韓佳民，蘇勝齊

( 西南大學(xué) 水產(chǎn)學(xué)院，漁業(yè)資源與環(huán)境研究中心，重慶 400715 )

隨著世界人口的增長(zhǎng)，全世界對(duì)于水產(chǎn)品的需求日益增加。然而當(dāng)今捕撈業(yè)產(chǎn)量很難有增長(zhǎng)空間，傳統(tǒng)養(yǎng)殖模式又會(huì)帶來(lái)諸如水資源的過(guò)度使用、養(yǎng)殖排污和飼料浪費(fèi)等問(wèn)題。同時(shí)飼料原料的價(jià)格上漲也導(dǎo)致養(yǎng)殖成本的增加。為了應(yīng)對(duì)水產(chǎn)品養(yǎng)殖領(lǐng)域目前存在的種種問(wèn)題，需要開發(fā)并推廣更多生態(tài)友好型的養(yǎng)殖新技術(shù)。

生物絮團(tuán)技術(shù)利用水體中微生物的絮凝現(xiàn)象，通過(guò)向養(yǎng)殖池塘中添加有機(jī)碳源和充分曝氣使養(yǎng)殖水體中產(chǎn)生大量的微生物絮凝體[1-2]，這些微生物的集合稱為生物絮團(tuán)。大量的生物絮團(tuán)懸浮在水體中可以通過(guò)同化水中的氨氮、亞硝態(tài)氮以及有機(jī)碎屑來(lái)凈化水質(zhì)，同時(shí)生成的菌體蛋白能被養(yǎng)殖對(duì)象利用，增加飼料的利用率[3]。

微生物的絮凝現(xiàn)象最早發(fā)現(xiàn)于釀酒業(yè)，此后關(guān)于細(xì)菌絮凝的研究多是在廢水處理相關(guān)領(lǐng)域[3]。生物絮團(tuán)技術(shù)的概念則是法國(guó)太平洋中心海洋開發(fā)研究所最早于20世紀(jì)70年代提出的[2]。1999年，以色列科學(xué)家Avnimelech[4]在養(yǎng)殖羅非魚(Oreochromis)的過(guò)程中通過(guò)向水體中添加碳源控制碳氮比，促進(jìn)生物絮團(tuán)形成，顯著提高了羅非魚的成活率，并有效清潔養(yǎng)殖水體；隨后他以此為基礎(chǔ)進(jìn)一步完善了生物絮團(tuán)技術(shù)理論，并向全世界推廣[3]。

生物絮團(tuán)技術(shù)能夠減少換水并提高飼料利用率，這順應(yīng)了水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)目前以及未來(lái)的形勢(shì)。該技術(shù)目前在我國(guó)以及世界多地已被成功運(yùn)用于集約化養(yǎng)殖場(chǎng)中，但在實(shí)際生產(chǎn)中還存在一些問(wèn)題。同時(shí)世界范圍內(nèi)的學(xué)者對(duì)于生物絮團(tuán)的研究也還在持續(xù)。筆者詳細(xì)闡述了生物絮團(tuán)技術(shù)理論體系，并對(duì)生物絮團(tuán)技術(shù)的研究進(jìn)展與應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)，以期為該領(lǐng)域的進(jìn)一步研究與技術(shù)推廣提供參考。

1 生物絮團(tuán)技術(shù)原理

1.1 生物絮團(tuán)的形成與組成成分

生物絮團(tuán)是細(xì)菌、藻類、原生動(dòng)物和有機(jī)碎屑等通過(guò)生物絮凝的作用形成的絮狀體[5]。絮團(tuán)形狀不規(guī)則且粒徑大小不一，最大甚至可達(dá)1000 μm[6]。自然界中也存在這種生物絮凝的現(xiàn)象，如在一些淺水池塘淤泥上生長(zhǎng)的綠色絮狀體，或者是海洋中的“海雪”現(xiàn)象。生物絮凝作用機(jī)理非常復(fù)雜，包括物理因素、化學(xué)因素以及生物因素，因此生物絮團(tuán)的形成機(jī)制是多元而復(fù)雜的。首先，許多藻類或是細(xì)菌都具有分泌黏多糖胞外聚合物的能力，這些聚合物在生物絮團(tuán)形成的過(guò)程中起到了黏合劑的作用。另一種機(jī)制是由于微生物表面負(fù)電荷在水中形成的斥力減弱，引起了絮凝現(xiàn)象。藻類在生物絮團(tuán)中不僅起到絮凝作用，也能一定程度地同化水中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。在有光線的情況下，藻類的光合作用也能一定程度上提供氧氣，并且死亡的藻類也為生物絮團(tuán)提供了有機(jī)質(zhì)[3]。

