生物絮團技術特點及其在對蝦養殖中的應用

cjlittlepig

摘自《水生態學雜志》

摘要：生物絮團技術是通過向養殖水體中添加有機碳物質，人工調控養殖系統微生物種類和數量，起到維持水環境穩定、減少換水量、提高養殖成活率、增加產量和降低飼料系數等作用的一項技術。從生物絮團形成的條件、組成、生態功能以及國外的應用等幾個方面進行綜述，同時分析了此項技術在中國對蝦養殖中的應用前景。

關鍵詞:生物絮團技術；對蝦；養殖；應用

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    20世紀90年代初，世界性的對蝦病毒性疾病大爆發，對中國乃至世界各地的對蝦養殖產生了沉重打擊并且造成了巨大經濟損失。此后幾年間，人們反思過去的養殖理念，開始創新養殖模式和技術、引進培育優良對蝦品種，從而使中國對蝦養殖發展到了一個新的歷史階段( 趙法箴，2004) 。中國對蝦養殖產量也從1994年低谷時的6.39萬t ( 麥賢杰等，2009) 提高到2009年的133萬t ( 農業部漁業局，2010) ；然而，當前中國對蝦養殖的發展仍然處于規模產量型階段，高投入、高污染和低效益帶來的發展局限性和負面效應已經暴露出來。劉賢詞等( 2009) 曾對海南省高位池養殖的污水排放情況進行了調查，發現2006年全海南省高位池養殖總面積約3733 hm2，廢水排放總量約為1.95億t，排放的COD為11.6 萬t，氨氮為63.9t。高位池養殖萬元產值廢水和COD的排放量遠遠高于其他農業行業。近年來，隨著健康生態養殖模式的發展和養殖戶觀念的改變，上述指標雖有所下降，但對蝦養殖業的自身污染仍相當嚴重。以色列養殖專家Avnimelech倡導的生物絮團技術具有降低飼料消耗、減少養殖污水排放等特點，是當前比較先進的水產養殖技術之一( Stokstad，2010) 。本文從生物絮團形成的條件、組成、生態功能及其技術在國外的應用現狀等幾個方面進行綜述，并展望了此項技術在中國對蝦養殖中的應用前景。

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1 生物絮團形成的條件、組成和影響因素

1.1 形成條件

    根據Rosenberry( 2006) 對生物絮團形成條件的研究結果，采用生物絮團技術的養殖池塘需具備以下條件: ⑴過濾消毒設施。通過砂濾網過濾養殖用水，消除體積較大的有害生物，配備蓄水池對養殖用水進行沉淀、消毒后方引入養殖池塘；⑵池塘底部鋪膜。鋪膜池塘的優點在于蝦池的水質不受底質影響，比較穩定，而且清理池底既方便又徹底，可減少池底污染和病害發生；⑶完備的充氧設施。采用生物絮團技術的養殖池塘，水體中要保持足夠的溶解氧；通過裝置向水體中充氧，一方面可以保持水體中高含量的溶解氧以用于各種生物需求；另一方面在充氧的過程中可以使水體循環流動，讓營養物質、浮游動植物和細菌達到動態平衡。

1.2 組成要素

    Chamberlain ＆ Hopkins( 1994) 在羅非魚和對蝦生長試驗中指出，當有足夠的氧氣供應時，降低飼料蛋白質含量和減少養殖水交換量均不會對養殖生物的生長產生影響，這個研究結果極大地促進了生物絮團技術的推廣和應用。生物絮團技術是借鑒城市污水活性污泥處理方法的原理，通過人為添加有機碳物質，調節水體的C /N 比，提高水環境中異養細菌的數量，利用微生物同化無機氮，將水體中氨氮等養殖代謝產物轉化成細菌自身成分，并且通過細菌絮凝成顆粒物質被養殖生物所攝食，起到調控水質、促進營養物質循環、降低飼料系數、提高養殖生物成活率的作用。研究表明，生物絮團是由細菌群落、浮游動植物、有機碎屑和一些聚合物質相互絮凝而成的細菌團粒( Schryver et al，2008) 。

