【水質管理寶典】氨氮的積累毒害及生物控制

1 養殖水體氨氮的積累及毒害1．1 水體的氮素循環構成氮循環的主要環節是：生物體內有機氮的合成、氨化作用、硝化作用、反硝化作用和固氮作用。自然水體中的氮來自水生動植物屍體及排泄物的積累及腐敗，含氮有機化合物通過營腐生細菌分解成氨氮、硫化氫等小分子無機物 ，然後由各種自養型微生物主要為硝化細菌的作用 ，轉化為亞硝酸鹽和硝酸鹽 ，這三種氮素一方面被藻類和水生植物吸收，另一方面硝酸鹽在缺氧條件下被反硝化細菌通過脫氮作用將硝態氮轉化為氮氣逸出水體 ，大氣中的氮被固氮菌利用重新回到水體。由於各種微生物的生長繁殖速度不同，在整個氮素轉化過程中，從含氮有機物到氨氮的轉化是由多種異養微生物來擔任，而這類微生物的生長繁殖較快，因此這過程時間較短 ；從氨氮到亞硝酸鹽轉化由亞硝化細菌擔任，亞硝化菌的生長繁殖速度為18分鐘一個世代，因此其轉化的時間也較短；從亞硝酸鹽到硝酸鹽是由硝化細菌擔任，硝化菌的生長速度相對較慢 ，其繁殖速度為18小時一個世代，因此，由亞硝酸鹽轉化到硝酸鹽的時間就長很多，亞硝態氮的有效分解需要12天甚至更長的時間。1．2 養殖水體中氨氮及亞硝態氮的積累及毒害一般情況下，水體的氮循環處於一種穩定的狀態 ，水體氨氮及亞硝態氮維持正常水平 。在高密度養殖及淡水綜合養殖的水體中，由於大量的投餌而留下的殘餌、水體中水生動物的大量排泄物的累積，而定期的使用消毒藥劑 ，在殺滅有害微生物的同時，有益微生物種類及數量也會相應減少，水生態失衡 ，表現為水質惡化 ，水體透明度降低，水體缺氧，大量積累的氮素硝化過程受阻，形成養殖水體中氨氮和亞硝酸鹽含量高，尤其是溫度及 pH值較低時，硝化作用減弱，造成亞硝酸鹽積累更明顯 。水體中的總氨包括分子氨(NH )與離子氨(NH )，其中對魚類有明顯毒害作用的是分子氨。隨著 pH值的不同，兩者在水中是可以相互轉化的，水體中分子氨與離子氨的比例與水溫及pH有密切關係。總的來說，溫度和pH值上升，遊離氨在總氨中的比例增加，遊離氨含量越多，毒性就越強。養殖水體中離子氨允許的最高濃度為不超過每升5mg氮 (5 mgN／L)，而分子氨允許的最高濃度僅為每升0.1 mg氮(0．1 mgN／L)。關於氨的毒性作用一般認為滲進生物體內的分子氨將血液中血紅蛋白分子的 Fe2+氧化成為 Fe3+，降低血液的載氧能力，使呼吸機能下降。可見，水體溶氧愈低，氨毒性也就愈烈。氨主要是侵襲粘膜，特別是魚鰓表皮和腸粘膜 ，其次是神經系統，使魚類等水生動物的肝腎系統遭受破壞，引起體表及內臟充血、肌肉增生及出現腫瘤 ，嚴重的發生肝昏迷以致死亡。即使是低濃度的氨 ，長期接觸也會損害鰓組織，出現鰓小片彎曲、粘連或融合現象。亞硝酸鹽是硝化反應不能完全進行的中間產物，當水體總氨濃度達高峰 3~4天後，亞硝酸鹽濃度也相應升高並達到高峰。相對於氨毒害，亞硝酸鹽對魚蝦的毒性較小，但由於氨氮的轉化速度較快 ，使得亞硝酸鹽的問題最為突出。亞硝酸鹽作用機理與氨氮毒害相似，主要是通過魚蝦的呼吸作用由鰓絲進入血液，可使正常的血紅蛋白氧化成高價血紅蛋白，降低運輸氧氣的蛋白攜氧的功能。出現組織缺氧，魚蝦攝食量降低，鰓組織出現病變，呼吸困難、騷動不安或反應遲鈍，從而導致魚蝦缺氧甚至窒息死亡。亞硝酸鹽還可與仲胺類反應成致癌性的亞硝酸胺類物質，pH值低時有利於亞硝酸胺形成。很多池塘出現魚蝦厭食現象 ，亞硝酸鹽過高就是主要原因之一。2 養殖水體氨氮的生物調控目前降低養殖水體氨氮的方法有化學的氧化還原法、物理的吸附法或開泵增氧法、生物的肥水及細菌分解法等。前兩種方法長期使用都會改變池塘底泥的性質，而且不能從根本上解決問題，而生物降解水體氨氮、亞硝態氮是依靠調節水體中的生物因子(藻類及微生物)對水體的有機污染物進行有效轉化，達到自凈作用，有利於建立合理的水生生態循環，是一種健康養殖水質調控的有效方法。2．1 微藻對水體的凈化作用機理及在養殖水體中除氨氦的研究微藻也稱單細胞藻類，是一種在顯微鏡下才能辨別其形態的微小的藻類類群，約佔全球 已知3萬餘種藻類的70%。