生物絮團(tuán)的主體是細(xì)菌，而根據(jù)每個(gè)生物絮團(tuán)養(yǎng)殖系統(tǒng)情況的不同，生物絮團(tuán)內(nèi)部細(xì)菌種類和比例也不同。目前國(guó)內(nèi)外有很多團(tuán)隊(duì)對(duì)于生物絮團(tuán)內(nèi)部菌落結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，采用的方法大多為變性梯度凝膠電泳技術(shù)或高通量16S rDNA標(biāo)簽測(cè)序法[7-8]。有研究結(jié)果表明，生物絮團(tuán)中的微生物大部分屬于變形菌門[9-11]，而從綱的水平上看生物絮團(tuán)培養(yǎng)過(guò)程主要微生物類群隸屬于以下6個(gè)綱：α-變形菌綱、γ-變形菌綱、β-變形菌綱、放線菌綱、芽孢桿菌綱、擬桿菌綱。Wei等[12]的研究顯示，使用不同的碳源會(huì)使生物絮團(tuán)中α-變形菌綱、γ-變形菌綱、β-變形菌綱呈現(xiàn)不同的比例。夏耘等[13]的研究顯示，生物絮團(tuán)中除去一直占據(jù)優(yōu)勢(shì)的變形菌外，在不同的時(shí)間段也會(huì)出現(xiàn)不同的特異菌，其中第5天時(shí)特異菌為食酸菌屬(Acidovorax)、氣單胞菌屬(Aeromonas)、土壤桿菌屬(Agrobacterium)細(xì)菌，第10天和15天分別為芽孢桿菌屬(Bacillus)與紅球菌屬(Rhodococcus)細(xì)菌。這些特異菌均被認(rèn)為是產(chǎn)絮菌，能夠促進(jìn)生物絮團(tuán)的形成，其中芽孢桿菌和紅球菌同時(shí)還起到改善水質(zhì)的作用。

1.2 生物絮團(tuán)的異養(yǎng)同化作用與自養(yǎng)硝化作用

在生物絮團(tuán)中，對(duì)氨氮的清除起主要作用的是細(xì)菌，然而在水體中，自養(yǎng)硝化細(xì)菌的建立過(guò)程相對(duì)較慢，在養(yǎng)殖前期無(wú)法起到徹底清除氨氮的作用，所以需要通過(guò)向水體中投入碳源使異養(yǎng)細(xì)菌大量繁殖，這些異養(yǎng)細(xì)菌同時(shí)可以快速同化水中的氨氮，并最終在養(yǎng)殖水體中形成生物絮團(tuán)[1,14]。陳薇等[15]在養(yǎng)殖池溏活性污泥中分離出的施氏假單胞菌(Pseudomonasstuzeri)和芽孢桿菌屬菌株，被證明以亞硝態(tài)氮為唯一氮源。這意味著生物絮團(tuán)中的異養(yǎng)細(xì)菌也能在一定程度上做到對(duì)一部分亞硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化。

異養(yǎng)細(xì)菌同化代謝的理論方程：

自養(yǎng)硝化細(xì)菌總代謝的理論方程：

而自養(yǎng)細(xì)菌的硝化過(guò)程又分為兩個(gè)，即氨氧化菌和亞硝酸氧化菌的反應(yīng)過(guò)程，其粗略反應(yīng)式為：

(氨氧化菌反應(yīng))

(亞硝酸氧化菌反應(yīng))

由上述方程可見，生物絮團(tuán)對(duì)于氨氮的清除作用是建立在溶解氧充分的條件上，一旦溶解氧不充分，生物絮團(tuán)對(duì)氨氮的清除作用就會(huì)減弱。由于自養(yǎng)細(xì)菌生長(zhǎng)較為緩慢，且亞硝酸氧化菌的生長(zhǎng)往往滯后于氨氧化菌，這就有可能在水體溶解氧不充分的區(qū)域積累一定量的亞硝態(tài)氮，從而對(duì)養(yǎng)殖對(duì)象產(chǎn)生威脅，造成系統(tǒng)崩潰。

1.3 原位生物絮團(tuán)和異位生物絮團(tuán)

生物絮團(tuán)的方式有兩種，分別是原位培養(yǎng)和異位培養(yǎng)。原位培養(yǎng)即直接在養(yǎng)殖池中培養(yǎng)生物絮團(tuán)(圖1)。原位培養(yǎng)也是最直接、最普通和應(yīng)用最廣泛的培養(yǎng)方式。在根據(jù)投喂飼料的成分和投喂量來(lái)計(jì)算出合適的碳氮比之后，選取合適的碳源直接投入水體中并保證溶解氧與水體攪動(dòng)充分，就能在養(yǎng)殖池中生成生物絮團(tuán)。生物絮團(tuán)直接利用水體中的氨氮和飼料殘?jiān)?，形成菌體蛋白，被養(yǎng)殖對(duì)象再次利用。但原位培養(yǎng)生物絮團(tuán)對(duì)技術(shù)水平和管理水平要求很高，一旦整個(gè)系統(tǒng)失去控制，會(huì)直接威脅到養(yǎng)殖對(duì)象。同時(shí)養(yǎng)殖對(duì)象要適應(yīng)固體懸浮物環(huán)境，并且能夠攝食生物絮團(tuán)。與之相對(duì)的異位培養(yǎng)技術(shù)即將生物絮團(tuán)的生成和養(yǎng)殖活動(dòng)分開，在外置序批式反應(yīng)器中創(chuàng)造條件生產(chǎn)生物絮凝體，培養(yǎng)好后收集絮團(tuán)進(jìn)行投喂，或者作為水產(chǎn)飼料中魚粉的替代物(圖2)。

