生物修復技術在水產養(yǎng)殖中的應用

1、<p>　　生物修復技術在水產養(yǎng)殖中的應用 </p><p>　　摘要：通過生物修復技術，干預池塘底泥微生物相和水體藻相，使泥水界面有機質減少，好氧層加厚，增加水體藻類多樣性，形成良好而穩(wěn)定的藻相，提高池塘溶解氧水平，促進有機污染物好氧分解，減NH3、H2S、N02-等有毒物質的釋放，強化池塘自凈功能，提高水產品產量和品質。</p><p>　　關鍵詞：生物修復；池塘自凈能力；池

2、塘生態(tài)；自凈能力；藻相；微生物相</p><p><b>　　1、前言</b></p><p>　　水產養(yǎng)殖是我國國民經濟的重要組成部分，海水養(yǎng)殖作為水產養(yǎng)殖的支柱產業(yè)，為國民經濟建設和人民生活水平提高做出了重要貢獻。但隨著海水養(yǎng)殖業(yè)的迅猛發(fā)展，海區(qū)污染、蝦塘老化、黑臭底泥淤積、大規(guī)模災難性病毒病的爆發(fā)和流行等問題迅速暴露出來，使人們對傳統(tǒng)掠奪式養(yǎng)殖模式提出質疑[6、

3、7].、生物修復（ Bioremediation）是國內外近10年發(fā)展起來的最新環(huán)境工程技術，已被成功地應用于土壤、城市河湖、地下水，近海洋面的污染治理和農業(yè)、畜牧業(yè)、水產養(yǎng)殖等多個領域[1、2、3、4、5]，并成為二十世紀環(huán)境科技發(fā)展最快的高新技術領域之一。和傳統(tǒng)掠奪式養(yǎng)殖模式不同，生物修復技術應用于水產養(yǎng)殖，并不通過大量使用高營養(yǎng)的餌料和抗生素提高養(yǎng)殖產量，而主要通過生物-生態(tài)措施，修復受損的池塘生態(tài)系統(tǒng)，加速生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)和能

4、量循環(huán)，增加水體溶氧，改善水質和池塘自凈能力，提高水產養(yǎng)殖產量和品質，實現(xiàn)水產養(yǎng)殖的可持續(xù)發(fā)展。</p><p>　　2、傳統(tǒng)水產養(yǎng)殖存在的主要問題</p><p>　　傳統(tǒng)養(yǎng)殖模式，尤其是高密度養(yǎng)殖模式大多以消耗大量高蛋白飼料，以污染池塘自身和近岸環(huán)境為代價來維持的生產方式，加之養(yǎng)殖戶為了防治魚（蝦）病，大量使用消毒劑、抗生素等蝦藥，甚至人藥魚（蝦）用，用藥劑量越來越高，藥物的毒性越來越

5、強，這些藥物的使用，又嚴重破壞了已經十分脆弱的生態(tài)環(huán)境，形成越病越治、越治越病的怪圈[6、7、8、9、10、11].老化池塘中，養(yǎng)殖殘餌、糞便、死亡動植物尸體和消毒劑、抗生素等有毒化學物在池底沉積多年，形成黑色污泥，污泥中含有豐富的有機質，厭氧微生物占主導地位，氣溫升高加速了有機質的厭氧分解，消耗水中大量氧氣，產生NH3、H2S、NO2-等有毒物質，影響對蝦正常生長發(fā)育，而且黑色污泥中含有大量的致病菌，寄生蟲和敵害生物的卵，增加了池塘病

6、源的傳播途徑，使生產過程中魚（蝦）藥的用量增加，水產品品質下降。如在我國沿海地區(qū)對蝦養(yǎng)殖區(qū)，老化蝦塘的底泥污染問題，已成為困擾養(yǎng)蝦業(yè)發(fā)展的重要因素之一[11]. </p><p>　　3、池塘生態(tài)系統(tǒng)與水產養(yǎng)殖</p><p>　　池塘是一個人工圈養(yǎng)體系，其生態(tài)系統(tǒng)與自然生態(tài)系統(tǒng)有很大差異，其結構特點是養(yǎng)殖動物在生物群落中占絕對優(yōu)勢，這一優(yōu)勢是在人工扶持下形成的，由于大量人工飼料投入養(yǎng)殖系

