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停加红糖对凡纳滨对虾生物絮团养殖系统水质和氮收支的影响

韩天骄 徐武杰 徐煜 文国樑 胡晓娟 苏浩昌 曹煜成

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停加红糖对凡纳滨对虾生物絮团养殖系统水质和氮收支的影响

    作者简介: 韩天骄 (1994—),女,硕士研究生,研究方向为对虾健康养殖和养殖水质调控。E-mail:htjz18095136080@163.com;
    通讯作者: 曹煜成, cyc_715@163.com
  • 中图分类号: S9 68.22

Effect of stopping adding brown sugar on water quality and nitrogen budget in biofloc systems cultured with Litopenaeus vannamei

    Corresponding author: Yucheng CAO, cyc_715@163.com
  • CLC number: S9 68.22

  • 摘要: 试验以生物絮团技术 (Biofloc technology,BFT) 养殖30 d的凡纳滨对虾 (Litopenaeus vannamei) 及其池塘水体为基础,设定红糖持续添加组 (BS组) 和不添加红糖组 (NBS组),探究在稳定的凡纳滨对虾生物絮团 (Bioflic,BF) 养殖系统中,适时停止添加红糖对养殖水质和氮收支的影响。在28 d内监测总氨氮 (TAN)、亚硝酸盐氮 (NO2 -N) 等,并测定试验前后虾体和投喂饲料的总氮 (TN)。结果显示,BS组和NBS组的TAN、NO2 -N均处于较低水平,养殖末期TAN分别为0.05 mg·L−1与0.03 mg·L−1,NO2 -N分别为0.38 mg·L−1与 0.26 mg·L−1。研究发现,氮收入主要为饲料,占比78.8%;氮输出主要为水体TN,BS组和NBS组的水体TN分别占45.06%和52.55%;其次,收获虾体的氮输出分别占21.49%和25.43%,两组的饲料氮利用效率分别为18.14%和23.14%。可见,在稳定的BF养殖系统中适时停止添加红糖,对水体微生物去除TAN和NO2 -N的效果不会产生影响。
  • 图 1  养殖水体中总氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、总无机氮的质量浓度变化

    Figure 1.  Concentration changes of TAN, NO2 -N, NO3 -Nand TIN in water

    图 2  养殖水体中生物絮团沉降量、总碱度和pH值的变化

    Figure 2.  Variation of biofloc volume, total alkalinity and pH in water

    表 1  养殖系统中氮收支状况

    Table 1.  Nitrogen budget of aquaculture system %

    项目
    Item
    BS组氮输入
    N input of BS
    NBS组氮输入
    N input of NBS
    BS组氮输出
    N output of BS
    NBS组氮输出
    N output of NBS
    水体 Water 13.97±0.37 (14.00) 13.97±0.37 (14.00) 44.96±3.46a (45.06) 52.43±0.53b (52.55)
    虾体 Shrimp 7.18±0.00 (7.20) 7.18±0.00 (7.20) 21.44±4.74a (21.49) 25.37±0.72a (25.43)
    饲料 Feed 78.62±0.00 (78.80) 78.62±0.00 (78.80)
    其他 Other 33.37±3.43a (33.44) 21.97±1.23b (22.02)
    合计 Total 99.77±0.37 (100.00) 99.77±0.37 (100.00) 99.77±0.00a (100.00) 99.77±0.00a (100.00)
    注:数据以氮的质量 (g) 平均值±标准差或氮质量分数 (%) 表示,n=3,同行不同字母的两项间差异显著 (P<0.05),下同
    Note: The data are presented as $ \overline X \pm {\rm{SD}} $ of nitrogen mass(g) or its mass percentage of nitrogen (%); number of samples is three; the values within the same row with different superscripts are significant (P<0.05); the same below
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    表 2  养殖水体中氮输出状况

    Table 2.  Nitrogen output in water %

    项目
    Item
    BS组水体氮输出
    TN output of water in BS
    NBS组水体氮输出
    TN output of water in NBS
    总氮 TN
    悬浮颗粒物氮 SSN 3.28±0.43a (3.29) 2.53±0.48a (2.54)
    可溶性总氮 TDN 41.68±3.19a (41.78) 49.89±0.59a (50.01)
    可溶性总氮 TDN
    总氨氮 TAN 0.04±0.01a (0.04) 0.03±0.00b (0.03)
    亚硝酸盐氮 NO2 -N 0.28±0.02a (0.28) 0.16±0.02b (0.16)
    硝酸盐氮 NO3 -N 28.15±0.66a (28.22) 38.17±1.48b (38.26)
    其他 Others 13.23±1.46a (11.26) 11.43±1.19a (11.45)
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    表 3  凡纳滨对虾生长性能及饲料利用