圖1 生物絮團(tuán)技術(shù)理論示意

圖2 異位生物絮團(tuán)技術(shù)

一些學(xué)者也對(duì)異位生物絮團(tuán)養(yǎng)殖的效果進(jìn)行了驗(yàn)證。試驗(yàn)結(jié)果表明，采用異位生物絮團(tuán)技術(shù)可達(dá)到可觀的凈水效果[16]。但是異位生物絮團(tuán)在養(yǎng)殖效果與免疫刺激效果上均較原位生物絮團(tuán)技術(shù)略差[17]。當(dāng)然這也意味著異位生物絮團(tuán)技術(shù)存在優(yōu)化的空間，而具體的應(yīng)用和優(yōu)化方案則需要更多的實(shí)踐與探索。當(dāng)然生物絮團(tuán)需要時(shí)間在水中形成規(guī)模，除了在水體中添加營(yíng)養(yǎng)促進(jìn)生物絮團(tuán)形成之外，也可以采取接種的方法，即預(yù)先培養(yǎng)好生物絮團(tuán)或是在水中添加益生菌進(jìn)行接種，利用這個(gè)方法可以達(dá)到人為干預(yù)生物絮團(tuán)中的菌落類型的目的[18]。

2 生物絮團(tuán)技術(shù)的作用

2.1 生物絮團(tuán)對(duì)水質(zhì)的調(diào)控

當(dāng)生物絮團(tuán)在水體中建立后，水體中的總氨氮將逐漸下降并穩(wěn)定于較低水平。在溶解氧和水體攪動(dòng)充足的前提下，整個(gè)系統(tǒng)最終會(huì)形成平衡以至于達(dá)到“零換水”的目的。從整體上看，生物絮團(tuán)既是水質(zhì)凈化的主體部分，又能被養(yǎng)殖對(duì)象攝食。無(wú)論是養(yǎng)殖對(duì)象的代謝產(chǎn)物，還是沒有被攝食的飼料碎屑，都能被生物絮團(tuán)利用形成菌體蛋白，這些生物絮團(tuán)在其粒徑大小達(dá)到一定程度的時(shí)候自然就會(huì)被養(yǎng)殖對(duì)象攝食。在理想狀態(tài)下，水體中的氨氮和亞硝態(tài)氮水平就能一直保持穩(wěn)定(圖1)。

國(guó)內(nèi)外大多數(shù)的研究證明了生物絮團(tuán)對(duì)于水質(zhì)的調(diào)控作用，相關(guān)研究也證明了生物絮團(tuán)對(duì)于氨氮和亞硝態(tài)氮具有很好的清除作用[19-23]，Shang等[24]的研究結(jié)果顯示，養(yǎng)殖水體中的氨氮和亞硝態(tài)氮及硝態(tài)氮含量在試驗(yàn)期間內(nèi)保持在合理水平。但在另一些研究中，在試驗(yàn)前期，養(yǎng)殖水體中的氨氮都有一個(gè)明顯的上升，這是由于在養(yǎng)殖前期硝化細(xì)菌和異養(yǎng)細(xì)菌的群體尚未建立起來(lái)，此時(shí)整個(gè)生物絮團(tuán)系統(tǒng)還沒有進(jìn)入平衡，氨氮和亞硝態(tài)氮產(chǎn)生的速率大于生物絮團(tuán)對(duì)其的清除速率，造成了氨氮和亞硝態(tài)氮的積累。而養(yǎng)殖前期的氨氮和亞硝態(tài)氮的水平也和碳源種類有關(guān)，對(duì)于不容易直接被細(xì)菌利用的碳源，養(yǎng)殖前期的氨氮和亞硝態(tài)氮水平往往會(huì)相對(duì)較高，細(xì)菌建立的周期也會(huì)相對(duì)變長(zhǎng)，并且由于溫度與水質(zhì)等不可控影響，生物絮團(tuán)的建立周期從2～4周到8～9周不等[25-27]。

