碱度调节对水产生物絮体形成及对处理养殖用水效率的研究

摘要

生物絮体（Biofloc）是养殖水体中以好氧微生物为主，以及它们所分泌的胞外聚合物，结合水体中各种有机物、无机物、微藻和浮游动、植物的集合体，在富含有机质的养殖水体中常与残饵、粪便等有机碎屑粘附在一起而呈絮体状，悬浮于流动水体中。生物絮凝技术（Biofloc technology，BFT）通过调整水体碳氮比、搅拌强度、溶解氧、温度、碱度、pH、有机物负荷率等，促进养殖系统中残饵、粪便吸收和转化，从而减少水体中无机氮含量，并将其转化为自身微生物蛋白供养殖动物摄食，使饵料第二次利用，提升饲料利用率。在生物絮凝养殖系统中无机氮转化为异养细菌的生物量、硝化作用均需要消耗碱度，因此需要及时补充调节。本文研究了碱度调节对生物絮体形成的影响，利用生物絮体序批式处理不同碱度循环水养殖废水，在以上研究基础上综合考虑碱度对生物絮体调控、养殖对象、成本和生态效益，取最佳碱度研究了生物絮凝养殖凡纳滨对虾过程中水质及对虾生长性状。试验内容分为以下三部分：
　　1.碱度对水产生物絮体培养过程中氮素转化及絮体生物学特性的影响
　　在异位式生物絮凝反应器中，添加鳗鲡循环水养殖系统中收集的残饵粪便进行生物絮体培养，研究了碱度为：A组≥250 mg(CaCO3)/L、B组150~200 mg(CaCO3)/L、C组75~100 mg(CaCO3)/L条件下絮体形成过程中系统三态氮变化、絮体的氮素转化及粗蛋白、粗脂肪和胞外聚合物含量，并用Illumina Miseq测序技术检测絮体微生物群落的多样性。结果表明：B组絮体氮素转化率（70.8±7.7）％，粗蛋白含量(36.7±0.6)%，松散结合胞外聚合物（LB-EPS）、紧密结合胞外聚合物（TB-EPS）蛋白质与多糖比和絮体原核、真核微生物群落 Shannon多样性指数显著高于A、C碱度组(P＜0.05)。将碱度提高到150 mg(CaCO3)/L以上，可促使反应器中硝化作用发生。三组絮体原核微生物，在门水平分类上具有显著性差异的优势菌群为变形菌门（Proteobacteria）和Saccharibacteria，其中变形菌门在A、B、C组中的比例分别为45.96%、27.81%、80.07%；絮体真核微生物具有显著性差异的优势菌群为子囊菌门（Ascomycota）和纤毛虫门（Ciliophora），其中纤毛虫门在 A、B、C组中的比例分别为7.24%、0.43%、14.85%。结论认为，异位式生物絮体培养过程中碱度应控制在150 mg(CaCO3)/L以上，能增加絮体微生物多样性，提高氮素转化效率。
　　2.碱度对序批式生物絮凝反应器（SBR）处理循环水养殖用水和絮体微生物结构的影响
　　利用循环水养殖系统鳗鲡的残饵、粪便培养成生物絮体，接种在序批式生物絮凝反应器（SBR）中，总悬浮固体浓度（TSS）稳定在4000 mg/L，研究了序批式处理循环水养殖用水和絮体微生物结构，试验进水碱度分别为75 mg(CaCO3)/L、150 mg(CaCO3)/L、250 mg(CaCO3)/L、350 mg(CaCO3)/L、450 mg(CaCO3)/L、600 mg(CaCO3)/L，结果表明，生物絮体对水产养殖废水有较好的处理效果，铵态氮、硝态氮去除率均达到90%以上，且碱度越高去除率越高，碱度为350~600 mg/L时去除率高于99%。运行结束后高碱度组生物絮体粗蛋白和粗脂肪均高于鳗鲡残饵、粪便的含量。利用Illumina Miseq测序平台的16S rDNA基因扩增技术对刚培养好的生物絮体和不同碱度进水组絮体样品进行高通量测序，表明碱度为600 mg(CaCO3)/L微生物菌群多样性最高，各组样品微生物群落结构存在较大的差异，但变形菌门占绝对优势。假黄单胞菌属（Pseudoxanthomonas）在刚培养好的生物絮体中占31.52%，此属对生物絮体的形成中起一定作用，（Zoogloea）、（Saccharibacteria_n orank）、蛭弧菌属（Bdellovibrio）在每组试验絮体样品中含量达到40%以上。
　　3.碱度调控生物絮凝技术在凡纳滨对虾（Litopenaeus vannamei）标粗期中的应用
　　本试验在碱度控制下，研究了不同生物絮体浓度对凡纳滨对虾“标粗”期20 d养殖过程中水质和絮体营养、对虾生长性状的影响，为生物絮凝技术养殖凡纳滨对虾“标粗”提供参考。养殖过程中系统碱度控制在100 mg(CaCO3)/L，设4组悬浮颗粒物浓度（TSS）分别为A：100 mg/L，B：150 mg/L，C：200 mg/L，D：250 mg/L，结果表明 D处理组的养殖水体主要理化参数优于A、B、C组，各处理组的铵态氮、亚硝酸盐在养殖期间波动较大，但都处在较低水平；硝酸盐氮含量前14 d不断上升之后下降，但高TSS组浓度较低，A组最高达到45.75 mg/L，D组最高37.38 mg/L。4组养殖系统中生物絮体的粗蛋白含量无显著差异(P＞0.05)，各组粗蛋白含量在32.4%~42.2%之间变动，低于虾片饲料的粗蛋白质含量49.5%。测得虾片和生物絮体中均含有17种氨基酸，虾片中的氨基酸总量为33.37 mg/100mg，D组絮体中氨基酸含量为28.43 mg/100mg，高于其他处理组，絮体中必需氨基酸蛋氨酸含量高于饲料虾片。对虾的终体长、终体重D组＞ C组＞B组＞A组，各组对虾成活率差异显著(P＜0.05)，其中 D组成活率最高50.2%。

目录

声明

第一章 引 言

1调节碱度的必要性

2 生物絮体的结构和形成

3 生物絮体微生物组成

4 研究目的与内容

第二章 碱度对水产生物絮体培养过程中氮素转化及絮体生物学特性的影响

2.1材料和方法

2.2 结果

2.3 讨论

2.4 结论

第三章 碱度对序批式生物絮体反应器（SBR）处理循环水养殖用水和絮体微生物结构的影响

3.1 材料与方法

3.2 结果与讨论

3.3 结论

第四章 碱度调控生物絮凝技术在凡纳滨对虾（Litopenaeus vannamei）标粗期中的应用

4.1 材料与方法

4.2 结果与分析

4.3结论

第五章 结论

参考文献

致谢