    Table 3.  Growth performance and feed utilization of L. vannamei

    指标
    Index
    BS组
    BS group
    NBS组
    NBS group
    成活率 Survival rate/% 43.43±12.93a 47.62±0.66a
    终末体质量 Final body mass/g 9.86±0.48a 10.60±0.49a
    增重率 Weight gain/% 8.43±0.78a 9.17±0.49a
    饲料系数 Feed conversion ratio 1.68±0.39a 1.36±0.05a
    饲料氮利用效率 Feed N utilization efficiency/% 18.14±7.39a 23.14±1.12a
    注:n=3,相同指标同行不同字母的两项间差异显著(P<0.05).
    Note: Number of samples is three, and the values within the same row with different superscripts are significant (P<0.05).
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  • [1] CRAB R, DEFOIRDT T, BOSSIER P, et al. Biofloc technology in aquaculture: beneficial effects and future challenges[J]. Aquaculture, 2012, 356: 351-356.
    [2] RAY A J, LEWIS B L, BROWDY C L, et al. Suspended solids removal to improve shrimp (Litopenaeus vannamei) production and an evaluation of a plant-based feed in minimal-exchange, superintensive culture systems[J]. Aquaculture, 2010, 299(1/2/3/4): 89-98.
    [3] BRIGGS M R P, FVNGE-SMITH S J. A nutrient budget of some intensive marine shrimp ponds in Thailand[J]. Aquacult Res, 1994, 25(8): 789-811. doi:  10.1111/j.1365-2109.1994.tb00744.x
    [4] BOYD C E. Better management practices for marine shrimp aquaculture[M]. UK: Blackwell Publishing, 2008: 227-259.
    [5] READ P, FERNANDES T. Management of environmental impacts of marine aquaculture in Europe[J]. Aquaculture, 2003, 226(1): 139-163.
    [6] FUNGE-SMITH S J, BRIGGS M R P. Nutrient budgets in intensive shrimp ponds: implications for sustainability[J]. Aquaculture, 1998, 164(1): 117-133.
    [7] 邓吉朋, 黄建华, 江世贵, 等. 生物絮团在斑节对虾养殖系统中的形成条件及作用效果[J]. 南方水产科学, 2014, 10(3): 29-37. doi:  10.3969/j.issn.2095-0780.2014.03.005
    [8] 田道贺, 桂福坤, 李华, 等. 硝化型生物絮团的驯化培养[J]. 南方水产科学, 2019, 15(4): 39-45.
    [9] AVNIMELECH Y. Carbon/nitrogen ratio as a control element in aquaculture systems[J]. Aquaculture, 1999, 176(3): 227-235.
    [10] XU W J, MORRIS T C, SAMOCHA T M. Effects of two commercial feeds for semi-intensive and hyper-intensive culture and four C/N ratios on water quality and performance of Litopenaeus vannamei juveniles at high density in biofloc-based, zero-exchange outdoor tanks[J]. Aquaculture, 2018, 490: 194-202. doi:  10.1016/j.aquaculture.2018.02.028
    [11] WEI Y F, WANG A L, LIAO S A. Effect of different carbon sources on microbial community structure and composition of ex-situ biofloc formation[J]. Aquaculture, 2020, 515: 734492. doi:  10.1016/j.aquaculture.2019.734492
    [12] AZIM M, LITTLE D, BRON J E. Microbial protein production in activated suspension tanks manipulating C: N ratio in feed and the implications for fish culture[J]. Bioresour Technol, 2008, 99(9): 3590-3599. doi:  10.1016/j.biortech.2007.07.063
    [13] SEARS K, ALLEMAN J, BARNARD J, et al. Density and activity characterization of activated sludge flocs[J]. J Environ Eng-ASCE, 2006, 132(10): 1235-1242. doi:  10.1061/(ASCE)0733-9372(2006)132:10(1235)
    [14] AVNIMELECH Y. Feeding with microbial flocs by tilapia in minimal discharge bio-flocs technology ponds[J]. Aquaculture, 2007, 264(1): 140-147.
    [15] NOOTONG K, PRASERT P, POWTONGSOOK S. Effects of organic carbon addition in controlling inorganic nitrogen concentrations in a biofloc system[J]. J World Aquacult Soc, 2011, 42(3): 339-346. doi:  10.1111/j.1749-7345.2011.00472.x
    [16] CRAB R, AVNIMELECH Y, DEFOIRDT T, et al. Nitrogen removal techniques in aquaculture for a sustainable production[J]. Aquaculture, 2007, 270(1): 1-14.