1.3 影響因素

    在生物絮團形成的過程中，溶解氧和合適的C /N比是需要給以高度重視的影響因素。隨著池塘中外來有機碳源的增加，有機物質就會增多，此時以異養細菌為主的異養生物將利用有機物質，并同時消耗大量的氧氣，所以在整個以生物絮團技術為基礎的養殖過程中，要保持足夠的溶解氧。有資料表明，應用生物絮團技術進行養殖，在對蝦養殖池塘要配備15 kW/hm2 功率的充氧裝置供給氧氣，而在集約化羅非魚池塘則要配備75 kW/hm2 的功率供給氧；大量供氧所消耗的電量也增加了養殖成本( Avnimelech，2004) 。在美國的南加利福尼亞州，有的養殖戶用純氧導入池塘來提高溶氧量，這種方法在成本上可能會更低一點。

    一般認為細菌細胞中的C /N 比約為5 ( Tupas＆ Koike，1990) ，但實際養殖池塘水體中C /N 比要低于5，提高池塘水體中的C /N 比將有利于細菌自身的繁殖；一是向養殖池塘投入飼料的同時，添加投入有機碳源物質如蔗糖、葡萄糖、糖蜜、細米糠和木薯粉等；二是使用低蛋白含量的飼料。試驗表明，在養殖池水中投入碳水化合物或使用低蛋白質的飼料可有效提升水中的C /N 比，并且使池水中以自養性細菌為主的系統轉變為異養性細菌為主的系統，同時可將異養細菌總數從104CFU/mL 提高到107CFU/mL ( Bergeron et al ，2004) 。異養細菌數量的提高，有利于形成細菌聚合物———生物絮團。

    在調節水體中的C /N 比方面，可參考以下公式( Avnimelech，1999) :

    △CH = ( feed × Nfeed × Nexcretion) /0.05

    式中: △CH 為池塘中所需要碳水化合物的添加量；feed 為投喂給養殖生物的飼料量；Nfeed為飼料中的氮含量( 如30% 蛋白質飼料含有4.65% 的氮) ；Nexcretion為養殖生物排泄氮占投喂飼料氮的比例( 一般為50%) ；0.05 為常數，由以下數字計算得出: 0.05 = 50% × 40% /4；其中， 50% 是所添加的碳水化合物的含碳量；40%是微生物轉化效率；4 是微生物中的C /N 比。

    按此公式推算，使用30% 蛋白質含量的飼料，△CH = ( feed × 0.0465 × 0.5) /0.05 = 0.465 ×feed，需要添加投入飼料量46.5%的碳水化合物( 此時投入物質的C /N 比為10.75) ，才能使異養細菌同化養殖生物所排放的氮成為微生物性蛋白質。

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2 生物絮團的生態功能和國外應用狀況

2.1 生態功能

    生物絮團作為微生物的集合體，在生態系統的微生物循環、生物地球化學過程以及生態調控中起著重要作用( 包衛洋等，2010) 。李卓佳等( 2008)把生物絮團作為對蝦養殖系統各種物質循環中非常重要的一環；其在養殖池塘中的生態功能主要有兩方面：一是生物絮團中的細菌轉化氮、磷等養殖自身污染物質成為菌體蛋白質，降低氨氮和亞硝酸鹽氮等有害物質，凈化了水體；二是養殖過程中產生的有機碎屑、殘餌和排泄物等均可以通過細菌粘附聚集成生物絮團的一部分，進入養殖生物的食物鏈，提高物質的循環利用，從而降低飼料系數。因此，通過形成生物絮團，既解決了養殖水體有害物質積累的問題，又提高了蛋白質的利用效率，減少了養殖生物對飼料的需要量，增加了收益( Bergeron et al，2004；Avnimelech，2007)。

    在水產養殖過程中，自身污染物如氨氮、亞硝酸鹽氮等無機氮均會積累，當達到一定的程度就會對養殖生物產生毒害作用。樊甄姣等( 2005) 認為控制養殖水體中的氨氮濃度是防治貝類疾病發生的關鍵措施之一；Ebeling 等( 2006) 認為在高密度集約化養殖中，氨氮的積累成為限制養殖產量的重要因素。水產養殖中氨氮的轉化主要有3 種方式: ⑴通過微藻的光合作用吸收；⑵通過自養細菌的硝化作用轉化；⑶通過異養細菌利用氨氮合成自身細菌蛋白。研究表明，在有充足的有機碳和合適的C /N 條件下，養殖水體中異養細菌會最先利用氨氮轉化成細菌自身蛋白；當有機碳成為限制性因素時，自養細菌就起主要作用，它通過硝化作用來消耗氨氮。Avnimelech( 1999) 的試驗表明，直接向池水中添加碳水化合物，可以提高C /N 比，促進細菌同化蝦池所排放的氨氮成為微生物蛋白質，并提供給對蝦攝食利用，顯著地減少池水中氨氮的積累。

