高扬 研究员 宁夏银川兴庆区畜牧站
2012-7-2
1 养殖水体氨氮的积累及毒害
1．1 水体的氮素循环
构成氮循环的主要环节是：生物体内有机氮的合成、氨化作用、硝化作用、反硝化作用和固氮作用。自然水体中的氮来自水生动植物尸体及排泄物的积累及腐败，含氮有机化合物通过营腐生细菌分解成氨氮、硫化氢等小分子无机物 ，然后由各种自养型微生物主要为硝化细菌的作用 ，转化为亚硝酸盐和硝酸盐 ，这三种氮素一方面被藻类和水生植物吸收，另一方面硝酸盐在缺氧条件下被反硝化细菌通过脱氮作用将硝态氮转化为氮气逸出水体 ，大气中的氮被固氮菌利用重新回到水体。由于各种微生物的生长繁殖速度不同，在整个氮素转化过程中，从含氮有机物到氨氮的转化是由多种异养微生物来担任，而这类微生物的生长繁殖较快，因此这过程时间较短 ；从氨氮到亚硝酸盐转化由亚硝化细菌担任，亚硝化菌的生长繁殖速度为18分钟一个世代，因此其转化的时间也较短；从亚硝酸盐到硝酸盐是由硝化细菌担任，硝化菌的生长速度相对较慢 ，其繁殖速度为18小时一个世代，因此，由亚硝酸盐转化到硝酸盐的时间就长很多，亚硝态氮的有效分解需要12天甚至更长的时间。
1．2 养殖水体中氨氮及亚硝态氮的积累及毒害
一般情况下，水体的氮循环处于一种稳定的状态 ，水体氨氮及亚硝态氮维持正常水平 。在高密度养殖及淡水综合养殖的水体中，由于大量的投饵而留下的残饵、水体中水生动物的大量排泄物的累积，而定期的使用消毒药剂 ，在杀灭有害微生物的同时，有益微生物种类及数量也会相应减少，水生态失衡 ，表现为水质恶化 ，水体透明度降低，水体缺氧，大量积累的氮素硝化过程受阻，形成养殖水体中氨氮和亚硝酸盐含量高，尤其是温度及 pH值较低时，硝化作用减弱，造成亚硝酸盐积累更明显 。
水体中的总氨包括分子氨(NH )与离子氨(NH )，其中对鱼类有明显毒害作用的是分子氨。随着 pH值的不同，两者在水中是可以相互转化的，水体中分子氨与离子氨的比例与水温及pH有密切关系。总的来说，温度和pH值上升，游离氨在总氨中的比例增加，游离氨含量越多，毒性就越强。养殖水体中离子氨允许的最高浓度为不超过每升5mg氮 (5 mgN／L)，而分子氨允许的最高浓度仅为每升0.1 mg氮(0．1 mgN／L)。关于氨的毒性作用一般认为渗进生物体内的分子氨将血液中血红蛋白分子的 Fe2+氧化成为 Fe3+，降低血液的载氧能力，使呼吸机能下降。可见，水体溶氧愈低，氨毒性也就愈烈。氨主要是侵袭粘膜，特别是鱼鳃表皮和肠粘膜 ，其次是神经系统，使鱼类等水生动物的肝肾系统遭受破坏，引起体表及内脏充血、肌肉增生及出现肿瘤 ，严重的发生肝昏迷以致死亡。即使是低浓度的氨 ，长期接触也会损害鳃组织，出现鳃小片弯曲、粘连或融合现象。
亚硝酸盐是硝化反应不能完全进行的中间产物，当水体总氨浓度达高峰 3~4天后，亚硝酸盐浓度也相应升高并达到高峰。相对于氨毒害，亚硝酸盐对鱼虾的毒性较小，但由于氨氮的转化速度较快 ，使得亚硝酸盐的问题最为突出。亚硝酸盐作用机理与氨氮毒害相似，主要是通过鱼虾的呼吸作用由鳃丝进入血液，可使正常的血红蛋白氧化成高价血红蛋白，降低运输氧气的蛋白携氧的功能。出现组织缺氧，鱼虾摄食量降低，鳃组织出现病变，呼吸困难、骚动不安或反应迟钝，从而导致鱼虾缺氧甚至窒息死亡。亚硝酸盐还可与仲胺类反应成致癌性的亚硝酸胺类物质，pH值低时有利于亚硝酸胺形成。很多池塘出现鱼虾厌食现象 ，亚硝酸盐过高就是主要原因之一。