然而在生物絮團(tuán)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，不可避免地會(huì)產(chǎn)生一些諸如飼料添加過(guò)量、碳源添加過(guò)量、局部溶解氧不充分或是水體攪動(dòng)不充分等問(wèn)題，使生物絮團(tuán)在養(yǎng)殖池中產(chǎn)生局部的系統(tǒng)失衡，或是形成淤泥，沉積在養(yǎng)殖池底部，所以在養(yǎng)殖過(guò)程中也要進(jìn)行相應(yīng)且必要的換水，這就對(duì)養(yǎng)殖設(shè)施的設(shè)計(jì)和管理水平提出了要求。

2.2 生物絮團(tuán)對(duì)飼料轉(zhuǎn)化率的提升及營(yíng)養(yǎng)價(jià)值

飼料轉(zhuǎn)化率一直是養(yǎng)殖業(yè)的難題，在投喂的飼料中通常只有20%～25%的蛋白質(zhì)可以被水產(chǎn)養(yǎng)殖對(duì)象吸收利用，其余經(jīng)由代謝排入水中或是形成殘餌。這些代謝產(chǎn)物和殘餌也是傳統(tǒng)養(yǎng)殖中水質(zhì)惡化的原因之一，沉降形成的淤泥也需要人工清理。而這些養(yǎng)殖產(chǎn)生的廢氮被生物絮團(tuán)轉(zhuǎn)化成菌體蛋白后可以被養(yǎng)殖對(duì)象再次攝食，這樣便能減少飼料的浪費(fèi)。已有研究證明，相比于常規(guī)的單純使用飼料養(yǎng)殖，生物絮團(tuán)技術(shù)的運(yùn)用可以提高飼料的利用率，且養(yǎng)殖效果更好[25,28-29]。

Avnimelech等[30]，用15N標(biāo)記過(guò)的生物絮團(tuán)喂養(yǎng)羅非魚，結(jié)果顯示，生物絮團(tuán)確實(shí)可以被羅非魚攝食，并證明了生物絮團(tuán)為羅非魚提供了25%的蛋白質(zhì)攝入。不少研究者也針對(duì)生物絮團(tuán)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)生物絮團(tuán)富含蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和各種氨基酸，其中包括賴氨酸、精氨酸等必需氨基酸[31-33]。但生物絮團(tuán)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值同時(shí)也受到絮團(tuán)粒徑、碳源種類、碳氮比等多種因素影響，這可能與絮團(tuán)中微生物種類和其所占的比例有關(guān)[5,9,34-35]。由于生物絮團(tuán)中微生物群落一直處于變化的狀態(tài)，生物絮團(tuán)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值水平也可能隨之變化。雖然生物絮團(tuán)具有可觀的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，但并不能完全滿足養(yǎng)殖對(duì)象的營(yíng)養(yǎng)需求，因此生物絮團(tuán)并不能完全代替飼料，更適合充當(dāng)飼料的補(bǔ)充。

2.3 生物絮團(tuán)的生物防治作用

目前諸多研究均提出可以將生物絮團(tuán)技術(shù)看作是一種生物防治手段。一些研究者測(cè)試了在生物絮團(tuán)水中的養(yǎng)殖對(duì)象的免疫反應(yīng)，結(jié)果顯示，生物絮團(tuán)可以激活養(yǎng)殖對(duì)象的免疫活性水平[36-40]。Ekasari等[41]用對(duì)蝦傳染性肌肉壞死病毒攻毒在生物絮團(tuán)水體中養(yǎng)殖的凡納濱對(duì)蝦(Litopenaeusvannamei)，發(fā)現(xiàn)相較于對(duì)照組，絮團(tuán)組蝦的存活率顯著提高。Crab等[42]使用哈維氏弧菌(Vibrioharveyi)攻毒鹵蟲(Artemiafranciscana)，結(jié)果也顯示，生物絮團(tuán)有助于限制致病細(xì)菌的感染。

總體上看，生物絮團(tuán)作為生物防治手段的原理主要有3點(diǎn)：(1)在生物絮團(tuán)中生長(zhǎng)的養(yǎng)殖對(duì)象長(zhǎng)期生活在有大量微生物的環(huán)境，這使他們的免疫系統(tǒng)長(zhǎng)期受到刺激，提高了養(yǎng)殖對(duì)象的免疫活性水平；(2)生物絮團(tuán)中的益生菌和病原菌會(huì)形成競(jìng)爭(zhēng)，因此相比于傳統(tǒng)養(yǎng)殖，病原菌更難在水體中形成優(yōu)勢(shì)；(3)生物絮團(tuán)技術(shù)減少了養(yǎng)殖換水，也就減少了病原的外源性引入。