7、統(tǒng)，除牧食鏈，腐屑鏈外，在食物關系中又增加了飼料鏈，也因此使系統(tǒng)的結構和功能發(fā)生了一定改變，決定了系統(tǒng)的低生態(tài)緩沖能力和脆弱性，其龐大的養(yǎng)殖動物生物量造成系統(tǒng)生態(tài)金字塔畸形，系統(tǒng)生物多樣性指數(shù)下降，水質也常常出現(xiàn)較大波動。</p><p>　　3.1、池塘生態(tài)系統(tǒng)中生產者在池塘生態(tài)體系中，浮游植物是初級生產者，藻類通過光合作用合成碳水化合物，放出氧氣，優(yōu)良的單胞藻可為池塘中浮游動物，底棲動物甚至養(yǎng)殖動物直接濾食，

8、也可直接吸收池塘中NH3、H2S、等有害物質，改良池塘水質，更為重要的是，藻類光合作用提高池塘的溶氧水平，促進池塘好氧微生物的生長繁殖，加速池塘有機質的分解和礦化。藻類的生長繁殖需要營養(yǎng)鹽，營養(yǎng)鹽主要來源于底泥的釋放和好氧微生物對有機質的分解礦化，優(yōu)良的藻相能提高池塘溶氧水平，特別是池塘中下層水體溶氧水平，有利于建立良好的池塘生態(tài)體系。</p><p>　　3.2、池塘生態(tài)系統(tǒng)中分解者微生物是池塘生態(tài)體系中的分解

9、者，分解池塘殘餌、對蝦糞便以及浮游動植物殘體等有機污染物，使之礦化成營養(yǎng)鹽，供藻類吸收利用。池塘微生物種類和數(shù)量，尤其是底泥微生物種類和數(shù)量不同，對有機質的分解能力、分解途徑和終產物不同，好氧微生物對有機質進行完全分解，其分解產物主要為CO2等，而厭氧微生物對有機質進行不完全分解，產生NH3、H2S等有害物質，造成池塘水質惡化，影響?zhàn)B殖動物的正常生長發(fā)育。在池塘生態(tài)體系中，由于有機污染物的大量進入，微生物對有機質的分解消耗大量氧氣，很容

10、易造成池塘，尤其是池塘底部溶氧降低，可能形成有機物厭氧分解，使用池塘生態(tài)體系失控。</p><p>　　3.3、池塘生態(tài)系統(tǒng)中生產者、分解者及其與水產養(yǎng)殖相互關系從池塘對有機污染物的自凈能力上看，微生物和藻類是池塘諸多生態(tài)因子中最為關鍵的二大因素，在池塘生態(tài)體系中，微生物種群和數(shù)量（即微生物相）與藻類的種群和數(shù)（即藻相）是密切相關的，微生物通過其分泌物的直接作用或通過其代謝產物―――營養(yǎng)鹽化學狀態(tài)和濃度的間接作用

11、而影響藻相，研究表明，微生物具有殺藻、抑藻和有效降低藻毒作用，且存在種間選擇性。同樣，藻類通過對池塘溶解氧的影響而影響微生物相，池塘溶氧增高，能促進底泥好氧微生物繁殖，加速有機質的完全分解和礦化，維持池塘良好的生態(tài)環(huán)境。</p><p>　　在池塘微生物相和藻相的相互關系中，池塘水體，尤其是中下層水體的溶氧水平是最為重要指標。池塘溶氧，除了供養(yǎng)殖動物消耗外，更多的應用于水質凈化，研究表明，蝦池水耗氧量占池塘總耗氧

12、量的69.4％，池塘溶氧主要來源于表面水面與空氣接觸溶入和浮游植物的光合作用，藻相對池塘溶氧水平起到至關重要的作用。</p><p>　　藻類的生長不僅需要N、P等營養(yǎng)，而且需要Ca、Mg、Fe、Mo、有機酸等微量營養(yǎng)[16、17、18]，當池塘中微量營養(yǎng)缺乏時（濃度過低或者以不溶性化合物形式存在），一些藻類，尤其是高等產氧單胞藻（即所謂優(yōu)良藻類）的生長受到限制，此稱之謂限制生長營養(yǎng)。而另外一些藻類如絲狀藍綠藻等

13、因其具有遺傳上適應性，具有較大表面積和氣泡，能爭奪微量營養(yǎng)供其生長繁殖，浮在池塘表面遮住陽光，抑制產氧單胞藻的生長，而較容易形成優(yōu)勢種群，因此，微量營養(yǎng)缺乏時，往往使原始藍綠藻等不良藻類迅速取得競爭優(yōu)勢，降低了藻類多樣性指數(shù)，形成不良藻相，形成池塘溶氧水平的波動。池塘藻相的形成與穩(wěn)定性與池塘水體中N、P營養(yǎng)的供應水平和池塘微量營養(yǎng)的濃度密切相關。</p><p>　　藻類的微營養(yǎng)主要來源于底泥緩慢釋放，其濃度和化