微藻是以水為電子供體的光能自養生物，以光能作為能源，利用氮、磷等營養物質合成複雜的有機質。被藻細胞吸收的硝酸鹽、亞硝酸鹽和銨鹽可以用於氨基酸和蛋白質、葉綠素等含氮物質的合成，而微藻又為多種魚類提供食餌，因此，微藻的生長可降低水體中的氮、磷含量。對氮和磷吸收效果最好的微藻是螺旋藻、小球藻、柵藻、顫藻，柵列藻等，尤以小球藻的降氮能力最強。Lefebvre等人的試驗結果表明硅藻可吸收養魚池塘廢水富含的無機物質 N、P、Si等，對廢水凈化率可達到90%。Duma報道鮑氏席藻對養殖廢水氮去除可達80%。在養殖水體中接種有益藻類，既可起到除氮增氧的作用，又起到增餌肥水作用 ，當其形成優勢群體時，還能抑制有害藻類（微囊藻）生長。水產養殖中適合養魚的最佳水色為油綠色(浮游植物主要種類為隱藻 、硅藻 、金黃藻和綠球藻等)和淺褐色(浮游植物主要種類為硅藻 、金黃藻、黃綠藻等)，而這兩類水中所含的藻類均易被魚類消化吸收利用，是魚類等養殖品種非常好的天然餌料。藻類的光合作用還能產生大量的氧氣，據報道，水體中的溶氧80%來自藻類的光合作用。氧充足能促進亞硝酸鹽向硝酸鹽的轉化，同時，可減少水體因缺氧而形成的惡臭氣味，改善水體生態環境，抑制和減輕氨氮、亞硝酸鹽、硫化氫對魚類的毒害作用，提高魚類食慾和飼料利用率，促進魚類生長發育。2．2 微生態製劑在淡水養殖中的研究及應用現狀微生態製劑是從天然環境中篩選出來的微生物菌體經培養、繁殖後製成的含有大量有益菌的活性菌製劑，是近年來發展起來的新型魚餌添加劑。養殖水體環境本身就是一個由多種微生物組成的動態平衡系統，有益菌和有害菌共存。眾多研究表明，當向水體添加有益微生物，通過大量繁殖成為優勢種群可抑制有害病菌的生長，同時通過有益微生物的新陳代謝，可降低水中過剩的營養物質和其他有害物質，對去除水體中的氨態氮、有機質、降低 BOD、COD和增加溶解氧等方面有明顯的調節作用，同時也調節水體的pH值 ，促進底泥中氮磷的釋放，以促進浮游生物的生長。我國於20世紀80年代著手研究微生態製劑對水質的凈化作用 ，近年來應用於水產養殖業已積累了不少寶貴經驗。微生態態製劑最早是應用於水族箱養殖 ，用于海水養殖特別是對蝦的集約化養殖已有較多報道，而用於淡水養殖的水質調控則是則是近年來才展開。 目前，可用於開發調控水體微生態製劑的微生物種群比較多，其中能降低水體氨氮的微生物主要有光合細菌、芽抱桿菌、硝化細菌等。2．2．1 純種微生態製劑 光合細菌菌劑。光合細菌無毒無害，菌體含蛋白質60%以上，並富含B族維生素、氨基酸及促進生長因子等，並能釋放具有抗病性的胰蛋白、輔酶Q等，有效抑制病菌的繁殖，早已用於開發優質安全的微生態飼料添加劑。光合細菌用作養殖水質凈化劑，目前在國內外均已進入生產應用性階段，日本、中國、東南亞各國的養蝦池和養魚池均已普遍使用光合細菌以改善水質。研究結果表 明，光合細菌作為水質凈化劑對總氮的去除率達65% 。芽孢桿菌菌劑。芽孢桿菌作為一種益生菌近年來已廣泛應用於水產養殖業中，較多研究表明在養殖水體中投入一定量的芽孢桿菌後，水體中的氨氮、亞硝酸鹽、大腸桿菌量明顯降低，同時，它能改善養殖動物的腸道微生態提高其消化機能促進養殖動物的健康生長。由於芽孢繁殖的特性，芽孢對高溫、乾燥、化學物質有強大的抵抗性，所以芽孢桿菌在加工或應用時受溫度、濕度、化學物質的影響較小，特別適合製成活性菌劑。由於它的特性與功能優於光合細菌而有望成為光合細菌的替代品，已成為當前國際凈水界的研究熱點芽孢桿菌屬中尤其是枯草芽孢桿菌和蠟樣芽孢桿菌、芽孢乳桿菌為主。硝化細菌菌劑。硝化細菌是一種好氣性細菌，屬於自營性細菌的一類 ，包括兩種完全不同代謝群：亞硝酸菌屬及硝酸菌屬。這兩類菌通常生活在一起，在無光下，亞硝酸細菌將氨氧化成亞硝酸，硝酸細菌(又稱硝化細菌)，將亞硝酸氧化成硝酸。可見，硝化細菌在氮循環水質凈化過程中扮演著很重要的角色。硝化細菌生長較緩慢，其平均代時(即細菌繁殖一代所需要的時間)在10天以上，在食物短缺等惡劣環境下，休眠期最長可以達到2年之久。