帕特里克安德森绝杀:芽孢杆菌对水产养殖环境的净化作用

芽孢杆菌对水产养殖环境的净化作用

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养生

芽孢杆菌

水体

杂谈

南京农业大学动物科学学院　刘　波　刘文斌

近年来,随着水产养殖业的蓬勃发展,养殖品种的老化和退化,水产动物疾病的频繁发生,养殖水体环境的日益恶化,这三大问题已成为阻碍我国水产养殖业发展的瓶颈。尤其是以投饵为主的养殖模式,残饵、粪便、死亡生物的残体、养殖池塘底物的沉积物、氮(N)、磷(P)等富营养因子排入水体,养殖水体中的化学需要量(COD)、生物需要量(BOD)严重超标,使水体日益严重恶化,水产动物疾病频繁发生。据报道,人工投饵输入虾池的氮占总输入的氮的90%左右,其中仅有19%转化为虾体内的氮,其余的62%~68%的氮积累于虾池底部淤泥中,此外有8%~12%以悬浮颗粒氮溶解有机氮、溶解无机氮等形式存于池水中,这造成池塘水质的严重恶化。改善水生养殖环境,实行生物修复势在必行。

而芽孢杆菌作为一种简易的细菌(真细菌),是土壤中的优势种群,能强烈地分解碳系、氮系、磷系、硫系污染物,分解蛋白质和复杂多糖,对水溶性有机物分解也有重要的作用,同时可以与养殖环境中的有害藻类及水产致病菌竞争,形成优势种群,抑制有害藻类及水产致病菌。由于它的特性与功能优于光合细菌而有望成为光和细菌的替代品,已成为当前国际净水界的研究热点。

 1　芽孢杆菌的种类

目前可利用的芽孢杆菌有:枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、凝结芽孢杆菌(B.licoglans)、缓慢芽孢杆菌(B.lentus)、地衣芽孢杆菌(Blichenif irmis)、短小芽孢杆菌(B.pumilus)、蜡样

芽孢杆菌(B.cereus)、环状芽孢杆菌(B.circulans)、巨大芽孢杆菌(B.megaterium)、坚强芽孢杆菌(B.firmus)、东洋芽孢杆菌(B.toyoi)、纳豆芽孢杆菌(B.natto)、芽孢乳杆菌(Lactobacillus sporogens)、丁酸梭(Clostridium butyricum)等。

   2　芽孢杆菌对水质净化的作用机理

   芽孢杆菌类净水微生物的使用,使养殖者在不中断养殖过程的情况下,清除长时间残留于养殖水域底部废物,尤其是老虾池底部积累的大量残余饵料、排泄废物、动植物残体以及有害气体(氨,硫化氢等),使之先分解为小分子(多肽、高级脂肪酸等),后分解为更小分子有机物(氨基酸、低级脂肪酸、单糖、环烃等),最终分解为二氧化碳、硝酸盐、硫酸盐等,有效降低了水中的COD、BOD,使水体中的氨氮(NH4+-N)与亚硝酸氮(NO-2-N)、硫化物浓度降低,从而有效地改善水质。同时还能为以单细胞藻类为主的浮游植物提供营养物质,促进繁殖。这些浮游植物的光合作用,又为池内底栖水产动物的呼吸、有机物的分解提供氧气,从而形成一个良性生态循环(图1)。由于芽孢杆菌大量繁殖,在池内形成优势种群,可抑制病原微生物的繁殖,减少疾病发生。

        3　芽孢杆菌对水生生态系统作用效果

       3.1　去碳功能

    芽孢杆菌具有丰富的蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶、纤维素酶、脱氢酶、脱羧酶、氧化酶等,能强烈的分解碳系污染物,分解蛋白质和复杂多糖,对水溶性有机物分解也有重要的作用。

    养殖池塘内的悬浮物(简称“絮团”)和底泥严重恶化了水环境,引起动物发病。其中悬浮物由有机碎屑、细菌、藻类和矿物质等细微颗粒组成的胶粘状物;底泥由有机碎屑、细菌和藻类组成,含纤维素15%~60%,半纤维素10%~30%,木素5%~30%和蛋白质2%~15%,还含有可溶性物质如糖、氨基糖、有机酸和氨基酸,占干物质重的10%。而芽孢杆菌通过其酶的作用,能分解悬浮物和底泥,从而维持水生生态环境平衡。把芽孢杆菌(菌液浓度≥1010个/g)投入养殖池,能降低水中COD、BOD,有效改善水质和周围环境。

   3.2　去氮、去硫功能

   高密度集约化养殖给养殖池塘生态环境带来了严重的污染,研究表明,池塘每生产1吨虹鳟,池塘总磷和总氮的负载分别为25.6 kg和124.2 kg。过量的N、P排入水体引起池塘富营养化,在池塘内也易形成对水产动物有毒性的NH⁴+-N、H₂S,影响动物的生长,甚至死亡。而芽孢杆菌可利用其丰富的酶,强烈分解氮系、硫系污染物,净化养殖水体。应用芽孢杆菌为主导菌的复合微生态制剂,含活菌数为10⁹个/g,首次用量为1.5~5.0 mg/L,结果增加溶解氧(DO),降低NH⁴+-N、NO₂--N及H₂S,改善了养殖环境,池水和底沙中的异养细菌数量明显增加。

  3.3　分解淤泥

   用芽孢杆菌为主的微生物复合制剂,其活菌数为10⁹个/g,用量为1.5~4.5 mL/m³,经1个月试验表明,池底淤泥被分解了3~5 cm。利用芽孢杆菌制剂改良底质的应用实验结果表明,有机碳未出现积累,芽孢杆菌降解有机碳效果显著;总氮出现积累现象,处理组与实验组之间差异不显著;碳氮比在底质中呈下降趋势。

   3.4　絮凝作用

  芽孢杆菌有很好的絮凝作用,且复合芽孢菌株比单株芽孢杆菌的絮凝效果好。这种絮凝作用可以将水体中的有机碎屑互相粘连在一起,构成菌胶团,担负氧化分解的任务,将有机物结合成絮状,使重金属离子、P元素沉淀,水体净化。

   3.5　硝化作用

  NO₃-在芽孢杆菌作用下,经NO₂-,NO,N₂O被还原为N₂,即芽孢杆菌是好氧菌和兼性厌氧菌,以分子氧为载体,在供氧不充分的时间与空间,可以利用硝酸盐为最终电子载体产生NO₂--N和N₂,而起反硝化作用,将硝酸盐移出系统外,提高pH。

  总的来说,芽孢杆菌具有强烈的分解碳系、氮系、磷系、硫系污染物,分解蛋白质、复杂多糖、水溶性有机物的能力,已被广泛应用。