前无法实现大面积推广。

2 植物源小分子有机碳

2.1 应用背景

碳源指有机物质，有机物质中都包含着碳。水质处理法中存在利用生化进行处理的情况，即通过水中的有机物质滋养着微生物，碳分子是细菌繁衍的必要条件，通过其对有机物质的吸收，使其在微观上呈现出淤渣的形状[7]。随后经过沉降处理，有机物随菌沉降，留存清液进行排放，达到了对水质的纯化处理。基于此，笔者研究团队针对小分子有机碳进行分析探究。

植物源小分子有机碳工艺简单，应用后对环境造成的污染较少，因此，小分子有机碳作为一种新型的生物活性物质，被广泛应用于工业生产中。通过植物碳化处理，得到的小分子有机碳的固碳质量占比为7.2%～10.5%，灰质量占比高于50%。小分子有机碳pH范围为8.9～12.4，比某些生物炭的pH值高出很多。这主要是由于土壤中的碱和碱土中的元素成分的增加而引起的。另外，由于其在小分子有机碳的表面具有较高的碱性，因此吸附量大，吸附效率高[8]。有机碳是整个世界上仅有的一种可再生的碳源，因其是生物的来源，在转换糖类和蛋白质时，都要消耗很多的碳，所以有机物中含有丰富的碳元素。对这些珍贵的碳源进行有效开发，可以确保养殖水域中的碳氮量和营养物质的均衡，进而实现渔业生产的生态平衡，提高养殖水产的免疫力，降低水体的污染，确保水质和食品的安全性，是实现水产养殖可持续发展的关键。

2.2 工艺设备及应用原理

地球上有很多的碳源，其中大部分都是由生物来转化的。在大气中，有机物经过光合作用，将大分子碳物质转换成碳水化合物、氨基酸、蛋白质等营养物质。农作物秸秆、树枝、草炭、木炭、淀粉等多种有机生物，在微生物的作用下可以转化为小分子碳。

本研究采用团队自行开发的生物源小分子有机碳工艺提炼设备，从天然植物中分离出富含羟基、羧基、甲氧基等的高效有氧基，提炼以生物为基础的新型物质，以有机碳为基础材料。该工艺设备能提炼出一种具有高效活性的小分子碳物质，不需要经过任何处理，就可以为水中的生物体提供小分子有机碳源，并能通过调整碳氮比来帮助菌群迅速繁殖，实现微生物与藻类之间的均衡发展，达到了生物多样性和生态平衡的净化目的。此外，生物源小分子有机碳具有较强的活性，能够对水中重金属、二噁英等毒性成分进行螯合钝化，从而形成一种较好的稳定性、较难被水中的有机物所吸附。该方法不仅可以提高水产动物的免疫力、抗逆性，而且可以改善养殖水产的成活率，改善水产品的质量。此套工艺设备能提炼出49.4%的羟基和其他非苯类化合物的强活力的植物源小分子有机碳，设备提炼效率良好。

3 社会效益

1）植物源小分子有机碳在生产现场即可实现投放，无需额外增加设备，一次性投资，效果看得见。水体投放治理达到一定的标准后，减少排水换水的额外费用，达到了节水和环境保护的目的。植物源小分子有机碳采用的是一种完全环保、科学的配方，有效避免了二次污染，以及对水产品的二次影响。

2）植物源小分子有机碳具有丰富的营养和特殊的营养物质，能促进水产养殖物种的生长发育，对新型的微生物、抗生素等污染进行了彻底的治理，提高了水产的品质。植物源小分子有机碳可用于各种淡水鱼、虾、蟹类养殖水体的治理，同时在河道、湖泊、农业水体污染治理及景观水体治理中也颇具成效[9]。植物源小分子有机碳对水产养殖的废水进行处理后，减少了养殖水体的更替次数，每周期可降低2～3次，减少了对周边水域的污染，降低了对外界水源的损害，并达到了节水的目的。