2.2 國外應用

    對蝦的代謝產物、殘存飼料和浮游動植物的殘體通過細菌的降解作用，轉化成為營養物質供浮游微藻利用，進而培養浮游動物。細菌在降解轉化代謝產物的過程中，隨著自身繁殖數量增加也絮凝成為生物絮團。Moss ＆ Pruder( 1995) 研究表明，形成的生物絮團可以作為餌料的一部分被養殖生物食用，這樣減少了飼料投喂量，降低了飼料系數；Schneider 等( 2006) 用糖蜜作為有機碳源用于羅非魚養殖池，發現此碳源可以促進異養細菌的繁殖；Hopkins 等( 1995) 使用蛋白含量為40% 和20% 的飼料飼養凡納濱對蝦，發現其生長率沒有顯著差異。應用生物絮團技術的養殖池水中還有大量的顆粒型有機碳( POM) ，它是由46%的活體( 藻類、細菌和原生動物) 與54% 的有機碎屑所組成，大于5 μm 的POM 可以被養殖動物攝食；添加糖類可增加水中的溶解有機碳( DOC) 含量，促進細菌與浮游藻類的生長，再與原生動物和有機碎屑凝聚成顆粒型有機碳，可供養殖動物攝食并促進其生長。McIntosh( 2001)和Avnimelech 等( 1994) 發現利用生物絮團技術，可以使養殖動物對蛋白質的利用效率由25% 提高到45%左右；Burford 等( 2004) 利用15N 來追蹤養殖對蝦對生物絮團的攝取和利用，表明養殖對蝦每天自然攝取的氮大約有18% ～ 29% 來自于生物絮團；Avnimelech 等( 1989) 利用13C /12 C 追蹤羅非魚對生物絮團的利用，也得出了類似的結論；Panjaitan( 2004) 進一步的研究還發現，利用生物絮團技術的對蝦養殖池塘，飼料使用量減少了30%。

    也有資料表明，生物絮團可以提高養殖動物的抗病能力。Defoirdt 等( 2005) 研究發現，生物絮團可以降低發光弧菌對鹵蟲的感染率，從而減少其對養殖動物的危害，減少疾病的發生；Avnimelech( 2004) 報道，與傳統不加碳源的養殖池塘相比，外加碳源的養殖池塘中，對蝦的成活率和生長率均較高。

