生物修复技术在池塘养殖水体的应用

唐子鹏 曲木 赵子续 赵国营 翟胜利

1  我国水产养殖环境现状

1.1  水体污染问题凸显

随着近些年我国渔业生产的快速发展，在产量不断上升的同时，也产生了不容小觑的负面问题，其中最明显的就是水环境污染。养殖水域的污染成因可归纳为两类，一类是外源性污染，包括水源污染和人工投放肥料、鱼药的污染;另一类是内源性污染，是养殖水中微生物和藻类繁殖产生的有机物污染。水质污染对水产品的存活生长有明显的抑制作用，会导致其疾病频发甚至大规模死亡，造成较大的经济损失，还会造成局部水域的富营养化，使水中产生大量有毒物质，甚至爆发水华，影响饲养工作的健康可持续发展，还会对食用者的健康产生危害。

1.2  水产生态养殖的必要性

目前我国水产养殖以小农户家庭作坊式养殖为主，普遍存在技术落后、设备简陋、管理粗放、投饲随意、滥用药物等问题，在生产过程中极易造成局部养殖环境的恶化，既降低了养殖效益又破坏了生态环境。

随着水产环境污染和食品安全问题的日益凸显，水产生态养殖成为渔业必然的发展方向。我国推动农村城镇化进程，宜渔水面不断减少，更加突出了环保节约的重要性。近几年，我国渔业系统把推进绿色发展作为工作重心，注重渔业提质增效，转变大排大放的粗放养殖方式，构建绿色健康养殖发展格局。

2  我国水产养殖水体生物处理技术的应用

降低水体中因饵料过剩和鱼类粪便产生的大量氮、磷是治理富营养化的关键，目前我国针对养殖水体的修复方法主要有三类：一是物理修复，包括采用物理手段进行的增氧、过滤、吸附、沉淀和分离技术;二是化学修复，采用化学反应来分离或消除污染物;三是生物修复，通过微生物、水生植物、滤食性鱼类贝类等对水中的污染物进行降解。生物方法能够从根本上解决水生态的破坏问题，实现生态的自然修复和持续发展。生物修复按技术手段主要可分为微生态制剂、生物滤器、人工湿地。

2.1  微生态制剂

微生态制剂是一种天然环保制剂，是在无抗养殖的背景下研发出来的具有无毒副作用、无药物残留、无耐药性等优点的优良调水产品，具有抗生素所无法比拟的优势，目前已经广泛应用于水产养殖业，对保障水产品安全和促进养殖业健康可持续发展有重要意义。

我国在20世纪80年代就开始了渔用微生态制剂的使用，最早使用的是光合细菌。虽然在此后渔业生产对微生态制剂的需要不断扩大，但我国对此类产品的科研起步较晚。根据原农业部发布的《饲料添加剂品种目录（2013）》[1]规定，目前我国批准使用的养殖动物用微生物种类有光合细菌、芽孢杆菌、乳酸菌、酵母菌、球菌和曲霉菌6大类共29种。

微生态制剂的主要作用为促进养殖动物生长、提高机体免疫和改良水体生态环境，具体来說包括维持水体生态平衡、补充益生菌群、分解有毒有害物质、调节养殖对象肠道微生态平衡、补充营养活性物质、提升机体免疫力[2]。很多学者试验了不同微生态制剂对养殖水质的影响，为相关产品的研制提供了可靠的理论基础，如盖建军等[3]试验对比了芽孢杆菌、乳酸菌、光合细菌、EM菌对养殖水质的影响及其应在不同的水质条件下选择性使用。乔振民等[4]试验对比了市面常见的6种制剂，得出了相似结论。毛雪慧等[5]通过对几种光合细菌进行复合固定化的实验证实了其对养鱼水的净化效果显著。王笃彩等[6]在3种微生态制剂对养殖水体水质影响的比较研究实验中发现后期水质变差的情况，得出不能完全依赖微生态制剂来净化水体的结论，还应综合考虑水体容纳量、投饵量等问题，做到科学养殖，才能使微生态制剂发挥最大效用，充分为养殖服务。