2 养殖水体氨氮的生物调控
目前降低养殖水体氨氮的方法有化学的氧化还原法、物理的吸附法或开泵增氧法、生物的肥水及细菌分解法等。前两种方法长期使用都会改变池塘底泥的性质，而且不能从根本上解决问题，而生物降解水体氨氮、亚硝态氮是依靠调节水体中的生物因子(藻类及微生物)对水体的有机污染物进行有效转化，达到自净作用，有利于建立合理的水生生态循环，是一种健康养殖水质调控的有效方法。
2．1 微藻对水体的净化作用机理及在养殖水体中除氨氦的研究
微藻也称单细胞藻类，是一种在显微镜下才能辨别其形态的微小的藻类类群，约占全球 已知3万余种藻类的70%。微藻是以水为电子供体的光能自养生物，以光能作为能源，利用氮、磷等营养物质合成复杂的有机质。被藻细胞吸收的硝酸盐、亚硝酸盐和铵盐可以用于氨基酸和蛋白质、叶绿素等含氮物质的合成，而微藻又为多种鱼类提供食饵，因此，微藻的生长可降低水体中的氮、磷含量。对氮和磷吸收效果最好的微藻是螺旋藻、小球藻、栅藻、颤藻，栅列藻等，尤以小球藻的降氮能力最强。Lefebvre等人的试验结果表明硅藻可吸收养鱼池塘废水富含的无机物质 N、P、Si等，对废水净化率可达到90%。Duma报道鲍氏席藻对养殖废水氮去除可达80%。
在养殖水体中接种有益藻类，既可起到除氮增氧的作用，又起到增饵肥水作用 ，当其形成优势群体时，还能抑制有害藻类（微囊藻）生长。水产养殖中适合养鱼的最佳水色为油绿色(浮游植物主要种类为隐藻 、硅藻 、金黄藻和绿球藻等)和浅褐色(浮游植物主要种类为硅藻 、金黄藻、黄绿藻等)，而这两类水中所含的藻类均易被鱼类消化吸收利用，是鱼类等养殖品种非常好的天然饵料。藻类的光合作用还能产生大量的氧气，据报道，水体中的溶氧80%来自藻类的光合作用。氧充足能促进亚硝酸盐向硝酸盐的转化，同时，可减少水体因缺氧而形成的恶臭气味，改善水体生态环境，抑制和减轻氨氮、亚硝酸盐、硫化氢对鱼类的毒害作用，提高鱼类食欲和饲料利用率，促进鱼类生长发育。
2．2 微生态制剂在淡水养殖中的研究及应用现状
微生态制剂是从天然环境中筛选出来的微生物菌体经培养、繁殖后制成的含有大量有益菌的活性菌制剂，是近年来发展起来的新型鱼饵添加剂。养殖水体环境本身就是一个由多种微生物组成的动态平衡系统，有益菌和有害菌共存。众多研究表明，当向水体添加有益微生物，通过大量繁殖成为优势种群可抑制有害病菌的生长，同时通过有益微生物的新陈代谢，可降低水中过剩的营养物质和其他有害物质，对去除水体中的氨态氮、有机质、降低 BOD、COD和增加溶解氧等方面有明显的调节作用，同时也调节水体的pH值 ，促进底泥中氮磷的释放，以促进浮游生物的生长。
我国于20世纪80年代着手研究微生态制剂对水质的净化作用 ，近年来应用于水产养殖业已积累了不少宝贵经验。微生态态制剂最早是应用于水族箱养殖 ，用于海水养殖特别是对虾的集约化养殖已有较多报道，而用于淡水养殖的水质调控则是则是近年来才展开。 目前，可用于开发调控水体微生态制剂的微生物种群比较多，其中能降低水体氨氮的微生物主要有光合细菌、芽抱杆菌、硝化细菌等。
