主頁> 論文模板> 理學論文> 農林學類> 水產養殖> 生物修復技術在水產養殖中的應用

生物修復技術在水產養殖中的應用

未知

關鍵詞：生物修復；池塘自凈能力；池塘生態；自凈能力；藻相；微生物相

1、前言

水產養殖是我國國民經濟的重要組成部分，海水養殖作為水產養殖的支柱產業，為國民經濟建設和人民生活水平提高做出了重要貢獻。但隨著海水養殖業的迅猛發展，海區污染、蝦塘老化、黑臭底泥淤積、大規模災難性病毒病的爆發和流行等問題迅速暴露出來，使人們對傳統掠奪式養殖模式提出質疑[6、7].、生物修復（ Bioremediation）是國內外近10年發展起來的最新環境工程技術，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、畜牧業、水產養殖等多個領域[1、2、3、4、5]，并成為二十世紀環境科技發展最快的高新技術領域之一。和傳統掠奪式養殖模式不同，生物修復技術應用于水產養殖，并不通過大量使用高營養的餌料和抗生素提高養殖產量，而主要通過生物-生態措施，修復受損的池塘生態系統，加速生態系統的物質循環和能量循環，增加水體溶氧，改善水質和池塘自凈能力，提高水產養殖產量和品質，實現水產養殖的可持續發展。

2、傳統水產養殖存在的主要問題

傳統養殖模式，尤其是高密度養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境為代價來維持的生產方式，加之養殖戶為了防治魚（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，藥物的毒性越來越強，這些藥物的使用，又嚴重破壞了已經十分脆弱的生態環境，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。如在我國沿海地區對蝦養殖區，老化蝦塘的底泥污染問題，已成為困擾養蝦業發展的重要因素之一[11].

3、池塘生態系統與水產養殖

池塘是一個人工圈養體系，其生態系統與自然生態系統有很大差異，其結構特點是養殖動物在生物群落中占絕對優勢，這一優勢是在人工扶持下形成的，由于大量人工飼料投入養殖系統，除牧食鏈，腐屑鏈外，在食物關系中又增加了飼料鏈，也因此使系統的結構和功能發生了一定改變，決定了系統的低生態緩沖能力和脆弱性，其龐大的養殖動物生物量造成系統生態金字塔畸形，系統生物多樣性指數下降，水質也常常出現較大波動。

3.1、池塘生態系統中生產者在池塘生態體系中，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，優良的單胞藻可為池塘中浮游動物，底棲動物甚至養殖動物直接濾食，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鹽，營養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體系。

3.2、池塘生態系統中分解者微生物是池塘生態體系中的分解者，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，使之礦化成營養鹽，供藻類吸收利用。池塘微生物種類和數量，尤其是底泥微生物種類和數量不同，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，影響養殖動物的正常生長發育。在池塘生態體系中，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，使用池塘生態體系失控。

3.3、池塘生態系統中生產者、分解者及其與水產養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因子中最為關鍵的二大因素，在池塘生態體系中，微生物種群和數量（即微生物相）與藻類的種群和數（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―――營養鹽化學狀態和濃度的間接作用而影響藻相，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環境。

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。

藻類的生長不僅需要N、P等營養，而且需要Ca、Mg、Fe、Mo、有機酸等微量營養[16、17、18]，當池塘中微量營養缺乏時（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（即所謂優良藻類）的生長受到限制，此稱之謂限制生長營養。而另外一些藻類如絲狀藍綠藻等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，而較容易形成優勢種群，因此，微量營養缺乏時，往往使原始藍綠藻等不良藻類迅速取得競爭優勢，降低了藻類多樣性指數，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定性與池塘水體中N、P營養的供應水平和池塘微量營養的濃度密切相關。

藻類的微營養主要來源于底泥緩慢釋放，其濃度和化學形態、化學成份和底泥的微生物區系密切相關。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，Fe、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。

3.4、池塘生態系統的脆弱性和其它自然生態系統一樣，池塘養殖生態系統也具有一定自凈能力。水體的養殖容量為單位水體內在保護環境，節約資源和保證應有效益都符合可持續發展要求的最大養殖量，一個水體的養殖容量主要由餌料供應水平和質量，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，對提高養殖產量，減少疾病發生，降低養殖成本，實現水產養殖的可持續發展，都有著十分重要的意義。