    [17] EBELING J M, TIMMONS M B, BISOGNI J J. Engineering analysis of the stoichiometry of photoautotrophic, autotrophic, and heterotrophic removal of ammonia-nitrogen in aquaculture systems[J]. Aquaculture, 2006, 257(1): 346-358.
    [18] HARGREAVES J A. Photosynthetic suspended-growth systems in aquaculture[J]. Aquacult Eng, 2006, 34(3): 344-363. doi:  10.1016/j.aquaeng.2005.08.009
    [19] AVNIMELECH Y, KOCHBA M. Evaluation of nitrogen uptake and excretion by tilapia in bio floc tanks, using 1N tracing[J]. Aquaculture, 2009, 287(1): 163-168.
    [20] 张哲, 杨章武, 葛辉, 等. 不同碳源对凡纳滨对虾育苗标粗水体生物絮团的结构、营养成分、细菌群落及其水质的影响[J]. 水产学报, 2019, 43(3): 639-649.
    [21] 刘克明, 尤宏争, 马林, 等. 不同碳源培养生物絮团对南美白对虾养殖影响试验[J]. 河北渔业, 2019(4): 32-34.
    [22] GHYOOT W, VANDAELE S, VERSTRAETE W. Nitrogen removal from sludge reject water with a membrane-assisted bioreactor[J]. Water Res, 1999, 33(1): 23-32. doi:  10.1016/S0043-1354(98)00190-0
    [23] XU W J, MORRIS T C, SAMOCHA T M. Effects of C/N ratio on biofloc development, water quality, and performance of Litopenaeus vannamei juveniles in a biofloc-based, high-density, zero-exchange, outdoor tank system[J]. Aquaculture, 2016, 453: 169-175. doi:  10.1016/j.aquaculture.2015.11.021
    [24] XU W J, PAN L Q. Enhancement of immune response and antioxidant status of Litopenaeus vannamei juvenile in biofloc-based culture tanks manipulating high C/N ratio of feed input[J]. Aquaculture, 2013, 412: 117-124.
    [25] KUYPERS M M M, MARCHANT H K, KARTAL B. The microbial nitrogen-cycling network[J]. Nat Rev Microbiol, 2018, 16(5): 263-276. doi:  10.1038/nrmicro.2018.9
    [26] XU W J, XU Y, SU H C, et al. Effects of feeding frequency on growth, feed utilization, digestive enzyme activity and body composition of Litopenaeus vannamei in biofloc-based zero-exchange intensive systems[J]. Aquaculture, 2020, 522: 735079. doi:  10.1016/j.aquaculture.2020.735079
    [27] FRíAS-ESPERICUETA M G, HARFUSH-MELENDEZ M, OSUNA-LÓPEZ J I, et al. Acute toxicity of ammonia to juvenile shrimp penaeus vannamei Boone[J]. Bull Environ Contam Toxicol, 1999, 62(5): 646-652. doi:  10.1007/s001289900923
    [28] LIN Y C, CHEN J C. Acute toxicity of nitrite on Litopenaeus vannamei (Boone) juveniles at different salinity levels[J]. Aquaculture, 2003, 224(1/2/3/4): 193-201.
    [29] 孙舰军, 丁美丽. 氨氮对中国对虾抗病力的影响[J]. 海洋与湖沼, 1999, 30(3): 267-272. doi:  10.3321/j.issn:0029-814X.1999.03.007
    [30] VALENCIA-CASTAÑEDA G, FRÍAS-ESPERICUETA M G, VANEGAS-PÉREZ R C, et al. Toxicity of ammonia, nitrite and nitrate to Litopenaeus vannamei juveniles in low-salinity water in single and ternary exposure experiments and their environmental implications[J]. Environ Toxicol Pharmacol, 2019, 70: 103193. doi:  10.1016/j.etap.2019.05.002
    [31] HARGREAVES J A. Biofloc production systems for aquacu-lture[M]. USA: Southern Regional Aquacultue Center, 2013: 1-11.
    [32] BOYD C E, TUCKER C S. Handbook for aquaculture water quality[M]. USA: Craftmaster Printers, 2014: 439.
    [33] BOYD C E, TUCKER C S, SOMRIDHIVEJ B. Alkalinity and hardness: critical but elusive concepts in aquaculture[J]. J World Aquacult Soc, 2016, 47(1): 6-41. doi:  10.1111/jwas.12241
    [34] SCHVEITZER R, ARANTES R, COSTODIO P F S, et al. Effect of different biofloc levels on microbial activity, water quality and performance of Litopenaeus vannamei in a tank system operated with no water exchange[J]. Aquacult Eng, 2013, 56: 59-70. doi:  10.1016/j.aquaeng.2013.04.006
    [35] XU W J, PAN L Q. Effects of bioflocs on growth performance, digestive enzyme activity and body composition of juvenile Litopenaeus vannamei in zero-water exchange tanks manipulating C/N ratio in feed[J]. Aquaculture, 2012, 356-357: 147-152. doi:  10.1016/j.aquaculture.2012.05.022
