水产养殖系统中生物絮凝介导氨氮转化关键因素的研究

The basic principle of aquaculture biofloc system (ABS) is the waste conversion to biofloc as a natural food within the culture system. Under optimum C:N ratio, inorganic nitrogen is immobilized into bacterial cell while organic substrates are metabolized. The ammonium nitrogen is the key factor during this process. The present study focus on the analysis of the ammonium conversion pathways in aquaculture-biofloc system. The stable isotope1 15N and inhibitors adding are carried out to detect the details of the ammonium conversion affected by the environmental factors such as ammonium-nitrogen, nitrate-nitrogen，nitrite-nitrogen，C/N，pH, dissolved oxygen concentration，shear rate, and alkalinity.Several methods including FISH-CLSM, PCR-DGGE, unisense microelectrodes, and chromatographic analysis were used to detect the water quality, bacteria communities and molecular ecology and biofloc morphology characterization to judge the specialized conversion pathway of ammonium. It will provide a theoretical basis for the nitrogen in ABS transferred to micro mass in floc as completely as possible.

在水产养殖中应用生物絮凝技术形成的水产养殖-生物絮凝系统，通过控制水体C/N，在适度的搅拌强度条件下，异养细菌利用廉价的碳（淀粉、糖蜜等），将水体中的氮素通过氨氮的形式升级为蛋白质，形成可被虾、罗非鱼等滤食性养殖对象直接摄食的生物絮凝体，即解决了养殖水体的净化问题,又实现了投喂饲料中蛋白质的多级利用，降低投饵量。本项目以氨氮的转化为切入点，重点应用稳定性同位素δ15N示踪和选择性阻断氮素部分转化环节等方法，借助FISH-CLSM、PCR-DGGE和Unisense微电极检测技术，从主要氮素指标、微生物群落演替、细菌的分子生态学和絮体微环境特征等方面揭释水产养殖系统中生物絮凝介导的氨氮转化途径及其关键控制因素；为进一步研究水产养殖-生物絮凝系统中的物质转化规律、提高饲料蛋白的利用效率、实现养殖水质的有效控制提供理论基础。

通过控制水体C/N，异养细菌可将水体中的氮素通过氨氮的形式升级为细菌蛋白质；在适宜的搅拌强度形成可被虾、罗非鱼等滤食性养殖对象直接摄食的生物絮团，这样即解决了养殖水体的净化问题，又实现了投喂饲料中蛋白质的多级利用，降低投饵量。本项目以氨氮的转化为切入点，从主要氮素指标、微生物群落演替、细菌的分子生态学和絮体微环境特征等方面揭释了水产养殖系统中生物絮凝介导的氨氮转化途径及其关键控制因素。研究结果表明：利用葡萄糖或醋酸钠做碳源，在外置式反应器中，能够实现氨氮的异养同化，氮素回收率基本在80%以上，絮体粗蛋白含量在27%以上；5小时内能将10 mg/L氨氮和100 mg/L硝酸氮快速转化，但亚硝酸氮的同化效率不明显。而且，即使在氨氮被快速异养同化的同时，硝酸盐仍然有积累，系统运行时间越长，硝酸盐积累越明显。25度条件下，氨氮的异养同化能更快完成；间歇式曝气方式条件下既影响氨氮的转化效率，又能降低能耗；添加枯草芽孢杆菌能够缩短反应器启动时间；钙镁添加能够促进氨氮的快速转化，形成的絮体结构更紧凑，粗蛋白含量更高；在悬浮式生物反应器中TSS浓度可以达到2500 mg/L以上。在上述研究的基础上，我们尝试将利用循环水养殖系统固液分离机排出的固体废弃物培养生物絮凝体孵化和强化卤虫，结果表明，卤虫的生长和营养含量指标方面，比单独小球藻投喂效果更理想。我们也尝试了将可生物降解聚合物为生物絮凝过程提供碳源的可行性和效率，并将之用于罗非鱼生物絮凝养殖；同时也比较了生物絮凝罗非鱼养殖与循环水养殖的生长、生理、生态和生产成本。本项目研究成果将为 生物絮凝技术实际应用于生产提供理论支撑。本项目已发表SCI收录论文5篇，授权发明专利2项，申请发明专利1项，培养研究生7名，完成了项目预定考核指标。