生物修复技术在水产养殖中的应用

dasenlin1978

生物修复技术在水产养殖中的应用
      水产养殖是我国国民经济的重要组成部分，海水养殖作为水产养殖的支柱产业，为国民经济建设和人民生活水平提高作出了重要贡献。但随着海水养殖业的迅猛发展，海区污染、虾塘老化、黑臭底泥淤积、大规模灾难性病毒病的爆发和流行等问题迅速暴露出来，使人们对传统掠夺式养殖模式提出了质疑.
      生物修复 (Bioremediation)是国内外近10年发展起来的最新环境工程技术，已被成功地应用于土壤、城市河湖、地下水、近海洋面、农业、畜牧业、水产养殖等多个领域〔3--71，并成为20世纪环境科技发展最快的高新技术领域之一。与传统掠夺式养殖模式不同，生物修复技术应用于水产养殖，并不通过大量使用高营养的饵料和抗生素提高养殖产量，而主要通过生物一生态措施，修复受损的池塘生态系统，加速生态系统的物质循环和能量循环，增加水体溶氧，改善水质和池塘自净能力，提高水产养殖的产量和品质，实现水产养殖的可持续发展。
    1 传统水产养殖业存在的主要问题
     传统养殖模式，尤其是高密度养殖模式大多以消耗大量高蛋白饲料，以污染池塘自身和近岸环境为代价来维持的生产方式，加之养殖户为了防治鱼(虾)病，大量使用消毒剂、抗生素等虾药，甚至人药鱼(虾)用，用药剂量越来越大，药物的毒性越来越强，这些药物的使用，又严重破坏了已经十分脆弱的生态环境，形成越病越治、越治越病的怪圈〔a-101。老化池塘中，养殖残饵、粪便、死亡动植物体和消毒剂、抗生素等有毒化学物在池底沉积多年，形成黑色污泥，污泥中含有丰富的有机质，厌氧微生物占主导地位，气温升高加速了有机质的厌氧分解，消耗水中大量氧气，产生NH3,H 2 S,N 02一等有毒物质，影响对虾正常生长发育，而且黑色污泥中含有大量的致病菌、寄生虫和敌害生物的卵，增加了池塘病源的传播途径，使生产过程中鱼(虾)药的用量增加，水产品品质下降。如在我国沿海地区对虾养殖区，老化虾塘的底泥污染问题，已成为困扰养虾业发展的重要因素之一.2 池塘生态系统与水产养殖池塘是一个人工圈养体系，其生态系统与色然生态系统有很大的差异，其结构特点是养殖动物在生物群落中占绝对优势，这一优势是在人工扶持下形成的，由于大量人工饲料投人养殖系统，除牧食链、腐屑链外，在食物关系中又增加了饲料链，也因此使系统的结构和功能发生了一定改变，决定了系统的低生态缓冲能力和脆弱性，其庞大的养殖动物生物量造成系统生态金字塔畸形，系统生物多样性指数下降，水质也常常出现较大波动。
2.1 池塘生态系统中的生产者
     在池塘生态体系中，浮游植物是初级生产者，藻类通过光合作用合成碳水化合物，放出氧气，优良的单胞藻可为池塘中浮游动物、底栖动物甚至养殖动物直接滤食，也可直接吸收池塘中NH3,H2 S等有害物质，改良池塘水质，更为重要的是，藻类光合作用提高池塘的溶氧水平，促进池塘好氧微生物的生长繁殖，加速池塘有机质的分解和矿化。藻类的生长繁殖需要营养盐，营养盐主要来源于底泥的释放和好氧微生物对有机质的分解矿化，优良的藻相能提高池塘溶氧水平，特别是池塘中下层水体溶氧水平，有利于建立良好的池塘生态体系。
2.2 池塘生态系统中的分解者
     微生物是池塘生态体系中的分解者，分解池塘残饵、对虾粪便以及浮游动植物残体等有机污染物，使之矿化成营养盐，供藻类吸收利用。池塘微生物种类和数量，尤其是底泥微生物种类和数量不同，对有机质的分解能力、分解途径和终产物不同，好氧微生物对有机质进行完全分解，其分解产物主要为Cq,Sq2一等，而厌氧微生物对有机质进行不完全分解，产生NH3,姚S,N 032一等有害物质，造成池塘水质恶化，影响养殖动物的正常生长发育。在池塘生态体系中，由于有机污染物的大量进人，微生物对有机质的分解消耗大量氧气，很容易造成池塘，尤其是池塘底部溶氧降低，可能形成有机物厌氧分解，使池塘生态体系失控。
2.3 生产者、分解者与水产养殖的关系