3 影響生物絮團(tuán)的因素

3.1 曝氣與攪拌

由于生物絮團(tuán)本身的特性，導(dǎo)致在使用生物絮團(tuán)技術(shù)的時(shí)候，養(yǎng)殖水體中溶解氧很容易出現(xiàn)不足的狀況。當(dāng)溶解氧在水體中分布不均勻并不能滿足自養(yǎng)細(xì)菌和異養(yǎng)細(xì)菌正常代謝的時(shí)候，生物絮團(tuán)水體中容易積累氨氮，產(chǎn)生一定量的有毒的亞硝態(tài)氮，而細(xì)菌的代謝會(huì)進(jìn)一步使水中的溶解氧水平降低，造成養(yǎng)殖對(duì)象中毒或者出現(xiàn)缺氧。所以生物絮團(tuán)池塘需要更加充分的曝氣，以滿足整個(gè)系統(tǒng)對(duì)于溶解氧的需求。另外，生物絮團(tuán)本身也會(huì)自然沉降。當(dāng)生物絮團(tuán)大量沉降在池塘底部時(shí)，這些生物絮團(tuán)就會(huì)變成淤泥，形成局部的細(xì)菌無(wú)氧代謝，這也會(huì)產(chǎn)生有毒的亞硝態(tài)氮，并且沉降的生物絮團(tuán)無(wú)法被養(yǎng)殖對(duì)象攝食，所以需要水體的攪動(dòng)來(lái)保持生物絮團(tuán)懸浮。

3.2 碳源的種類

生物絮團(tuán)中異養(yǎng)細(xì)菌的生長(zhǎng)需要碳源，但碳源的種類會(huì)影響生物絮團(tuán)的建立速率以及菌群結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且易被微生物利用的碳源如葡萄糖、蔗糖等，能使生物絮團(tuán)在水中快速形成規(guī)模。但在實(shí)際生產(chǎn)中，使用葡萄糖和蔗糖等作為碳源會(huì)提高養(yǎng)殖成本，所以很多研究都圍繞碳源的種類展開(表1)。使用結(jié)構(gòu)復(fù)雜但價(jià)格較低的碳源如淀粉、木薯粉、玉米粉、米糠等，會(huì)使生物絮團(tuán)在養(yǎng)殖前期難以形成規(guī)模并且造成水體中的氨氮在養(yǎng)殖前期大量累積，直到生物絮團(tuán)建立后才逐漸下降[43-49]。Shang等[24]研究表明，將木薯淀粉進(jìn)行酶解后，也能達(dá)到很好的凈水及養(yǎng)殖效果。而類似麩皮和米糠這種糧食加工副產(chǎn)品作為單一碳源的效果不佳[50]，難以促進(jìn)生物絮團(tuán)的生長(zhǎng)，但是將其和其他碳源混合使用可達(dá)到一定的效果[51-53]。以醋酸鹽作為單一碳源對(duì)于生物絮團(tuán)的生長(zhǎng)具有一定的效果，但Crab等[35]研究表明，以醋酸鹽為碳源的生物絮團(tuán)喂養(yǎng)羅氏沼蝦(Macrobrachiumrosenbergii)的成活率較低。以甘油為單一碳源時(shí)，生物絮團(tuán)的生長(zhǎng)和凈水效果較好，但是不適用于原位生物絮團(tuán)的養(yǎng)殖。

表1 針對(duì)不同碳源應(yīng)用效果的研究

3.3 碳氮比

為了保證生物絮團(tuán)對(duì)于水質(zhì)凈化的效率，Avnimelech等[30]認(rèn)為，投喂的有機(jī)碳和氮元素應(yīng)保持一定的比例，相關(guān)的研究結(jié)果表明，碳氮比保持在1∶15～1∶20效率最高[20-23,26-27]，這時(shí)生物絮團(tuán)生長(zhǎng)較快且水質(zhì)較為穩(wěn)定。而最適宜的碳氮比需要根據(jù)具體的養(yǎng)殖情況來(lái)推斷，研究表明，水體中碳氮比過(guò)低不利于生物絮團(tuán)的生成，但是過(guò)高的碳源添加量會(huì)導(dǎo)致生物絮團(tuán)生長(zhǎng)過(guò)快，這時(shí)養(yǎng)殖水體中的總固體懸浮物增多，很容易出現(xiàn)溶解氧不足的狀況，并導(dǎo)致水中累積過(guò)多的硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮[19]。因此這也能解釋在一些研究中，高碳氮比試驗(yàn)組養(yǎng)殖對(duì)象的存活率反而比碳氮比約為15的試驗(yàn)組養(yǎng)殖對(duì)象的存活率要低。而具體的添加碳源多少和碳氮比的計(jì)算則是根據(jù)添加飼料的蛋白質(zhì)含量和飼料系數(shù)決定的[4,21,23]。

根據(jù)Avnimelech[3]的理論，公式如下：

C=N/0.05

(1)

N=F×E

(2)

