微生物對水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境的生物修復(fù)作用

2020-12-21 14:38:18 點(diǎn)擊：

在現(xiàn)在以投餌為主的養(yǎng)殖模式下，殘餌、糞便、N、P等富營養(yǎng)因子排入水體，使養(yǎng)殖水體中化學(xué)需要量（COD），生物耗氧量（BOD）嚴(yán)重超標(biāo)，有的已超過國家三類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)估計每生產(chǎn)一噸蝦可水體中增加0.2噸的N無素和0.05噸的P元素，其結(jié)果是導(dǎo)致魚蝦病害和產(chǎn)量的瓶頸。因此改善水產(chǎn)養(yǎng)殖水域環(huán)境已成為養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)中可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)和研究熱點(diǎn)。眾所周知，水產(chǎn)環(huán)境中化學(xué)藥品的使用會造成病原體產(chǎn)生抗藥性，藥品的殘留量，污染水環(huán)境，同時會殺害水中有益細(xì)菌，造成水生生態(tài)的失調(diào)。很快有學(xué)者提出對魚蝦用藥是暫時的手段，生態(tài)防治才是唯一的出路，而微生物作為一種生態(tài)調(diào)節(jié)劑，治理養(yǎng)殖水環(huán)境可以明顯改善水質(zhì)，增加溶氧，降低氨氮與亞硝酸氮，抑制有害微生物的繁殖，降解有機(jī)物，同時具有成本低收效大等優(yōu)點(diǎn)而日益受到重視。本文介紹微生物在養(yǎng)殖環(huán)境中生物修復(fù)的概念，生物修復(fù)的作用及途徑:

一、生物修復(fù)概念

生物修復(fù)是利用微生物(細(xì)菌，真菌，酵母菌或提取物)對環(huán)境污染物的吸收，代謝，降解等功能，在環(huán)境中對污染物的降解起催化作用，從而去除或消除環(huán)境污染的一個受控或自發(fā)的過程。

目前，生物修復(fù)技術(shù)劃分為原位修復(fù)和異位修復(fù)兩種。所謂原位修復(fù)是指對受污染的介質(zhì)(土壤，水體)不作搬運(yùn)或輸送而在原位污染地進(jìn)行的生物修復(fù)處理，其修復(fù)過程主要依賴被污染地土著微生物的作用，必要是引入一些外來微生物，利用微生物的代謝作用，將環(huán)境中的污染物降解到不對環(huán)境產(chǎn)生影響。異位修復(fù)是指將被污染介質(zhì)(土壤，水體)搬運(yùn)或輸送到別處進(jìn)行的生物修復(fù)處理。前者主要用水域，耕地的環(huán)境修復(fù)，后者主要用于工業(yè)和生活污水的處理。

二、微生物在水體中生態(tài)鏈中的地位和作用

微生物是自然界分布最廣，種類最多，數(shù)量最大，個體最小的生物類群，是大自然生態(tài)平衡的基礎(chǔ)。這些微生物直接或間接地作用水產(chǎn)養(yǎng)殖對象和養(yǎng)殖環(huán)境，很好地分解養(yǎng)殖生物排泄物，殘餌以及浮游植物殘體等有機(jī)物，凈化了環(huán)境，同時微生物鏈在水質(zhì)凈化中通過氧化，還原，光合，同化，異化把有機(jī)物轉(zhuǎn)變?yōu)楹唵蔚幕衔铮ＷC水質(zhì)的正常功能，從而維持水生生態(tài)系統(tǒng)中水生生物，病原，水質(zhì)間的平衡。其主要通過以下幾個循環(huán)發(fā)生作用:

1、微生物在碳循環(huán)中作用

在水中，微生物參與碳循環(huán)的轉(zhuǎn)化，主要是通過它們對各種含碳化合物，特別是含碳無氮有機(jī)物的作用而進(jìn)行，其主要作用是常見的發(fā)酵和氧化作用。大多水生環(huán)境的表層為有氧區(qū)，進(jìn)行氧化作用，有機(jī)物如纖維素，淀粉，幾丁質(zhì)被各種細(xì)菌和真菌分解后通常使之完全轉(zhuǎn)化為CO2。在深水區(qū)和淤泥中則是無氧區(qū)，進(jìn)行無氧發(fā)酵作用，有機(jī)物主要借細(xì)菌發(fā)酵產(chǎn)生有機(jī)酸，CH4，H2和 CO2。其生成的CO2再被植物光合作用合成復(fù)雜有機(jī)物，并進(jìn)而被動物利用合成復(fù)雜的動物有機(jī)物，從而形成一個復(fù)雜的動態(tài)循環(huán)。

2、微生物在氮循環(huán)中的作用

在水生環(huán)境中，共生性固氮系統(tǒng)是不常見的，大量的氮是由自由生活的藍(lán)綠藻固定的。氮循環(huán)是水產(chǎn)養(yǎng)殖生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)循環(huán)的重要環(huán)節(jié)，養(yǎng)殖水體氮的多少能促進(jìn)或限制水產(chǎn)養(yǎng)殖生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)能量的轉(zhuǎn)化，也是浮游植物生長限制性營養(yǎng)元素之一。氮的各種形式的轉(zhuǎn)化是參與構(gòu)成整個養(yǎng)殖環(huán)境循環(huán)的重要過程，微生物在這個復(fù)雜的動態(tài)循環(huán)中起了決定作用，其重要過程有：