14、學形態(tài)、化學成份和底泥的微生物區(qū)系密切相關。老化的蝦塘氧化還原電位低，有機質含量高，底質酸化嚴重，PH低，F(xiàn)e、Ca、Mg、Mo等微量元素以不溶性鹽的形式沉積于底泥難以釋放。</p><p>　　3.4、池塘生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性和其它自然生態(tài)系統(tǒng)一樣，池塘養(yǎng)殖生態(tài)系統(tǒng)也具有一定自凈能力。水體的養(yǎng)殖容量為單位水體內在保護環(huán)境，節(jié)約資源和保證應有效益都符合可持續(xù)發(fā)展要求的最大養(yǎng)殖量，一個水體的養(yǎng)殖容量主要由餌料供應水平和

15、質量，水體自凈能力和人工干預程度決定的，在餌料供應和人工干預程度一樣的情況下，養(yǎng)殖容量主要由水體自凈能力決定，因此提高池塘自凈能力，即微生物對有機污染物的分解能力，對提高養(yǎng)殖產量，減少疾病發(fā)生，降低養(yǎng)殖成本，實現(xiàn)水產養(yǎng)殖的可持續(xù)發(fā)展，都有著十分重要的意義。</p><p>　　但傳統(tǒng)掠奪型養(yǎng)殖模式下池塘生態(tài)系統(tǒng)是十分脆弱的，對蝦養(yǎng)殖中，蝦池既是對蝦攝食活動的場所，也是各種有機污染氧化分解的處理池，養(yǎng)殖過程實際上是

16、一個有機污染的過程。進入池塘的有機污染物，主要由底泥微生物將其氧化分解成無機鹽，返回水域被藻類利用。底泥對有機污染物分解和營養(yǎng)鹽的再循環(huán)起著十分重要的作用。池塘的自凈能力，很大程度上處決于池塘底泥生態(tài)，即底泥化學組成和微生物相（微生物種群和數(shù)量）。老化蝦塘由于長期處于厭氧狀況，淤積大量黑臭底泥，底泥耗氧有機物含量豐富，以厭氧微生物為主，池塘自凈能力十分有限，當養(yǎng)殖密度超過池塘的養(yǎng)殖容量時，就會造成水質惡化，對蝦生長緩慢，疾病頻繁，乃至終

17、止養(yǎng)殖。蝦農為了減少損失，往往采取加大消毒劑、抗生素等藥物使用和大量換水等措施，一方面加大了養(yǎng)殖成本，降低了水產品質，另一方面增加了養(yǎng)殖海區(qū)的有機污染負荷，而且隨著我國養(yǎng)殖海區(qū)的污染加重，蝦塘老化更加嚴重，這些措施也往往無濟于事。經過多年的經驗和教訓，人們普遍認識到，要實現(xiàn)水產養(yǎng)殖的可持續(xù)發(fā)展，必須探索新的技術、新的模式，強化池塘自凈能力，做到防患于未然。</p><p>　　4、生物修復技術在水產養(yǎng)殖中應用&l

18、t;/p><p>　　現(xiàn)代生物工程技術的發(fā)展，為池塘養(yǎng)殖帶來了新的希望，通過向池塘生態(tài)體系中補充微量營養(yǎng)、促生劑、解毒劑或投放有益微生物等措施對池塘底泥和養(yǎng)殖水體進行生物修復，降低池塘底泥有機物含量，使泥水界面形成好氧微生物相，強化底泥對有機污染物分解能力池塘的自凈能力，提高藻類多樣性指數(shù)，穩(wěn)定藻相，增加水體溶氧，從而提高池塘養(yǎng)殖容量，改善水質，降低成本，提高養(yǎng)殖產量和品質，實現(xiàn)對蝦養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)發(fā)展。</p&g

19、t;<p>　　4.1、池塘底泥生物修復有助于提高其自凈能力通過在底泥-水界面噴灑土著微生物、促生劑、共代謝底物等，對老化蝦塘進行底泥生物修復，促進底泥微生物繁殖，底泥有機質在微生物作用下，迅速分解，釋放NH3、H2S等有害氣體，使底泥好氧層加厚，黑泥層（厭氧層）減薄，通過在上海泰賢和廣東徐聞的老化蝦塘生物修復試驗，底泥修復3天之后，肉眼可見底泥表面黑土層慢慢發(fā)白，大量氣體逸出，底泥好氧層明顯加厚，呈黃褐色。底泥好氧層加快