式中，C表示碳源添加量，N表示氮的添加量，系數(shù)0.05是一個(gè)估算系數(shù)，由異養(yǎng)細(xì)菌自身碳氮比4、碳源含碳量50%和異養(yǎng)細(xì)菌對(duì)碳40%的同化率相乘而得；F為投喂的氮的總量，E為氮排出率，Avnimelech[3]按50%計(jì)算，也有學(xué)者按75%計(jì)算[1,3]。

將公式(1)、(2)合并得出公式(3)，代入50%氮排出率，并假設(shè)飼料含有30%的蛋白質(zhì)，含氮量為4.56%，飼料原始碳氮比為10.75，得出碳源添加量：

C=F×E/0.05

(3)

那么在添加碳源后的碳氮比應(yīng)為：

10.75×(1+0.456)=15.75

(4)

3.4 溫度與pH

溫度對(duì)于生物絮團(tuán)系統(tǒng)的影響非常復(fù)雜，因?yàn)闇囟韧瑫r(shí)對(duì)養(yǎng)殖對(duì)象和微生物產(chǎn)生影響[6]。當(dāng)水體溫度過(guò)低時(shí)，生物絮團(tuán)活性降低，甚至可能會(huì)出現(xiàn)反絮凝的現(xiàn)象[2]。隨著溫度的逐漸升高，生物絮團(tuán)活性增強(qiáng)，在33 ℃時(shí)出現(xiàn)大量生物絮團(tuán)[85]。但是在生產(chǎn)實(shí)踐中，最佳的溫度還應(yīng)考慮養(yǎng)殖對(duì)象的最適生長(zhǎng)溫度。

當(dāng)養(yǎng)殖水體的pH過(guò)高或過(guò)低(低于6.5或高于9.5)時(shí)，不但會(huì)影響?zhàn)B殖對(duì)象的生長(zhǎng)，也不利于生物絮團(tuán)的生成[3]。生物絮團(tuán)中的異養(yǎng)細(xì)菌代謝需要消耗水中的堿度，并產(chǎn)生二氧化碳。這個(gè)過(guò)程會(huì)使水體中的pH降低。當(dāng)水中的堿度降低時(shí)，水體緩沖能力變?nèi)?，?dǎo)致水體pH出現(xiàn)波動(dòng)，影響生物絮團(tuán)和養(yǎng)殖對(duì)象的生長(zhǎng)。部分研究顯示，在養(yǎng)殖過(guò)程中，向水中添加堿化合物能增加水體的緩沖能力，有利于水體pH的穩(wěn)定[86-87]。

4 生物絮團(tuán)養(yǎng)殖池塘的建立

生物絮團(tuán)技術(shù)是一項(xiàng)很適合應(yīng)用于設(shè)施漁業(yè)的技術(shù)，也因此很難直接運(yùn)用于傳統(tǒng)池塘。生物絮團(tuán)的本體是細(xì)菌等微生物，這些微生物易受到土壤和降水中的金屬離子等物質(zhì)的影響，并且由于生物絮團(tuán)水體營(yíng)養(yǎng)較為豐富，池塘中有寄生蟲的隱患較大，因此使用生物絮團(tuán)技術(shù)的池塘最好處于室內(nèi)，以隔絕這些外源性的影響以及病害的傳播。此外，室內(nèi)池塘也可以隔絕陽(yáng)光，抑制藻類的大量生長(zhǎng)，使整個(gè)系統(tǒng)完全處于細(xì)菌的主導(dǎo)作用之下。因?yàn)閺拈L(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看藻類對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的增益并不樂觀，光合作用產(chǎn)生的氧氣與呼吸作用消耗的氧氣基本可以持平。一旦系統(tǒng)失衡，藻類的大量死亡也會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成額外的負(fù)擔(dān)[3]。

原位培養(yǎng)的生物絮團(tuán)池塘應(yīng)當(dāng)具有良好的給排水系統(tǒng)，以應(yīng)對(duì)生物絮團(tuán)發(fā)生大量沉積的狀況。由于生物絮團(tuán)池塘需氧量大，以及需要保證生物絮團(tuán)懸浮等特性，生物絮團(tuán)池塘也要有相應(yīng)的供氧設(shè)施和水泵保證生物絮團(tuán)池塘水體溶解氧充足，并避免生物絮團(tuán)發(fā)生大量沉淀。在國(guó)內(nèi)，養(yǎng)殖人員多將跑道流水養(yǎng)殖和生物絮團(tuán)結(jié)合起來(lái)以保持水體的流動(dòng)。

采用異位培養(yǎng)的生物絮團(tuán)技術(shù)的池塘則更加適合設(shè)施漁業(yè)，也能和循環(huán)水工廠化養(yǎng)殖技術(shù)良好地結(jié)合在一起，但也因此會(huì)造成成本過(guò)高的問(wèn)題。所以在實(shí)際生產(chǎn)中具體采用哪一種技術(shù)，要結(jié)合現(xiàn)實(shí)的情況去考慮。