    [36] 臧维玲, 杨明, 戴习林, 等. 凡纳滨对虾室内封闭式养殖水质变化与氮收支的试验研究[J]. 农业环境科学学报, 2009, 28(5): 1019-1024. doi:  10.3321/j.issn:1672-2043.2009.05.028
    [37] 游奎. 对虾工程化养殖系统重要元素及能量收支[D]. 青岛: 中国科学院研究生院 (海洋研究所), 2005: 75-87.
    [38] MICHAUD L, BLANCHETON J P, BRUNI V, et al. Effect of particulate organic carbon on heterotrophic bacterial populations and nitrification efficiency in biological filters[J]. Aquacult Eng, 2006, 34(3): 224-233. doi:  10.1016/j.aquaeng.2005.07.005
    [39] BURFORD M A, THOMPSON P J, MCINTOSH R P, et al. Nutrient and microbial dynamics in high-intensity, zero-exchange shrimp ponds in Belize[J]. Aquaculture, 2003, 219(1): 393-411.
    [40] BURFORD M A, THOMPSON P J, MCINTOSH R P, et al. The contribution of flocculated material to shrimp (Litopenaeus vannamei) nutrition in a high-intensity, zero-exchange system[J]. Aquaculture, 2004, 232(1): 525-537.
    [41] LUO G Z, AVNIMELECH Y, PAN Y F, et al. Inorganic nitrogen dynamics in sequencing batch reactors using biofloc technology to treat aquaculture sludge[J]. Aquacult Eng, 2013, 52: 73-79. doi:  10.1016/j.aquaeng.2012.09.003
    [42] LUO G Z, XU J X, MENG H Y. Nitrate accumulation in biofloc aquaculture systems[J]. Aquaculture, 2020, 520: 734675. doi:  10.1016/j.aquaculture.2019.734675
    [43] YORAM A, KOCHBA M, KOCHBA M. Evaluation of nitrogen uptake and excretion by tilapia in bio floc tanks, using 1N tracing[J]. Aquaculture, 2009, 287(1): 163-168.
    [44] WUCHTER C, ABBAS B, COOLEN M J, et al. Archaeal nitrification in the ocean[J]. Proc Natl Acad Sci USA, 2006, 103(33): 12317-12322. doi:  10.1073/pnas.0600756103
  • [1] 叶乐林黑着李卓佳吴开畅文国樑马之明朱昌福 . 投喂频率对凡纳滨对虾生长和水质的影响. 南方水产科学,
    [2] 叶乐杨莺莺吴开畅李卓佳 . 益生菌在凡纳滨对虾育苗中的应用. 南方水产科学,
    [3] 李金亮陈雪芬赖秋明鲁春雨陈金玲苏树叶 . 凡纳滨对虾高位池养殖氮磷收支研究. 南方水产科学, doi: 10.3969/j.issn.1673-2227.2010.05.003
    [4] 张加润江世贵林黑着黄忠牛津黄建华王芸 . 不同品牌饲料对斑节对虾生长及水质影响的研究. 南方水产科学, doi: 10.3969/j.issn.2095-0780.2013.06.004
    [5] 付腾宋沙沙马红玲王博陈新祥郭志勋 . 硝态氮对凡纳滨对虾部分血清免疫因子的影响. 南方水产科学, doi: 10.3969/j.issn.2095-0780.2016.02.007
    [6] 陆家昌李活黄翔鹄 . 枯草芽孢杆菌对水质及凡纳滨对虾幼体免疫指标影响的研究. 南方水产科学, doi: 10.3969/j.issn.1673-2227.2010.01.004
    [7] 李奕雯李卓佳曹煜成文国樑刘孝竹 . 对虾海水高密度养殖后期水质因子的昼夜变化规律. 南方水产科学, doi: 10.3969/j.issn.1673-2227.2010.06.005
    [8] 方金龙王元房文红李新苍陈甜甜周俊芳 . 氨氮胁迫下白斑综合征病毒对凡纳滨对虾的致病性. 南方水产科学, doi: 10.3969/j.issn.2095-0780.2017.04.007
    [9] 胡志国刘建勇袁瑞鹏张嘉晨 . 凡纳滨对虾高氨氮和低溶氧抗逆性状的杂交配合力分析. 南方水产科学, doi: 10.3969/j.issn.2095-0780.2016.01.007
    [10] 袁瑞鹏刘建勇张嘉晨陈晓敏郑静静 . 凡纳滨对虾生长与高氨氮耐受性的遗传力及选择反应研究. 南方水产科学, doi: 10.3969/j.issn.2095-0780.2017.03.011
    [11] 陈金玲赖秋明苏树叶柯杨勇 . 精养虾池主要环境因子的变化特点及其相关性分析. 南方水产科学, doi: 10.3969/j.issn.2095-0780.2012.04.008
    [12] 李国烈王元房文红沈锦玉周俊芳 . 盐酸沙拉沙星在凡纳滨对虾体内药动学与生物利用度. 南方水产科学, doi: 10.3969/j.issn.2095-0780.2014.01.008
    [13] 李卓佳林亮杨莺莺林小涛 . 芽孢杆菌制剂对凡纳滨对虾Litopenaeusvannamei肠道微生物群落的影响. 南方水产科学,
    [14] 王振华刘晃宿墨吴凡 . 吉富罗非鱼生长过程中氮收支变化的研究. 南方水产科学, doi: 10.3969/j.issn.2095-0780.2013.03.014
    [15] 朱长波郭永坚颉晓勇李俊伟罗昭林陈利雄陈素文 . 凡纳滨对虾-鲻网围分隔混养模式下经济与生态效益评价. 南方水产科学, doi: 10.3969/j.issn.2095-0780.2014.04.001
    [16] 武宇辉王庆魏南刘之威欧林坚杨宇峰 . 不同鲍养殖模式下浮游植物群落结构与水质特征的比较. 南方水产科学, doi: 10.3969/j.issn.2095-0780.2017.06.009
    [17] 秦金华朱长波张博李婷苏家齐陈素文李俊伟 . 塘田联作对池塘水质及罗氏沼虾生长的影响. 南方水产科学, doi: 10.12131/20190205
    [18] 段亚飞黄忠林黑着董宏标张家松 . 深水网箱和池塘养殖凡纳滨对虾肌肉营养成分的比较分析. 南方水产科学, doi: 10.3969/j.issn.2095-0780.2017.02.013
    [19] 段亚飞黄忠林黑着董宏标张家松 . 深水网箱和池塘养殖凡纳滨对虾肌肉营养成分的比较分析. 南方水产科学, doi: 10.3969/j.issn.2095-0780.2017.02.012
    [20] 陈培基李刘冬杨金兰黎智广杨宏亮王强 . 孔雀石绿在凡纳滨对虾体内的残留与消除规律. 南方水产科学, doi: 10.3969/j.issn.2095-0780.2013.05.013
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-03-21
  • 录用日期:  2020-05-27
  • 网络出版日期:  2020-07-31