4 实例分析

2019年3月，华东地区某养殖户河蟹养蟹池出现蟹苗大面积死亡情况，蟹苗成活率极低，同时苦草、马兰眼子、水花生、浮萍等覆盖率高达95%。投放植物源小分子有机碳后约4 h，蟹池中病原体浓度、氨氮含量迅速下降。投放1周后，留存蟹苗未出现继续死亡的情况，同时苦草、马兰眼子、水花生、浮萍等水槽覆盖率低至70%，检测蟹池内水质情况已基本达到标准水质。

2019年4月，广东南美白对虾养殖户的水塘里暴发蓝藻，水华现象严重。进行植物源小分子有机碳投放后，水质氨氮降低了30%左右，水色变得清爽，3～4天后水中的蓝藻生长也得到了控制，水华现象消失。

5 效益前景

所谓养鱼必养水，水质的控制是水产养殖业的重中之重，水质的优劣将影响到水产品的品质及健康，甚至对整个养殖业的发展都极为关键[10]。肥、活、嫩是衡量水质优劣的主要技术标准，对水质进行观察监测、控制水质也是从业人员不能松懈的每日工作内容，更是关乎养殖效益及发展的关键。高活力小分子生物碳有效沃水净水的效用，在水产养殖业中不可或缺。养殖水体中的碳氮比不平衡，导致了水体中营养物质的不完全转换，致使大量的氨氮积累，从而破坏了水体的生态平衡[11]。通过放置高活力的小分子有机碳，在水中的碳、氮的配比达到了理想的水平，各种水生生物、植物、微生物等都得到了丰富的有机碳源，通过这些物质的转换，各种水生生物的生长环境会得到极大的改善。有机碳中的各种羟基、羧基、酚基等高活性基与水中的重金属结合，达到净水目的。同时，与二噁英等有毒物质经过络合和钝化作用，使其转化为不易于植物吸收的稳定物质，降低了其对生物的影响。

通过调整水体养分的构成，加入有机物调整碳氮比例，能加速水中的细菌增殖，吸收无机氮化物，把养殖过程中的氨氮等污染物转换为营养成分，同时，利于被水产生物摄取，保持水环境的稳定，增强动物的免疫力。为了减少养殖中存在的生态问题和养殖成本，可以通过提高养殖成活率、增加产量、减少饲料比，获得更好的经济效益。已有的实验结果显示，加入碳源调整到11%～23%后，能明显地减少鱼、虾的饲料系数，增加水产产品的产量效益[12]。

我国现有26%的农田有机质含量低于1%，而有机碳含量低于1%的农用地约为44.8%[13]。利用秸秆作为主要原材料，采用生物燃料精炼技术，可以实现年产30万t的稻草和1 100万m3的甲烷。该项目可为35 000个家庭提供日常燃气或发电量2 800万kW，可产生碳链结构小分子全水溶性有机物物质25 000多万t/年。在农业生产中，只需1 050～1 200 L的有机碳能液体肥，就可以取代常规化肥，可提高1倍的产量，实现了良性增产。在水产业中，含有高活力的小分子有机碳100 g，可对2 000 m3的养殖或自然水进行清洁，4 h内，氨氮等污染物减少30%左右，3～4天就能消除和抑制细菌的暴发，达到微生物和藻类的平衡，有效地减少了水中的重金属等毒性物质，达到水质净化的目的。推进渔业的可持续发展，保证农产品和水产品质量，提高非点源和水体的环境质量，使生态环境得到恢复。植物源小分子有机碳利用最少的经济、社会代价，确保了水产养殖产出高质量的水产品，同时有效地维护了水产养殖生态平衡，有利于实现绿色可持续的水产产业发展。

6 结语

近年来，随着中国水产养殖产业的迅速发展，养殖水体水质恶化，氮源污染已经是水质控制的重中之重。在这样的大背景下，业内普遍认为“碳氮平衡”是一种未来趋势，这就给小分子有机碳的发展创造了一个有利的市场条件。植物源高活性小分子有机碳具有极高的活性，能够迅速调整碳素比例，为水体提供碳素，促进营养物质的转换和合成，同时可以促进细菌藻类的增殖和生长，保证水产品的质量、产量和食用的安全性，有利于实现水产养殖的可持续发展，对我国的生态恢复和发展绿色经济具有重要意义。