因此 ，把硝化細菌製成的菌液，可以長期保存 。2．2．2 複合微生態製劑 採用單一微生物菌種來控制、凈化水質的方法存在一定的局限性，而由多類微生物組成的複合微生態製劑則起到降低氨氮，凈化水體，改善水生態，抑制魚類病蟲害，提高養殖成活率，維持水生生物多樣性等的多重作用因而成為微生態製劑的主要發展方向。王彥波等對比了光合細菌、芽孢桿菌和由光合細菌、芽孢桿菌等組成的微生態製劑對鯽魚養殖水質的影響，結果顯示，單獨添加光合細菌降解水體氨氮的能力十分顯著，降解率達72%；單獨添加芽孢桿菌可以顯著同化水體中的亞硝酸鹽．亞硝酸鹽含量下降幅度達50%；複合微生態製劑無論降低氨氮、亞硝酸鹽含量還是COD含量，均優於單獨製劑。吳偉等的實驗結果認為複合微生態製劑通過直接影響水體中細菌的數量而促進水體的氮循環。張慶、林冬年先後以芽孢桿菌為主導的複合微生態菌劑對羅非魚生長及養殖水體水質的影響 ，結果表明複合微生態菌劑能降低水體氨氮同時對羅非魚生長有較大的促進作用。陳秋紅等以芽胞桿菌屬為主的複合微生物製劑試用於魚類養殖池塘的水質改良，獲得較好的效果。本世紀以來，人們開發了各種生物活性較好的由多種微生物組成的複合微生態水質調節劑用於對養殖水體的水質調控。2．2．3 固定化微生態製劑 隨著固定化細胞技術的發展及固定化微生物在污水處理上的應用，固定化微生態製劑用於水產養殖已成為人們研究的熱點 。固定化微生物用於處理含氨氮廢水最早起於上世紀80年代，所包埋的微生物均為硝化和反硝化細菌，所用載體多為聚乙烯醇或海藻酸鹽等。耿金菊等將分離得到的脫氮微生物菌群發酵液經離心分離後，均勻噴霧到麩皮載體上固定化後，製得固態微生態製劑，將製得的固態微生物製劑存放3個月後，驗證其微生物生長繁殖性能和氨氮降解性能均未下降。鄭耀通等用固定化光合細菌凈化養魚水質，發現其對去除水體的氨態氮有明顯的優越性。齊素芳等人採用殼聚糖和海藻酸鈉固定化硝化細菌去除養殖水體中的氨氮，去除率達94%以上。黃正等人採用固定化硝化細菌處理養殖廢水中的氨 氮，24 小時後 ，氨氮去除率達82.5%。2．3 藻菌共同利用研究利用菌藻聯合調控養殖水質，可以達到改善池塘微生態結構，又能保持水體透明度，使魚有較好的天然餌料，是實施生態養殖的有效途徑之一。沈南南研究小球藻和芽孢桿菌聯合使用對養殖水體氨氮的降解作用，結果表明，小球藻和芽孢桿菌聯合處理組對水質的調控效果明顯優於只添加芽孢桿菌組或小球藻組。陳海敏探索了光合細菌和小球藻聯合處理調控養殖水體水質情況，試驗結果表明，光合細菌和小球藻能很好地去除水體的氮、磷，尤其對銨氮的去除效果最好，而且菌藻聯合處理有利於養殖廢水的重新利用，在工廠化養殖廢水處理 中有著良好的應用前景。3 結語降低水體氨氮濃度，是集約化淡水養殖業面臨的大難題。現有的研究結果表明 ，合理使用微藻或微生態製劑，利用生物控制方法，使水體的有益藻相及菌相處於動態平衡，既能起到水質凈化作用，又能為養殖魚類提供餌料，同時還能增強魚類的抗病能力，促進魚類的生長。顯然，生物控制養殖水體水質是一種很有前景的健康養殖水質調控方法。利用微藻或微生態製劑除水體氨氮，我國目前仍停留在使用單一的微藻或微生態製劑，對藻菌聯用方面研究得較少，還沒得到實際應用。微藻作為凈水劑在淡水養殖中的應用還沒被引起重視 。今後應加大對藻菌聯用的研究力度，微生態製劑向多元化發展，將具有不同功效的益生菌整合在一起，使其同時具有改善腸道內環境、增加進食、抑制有害菌群 、改善水質等多方面的作用。點擊右面標題查看>添加客服微信號zyhy00001隨時獲取私人專屬定製服務！============www.sxzyhy.com==========感謝您關注山西中漁海洋生物科技有限公司創辦《科學養殖》公眾平台，我們將努力為您提供最新新聞資訊、市場動態、養殖技術及水產相關信息。

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