5 生物絮團(tuán)技術(shù)與養(yǎng)殖種類

生物絮團(tuán)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是建立在養(yǎng)殖對(duì)象可以攝食生物絮團(tuán)的基礎(chǔ)上的，因此，很多關(guān)于生物絮團(tuán)技術(shù)的研究都是基于不同的養(yǎng)殖品種進(jìn)行的(表2)。目前研究較多的品種為羅非魚和以凡納濱對(duì)蝦為首的眾多蝦類，這些養(yǎng)殖品種能夠很好地應(yīng)用于生物絮團(tuán)技術(shù)，并在實(shí)際生產(chǎn)中的普及程度很高。根據(jù)生物絮團(tuán)技術(shù)的理論，濾食性魚類和雜食性魚類都可以適應(yīng)生物絮團(tuán)養(yǎng)殖系統(tǒng)，如鯉、鯽、鰱、鳙等。除食性之外還要考慮養(yǎng)殖對(duì)象對(duì)高濃度固體懸浮物環(huán)境的耐受程度，對(duì)于可以攝食生物絮團(tuán)但不能適應(yīng)高濃度固體懸浮物環(huán)境的種類可以采用異位生物絮團(tuán)的方法進(jìn)行養(yǎng)殖，如褐牙鲆(Paralichthysolivaceus)和花鰻鱺[78,88-89]，以及克氏原螯蝦(Procambarusclarkii)、中華絨螯蟹(Eriocheirsinensis)、仿刺參(Apostichopusjaponicus)和翡翠貽貝(Pernaviridis)[4,90-93]。但在一些研究中發(fā)現(xiàn)，革胡子鲇雖然對(duì)于生物絮團(tuán)的攝食效果并不明顯，其生長(zhǎng)狀況要優(yōu)于清水養(yǎng)殖，這可能與生物絮團(tuán)對(duì)于水體理化因子的穩(wěn)定和免疫刺激有關(guān)[19,55,94]。

表2 針對(duì)不同養(yǎng)殖種類的生物絮團(tuán)應(yīng)用效果研究

6 生物絮團(tuán)技術(shù)對(duì)于日常管理的要求

當(dāng)生物絮團(tuán)技術(shù)應(yīng)用于養(yǎng)殖時(shí)，日常管理非常重要。尤其是對(duì)于使用原位培養(yǎng)的生物絮團(tuán)技術(shù)的養(yǎng)殖池塘，生物絮團(tuán)產(chǎn)生的任何變化都會(huì)直接影響到整個(gè)水體。所以在養(yǎng)殖過(guò)程中，工作人員應(yīng)每日監(jiān)測(cè)池塘中的溶解氧和總固體懸浮物以及氨氮的含量。池塘中的溶解氧不充分，不但會(huì)使養(yǎng)殖對(duì)象缺氧，還會(huì)使生物絮團(tuán)對(duì)于氨氮的清除能力減弱，并造成水體中氨氮以及亞硝態(tài)氮升高。當(dāng)池塘中的氨氮升高(>0.5 mg/L)時(shí)，應(yīng)考慮適當(dāng)添加碳源，若氨氮一直維持較低水平則可以不添加碳源，避免生物絮團(tuán)過(guò)量生長(zhǎng)與養(yǎng)殖對(duì)象爭(zhēng)奪水體中的氧氣。對(duì)于生物絮團(tuán)沉降形成的淤泥要及時(shí)清除以免造成局部的溶解氧水平過(guò)低[3]。

Avnimelech等[3,31]認(rèn)為，生物絮團(tuán)養(yǎng)殖池塘中的固體懸浮物含量不宜過(guò)高，其質(zhì)量濃度應(yīng)控制在500～1000 mg/L。當(dāng)固體懸浮物濃度過(guò)高時(shí)，有可能會(huì)導(dǎo)致養(yǎng)殖對(duì)象的鰓受到絲狀菌的損害，最終造成產(chǎn)量下降?？偣腆w懸浮物的監(jiān)測(cè)方法是在固定時(shí)間，將采集到的水樣倒入1 L英霍夫錐形管中，待水中的生物絮團(tuán)沉降，觀察底部生物絮團(tuán)的體積。

7 生物絮團(tuán)技術(shù)目前存在的問(wèn)題

7.1 前期投入

如前文所述，生物絮團(tuán)技術(shù)很難直接應(yīng)用于傳統(tǒng)池塘，這相當(dāng)于這項(xiàng)技術(shù)需要更多的前期投入。如以傳統(tǒng)方式進(jìn)行養(yǎng)殖的養(yǎng)殖戶想要使用這種技術(shù)，需要對(duì)其已有的池塘進(jìn)行改建或者新建，這對(duì)于養(yǎng)殖戶來(lái)說(shuō)是一筆不小的投入，具有很大的風(fēng)險(xiǎn)，從而造成這項(xiàng)技術(shù)在推廣上的困難，往往只有規(guī)模較大的養(yǎng)殖廠能夠承擔(dān)該項(xiàng)技術(shù)的前期投入。此外，養(yǎng)殖設(shè)施設(shè)計(jì)的好與壞同時(shí)決定著前期的成本和后期的養(yǎng)殖效果，但往往養(yǎng)殖技術(shù)前沿的學(xué)者對(duì)于工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足，對(duì)于該技術(shù)的設(shè)施研究也是鳳毛麟角。在這方面依舊需要更多的經(jīng)驗(yàn)和研究成果。