此外，还有一类菌藻复合制剂，被证明比单菌种制剂效果更好，如沈南南等[7]在对虾养殖水处理实验中发现菌藻联合处理的效果优于单菌、单藻;张特[8]在凡纳滨对虾养殖实验中发现藻菌联合的净水效果优于单一的藻种和菌种。王冰[9]通过实验证明小球藻和光合细菌的共固定化对NH4+-N的去除效果高于单独的菌、藻。而在菌藻种类的选择上，王绍迁[10]通过菌藻共生实验发现在某些条件下两者也可能产生抑制关系。所以应合理地固定和使用菌藻复合体，才能有效净化水质。

虽然微生态制剂产品优点多、效果好，但是还存在市面产品质量参差不齐、种类少、储运稳定性差和养殖者多用滥用、过度依赖等问题，需要养殖者及监管部门加以改善。另外对于微生态制剂的安全性尚缺乏成熟的理论体系支撑，还有待进一步研究。

2.2  生物滤器

也称生物膜净化法，指将微生物附着在固体表面，与污水接触反应，达到净化水质的目的，其中藻类和细菌是降解水质的主要角色。水产行业常用的有生物转盘、生物滤池和生物转筒，生物膜载体与工作环境的不同会影响其净水效果，目前在实际生产中使用的载体种类较多，包括活性炭、沸石等无机材料和聚乙烯、PBS等人工合成材料，多种材料都在实验或实际应用中被证明使用效果优良。邓来富[11]在凡纳滨对虾多种类型养殖水体中开展了生物膜实验，均取得了明显的净水效果。邵留[12]和宋奔奔[13]通过实验证实稻草和竹制空心生化球也是较好的填料选择。此外，温度也会影响生物膜的吸附效率，其在25℃～30℃时达到最佳工作状态[14]。

生物膜技术除了有良好的净水效果外，还有促进养殖动物生长、减少废水排放等优点。江兴龙[15-16]通过在日本鳗鲡和凡纳滨对虾养殖池塘中设置生物膜净水栅进行对比实验，发现养殖成活率、起捕规格、产量都显著高于对照组。

随着工厂化、集约化养殖的发展，净水高效且维护成本低的生物膜法具有很好的应用前景，但针对其作用机制方面的研究还不够成熟，有待进一步探索。

2.3  人工湿地

人工湿地指一种人为建造的，由基质、水体、水生植物、水生动物、微生物共同组成的用于处理污水的生态系统，其模拟天然湿地，通过整个生态系统的协同作用来实现高效净水，目前被广泛应用于水产养殖的水质净化中，推动了渔业的环保可持续发展。

我国在人工湿地的应用研究方面比发达国家较晚，在20世纪80年代才开始形成规模化研究，但多是理论研究，应用进程较缓。近些年我国对人工湿地的研究广泛，为了不断优化升级此项技术，很多研究者针对系统中的不同基质和植物产生的效果进行了对比试验，以求为养殖者提供更多的选择和规划思路。如魏成等[17]通过试验发现小粒径基质比大颗粒基质净水效果更好，混合种植水生植物比单一品种净水效果更好，并且温度的变化与各项污染物质的去除效率成正相关。奉小忧等[18]试验发现TP的去除主要是靠植物吸收，且菖蒲对TP的吸收效果比香蒲、千屈菜、芦苇和白鹤芋更好，达到了58.9%。任文君[19]试验发现菹草的净水效果显著，另外金鱼藻、黑藻、马来眼子菜和篦齿眼子菜也均有良好效果。张帆等[20]也通过实验证明了蓖齿眼子菜的良好净水效果。

另外在一些大型养殖基地中，将人工湿地作为尾水处理中的一个环节，结合其他化学、物理和生物方法组建起多级净化系统，效果显著。而对于无法配置相应规模人工湿地的养殖场，可采用鱼菜共生的模式，即在同一池塘中的水面上层使用浮床培育水培蔬菜，通常采用双层网结构、PVC管结构或塑料托盘结构，浮床占池塘水面的15%～25%，下层养鱼，实现“种菜不施肥，养鱼不换水”的生态平衡关系。

人工湿地除了具有较好的生态效益外，所养殖的滤食性鱼类贝类和种植的植物在成熟后还可进行销售，如空心菜等食用性品种可供给蔬菜市场，其他不可食用的植物也可做为饲料或其他加工业的原材料。