停加红糖对凡纳滨对虾生物絮团养殖系统水质和氮收支的影响

    作者简介:韩天骄 (1994—),女,硕士研究生,研究方向为对虾健康养殖和养殖水质调控。E-mail:htjz18095136080@163.com
    通讯作者: 曹煜成, cyc_715@163.com
  • 1. 浙江海洋大学/国家海洋设施养殖工程技术研究中心,浙江 舟山 316022
  • 2. 中国水产科学研究院南海水产研究所/农业农村部南海渔业资源开发利用重点实验室/广东省渔业生态环境重点实验室,广东 广州 510300
  • 3. 中国水产科学研究院南海水产研究所深圳试验基地,广东 深圳 518121

摘要: 试验以生物絮团技术 (Biofloc technology,BFT) 养殖30 d的凡纳滨对虾 (Litopenaeus vannamei) 及其池塘水体为基础,设定红糖持续添加组 (BS组) 和不添加红糖组 (NBS组),探究在稳定的凡纳滨对虾生物絮团 (Bioflic,BF) 养殖系统中,适时停止添加红糖对养殖水质和氮收支的影响。在28 d内监测总氨氮 (TAN)、亚硝酸盐氮 (NO2 -N) 等,并测定试验前后虾体和投喂饲料的总氮 (TN)。结果显示,BS组和NBS组的TAN、NO2 -N均处于较低水平,养殖末期TAN分别为0.05 mg·L−1与0.03 mg·L−1,NO2 -N分别为0.38 mg·L−1与 0.26 mg·L−1。研究发现,氮收入主要为饲料,占比78.8%;氮输出主要为水体TN,BS组和NBS组的水体TN分别占45.06%和52.55%;其次,收获虾体的氮输出分别占21.49%和25.43%,两组的饲料氮利用效率分别为18.14%和23.14%。可见,在稳定的BF养殖系统中适时停止添加红糖,对水体微生物去除TAN和NO2 -N的效果不会产生影响。

English Abstract

  • 近年来生物絮团技术 (Biofloc technology, BFT) 在集约化水产养殖中受到广泛关注,其在凡纳滨对虾 (Litopenaeus vannamei) 零换水养殖中取得了良好的效果[1-2]。通常养殖水体中的总氨氮 (TAN) 和亚硝酸盐氮 (NO2 -N) 被认为是影响水生生物健康、生长和存活的有害因子[3-6],通过外加红糖、糖蜜、葡萄糖等有机碳源,提高水体碳氮比 (C/N)[7-8],可促进水中异养微生物利用氮素增殖,消减水中TAN、NO2 -N等有害氮素浓度[9-11],同时水环境中的微生物在絮凝作用下可与悬浮有机颗粒物聚集形成生物絮团 (Bioflic, BF)[12-13],此为BFT的理论原理。研究表明,粒径适宜的BF可被凡纳滨对虾摄食利用,在一定程度上降低饲料系数,提高饲料氮利用率[14]。但在养殖实践中却发现,过多的BF不仅会大量消耗水体溶解氧 (DO),老化沉降的BF还可能造成水质恶化,严重危害养殖对虾的健康生长[15-18]。据报道,BF中不同种类的微生物对TAN等有害氮素的去除机制存在差异,成熟的BF水体中微生物的自养硝化作用和异养同化作用同时存在[10],而营自养硝化作用的微生物对有机碳源的需求相对有限,且形成的生物量也较少[19]。以往的研究主要聚焦于不同C/N、不同种类的碳源在BFT的应用效果[10,20]等。有研究发现,红糖相较于其他碳源对BF的形成促进效果较好[21],而且一般BFT养殖水体中的微生物异养同化途径可在短期迅速建立,自养硝化的启动过程则耗时相对较长,需4~10周[22]。然而对虾BFT养殖过程中是否有必要持续添加有机碳源以维持或强化水体微生物对TAN和NO2 -N的去除效果还少见报道。对此,本研究以BFT养殖30 d的凡纳滨对虾及其池塘水体为基础,以红糖为碳源,比较分析红糖持续添加及停止添加两种技术方案对养殖水质和系统氮收支的影响,以期为进一步完善BFT的碳源添加方案提供科学依据。

    • 试验所用凡纳滨对虾和水体均取自采用BFT养殖了30 d的高密度零换水养殖池,自放养虾苗后以红糖为碳源,添加量为饲料投喂量的50%,按照Xu等[23]的方法计算水体C/N (质量浓度)为15∶1。试验采用零换水养殖方式,实验桶为1 000 L的聚乙烯塑料圆桶,每桶注入BFT养殖池水800 L,并以罗茨鼓风机进行充气增氧和搅动水体,确保试验过程中水体DO质量浓度不低于5.0 mg·L−1。试验前从BFT养殖池中随机选取体质量为 (1.43±0.90) g的健康幼虾放入桶内暂养3 d,随后进入正式实验,每桶放幼虾175尾。