     从池塘对有机污染物的自净能力上看，微生物和藻类是池塘诸多生态因子中最为关键的两大因素，在池塘生态体系中，微生物种群和数量(即微生物相)与藻类的种群和数量(即藻相)是密切相关的，微生物通过其分泌物的直接作用或通过其代谢产物营养盐化学状态和浓度的间接作用而影响藻相。研究表明微生物具有杀藻、抑藻和有效降低藻毒作用，且存在种间选择性。同样，藻类通过对池塘溶解氧的影响而影响微生物相，池塘溶氧增高，能促进底泥好氧微生物繁殖，加速有机质的完全分解和矿化，维持池塘良好的生态环境。·在池塘微生物相和藻相的相互关系中，池塘水体，尤其是中下层水体的溶氧水平是最为重要的指标。池塘溶氧除了供养殖动物消耗外，更多的应用于水质净化。研究表明[13]，虾池水耗氧量占池塘总耗氧量的69.4%，池塘溶氧主要来源于表面水与空气接触溶人和浮游植物的光合作用，藻相对池塘溶氧水平起到至关重要的作用。藻类的生长不仅需要N,P 等营养，而且需要Ca,M g,Fe,M o、有机酸等微量营养，当池塘中微量营养缺乏时(浓度过低或者以不溶性化合物形式存在)，一些藻类，尤其是高等产氧单胞藻(即所谓优良藻类)的生长受到限制，此称之谓限制生长营养。而另外一些藻类如丝状蓝绿藻等因其具有遗传上适应性，具有较大表面积和气泡，能争夺微量营养供其生长繁殖，浮在池塘表面遮住阳光，抑制产氧单胞藻的生长，而较容易形成优势种群，因此，微量营养缺乏时，往往使原始蓝绿藻等不良藻类迅速取得竞争优势，降低了藻类多样性指数，生成不良藻相，形成池塘溶氧水平的波动。池塘藻相的形成与稳定性与池塘水体中N,P营养的供应水平和池塘微量营养的浓度密切相关。
     藻类的微营养主要来源于底泥缓慢释放，其浓度与化学形态、化学成份和底泥的微生物区系密切相关。老化的虾塘氧化还原电位低，有机质含量高，底质酸化严重，pH低，Fe,Ca,Mg,Ma等微量元素以不溶性盐的形式沉积于底泥且难以释放。
2.4 池塘生态系统的脆弱性
     和其它自然生态系统一样，池塘养殖生态系统也具有一定的自净能力。水体的养殖容量为单位水体内在保护环境，节约资源和保证应有效益都符合可持续发展要求的最大养殖量，一个水体的养殖容量主要是由饵料供应水平和质量、水体自净能力和人工干预程度决定的，在饵料供应和人工干预程度一样的情况下，养殖容量主要由水体自净能力决定，因此提高池塘自净能力，即微生物对有机污染物的分解能力，对提高养殖产量，减少疾病发生，降低养殖成本，实现水产养殖的可持续发展，都有着十分重要的意义。
     在传统掠夺型养殖模式下，池塘生态系统是十分脆弱的。对虾养殖中，虾池既是对虾摄食活动的场所，也是各种有机污染氧化分解的处理池，养殖过程实际上是一个有机污染的过程。进人池塘的有机污染物，主要由底泥微生物将其氧化分解成无机盐，返回水域被藻类利用。底泥对有机污染物分解和营养盐的再循环起着十分重要的作用。池塘的自净能力，很大程度上取决于池塘底泥生态，即底泥化学组成和微生物相(微生物种群和数量)。老化虾塘由于长期处于厌氧状况，淤积大量黑臭底泥，底泥耗氧有机物含量丰富，以厌氧微生物为主，池塘自净能力十分有限，当养殖密度超过池塘的养殖容量时，就会造成水质恶化，对虾生长缓慢，疾病频繁，乃至终止养殖。虾农为了减少损失，往往采取加大消毒剂、抗生素等药物使用和大量换水等措施，一方面加大了养殖成本，降低了水产品质，另一方面增加了养殖海区的有机污染负荷，而且随着我国养殖海区的污染加重，虾塘老化更加严重，这些措施也往往无济于事。经过多年的经验和教训，人们普遍认识到，要实现水产养殖的可持续发展，必须探索新的技术、新的模式，强化池塘自净能力，做到防患于未然。
3 生物修复技术在水产养殖中应用
     现代生物工程技术的发展，为池塘养殖带来了新的希望，通过向池塘生态体系中补充微量营养、促生剂、解毒剂或投放有益微生物等措施对池塘底泥和养殖水体进行生物修复，降低池塘底泥有机物含量，使泥水界面形成好氧微生物相.强化底泥对有机污染物分解能力和池塘的自净能力，提高藻类多样性指数，稳定藻相，增加水体溶氧，从而提高池塘养殖容量，改善水质，降低成本，提高养殖产量和品质，实现对虾养殖业的可持续发展。