3  结语

生态健康养殖模式是我国针对目前水产养殖存在的粗放浪费、生态污染问题而倡导的现代化生产方式，是渔业转型升级的必经之路。近些年，相关部门大力推广水产健康养殖技术，包括微生态制剂水质调控及病害防治技术、池塘水生生物水质原位净化技术、池塘工程化循环流水养殖技术、多营养层次生态养殖技术、工厂化循环水养殖技术、立体生态种养技术等，并在各地建立健康养殖示范基地，倡导养殖场实行良种良法，加强苗种检疫、科学管理和技术培训，执法部门加强水产品生产和质量监管，研发部门不断进行产业技术创新，加快科技成果转化，将更先进便捷的养殖手段与设备应用于生产中，如纳米技术、分子育种技术、物联网水质监控技术、地理信息系统综合管理技术、高光谱遥感技术、无规定疫病养殖技术和现代化良种选育技术等，相信我国渔业提质增效工作经过多部门多方位的努力推进落实，将会为绿色渔业发展打下良好的基础，助力生态渔业、休闲渔业、文化渔业的发展，走产业融合发展之路，使渔业焕发出更加强大的活力。

参考文献

[1]中国农业部. 中华人民共和国农业部公告第2045号[J]. 中国饲料，2014（7）：39-42.

[2]宣雄智，张勇，黄蕊. 微生态制剂在水产养殖业中的应用[J]. 安徽农学通报，2021，27（8）：98-100.

[3]盖建军，矫新明，陈焕根. 4种微生态制剂对养殖水质的影响[J]. 现代农业科技，2013（10）：255-256.

[4]乔振民，韩迎亚，刘有华，等. 6种微生态制剂对鲤鱼养殖水体水质的影响[J]. 江苏农业科学，2020，48（12）：159-162.

[5]毛雪慧，徐明芳，劉辉. 复合固定化光合细菌及其处理养鱼水的效果[J]. 生态科学，2009，28（1）：38-42.

[6]王笃彩，闫斌伦，李士虎. 3种微生态制剂对养殖水体水质影响的比较研究[J]. 水生态学杂志，2011，32（1）：66-66.

[7]沈南南，李纯厚，贾晓平，等. 小球藻与芽孢杆菌对对虾养殖水质调控作用的研究[J]. 海洋水产研究，2008（02）：48-52.

[8]张特. 凡纳滨对虾仔虾能量代谢及藻菌对育苗水体和废水调控作用研究[D]. 广东海洋大学，2012.

[9]王冰，周集体，杨宝灵，等. 光合细菌-藻类共固定深度净化污水的研究[J]. 大连民族学院学报，2014，16（03）：249-252.

[10]王绍迁. 固定化菌，藻体系净化水产养殖废水的研究[D]. 辽宁师范大学，2015.

[11]邓来富. 池塘鱼虾生物膜低碳养殖技术应用研究[D]. 集美大学，2014.

[12]邵留，徐祖信，金伟，等. 以稻草为碳源和生物膜载体去除水中的硝酸盐[J]. 环境科学，2009（05）：1414-1419.

[13]宋奔奔，刘鹰，石芳永，等. 四种填料滤器处理养鱼废水的硝化性能[J]. 农业工程学报，2010，26（11）：231-236.

[14]申禹，李玲. 天然水体中生物膜对磷的吸附动力学特征[J]. 环境科学学报，2013，33（4）：1023-1027.

[15]江兴龙. 日本鳗鲡（Anguillajaponica）土池生物膜原位修复低碳养殖技术的研究[J]. 海洋与湖沼，2012，43（06）：1134-1140.

[16]江兴龙，邓来富. 凡纳滨对虾（Litopenaeusvannamei）池塘生物膜低碳养殖技术研究[J]. 海洋与湖沼，2013，44（06）：1536-1543.

[17]魏成，刘平，秦晶. 不同基质和不同植物对人工湿地净化效率的影响[J]. 生态学报，2008（08）：3691-3697.

[18]奉小忧，宋永会，曾清如，等. 不同植物人工湿地净化效果及基质微生物状况差异分析[J]. 环境科学研究，2011，24（09）：1035-1041.

[19]任文君. 沉水植物对白洋淀湿地环境净化效果的研究[D].河北农业大学，2011.

[20]张帆，谢建治.篦齿眼子菜对水体氮、磷去除效果的研究[J].河北农业大学学报，2012，35（04）：19-24.