鳗鲡养殖循环水处理系统中细菌群落结构及动态变化

摘要

循环水养殖系统(Water Recirculating Aquaculture Systems，RAS)是一种将同一养殖体系中的水资源经过养殖系统内部净化处理之后循环利用的一种养殖模式。它具有封闭循环利用养殖水、降低用水量、养殖生产不受地域气候限制、高密度、资源利用率高、对环境污染小、病害少等优点，是实现水产养殖业可持续发展的重要途径。养殖水中有机物的降解是该模式的关键所在。细菌是养殖环境中高效的有机物分解者。养殖环境中的细菌具有极大的物种多样性和代谢途径多样性，是环境状况的重要调节者，在物质循环和能量流动中起着重要的作用。本文以鳗鲡养殖循环水处理系统为研究对象，对该系统中各处理环节细菌群落结构及动态变化进行了研究，为检测鳗鲡养殖循环水处理系统的效果、改进循环水处理系统的设计，进而推广应用提供理论指导。
　　 分别于2009年4月15日，7月15日，9月15日，12月15日从循环水处理系统中养殖池、沉淀池、生物膜池、砂滤池和紫外消毒池采集水样，并从生物膜池和滤池中采集附着生物样品，用平板菌落计数法和16S rRNA基因克隆文库分析法研究了各样品中细菌的数量和附着样品中细菌的组成。研究结果如下：
　　 1)四季各处理环节水体中细菌数量变化尼龙丝挂网和牡蛎壳两种填料对细菌有良好的吸附和过滤功能。其中秋季表现最好，经过系统处理后水体中细菌浓度从养殖池的2.98×108个/L降低到出水系统的6.57×107个/L；冬季表现较差，水体中细菌浓度从养殖池的1.27×107个/L降低到系统出水的9.80×106个/L；其它两个季节介于秋、冬季之间。
　　 2)尼龙丝挂网和牡蛎壳上细菌数量的季节变化尼龙丝挂网的附着细菌浓度在秋季达到最高为9.20×109个/g，其次为夏季1.16×109个/g，再次为冬季7.20×108个/g，春季最低为1.39×108个/g。牡蛎壳的附着细菌浓度也是在秋季达到最高为1.05×109个/g，其次为夏季3.3×108个/g，再次为冬季1.78×108个/g，春季最低为1.52×108个/g。随着系统的运行，尼龙丝挂网和牡蛎壳的附着细菌浓度均在秋季达到最高，由于水温的影响，冬季两种填料上的附着细菌浓度均有所下降。
　　 3)尼龙丝挂网和牡蛎壳上附着细菌的组成：
　　 春季：尼龙丝挂网上的附着细菌主要分为变形菌门(包括α-、β-和γ-变形菌纲)、拟杆菌门、放线菌门、浮霉菌门细菌，还检测到硅藻门和蓝藻门质粒序列。其中，变形菌门占据优势地位，约占所分析克隆子数的35.3％，其次是硅藻门占33.3％，拟杆菌门细菌占13.7[％]，放线菌门占5.9[％]，浮霉菌门和蓝藻门各占2.0[％]，未知菌序列占9.8[％]。牡蛎壳上的附着细菌除了变形菌门和拟杆菌门之外，还有异常球菌—栖热菌门细菌。变形菌门占据优势地位，约占所分析克隆子数的70.5％，其次是拟杆菌门占21.6％,异常球菌-栖热菌门细菌占2[％]，未知菌序列占5.9[％]。
　　 夏季：尼龙丝挂网上的附着样品由变形菌门、硝化螺旋菌门细菌和蓝藻门、硅藻门质粒序列构成。变形菌门占据优势地位(45.5％)，其次是蓝藻门(20.6％)，硝化螺旋菌门细菌和硅藻门各占9.1[％]，还有24.8[％]为未知菌序列。牡蛎壳上的附着细菌主要为变形菌门(48.7[％])、浮霉菌门细菌和蓝藻门质粒序列各占(14.6％)。未知菌序列较多，占22.1[％]。
　　 秋季：尼龙丝挂网的附着细菌除了变形菌门、浮霉菌门细菌之外，还有蓝藻门中的质粒序列。它们占所分析克隆子数分别为：变形菌门67.4％、蓝藻门21.7％和浮霉菌门10.9[％]。牡蛎壳上的附着细菌主要为变形菌门、硝化螺旋菌门、浮霉菌门、拟杆菌门和酸杆菌门细菌。它们占所分析克隆子数的比例依次是44.2％、14.0％、14.0％、11.6[％]和4.7[％]，还有11.5[％]为未知菌序列。
　　 冬季：冬季细菌的组成与其他季节类似，但蓝藻门质粒序列占优势地位。各类群所占比例分别是：尼龙丝挂网上，蓝藻门77.4％、变形菌门13.2％、异常球菌-栖热菌门5.7[％]；牡蛎壳上蓝藻门74.1％，变形菌门16.7％，浮霉菌门和拟杆菌门细菌均各占3.7[％]，还有少量未知序列。
　　 4)附着细菌的浓度和组成与养殖废水的处理关系在夏秋冬三季，随着循环水系统运行的稳定，系统水体中氨氮和亚硝酸盐氮随尼龙丝挂网和牡蛎壳上细菌的数量的增多而表现出较高的去除率。夏秋两季细菌的数量较多，氨氮的去除效果在这两个时期也优于冬季。夏秋冬三季系统对亚硝酸盐氮的去除率均较高，受细菌的数量变化影响较小。
　　 尼龙丝挂网和牡蛎壳上，四季细菌组成变形菌门细菌为优势菌，其中大部分种类，如食酸菌属、砂雷氏菌属等，对环境有机物具有良好的分解作用。浮霉菌门、硝化螺旋菌门的大部分种类对环境中的亚硝酸盐类具有良好的去除作用，且试验结果表明，这两门细菌对系统中养殖废水的处理有着较为显著的效果。
　　 蓝藻门中的一些藻类在生物膜池中四季存在，并且在冬季数量达到最多，所占据的克隆子数远超过细菌的占有量；硅藻门的藻类仅在春夏两季的生物膜池尼龙丝挂网上被检测到，其它季节未发现其存在，这些藻类的存在，对于降低水体中硝酸盐和磷酸盐的浓度具有重要作用。