    • 试验设置红糖持续添加组(Brown sugar continuous addition group, BS组),红糖添加量为日投饲量的50%,同时设置不添加红糖的对照组 (Non-added brown sugar group, NBS组),每组设4个平行。每日6:00、10:00、14:00、18:00定时投喂凡纳滨对虾全价配合商品饲料,投饲45 min后检查各桶内投喂观测台饲料剩余状况及桶内对虾摄食情况,以观测台无饲料剩余且桶内90%以上的对虾呈饱食状态为准,实时合理调整饲料投喂量。试验持续28 d,全程各桶零换水,仅用自来水补充少量蒸发损失的水分,每日测定各养殖桶水体的盐度、温度、DO和pH,当水体pH明显下降时,添加适量碳酸钠溶液使其稳定在7.6~8.2范围。水体中盐度以手持式折光仪测定,水温和DO以YSI 550A便携式溶解仪测定,pH以PHB-3笔式pH计测定。

    • 每周从各养殖桶采集水样200 mL,以0.45 μm玻璃纤维滤膜抽滤,测定水体TAN、NO2 -N、硝酸盐氮 (NO3 -N)、总无机氮 (TIN) 的质量浓度;另采集水样分别测定总碱度和生物絮团沉降量 (Biofloc volume,BFV)。在试验第0天、第28天分别采集水样测定水体TN、可溶性总氮(TDN),同时,分别取对虾样品测定虾体TN质量和体质量。其中,TAN、NO2 -N、NO3 -N、水体TN、TDN的测定方法参照GB 17378.4—2007,总碱度[10]和BFV[24]的测定参照Xu等[23]方法,虾体和饲料的TN测定参照GB/T 6432—2018。

    • 养殖系统中的氮输入和输出[25],对虾的成活率、增重率、饲料系数、饲料氮利用[26]效率的计算公式为:

      氮输入 (g)=初始水体TN (g)+初始幼虾氮 (g)+总投喂饲料氮 (g);

      氮输出 (g)=终末水体TN (g)+终末对虾氮 (g)+其他 (g);

      项目中氮的质量分数=项目中氮质量 (g)/系统氮输入总质量 (g)×100%;

      水体TN (g)=水体TDN (g)+悬浮物SSN (g);

      水体TDN (g)=水体TIN (g)+其他TDN (g);

      水体TIN (g)=TAN (g)+NO2 -N (g)+NO3 -N (g);

      成活率= (终末存活虾尾数/初始幼虾尾数)×100%;

      增重率 = (终末收获虾总质量−初始幼虾总质量)/初始幼虾总质量×100%;

      饲料系数=投喂饲料总质量/(终末收获虾总质量−初始幼虾总质量);

      饲料氮利用效率= (终末收获虾氮−初始幼虾氮)/总投喂饲料氮×100%。

      数据结果以“平均值±标准差 (X±SD)”表示,以独立t检验方法进行数据统计分析,显著性水平设为P<0.05。

    • 试验期间BS组水体的盐度、温度和DO质量浓度分别为(29.93±2.90)、(30.66±0.87) ℃和(5.56±0.68) mg·L−1,NBS组分别为(29.73±3.00)、(30.77±0.90) ℃和(5.90±0.43) mg·L−1,以上指标均在对虾健康生长的范围内。

      停止添加红糖对凡纳滨对虾生物絮团养殖系统水质的影响见图1。两组水体的TAN、NO2 -N、NO3 -N、TIN浓度变化趋势相似。其中,TAN稳定维持在较低水平 (0.02~0.06 mg·L−1);BS组和NBS组NO2 -N第0和7天由初始10.18 mg·L−1分别快速降至0.20 和0.24 mg·L−1,之后稳定维持在0.09~1.00 mg·L−1较低水平;BS组和NBS组NO3 -N质量浓度随TAN、NO2 -N的降解呈持续升高趋势,由初始1.46 mg·L−1 分别升至34.49 和44.68 mg·L−1,TIN浓度因受主要组分NO3 -N的影响,也同样呈持续升高态势。

      图  1  养殖水体中总氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、总无机氮的质量浓度变化

      Figure 1.  Concentration changes of TAN, NO2 -N, NO3 -Nand TIN in water

      图2为水体BFV、总碱度及pH的变动趋势。其中,BFV呈升高趋势,BS组和NBS组分别由初始0.60、0.46 mL·L−1分别升高至15.67、8.67 mL·L−1 (图2-a),BS组BFV显著高于NBS组 (P<0.05),差值为7 mL·L−1,表明红糖持续添加可促进养殖水体中BFV显著升高。实验过程中总碱度 (CaCO3)与pH均呈波动变化,变化范围分别为184.97~283.40 mg·L−1和7.63~8.10 (图2-b图2-c),两组的总碱度与pH无明显差异 (P>0.05)。

      图  2  养殖水体中生物絮团沉降量、总碱度和pH值的变化

      Figure 2.  Variation of biofloc volume, total alkalinity and pH in water

    • 停止添加红糖对凡纳滨对虾生物絮团养殖系统的氮收支状况见表1。养殖系统氮输入来源相同,主要包括初始水体TN、放养幼虾和饲料投入,上述各项氮输入的质量分数分别为14.00%、7.20%、78.80%,其中饲料投入为两组氮收入的最大来源。

