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需倍加重视的——碳氮平衡

  • 作者: 陶宇 胡王龙
  • 时间: 2018-05-29 10:08:00
  • 来源: 本站原创
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水质调控是水产高密度养殖的关键环节,养殖投喂量过剩、养殖动物大量排泄造成了水体中富营养化严重,氮的降解是水质调控的重点和难点。近几年国内外学者提出了利用碳氮平衡理论配合微生物手段调节养殖水环境,这种理论在南美白对虾养殖水环境治理取得了显著成效,在各种鱼类养殖过程中也渐渐被重视起来。那什么是碳氮平衡理论呢?
1、碳氮平衡理论

碳氮平衡最早提出是在土壤修复领域,当微生物分解有机物时,同化5份碳约需要同化1份氮来构成它自身细胞体,因为微生物自身的碳氮比大约是5:1。而在同化(吸收利用)1份碳时需要消耗4份有机碳来取得能量,所以微生物吸收利用1份氮时需要消耗利用25份有机碳。也就是说,微生物对有机质正常分解的所需碳氮比为25:1。当然不同类型微生物对碳源有选择性,不同碳源对微生物群落结构也有不同影响。在实际应用中,碳源差异不仅影响微生物和藻类对氮、磷物质吸收效率,还影响水体中微生物群落结构和生物膜空间结构,如果把养殖池塘水体看做大培养基,适宜的碳源可引导水体中外加益生菌和土著菌向我们期望的产物方向代谢。了解这一理论后我们就要清楚碳源在养殖水体中的主要功能。

2、碳源的功能

2.1结合氮源提供营养

外加碳源又称溶解性碳源,它结合水体中多余的氮源被浮游植物和微生物利用,浮游植物吸收碳源(葡萄糖、“养元一号”、“桑普优碳”)转化成颗粒性碳源(藻类),通过食物链被鱼虾吸收(肥水);微生物吸收碳源则是通过微生物食物网最终转化成大颗粒有机质,进一步重新进入食物链被鱼虾吸收。虽然碳源能给鱼虾提供能量,但是如果种类单一或者选择不当,不仅无法满足植物和微生物的需求,甚至会直接沉降池底,永远不会被重新利用。

2.2改善水体代谢产物

有研究表明,饲料等池塘投入品中的氮仅有不到30%被鱼虾吸收,其他70%多被排放到水体或沉积到池塘底部,造成水体氨氮和亚硝酸盐升高。操纵水体碳氮比被认为是控制氨氮、亚硝酸氮等无机氮的最佳策略,将碳氮比从10提高到20可显著降低各项污染指标。桑普“养元一号”选用短链脂肪酸盐复合碳源,该产品可以用于光合菌、芽孢菌、小球藻等的培养基,在养殖水体中可促进好氧反硝化细菌生长。由于水体和底泥中中性土著细菌占主体(约80%),在中性细菌中包含大量好氧反硝化细菌,这类菌群在吸收到复合碳源后不仅可以将水体氨氮和亚硝酸盐降解成无害气体排出水体外,同时还会产生含有大量亚硝酸盐阻断剂的代谢产物,防止污染反弹。

2.3结合生物絮团技术

水产养殖中的生物絮团技术指的是异养细菌通过消耗大量的碳源将水体中的氨氮转化为自身的蛋白质,同时结合水体中的悬浮物质形成絮体。这一过程不仅解决了水体氨氮亚硝酸等有害物质的污染问题,同时提高了动物饵料利用率,减少人工投饵,将营养源从饲料蛋白向生物蛋白转化。生物絮团最核心的问题是如何让水体中溶解态的C/N维持某一水平的平衡,因此在使用“养元一号”产品时一定要根据水体的实际含氮量,配合桑普水质测试盒定期跟踪水体氨氮、亚硝酸盐指标,如果水体含氮量过大,应加大用量。

2.4去除蓝藻燃料电池

微生物燃料电池(MFC)是指微生物以有机质(蓝藻)为燃料代谢产电的过程,目前这一技术主要应用在湖水去藻发电应用中,但是有实验表明外加碳源可以提高化学耗氧量(COD)的去除,而作为发酵型底物葡萄糖对MFC降解COD的效果(30%)显著低于“养元一号”所用的核心碳源降解COD效果(60%),由此可见“养元一号”在清除池塘底部蓝藻死藻污染物方面有极大应用潜力。
3、养殖池塘碳源补充的必要性

3.1池塘菌相构成与碳氮比的关系

异养细菌数量与总氮呈负相关,与总有机碳、总磷及水温呈正相关,碳/氮低限制异养细菌的繁殖,异养细菌对水产动物的排泄物、残饵、有机碎屑、浮游生物等絮凝成生物絮团,进入食物链。能够吸收利用水体氮磷成为菌体蛋白,净化水体。

若C/N低于10,异养细菌优先利用有机氮,养殖水体铵态氮含量增加; 若C/N高于10,异养细菌可同时利用有机氮和无机氮,消耗铵态氮。研究和养殖实践表明,向水体中添加有机碳源,提高水体C/N/比,可将异养细菌总数从104cfu.ml-1提高到107cfu.ml-1

异养细菌数量的增加,有利于形成细菌聚合物—生物絮团,其中包含了细菌、藻类、有机物、原生动物、浮游动物等。若能长期保持C/N12以上,有充足的溶氧,不需要额外向池塘中接种异养细菌,细菌就会达到合适的水平控制池塘环境。

3.2不同蛋白含量饲料的碳氮比

蛋白含量40%的饲料,碳氮比约为7.8,蛋白含量35%、30%、25%的饲料,碳氮比分别在8.9、10.4、12.5左右。以上为理论值,实际分析值要低一些。结合当前高密度养殖的实际情况不难看出,越是使用高蛋白的饲料,池塘中碳源的缺乏就越加严重,适时适量补充有机碳源就显得更加必要。
4、碳的来源
了解到碳源的重要性,我们如何为自己养殖水体选择最佳碳源?在养殖生产过程中,我们向水体里投入的饲料、肥料中也包含着大量碳源,此外我们使用的一些调改水产品和内服产品也会间接给水体补充大量的淀粉、糖蜜、葡萄糖等,但是这些糖类物质都属于常规碳源,对水体藻类和微生物没有高度选择性,很容易被水体其他生物消耗。
另一方面,由于植物和微生物对碳源的高度选择性会使得同一种碳源在不同的水体里效果差异太大,尤其是针对浮游植物、甲壳类、轮虫类、固着类、光合菌和反硝化细菌来说,补充常规碳源无法满足小型生物和异养微生物生长需求。因此通过碳添加来调节碳氮比,不仅能提高水体生物量,还可改变水体微生物优势种群。大量研究表明适宜的碳源补充,可引起水体藻类和微生物群落功能差异,丰富了藻类种类数和多样性,提高了藻类数量。
5、优质碳源——养元一号、桑普优碳
补充水体营养,改善水体环境,促进有益菌的繁殖,抑制有害菌,稳定水体藻相,调节因高蛋白饲料使用导致的碳氮比失衡,降低发病率和死亡率。
加速残饵、排泄废物等的分解代谢,减少氨氮,亚硝酸盐等有毒有害物质的产生,促进水体生物絮团的生成,有效降低水体有机物含量,为鱼虾提供生物絮团饵料,降低饲料系数。
补充藻类生长所必需的多种营养元素,促进藻类生长繁殖,稳定水体藻相,促进水体氮磷等营养素的利用,降低水体氨氮、亚硝酸盐含量。
    增强水产动物抗病抗应激能力,促进生长,提高成活率,降低饵料系数。