(1)氨化作用，就是含氮有機(jī)物經(jīng)微生物分解而產(chǎn)氨，可在有氧或無氧條件下進(jìn)行，其主要受PH值影響，以中性，弱堿性環(huán)境最佳。常見的氨化微生物很多，包括細(xì)菌，放線菌和真菌。

(2)硝化作用，就是氨經(jīng)過亞硝酸的中間階段而氧化為硝酸的過程。其作用受水體中溶氧，PH值和溫度的影響，以弱堿性為最佳環(huán)境。

(3)反硝化作用，就是硝酸鹽還原為較簡單的氮化物的所有過程。主要受PH，N2，NO3-的濃度以及溶氧的影響，許多細(xì)菌真菌能起反硝化作用。

(4)固氮作用，就是使游離分子氮活化而成氮化物的作用。水體中的某些微生物和藍(lán)藻類，具有一些特殊的酶系統(tǒng)，能把一般生物不能利用的單質(zhì)氮轉(zhuǎn)化為生物能利用的化合物形式，許多放線菌，真菌和藻類具有這種功能。

3、微生物在磷循環(huán)中的作用

磷作為浮游植物生長的限制營養(yǎng)元素，其需要量比氮少，對水體初級生產(chǎn)力的限制性營養(yǎng)元素之一，其需要量比氮少，對水體初級生產(chǎn)力的限制作用往往比氮更強(qiáng)。P的三種形式:溶解無機(jī)磷(DIP)，溶解有機(jī)磷(DOP)，顆粒磷(PP)，三種形式的轉(zhuǎn)化在微生物的作用下構(gòu)成磷的一個重要復(fù)雜的動態(tài)循環(huán)。磷的動態(tài)循環(huán)可以看成是增磷作用與耗磷作用的矛盾運(yùn)動過程，而養(yǎng)殖水體中含磷量的變化量即增加或減少量就是由這對矛盾決定的。

4、微生物在硫循環(huán)中的作用

硫有三種形式:氧化態(tài)-II(硫氫基，R-SH，以及硫化物H2S)，氧化狀態(tài)0(元素，S0)，氧化狀態(tài)+(硫酸鹽，SO42-)。許多微生物和植物可用硫酸鹽作為硫的唯一來源，以氧化態(tài)(R-HS)把它轉(zhuǎn)變成為有機(jī)的硫氫基化合物。微生物產(chǎn)生的H2S對大多需氧微生物有毒性，并且它可以與許多的金屬離子起反應(yīng)，使之生成沉淀，從而起凈化作用。

總之，在水體生態(tài)環(huán)境中，C循環(huán)中微生物分解有機(jī)物釋放CO2，經(jīng)植物的光合作用合成復(fù)雜的有機(jī)物，為底棲動物，魚蝦提供O2和多糖類物質(zhì);N循環(huán)中微生物通過氨化作用，硝化作用，反硝化作用，固氮作用把N2變?yōu)橛袡C(jī)氮，為水產(chǎn)養(yǎng)殖提供餌料和肥料等蛋白質(zhì)物質(zhì)，生成硝酸鹽為藻類所利用，從而降低水體中的NH3，氨氮(NH4-N)與亞硝酸氮(NO2-N)，起到了凈化作用循環(huán)中微生物使水中的溶解態(tài)的磷被懸浮顆粒吸咐形成顆粒態(tài)磷，經(jīng)凝絮作用轉(zhuǎn)為沉淀，有效地降低了水體的磷元素，同時也為動物提供了其需要P元素;S循環(huán)中微生物的作用下產(chǎn)生硫酸鹽和H2S等，其中H2S對許多需氧微生物有毒作用，同時H2S與金屬生成沉淀，降低了有害的H2S，硫酸鹽可為動物提供需要的含硫氨基酸等。總的來說微生物在C，N，P，S循環(huán)中都起了非常重要的作用，可以促進(jìn)四大元素在生態(tài)鏈中轉(zhuǎn)化，保持了水產(chǎn)環(huán)境的動態(tài)平衡，從而抑制有害生物，形成有益微生物菌落，分解有機(jī)物，消除有害物質(zhì)(NH3，H2S，過量的N，P等)，有效地凈化了水質(zhì)，減少水產(chǎn)動物疾病，提高了存活率，促進(jìn)生長。

三有益微生物對水生生態(tài)系統(tǒng)生物修復(fù)的功能和途徑。

水生生態(tài)系統(tǒng)是一個維持水質(zhì)，病原，水生生物之間平衡關(guān)系的極為復(fù)雜的系統(tǒng)。在探討水產(chǎn)動物病害發(fā)生的原因，對水環(huán)境微生物的研究(特別是細(xì)菌)時，往往都認(rèn)為是有害的，微生物生態(tài)學(xué)和微生態(tài)的研究表明水環(huán)境和水生生物中存在大量的有益微生物，這些微生物直接影響水質(zhì)和水產(chǎn)養(yǎng)殖。其實(shí)微生物無論從群體還是從個體說，它都是具有兩重性，既有致病作用，也有生理作用，致病作用和生理作用是相對的，只有在特殊狀態(tài)下，才會表現(xiàn)致病作用。