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3 生物絮團技術在中國對蝦養殖中的應用
    最近10 多年，我國對蝦高位池養殖技術得到快速發展，并且在養殖規模和產量上均達到了一定的水平。但是，由于此種模式養殖密度高、負荷大，在養殖中后期要大量排水和換水，對附近的養殖場及周邊環境均會產生負面影響( 李卓佳等，2006) ；如何進一步完善高位池養殖技術是提升當前對蝦養殖產業水平的重要任務之一，生物絮團技術的提出為此提供了新思路。目前，中國對蝦高位池養殖的硬件設施以及管理操作等具備利用生物絮團技術養殖的基本條件，如過濾消毒設施、池塘底部鋪膜、充足的供氧設施等，均為在高位池養殖模式基礎上應用與發展生物絮團技術提供了必要條件( 李卓佳等，2009) 。針對高位池養殖特點，可從以下幾個方面來進行研究和探索，從而進一步提高對蝦高位池精養水平。
3.1 高效與經濟有機碳源的選擇
    合適的有機碳源對形成和維持生物絮團具有重要的作用，當前國外所用的有機碳源多為葡萄糖、淀粉和蜂蜜，這些物質價格相對較高，難以適應我國大規模對蝦養殖的需求；因此，選擇適合國情的高效、經濟有機碳源，對于降低養殖成本，滿足當前關于低碳生態的需求是必要的。糖蜜是制糖工業中的一種副產品，其主要成分為糖類( 蔗糖) ，是很好的發酵原料，由于其適口性好，在畜牧上應用較多。鑒于糖蜜的上述特性及其在我國南北方均有分布，可以考慮在今后的研究中以糖蜜作為碳源應用到實際養殖生產中；蔗糖、淀粉、麥麩、玉米粉和米糠等也是可選擇的碳源。
3.2 有機碳的適宜添加量
    有研究表明，當水體中的C/N 比達到15 時，可以完全轉化并去除水中的氨氮等無機氮( Rosenberry，2006) 。高位池養殖模式中，浮游植物發揮了重要的作用( 曹煜成等，2007) ；而水體中一定量的無機氮是浮游植物生長繁殖的必需物質，如果照搬國外C /N 比水平，可能造成高位池中浮游植物無氮源利用而無法生長繁殖，影響其生態功能。因此，要重點研究高位池養殖模式下有機碳的合適添加量，營造適合高位池水體中的C /N 比，達到既降低水體無機氮的質量濃度，又同時發揮浮游植物的生態作用，減少養殖過程的自身污染，將生物絮團技術和現有的水質生態調控技術有機結合起來。
3.3 增氧設施的合理配置
    充足的溶解氧是養殖水體中形成生物絮團的必要條件，根據國外研究成果和應用經驗，采用生物絮團的池塘，其充氧功率不應低于20 kW/hm2，而當前高位池增氧機配備的功率普遍為15 kW/hm2。如何進一步提高池塘的溶氧水平，也是高位池應用生物絮團技術需要解決的問題。
3.4 水體pH 值的調節
    細菌利用無機氮的過程中會產生CO2，這必然會導致水體pH值的降低。養殖生產上提高水體pH 的常用方法是添加生石灰，但Boyd ＆ Tucker( 1998) 指出，在沒有穩定的有機物分解源的池塘中，想通過施用生石灰來提高堿度是不可行的，如果施用了大劑量的生石灰，水體pH 值升高，CO2可得性降低，加入的生石灰會與微藻爭奪CO2，可能降低光合作用效率，產氧量減少，同時限制初級生產力；高位池養殖后期水體營造生物絮團時，如何調節pH也是一個要解決的問題。
3.5 在越冬暖棚養殖中的應用
    由于凡納濱對蝦的適溫區限較寬，加之廣東等南方省區的低溫時間較短，因此這些地區可以在冬、春季進行對蝦養殖；但為了使養殖對蝦安全過冬，需在蝦池上搭建塑料暖棚以保持養殖池塘水溫( 麥賢杰等，2009) 。該養殖方式具有延長養殖時間和提高養殖效益等優勢。越冬暖棚養殖能起到保溫的效果，由于外界水溫較低，養殖期間不適宜大量換水，所以向水體中添加碳源更有利于生物絮團的形成，生物絮團技術在越冬暖棚養殖中具有更廣闊的應用前景。

cjlittlepig

    綜上所述，生物絮團技術是一項比較新穎的實用技術，傳統的研究內容是通過物理和化學方法，對養殖水體中一些常見指標如氨氮、亞硝酸鹽氮、異養細菌數量、生物絮團體積( FV) 和總懸浮物( TSS) 等的測定( Avnimelech，2006；Avnimelech，2007；Crabet al，2009) ，通過這些指標的變化，評價利用生物絮團技術的養殖效果。隨著分子生物學的發展并結合高位池模式養殖特點，可以考慮利用PCR－DGGE 和FISH 等方法來深入研究生物絮團組成成分和細菌種群結構等，為生物絮團技術在實際養殖生產中的進一步應用打下基礎( Schryver et al，2008) 。在以后的工作中要注重這方面的研究和探索，爭取把這種實用技術早日推廣到生產實踐中，為我國水產養殖做出更大的貢獻。

cjlittlepig

http://m.sswork.com.cn/thread-13851-1-1.html
最新技術分享交流－生物絮團技術 作者：珠江所小廖

冰山

謝謝樓主！

牧心

{:soso_e100:}頂起

w8210

謝謝樓主！

hyaha

這個其實很多養殖戶早就在做這個事了，就是向池塘里添加碳源，可以調節碳氮平衡，提高氮的利用率，但是絮團這個說法感覺不太合適，至今也沒有一個明確的規定說這個團直徑要到多少才能稱之為絮團

cjlittlepig

hyaha 發表于 2014-8-25 17:27
這個其實很多養殖戶早就在做這個事了，就是向池塘里添加碳源，可以調節碳氮平衡，提高氮的利用率，但是絮團 ...

很多方法有效果，但你不一定知道原理，這里就是探討生物絮團技術原理的呀！
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hyaha

cjlittlepig 發表于 2014-8-26 08:22
很多方法有效果，但你不一定知道原理，這里就是探討生物絮團技術原理的呀！
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嗯，好吧，來學習下

湯淵魚

如何測定單位絮團含量?

cjlittlepig

湯淵魚 發表于 2014-12-15 13:24
如何測定單位絮團含量?

可通過測定絮團體積及重量進行估算！
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