2．2．1 纯种微生态制剂 光合细菌菌剂。光合细菌无毒无害，菌体含蛋白质60%以上，并富含B族维生素、氨基酸及促进生长因子等，并能释放具有抗病性的胰蛋白、辅酶Q等，有效抑制病菌的繁殖，早已用于开发优质安全的微生态饲料添加剂。光合细菌用作养殖水质净化剂，目前在国内外均已进入生产应用性阶段，日本、中国、东南亚各国的养虾池和养鱼池均已普遍使用光合细菌以改善水质。研究结果表 明，光合细菌作为水质净化剂对总氮的去除率达65% 。
芽孢杆菌菌剂。芽孢杆菌作为一种益生菌近年来已广泛应用于水产养殖业中，较多研究表明在养殖水体中投入一定量的芽孢杆菌后，水体中的氨氮、亚硝酸盐、大肠杆菌量明显降低，同时，它能改善养殖动物的肠道微生态提高其消化机能促进养殖动物的健康生长。由于芽孢繁殖的特性，芽孢对高温、干燥、化学物质有强大的抵抗性，所以芽孢杆菌在加工或应用时受温度、湿度、化学物质的影响较小，特别适合制成活性菌剂。由于它的特性与功能优于光合细菌而有望成为光合细菌的替代品，已成为当前国际净水界的研究热点芽孢杆菌属中尤其是枯草芽孢杆菌和蜡样芽孢杆菌、芽孢乳杆菌为主。
硝化细菌菌剂。硝化细菌是一种好气性细菌，属于自营性细菌的一类 ，包括两种完全不同代谢群：亚硝酸菌属及硝酸菌属。这两类菌通常生活在一起，在无光下，亚硝酸细菌将氨氧化成亚硝酸，硝酸细菌(又称硝化细菌)，将亚硝酸氧化成硝酸。可见，硝化细菌在氮循环水质净化过程中扮演着很重要的角色。硝化细菌生长较缓慢，其平均代时(即细菌繁殖一代所需要的时间)在10天以上，在食物短缺等恶劣环境下，休眠期最长可以达到2年之久。因此 ，把硝化细菌制成的菌液，可以长期保存 。
2．2．2 复合微生态制剂 采用单一微生物菌种来控制、净化水质的方法存在一定的局限性，而由多类微生物组成的复合微生态制剂则起到降低氨氮，净化水体，改善水生态，抑制鱼类病虫害，提高养殖成活率，维持水生生物多样性等的多重作用因而成为微生态制剂的主要发展方向。王彦波等对比了光合细菌、芽孢杆菌和由光合细菌、芽孢杆菌等组成的微生态制剂对鲫鱼养殖水质的影响，结果显示，单独添加光合细菌降解水体氨氮的能力十分显著，降解率达72%；单独添加芽孢杆菌可以显著同化水体中的亚硝酸盐．亚硝酸盐含量下降幅度达50%；复合微生态制剂无论降低氨氮、亚硝酸盐含量还是COD含量，均优于单独制剂。吴伟等的实验结果认为复合微生态制剂通过直接影响水体中细菌的数量而促进水体的氮循环。张庆、林冬年先后以芽孢杆菌为主导的复合微生态菌剂对罗非鱼生长及养殖水体水质的影响 ，结果表明复合微生态菌剂能降低水体氨氮同时对罗非鱼生长有较大的促进作用。陈秋红等以芽胞杆菌属为主的复合微生物制剂试用于鱼类养殖池塘的水质改良，获得较好的效果。