7.2 管理要求高

生物絮團(tuán)養(yǎng)殖技術(shù)對(duì)于日常管理的要求要遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的養(yǎng)殖技術(shù)和工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖技術(shù)。日常的監(jiān)管不到位，導(dǎo)致生物絮團(tuán)系統(tǒng)中整體的平衡破壞，若處理不及時(shí)，后果是難以挽回的。因?yàn)樯镄鯃F(tuán)養(yǎng)殖技術(shù)更多是應(yīng)用于高密度養(yǎng)殖，且微生物的狀態(tài)也很難單單通過(guò)肉眼來(lái)觀測(cè)，這就對(duì)養(yǎng)殖戶的技術(shù)水平提出了要求。養(yǎng)殖戶不僅要懂得使用技術(shù)，也要懂原理，這也造成了這項(xiàng)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用上的阻力。

7.3 養(yǎng)殖對(duì)象選擇范圍有限

生物絮團(tuán)技術(shù)因其技術(shù)的特性，并不是所有的養(yǎng)殖品種都能適用于這項(xiàng)技術(shù)。所選取的物種不僅要能適應(yīng)高濃度懸浮顆粒的環(huán)境，也要能攝食生物絮團(tuán)，如果使用異位生物絮團(tuán)養(yǎng)殖技術(shù)，也要保證養(yǎng)殖對(duì)象至少可以攝食生物絮團(tuán)。另外生物絮團(tuán)技術(shù)的配套設(shè)施所帶來(lái)的成本也要求養(yǎng)殖戶要考慮養(yǎng)殖品種是否能帶來(lái)足夠的經(jīng)濟(jì)效益。而養(yǎng)殖品種的限制又會(huì)產(chǎn)生地域性限制，例如在冬季氣溫較冷的地區(qū)養(yǎng)殖羅非魚還需要額外的加溫設(shè)施，使養(yǎng)殖成本進(jìn)一步提高。

8 展 望

盡管生物絮團(tuán)技術(shù)擁有許多優(yōu)勢(shì)，但該技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用與推廣還不夠廣泛，并且生物絮團(tuán)技術(shù)依舊還有很多可以進(jìn)一步完善的空間。首先若想把這項(xiàng)技術(shù)更好地向養(yǎng)殖戶推廣，需要研究出各類養(yǎng)殖品種的具體養(yǎng)殖方法以及管理要求，因?yàn)閷?duì)于不同的養(yǎng)殖品種來(lái)說(shuō)，最佳的碳源、最佳碳氮比以及最佳溫度等都不同。而生物絮團(tuán)技術(shù)因其特性在應(yīng)用中對(duì)養(yǎng)殖管理的要求較高，同時(shí)生產(chǎn)實(shí)踐中也需要一些工程設(shè)計(jì)人才，來(lái)完善工廠化養(yǎng)殖的設(shè)施設(shè)計(jì)，其中，如何使養(yǎng)殖設(shè)施更合理，更適合不同的地理?xiàng)l件以及成本的控制，都是這項(xiàng)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的難點(diǎn)。而生物絮團(tuán)技術(shù)也不僅僅可以當(dāng)作一種單純的養(yǎng)殖技術(shù)進(jìn)行推廣，它同樣適宜作為養(yǎng)殖工廠的一項(xiàng)生物凈水技術(shù)進(jìn)行推廣。對(duì)于已有的養(yǎng)殖工廠、傳統(tǒng)養(yǎng)殖池塘甚至流水養(yǎng)殖池塘，技術(shù)人員可以在不對(duì)養(yǎng)殖設(shè)施進(jìn)行大規(guī)模改造的前提下，在凈水環(huán)節(jié)上加造生物絮團(tuán)池或生物絮團(tuán)反應(yīng)器，以實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖廢水、養(yǎng)殖淤泥的處理及再利用，從而減少飼料的浪費(fèi)。這項(xiàng)技術(shù)在理論層面則需要繼續(xù)探究生物絮團(tuán)的原理，尤其是生物絮團(tuán)中不同微生物間，或是微生物和藻類之間的相互作用，以及需要探究更多人為控制生物絮團(tuán)中微生物群落結(jié)構(gòu)和和控制生物絮團(tuán)粒徑的方法。