      项目
      Item
      BS组氮输入
      N input of BS
      NBS组氮输入
      N input of NBS
      BS组氮输出
      N output of BS
      NBS组氮输出
      N output of NBS
      水体 Water 13.97±0.37 (14.00) 13.97±0.37 (14.00) 44.96±3.46a (45.06) 52.43±0.53b (52.55)
      虾体 Shrimp 7.18±0.00 (7.20) 7.18±0.00 (7.20) 21.44±4.74a (21.49) 25.37±0.72a (25.43)
      饲料 Feed 78.62±0.00 (78.80) 78.62±0.00 (78.80)
      其他 Other 33.37±3.43a (33.44) 21.97±1.23b (22.02)
      合计 Total 99.77±0.37 (100.00) 99.77±0.37 (100.00) 99.77±0.00a (100.00) 99.77±0.00a (100.00)
      注:数据以氮的质量 (g) 平均值±标准差或氮质量分数 (%) 表示,n=3,同行不同字母的两项间差异显著 (P<0.05),下同
      Note: The data are presented as $ \overline X \pm {\rm{SD}} $ of nitrogen mass(g) or its mass percentage of nitrogen (%); number of samples is three; the values within the same row with different superscripts are significant (P<0.05); the same below

      表 1  养殖系统中氮收支状况

      Table 1.  Nitrogen budget of aquaculture system %

      养殖系统氮输出途径相同,主要包括终末水体TN、收获对虾和其他氮输出。其中,BS组和NBS组终末水体TN均占氮输出的比例最大,分别为45.06%和52.55%,BS组显著低于NBS组 (P<0.05);收获对虾虾体氮占比分别为21.49%和25.43%,BS组略低于NBS组,差异不显著 (P>0.05)。

      养殖水体中氮输出状况见表2。终末水体TN的组成类别相同,BS组和NBS组终末水体TN主要以TDN的形式存在,其占系统氮输出的比例分别为41.78%和50.01%;TDN中NO3 -N占比均最大,其占系统氮输出的比例分别为28.22%和38.26%,BS组显著低于NBS组 (P<0.05),两者差值达10.04%,表明NBS组产生的NO3 -N更多,其水体微生物的硝化功能明显。

      项目
      Item
      BS组水体氮输出
      TN output of water in BS
      NBS组水体氮输出
      TN output of water in NBS
      总氮 TN
      悬浮颗粒物氮 SSN 3.28±0.43a (3.29) 2.53±0.48a (2.54)
      可溶性总氮 TDN 41.68±3.19a (41.78) 49.89±0.59a (50.01)
      可溶性总氮 TDN
      总氨氮 TAN 0.04±0.01a (0.04) 0.03±0.00b (0.03)
      亚硝酸盐氮 NO2 -N 0.28±0.02a (0.28) 0.16±0.02b (0.16)
      硝酸盐氮 NO3 -N 28.15±0.66a (28.22) 38.17±1.48b (38.26)
      其他 Others 13.23±1.46a (11.26) 11.43±1.19a (11.45)

      表 2  养殖水体中氮输出状况

      Table 2.  Nitrogen output in water %

    • 尽管BS组和NBS组对虾的成活率、终末体质量、增重率、饲料转化率和饲料氮利用效率等指标无显著差异(P>0.05),但相较而言,NBS组各项指标均略优于BS组,其中NBS组的饲料氮利用效率达到23.14%,比BS组高5.00%。

      指标
      Index
      BS组
      BS group
      NBS组
      NBS group
      成活率 Survival rate/% 43.43±12.93a 47.62±0.66a
      终末体质量 Final body mass/g 9.86±0.48a 10.60±0.49a
      增重率 Weight gain/% 8.43±0.78a 9.17±0.49a
      饲料系数 Feed conversion ratio 1.68±0.39a 1.36±0.05a
      饲料氮利用效率 Feed N utilization efficiency/% 18.14±7.39a 23.14±1.12a
      注:n=3,相同指标同行不同字母的两项间差异显著(P<0.05).
      Note: Number of samples is three, and the values within the same row with different superscripts are significant (P<0.05).

      表 3  凡纳滨对虾生长性能及饲料利用

      Table 3.  Growth performance and feed utilization of L. vannamei

    • 养殖过程中有效控制水体TAN和NO2 -N浓度,对保障对虾健康生长有重要意义。有研究提出[27-28],盐度35下体质量为1 g的凡纳滨对虾,其水体TAN和NO2 -N的安全浓度应在6.52 mg·L−1和25.7 mg·L−1以下,孙舰军和丁美丽[29]则认为凡纳滨对虾的TAN安全浓度应控制在5551 µg·L−1以下,本研究水体的TAN和NO2 -N浓度均远低于上述范围。Valencia等[30]建议在盐度3下养殖凡纳滨对虾,NO3 -N的安全浓度应低于45.0 mg·L−1,且NO3 -N安全浓度随盐度增加而增大,本研究水体NO3 -N质量浓度最高为44.68 mg·L−1,盐度远高于3,因此,本研究NO3 -N浓度在对虾的安全浓度范围内。可见,停加红糖水体的氮素仍可维持在安全浓度范围内。Avnimelech[9]提出通过外加碳源调节水体的C/N,促进水中微生物形成BF,进而有效转化和控制水中TAN和NO2 -N的浓度,为养殖生物提供良好的水质环境,甚至达到零换水的效果,这即是BFT应用于水产养殖生产的理念原型。Xu等[23]和张哲等[20]研究均表明采用BFT养殖凡纳滨对虾,均可有效降低水体TAN和NO2 -N浓度,达到高密度零换水的养殖效果,还可促进养殖对虾的生长,提高饲料利用效率,降低饲料系数。