20、底泥微量營養(yǎng)的釋放，有利于提高藻類多樣性，穩(wěn)定藻相，同時也可阻隔下層黑臭底泥有毒物質釋放，泥水界面好氧微生物相強化底泥對池塘殘餌、糞便等有機污染物分解能力，加快池塘生態(tài)系統(tǒng)物質循環(huán)和能量循環(huán)，提高池塘自凈能力。</p><p>　　4.2、池塘水體生物修復有助于形成穩(wěn)定的藻相通過水體增氧、補充經腐殖質螯合的微量營養(yǎng)，土著微生物和促生劑等，強化池塘水體中殘餌、糞便等有機污染物分解，微營養(yǎng)的補充有助于建立和維持優(yōu)良藻

21、相，增加池塘溶氧，溶氧的增加和微量營養(yǎng)的補充，又加速了好氧微生物的生長繁殖和對有機污染物分解，形成良性好氧生態(tài)體系，提高池塘自凈能力和水產養(yǎng)殖的產量和品質。</p><p>　　4.3生物修復技術有助于建立穩(wěn)定的池塘生態(tài)系統(tǒng)，提高水產養(yǎng)殖產量和品質我們從2001年已經開始針對我國沿海地區(qū)蝦塘老化問題，摸索出一套利用生物修復技術改造老化蝦塘，生產高品質對蝦產品的技術，連續(xù)3年在廣東徐聞和上海泰賢等地進行老化蝦塘改造

22、試驗，并取得較好的效果。主要技術措施包括底泥生物氧化、水體生物修復等。其基本技術路線是：取底泥——提取土著微生物——配制生物促進劑——底泥生物氧化——水體生物修復及藻相調節(jié)——保持自然生態(tài)健康養(yǎng)殖環(huán)境。</p><p>　　如在廣東徐聞， 2001年進行約35畝蝦塘共三造的試驗，第一、二、三造均養(yǎng)殖成功，最高產量達350公斤/畝，而對照塘養(yǎng)殖不到40天均全部死亡，有趣的是，在第二造試驗中，養(yǎng)殖35天時，對照塘因感

23、染白斑病全部死亡，將處理蝦塘（即經過生物修復的蝦塘）分一半蝦至對照塘，對照塘對蝦不到20天也全部死亡，說明生物修復技術能顯著改善池塘水質，提高養(yǎng)殖動物對疾病抵抗能力。在2002年-2003年，我們進行了17口蝦塘近200畝每年兩造的試驗，不用任何抗生素，利用生物修復技術對老化蝦塘的底泥和水質進行修復和維護，營造自然生態(tài)健康養(yǎng)殖環(huán)境，進行健康養(yǎng)殖，均取得成功。所生產的對蝦經有關部門檢測，其氯霉素指標達到出口標準。</p>&

24、lt;p>　　綜上所述，通過生物修復技術，干預池塘底泥微生物相和水體藻相，使底泥有機質減少，好氧層加厚，增加水體藻類多樣性，形成良好而穩(wěn)定的藻相，提高池塘溶解氧水平，促進有機污染物好氧分解，減少NH3、H2S、N02-等有毒物質的釋放，強化池塘自凈功能，提高水產品產量和品質。</p><p>　　世界上大多數(shù)國家的水產養(yǎng)殖都有“發(fā)展－滑坡－調整－持續(xù)發(fā)展”的經歷，“可持續(xù)發(fā)展”是世界環(huán)境與發(fā)展委員會提出的人

25、地系統(tǒng)優(yōu)化新思路，其核心是實現(xiàn)經濟發(fā)展，資源節(jié)約和環(huán)境保護的統(tǒng)一。在老化蝦塘底泥和水體生物修復研究基礎上，結合我國對蝦養(yǎng)殖技術和措施，我們提出對蝦自然生態(tài)平衡養(yǎng)殖技術體系，根據(jù)池塘底泥理化性狀和生物相，確定底泥生物修復方案，對底泥進行生物修復，以此為基礎，確定池塘養(yǎng)殖容量和合適投苗密度，在養(yǎng)殖過程采用一切手段強化池塘自凈能力，盡可能減少消毒劑和抗生素的使用，實現(xiàn)健康養(yǎng)殖以提高對蝦產量和品質。通過養(yǎng)殖－生物修復－再養(yǎng)殖－再生物修復……，減

26、少水養(yǎng)殖對海區(qū)污染，實現(xiàn)對蝦養(yǎng)殖的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略[12、13、14、15].</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　1、劉志標、李青、劉軍、陳洽群，2003年，朝陽涌黑臭水體生物修復試驗，廣州水利，（2）：36-41 </p><p>　　2、馮奇秀、劉軍、謝駿，2003年，底泥生物氧化與城市黑臭河涌生物修復，水利漁

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