但傳統掠奪型養殖模式下池塘生態系統是十分脆弱的，對蝦養殖中，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，養殖過程實際上是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鹽的再循環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，即底泥化學組成和微生物相（微生物種群和數量）。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，當養殖密度超過池塘的養殖容量時，就會造成水質惡化，對蝦生長緩慢，疾病頻繁，乃至終止養殖。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，一方面加大了養殖成本，降低了水產品質，另一方面增加了養殖海區的有機污染負荷，而且隨著我國養殖海區的污染加重，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，要實現水產養殖的可持續發展，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。

4、生物修復技術在水產養殖中應用

現代生物工程技術的發展，為池塘養殖帶來了新的希望，通過向池塘生態體系中補充微量營養、促生劑、解毒劑或投放有益微生物等措施對池塘底泥和養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，穩定藻相，增加水體溶氧，從而提高池塘養殖容量，改善水質，降低成本，提高養殖產量和品質，實現對蝦養殖業可持續發展。

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。底泥好氧層加快底泥微量營養的釋放，有利于提高藻類多樣性，穩定藻相，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，加快池塘生態系統物質循環和能量循環，提高池塘自凈能力。

4.2、池塘水體生物修復有助于形成穩定的藻相通過水體增氧、補充經腐殖質螯合的微量營養，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，微營養的補充有助于建立和維持優良藻相，增加池塘溶氧，溶氧的增加和微量營養的補充，又加速了好氧微生物的生長繁殖和對有機污染物分解，形成良性好氧生態體系，提高池塘自凈能力和水產養殖的產量和品質。

4.3生物修復技術有助于建立穩定的池塘生態系統，提高水產養殖產量和品質我們從2001年已經開始針對我國沿海地區蝦塘老化問題，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3年在廣東徐聞和上海泰賢等地進行老化蝦塘改造試驗，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——保持自然生態健康養殖環境。

如在廣東徐聞， 2001年進行約35畝蝦塘共三造的試驗，第一、二、三造均養殖成功，最高產量達350公斤/畝，而對照塘養殖不到40天均全部死亡，有趣的是，在第二造試驗中，養殖35天時，對照塘因感染白斑病全部死亡，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，營造自然生態健康養殖環境，進行健康養殖，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。

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。

世界上大多數國家的水產養殖都有“發展－滑坡－調整－持續發展”的經歷，“可持續發展”是世界環境與發展委員會提出的人地系統優化新思路，其核心是實現經濟發展，資源節約和環境保護的統一。在老化蝦塘底泥和水體生物修復研究基礎上，結合我國對蝦養殖技術和措施，我們提出對蝦自然生態平衡養殖技術體系，根據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，確定池塘養殖容量和合適投苗密度，在養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，實現健康養殖以提高對蝦產量和品質。通過養殖－生物修復－再養殖－再生物修復……，減少水養殖對海區污染，實現對蝦養殖的可持續發展戰略[12、13、14、15].

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

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，水利漁業，23（6）：42-44

3、徐亞同、史家樑、袁磊，2000年，上澳塘水體生物修復試驗，上海環境科學，19（3）：480-484

4、Awford，R.L. and Crawford，D.L.，1996，Bioremediation principle， cambridge university press， Cambridge

5、李秋芬、袁有憲，2000年，海水養殖環境生物修復技術研究展望，中國水產科學，7（2）：90-92

6、姚茹，1998年，廣東省對蝦養殖業現狀及發展對策，科學養魚（12）：3-4

7、林林、丁美麗、孫艦軍、朱謹釗、李光友，1998年，有機污染提高對蝦對病源菌易感性研究，海洋學報，（1）：129-135

8、丁美麗、林林、李光友，1997年，有機污染對對蝦體內外環境影響研究，海洋與湖沼，28（1）：7-11

9、李卓佳、張慶、陳康德，1998年、池塘養殖中應用微生物防治斑節對蝦疾病的初步研究，南海水產研究，16：280-285

10、周瑞蓮、2000年、廣東省對蝦健康養殖與可持續發展的對策，水產科技，2：5-8

11、何建國、莫福，1998年，對蝦白斑綜合癥控制與廣東省對蝦養殖持續發展，中國水產，（11）： 34-37

12、李秋芬、曲克明、辛福言、袁有憲，2001年，蝦池環境生物修復作用菌的分離與篩選，應用與環境生物學報，7（3）：281-285