3.1 池塘底泥生物修复有助于提高其自净能力
     通过在底泥一水界面喷洒土著微生物、促生剂、共代谢底物等，对老化虾塘进行底泥生物修复，促进底泥微生物繁殖，底泥有机质在微生物作用下，迅速分解，释放NH3,H2 S等有害气体，使底泥好氧层加厚，黑泥层(厌氧层)减薄，通过在上海泰贤和广东徐闻的老化虾塘生物修复试验，底泥修复3d之后，肉眼可见底泥表面黑土层慢慢发白，大量气体逸出，底泥好氧层明显加厚，呈黄褐色。底泥好氧层加快底泥微量营养的释放，有利于提高藻类多样性，稳定藻相，同时也可阻隔下层黑臭底泥有毒物质释放，泥水界面好氧微生物相强化底泥对池塘残饵、粪便等有机污染物分解能力，加快池塘生态系统物质循环和能量循环，提高池塘自净能力。
3.2 池塘水体生物修复有助于形成稳定的藻相
     通过水体增氧、补充经腐殖质鳌合的微量营养、土著微生物和促生剂等，强化池塘水体中残饵、粪便等有机污染物分解，微营养的补充有助于建立和维持优良藻相，增加池塘溶氧，溶氧的增加和微量营养的补充，又加速了好氧微生物的生长繁殖和有机污染物的分解，形成良性好氧生态体系，提高池塘自净能力和水产养殖的产量和品质。
3.3 生物修复技术有助于建立稳定的池塘生态系统
    我们从2 001年已经开始针对我国沿海地区虾塘老化问题，摸索出一套利用生物修复技术改造老化虾塘，生产高品质对虾产品的技术，连续3年在广东徐闻和上海泰贤等地进行老化虾塘改造试验，并取得较好的效果。主要技术措施包括底泥生物氧化、水体生物修复等。其基本技术路线是:取底泥一提取土著微生物一~配制生物促进剂一底泥生物氧化一一水体生物修复及藻相调节一~保持自然生态健康养殖环境。如在 广 东 徐闻，2001年进行约2.3h xnz虾塘共三造的试验，第一、二、三造均养殖成功，最高产量达5 250 kg/ung，而对照塘养殖不到40 d均全部死亡;有趣的是，在第二造试验中，养殖35 d时，对照塘因感染白斑病全部死亡，将处理虾塘(即经过生物修复的虾塘)分一半虾至对照塘，对照塘中对虾不到20 d也全部死亡，说明生物修复技术能显著改善池塘水质，提高养殖动物对疾病抵抗能力。在2002 ~ 2003年，我们进行了17口虾塘近13.3bnl2每年两造的试验，不用任何抗生素，利用生物修复技术对老化虾塘的底泥和水质进行修复和维护，营造自然生态健康养殖环境，进行健康养殖，均取得成功。所生产的对虾经有关部门检测，其氯霉素指标达到出口标准。
4 结语
    综上所述 ，通过生物修复技术，干预池塘底泥微生物相和水体藻相，使底泥有机质减少，好氧层加厚，增加水体藻类多样性，形成良好而稳定的藻相，提高池塘溶解氧水平，促进有机污染物好氧分解，减少NH31玩 S,N0 2一等有毒物质的释放，强化池塘自净功能，提高水产品产量和品质。
    世界上大多数国家的水产养殖业都有“发展一滑坡一调整一持续发展”的经历，可持续发展是世界环境与发展委员会提出的人地系统优化新思路，其核心是实现经济发展、资源节约和环境保护的统一。在老化虾塘底泥和水体生物修复研究基础上，结合我国对虾养殖技术和措施，我们提出对虾自然生态平衡养殖技术体系，根据池塘底泥理化性状和生物相，确定底泥生物修复方案，对底泥进行生物修复，以此为基础，确定池塘养殖容量和合适投苗密度，在养殖过程采用一切手段强化池塘自净能力，尽可能减少消毒剂和抗生素的使用，实现健康养殖以提高对虾产量和品质。通过“养殖一生物修复一再养殖一再生物修复，减少水产养殖对海区污染，实现对虾养殖的可持续发展战略。
                                                       作者：刘军

alloyxu

哇，很强大

alloyxu 于 2009-11-17 14:07 补充以下内容

哇，很强大

fongsong007

哇，很强大

s0311319

很好的资料 不过这方面的研究好像不是太多啊