1、有益微生物對水質(zhì)凈化的作用機(jī)理。

水生生態(tài)環(huán)境中的有益微生物(硝化細(xì)菌，光合細(xì)菌，硫化細(xì)菌，芽孢桿菌等凈水微生物)它們的使養(yǎng)殖者在不中斷養(yǎng)殖過程的情況下，清除池塘長時間養(yǎng)殖水域底部，尤其是老蝦池底積累大量的殘余飼料，排泄物，動植物殘體以及有害氣體(氨，硫化氫等)，使之先分解為小分子(多肽，高極脂肪酸等)，后為更小分子有機(jī)物(氨基酸，低極脂肪酸，單糖，環(huán)烴等)，最終分解為二氧化碳，硝酸鹽，硫酸鹽等有效地降低了水中COD，BOD，使水體中的氨氮(NH4-N)與亞硝酸氮(NO2-N)降低，起到了凈化水質(zhì)的作用。且能為單細(xì)胞藻類為主的浮游植物的繁殖提供營養(yǎng)物質(zhì)，促進(jìn)藻類為主的浮游植物的繁殖，這些藻類為主的浮游植物的光合作用，又為池內(nèi)底棲動物，水產(chǎn)動物的呼吸，有機(jī)物的分解提供氧氣，從而形成一個良性的生態(tài)循環(huán)，有利于水產(chǎn)動物的迅速生長，其主要營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)。同時由于凈水微生物的大量繁殖，在池內(nèi)形成優(yōu)勢種，可抑制病原微生物的繁殖，減少疾病發(fā)生。

2、有益微生物對養(yǎng)殖環(huán)境的生物修復(fù)功能

(1)去碳，去氮，解磷的功能

如芽孢桿菌，堿桿菌屬，假單孢菌，黃桿菌等復(fù)合菌有去除水中碳，氮，磷系化合物的能力，并能轉(zhuǎn)化硫，鐵，汞，砷等有害物質(zhì)。光合細(xì)菌能降解BOD的98%的含碳污水，去除總氮的66.7%，報道，光合細(xì)菌是水體中C，N，S循環(huán)的主要的參與者，可以明顯地改善水質(zhì)，增加水中中的增氧，氨氮，硝氮，并使硫化物降低。

(2)絮凝作用

如芽孢桿菌，不動桿菌，專性厭氧的脫硫孤菌，假單孢菌，產(chǎn)堿桿菌，黃桿菌，無色桿菌，微球菌，動膠菌等有生物絮狀作用，互相粘連在一起，構(gòu)成菌膠團(tuán)，擔(dān)負(fù)氧化分解的任務(wù)將有機(jī)物結(jié)合絮狀，使重金屬離子，P元素沉淀，使水體凈化。

(3)硝化作用

硝化作用是微生物將水體中產(chǎn)生的NH3氧化成的硝酸鹽，為藻類生長提供養(yǎng)料，這對河流復(fù)原因有重大的意義。主要分兩個過程:第一階段是氨被氧化為亞硝酸鹽，如亞硝化桿菌，亞硝化螺菌，亞硝化球菌等，第二階段是亞硝酸鹽被氧化硝酸鹽，如:硝化桿菌，硝化球菌，硝化刺菌等。

(4)反硝化作用

如芽孢桿菌，短桿菌，假單桿菌都是好氧菌和兼性厭氧菌，以分子氧為載體，在供氧不充分的時間與空間，可以利用硝酸鹽為最終電子載體產(chǎn)生NO2-，Ｎ和氮?dú)?，而起反硝化作用，將硝酸鹽移出系統(tǒng)外，提高PH。

(5)去除淤泥

活性碳除淤泥法是利用活性碳淤泥的微生物在好氧條件下，利用有機(jī)物開始生長，有機(jī)物部分被微生物降解，水體中的COD和BOD得到降低．日本學(xué)者在98年報道用氟石和火成巖砂吸附一種乳桿菌，用以分解蝦池底部有機(jī)淤泥，結(jié)果使有機(jī)淤泥發(fā)生量減少了1/2-1/3,H2S減少了1/3，蝦的成活率提高了10%-20%。

(6)固氮作用

主要是一些固氮藻類及細(xì)菌，如：固氮單胞菌屬，腸桿菌，芽孢桿菌，梭狀芽孢桿菌，光合細(xì)菌，魚腥藍(lán)細(xì)菌，苜蓿根瘤菌等，它們能把氮?dú)庾優(yōu)橛袡C(jī)氮，為水產(chǎn)養(yǎng)殖提供餌粒和肥料，潛力很大。

總的來說，生物修復(fù)技術(shù)被稱為生物處理技術(shù)的一個里程碑，是一項新興的可靠的環(huán)保技術(shù)，將會在世界范圍內(nèi)日益得到重視和應(yīng)用。

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