      Nootong等[15]认为微生物的硝化作用和同化作用共存于养殖过程中,但在不同阶段作用有所差别,在前期硝化途径尚未完全建立时,TAN和NO2 -N的去除主要依靠同化作用,一旦硝化作用稳定后,TAN和NO2 -N (无机氮) 的控制主要是硝化作用,其次是同化作用。本研究以采用BFT养殖30 d的凡纳滨对虾及其池塘水体为试验基础,BS组和NBS组TAN维持在低浓度,养殖期间NO2 -N浓度降低后维持在低水平,而NO3 -N浓度则持续升高,表明在前期30 d的BFT养殖过程中,水体已形成以营硝化功能为主导的微生物群落环境,在此状态下通过硝化作用可持续稳定转化水中的TAN和NO2 -N,使其一直处于较低水平,停止添加红糖对水体微生物去除TAN和NO2 -N的效果已无明显影响,这与Nootong等[15]的观点相似。试验结束时NBS组水体NO3 -N浓度比BS组提高了29.6%,表明不加红糖 (有机碳)水体微生物的硝化功能可能要强于添加有机碳,这可能是由于持续添加有机碳,促进了异养微生物增殖,增强微生物对有机质的分解作用,而弱化对无机氮的硝化作用。因此,后续有必要从微生物组学角度进一步分析微生物群落结构与其硝化功能的互作关系,为水环境微生物群落生态功能的定向诱导和稳定养护提供有力支撑。

    • Hargreaves[31]认为水体总碱度保持在100~150 mg·L−1方有利于养殖生物的健康生长,也有研究指出水体总碱度大于200 mg·L−1时对凡纳滨对虾无明显影响[23]。在养殖过程中某些微生物会将水体中的TAN转化为NO3 -N[17],这个过程会产生2个氢离子[32],为保持水质稳定,每摩尔TAN硝化作用需要1 mol碳酸钠 (碱度) 进行中和[33],故水体的总碱度和pH往往呈现类似的变化趋势。因此当BFT养殖水体的pH或总碱度呈大幅下降时,可适量添加碳酸钠进行调节。此外,BFV可用于初步判断水体中微生物总量和悬浮颗粒物的浓度[17],Schveitzer[34]认为水中BFV不宜超过60 mL·L−1,本研究中BS和NBS组水体的BFV最高值分别为15.67和8.67 mL·L−1,均远低于上述限值,且BS组的BFV较NBS组大幅提高了80.74%,这与添加红糖、提高水体C/N、有助于异养微生物的增殖有关[35]

    • 通常对虾集约化养殖模式下的氮收入主要为投喂的饲料,养殖系统氮输出主要途径包括水体氮、沉积环境中的氮、生产周期结束时收获的虾及其他氮输出[3]。臧维玲等[36]指出在对虾养殖过程中水体氮约占氮输出的27.5%~36.3%,沉积物为30.9%~43.9%。本研究显示饲料投入是系统中主要的氮收入来源,其占比可达78.8%。本研究养殖系统不存在沉积物氮,水体TN为氮输出的主要形式,其中BS和NBS组占比分别为45.06 %和52.55%,低于臧维玲等[36]报道的水体氮及沉积物氮之和,这可能与所采用的养殖系统不同有关。本研究收获虾体的氮输出占比与Hargreaves[31]和游奎[37]报道的相近,高于林德曼效率 (Lindemans efficiency),表明BFT养殖具有较高的氮利用效率。

      本研究中BS组和NBS组水体TDN的氮输出占系统总体氮输出的比例高达41.78%和50.01%,其中主要为NO3 -N,两组占比分别为28.22%和38.26%,这可能与碳源添加导致微生物群落结构不同及其生态功能差异有关。研究表明,添加碳源可促进异养微生物大量繁殖[38-42],当碳源驱动的异养微生物数量增加时,BF的含氮量也随之增加,使得水体中的TDN进行高效转化,避免了水体中TAN、NO2 -N、NO3 -N等TIN的过量积累[43]。然而,在以自养硝化微生物为生态优势的微生物群落中,水体中的TAN被好氧氨氧化细菌 (AOB)或氨氧化古菌 (AOA) 转化为NO2 -N,再由亚硝酸盐氧化菌 (NOB) 进一步转化为NO3 -N,且在耗氧情况下NO3 -N不易被利用[44],从而使其在水体环境中不断积累。为进一步明晰具体过程,今后需用微生物组学方法深入分析菌群结构与其硝化作用的互作关系。

参考文献 (44)

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