本世纪以来，人们开发了各种生物活性较好的由多种微生物组成的复合微生态水质调节剂用于对养殖水体的水质调控 ，如武汉科洋生物工程有限公司生产的“益池保”、“保水王”、“科洋EF源露”等已在水产中广泛使用并产生显著的经济效益。广东省农科院兽医研究所试制出“高浓缩光合细菌”、“水产EM原液”和“益生菌”三种微生态水质改良剂，其中“高浓缩光合细菌”主要菌种是以紫色非硫球菌为主的光合细菌混合菌群，“益生菌”主要菌种为蜡状芽抱杆菌、枯草芽抱杆菌、乳酸杆菌、酵母菌，“水产EM原液”则由芽抱杆菌、双歧杆菌、放线菌、乳酸菌等组成。马江耀[比较了上述三种菌制剂对鱼池养殖水体氨氮的降解作用，结果表明三种菌制剂均有较好效果，尤其是后两者效果极其显著，降解率达82%。朱正国等对上海蓝海水产发展有限公司生产的由光合细菌、酵母菌、放线菌、米曲、硝化菌、反硝化菌 、乳酸菌 、芽胞杆菌 、硫化菌 、酶 、稳定剂和增效剂组成的复合微生物制剂“蓝海养殖宝”进行试验，表明“蓝海养殖宝”对水质改善、降低氨氮有明显作用，而且在碱性的环境中去除氨氮效果优于酸性环境。孙玉华等以沧州市青县旺发生物饲料厂生产的涌发牌益水素应用于虾池试验，结果表明氨氮及亚硝酸盐含量降低显著。
2．2．3 固定化微生态制剂 随着固定化细胞技术的发展及固定化微生物在污水处理上的应用，固定化微生态制剂用于水产养殖已成为人们研究的热点 。固定化微生物用于处理含氨氮废水最早起于上世纪80年代，所包埋的微生物均为硝化和反硝化细菌，所用载体多为聚乙烯醇或海藻酸盐等。耿金菊等将分离得到的脱氮微生物菌群发酵液经离心分离后，均匀喷雾到麸皮载体上固定化后，制得固态微生态制剂，将制得的固态微生物制剂存放3个月后，验证其微生物生长繁殖性能和氨氮降解性能均未下降。郑耀通等用固定化光合细菌净化养鱼水质，发现其对去除水体的氨态氮有明显的优越性。齐素芳等人采用壳聚糖和海藻酸钠固定化硝化细菌去除养殖水体中的氨氮，去除率达94%以上。黄正等人采用固定化硝化细菌处理养殖废水中的氨 氮，24 小时后 ，氨氮去除率达82.5%。
2．3 藻菌共同利用研究
利用菌藻联合调控养殖水质，可以达到改善池塘微生态结构，又能保持水体透明度，使鱼有较好的天然饵料，是实施生态养殖的有效途径之一。沈南南研究小球藻和芽孢杆菌联合使用对养殖水体氨氮的降解作用，结果表明，小球藻和芽孢杆菌联合处理组对水质的调控效果明显优于只添加芽孢杆菌组或小球藻组。陈海敏探索了光合细菌和小球藻联合处理调控养殖水体水质情况，试验结果表明，光合细菌和小球藻能很好地去除水体的氮、磷，尤其对铵氮的去除效果最好，而且菌藻联合处理有利于养殖废水的重新利用，在工厂化养殖废水处理 中有着良好的应用前景。
3 结语
降低水体氨氮浓度，是集约化淡水养殖业面临的大难题。现有的研究结果表明 ，合理使用微藻或微生态制剂，利用生物控制方法，使水体的有益藻相及菌相处于动态平衡，既能起到水质净化作用，又能为养殖鱼类提供饵料，同时还能增强鱼类的抗病能力，促进鱼类的生长。显然，生物控制养殖水体水质是一种很有前景的健康养殖水质调控方法。利用微藻或微生态制剂除水体氨氮，我国目前仍停留在使用单一的微藻或微生态制剂，对藻菌联用方面研究得较少，还没得到实际应用。微藻作为净水剂在淡水养殖中的应用还没被引起重视 。今后应加大对藻菌联用的研究力度，微生态制剂向多元化发展，将具有不同功效的益生菌整合在一起，使其同时具有改善肠道内环境、增加进食、抑制有害菌群 、改善水质等多方面的作用。
