曝氣強度，對生物絮團技術(shù)養(yǎng)蝦有何解密？養(yǎng)殖高手揭露秘密！

曝氣強度對生物絮團技術(shù)養(yǎng)殖南美白對蝦的水質(zhì)、養(yǎng)分循環(huán)及微生物群落的影響研究。

南美白對蝦（Litopenaeus vannamei）作為全球水產(chǎn)養(yǎng)殖的核心品種，養(yǎng)殖集約化程度的持續(xù)提升雖實現(xiàn)了養(yǎng)殖密度的大幅增加，卻也帶來了養(yǎng)殖水體廢棄物累積、銨態(tài)氮與亞硝酸鹽濃度超標(biāo)等突出問題，不僅會削弱對蝦免疫系統(tǒng)、誘發(fā)病害，更易造成嚴(yán)重的經(jīng)濟損失。在此背景下，生物絮團技術(shù)（Biofloc Technology, BFT）憑借微生物群落介導(dǎo)的水質(zhì)改善、養(yǎng)分循環(huán)再利用優(yōu)勢，成為南美白對蝦可持續(xù)養(yǎng)殖的重要解決方案。曝氣作為BFT系統(tǒng)的核心調(diào)控環(huán)節(jié)，直接影響水體溶解氧水平，進而決定微生物群落的結(jié)構(gòu)、功能與代謝活性，但其對BFT系統(tǒng)微生物動態(tài)的具體作用機制，尤其是曝氣強度與生物絮團特性、養(yǎng)分循環(huán)及對蝦營養(yǎng)供給的關(guān)聯(lián)，尚未得到充分闡明。

為明確不同曝氣強度對BFT南美白對蝦養(yǎng)殖系統(tǒng)的影響，本研究設(shè)置三種梯度曝氣強度，系統(tǒng)探究其對養(yǎng)殖水質(zhì)、生物絮團形態(tài)與組成、微生物群落功能及養(yǎng)分循環(huán)的作用規(guī)律，旨在為BFT系統(tǒng)曝氣策略的優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)，推動南美白對蝦養(yǎng)殖的精細(xì)化、高效化發(fā)展。

一、材料與方法

1、實驗設(shè)計與養(yǎng)殖系統(tǒng)：

本實驗周期為2個月，設(shè)置3個曝氣強度梯度，分別為V75（75升/分鐘）、V35（35升/分鐘）和V10（10升/分鐘），每個處理設(shè)置4次重復(fù)，共構(gòu)建12個獨立養(yǎng)殖單元。養(yǎng)殖單元采用40升海水養(yǎng)殖罐，均接入中央空氣泵系統(tǒng)，通過氣泡石、調(diào)節(jié)閥及獨立商用流量計控制并校準(zhǔn)曝氣流量，全程持續(xù)充氣。

從商業(yè)孵化場選取健康一致的南美白對蝦幼蝦120尾，隨機均分到12個養(yǎng)殖罐中，模擬實際養(yǎng)殖條件開展實驗。實驗全程不換水，每周補充清潔水以補償蒸發(fā)損耗，所有養(yǎng)殖單元均采取標(biāo)準(zhǔn)化養(yǎng)護措施。

2、生物絮團培養(yǎng)與營養(yǎng)調(diào)控：

為促進微生物生物量形成與生物絮團發(fā)育，向各養(yǎng)殖罐中添加相當(dāng)于對蝦體重3%的葡萄糖與復(fù)合飼料，作為微生物生長的碳、氮來源，實驗全程保持碳氮比（C/N）為20:1，為生物絮團的穩(wěn)定形成提供營養(yǎng)基礎(chǔ)。

3、測定指標(biāo)與方法：

實驗期間監(jiān)測并記錄各養(yǎng)殖單元的水質(zhì)關(guān)鍵參數(shù)，包括銨態(tài)氮、亞硝酸鹽、硝酸鹽濃度等；測定生物絮團顆粒體積（FV），反映生物絮團顆粒密度與聚集程度；采用二維分形維度表征生物絮團的結(jié)構(gòu)復(fù)雜度；檢測生物絮團中粗蛋白、脂質(zhì)、多不飽和脂肪酸（PUFAs）及二十碳六烯酸（DHA）等營養(yǎng)成分含量；分析微生物群落的代謝活性與功能特征，探究曝氣強度對微生物群落的調(diào)控作用。

二、結(jié)果與分析

1、曝氣強度對養(yǎng)殖水質(zhì)的影響：

實驗結(jié)果表明，三種曝氣強度下，養(yǎng)殖水體的各項水質(zhì)參數(shù)均處于南美白對蝦養(yǎng)殖的安全閾值范圍內(nèi)，未出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象。其中，高曝氣強度（V75）對水體氮素化合物的調(diào)控效果更優(yōu)，能有效降低硝酸鹽、亞硝酸鹽濃度，并將其維持在對蝦養(yǎng)殖的最佳閾值，為對蝦生長營造了穩(wěn)定的水質(zhì)環(huán)境；中、低曝氣強度下，水體氮素濃度略高于V75組，但仍處于安全水平，表明生物絮團技術(shù)在不同曝氣強度下均具備良好的水質(zhì)凈化能力。

圖1：不同曝氣強度對水質(zhì)參數(shù)的影響。

2、曝氣強度對生物絮團形態(tài)特征的影響：

生物絮團顆粒體積（FV）與曝氣強度呈顯著正相關(guān)，V75組的FV值顯著高于V35與V10組，表明高曝氣強度能促進生物絮團顆粒的積累，形成密度更高的生物絮團，這與已有研究結(jié)果一致，高FV值通常意味著系統(tǒng)形成了成熟的微生物群落，能高效利用和循環(huán)水體中的養(yǎng)分，提升養(yǎng)殖系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

曝氣強度對生物絮團的結(jié)構(gòu)復(fù)雜度與顆粒大小具有顯著調(diào)控作用：高曝氣強度（V75）下，生物絮團的二維分形維度保持穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)復(fù)雜度較高，但因曝氣帶來的機械力作用，易造成生物絮團破裂，形成大量小粒徑絮團顆粒；中、低曝氣強度（V35、V10）下，二維分形維度呈下降趨勢，生物絮團結(jié)構(gòu)復(fù)雜度降低，且水體湍流水平較低，減少了顆粒間的碰撞與碎片化過程，形成的絮團顆粒數(shù)量較少但粒徑更大，其中V10組形成了體積最大、結(jié)構(gòu)最簡單且強度更高的生物絮團簇。

此外，曝氣強度直接影響絮團顆粒的分布與浮力，低曝氣速率下絮團顆粒體積大、浮力相對穩(wěn)定，高曝氣強度下因水體流動速度增加，形成的小粒徑絮團顆粒分布更均勻，二者均會對水體氧氣轉(zhuǎn)移效率與生物絮團的形成過程產(chǎn)生直接影響。

3、曝氣強度對生物絮團營養(yǎng)成分的影響：

三種曝氣強度下，生物絮團中粗蛋白、脂質(zhì)及多不飽和脂肪酸（PUFAs）的含量無顯著差異，表明曝氣強度對這些基礎(chǔ)營養(yǎng)成分的合成與積累無明顯調(diào)控作用；但DHA含量存在顯著差異，V75組的DHA含量顯著高于V35與V10組，呈現(xiàn)出曝氣強度越高，DHA積累量越高的規(guī)律，表明高曝氣強度是促進生物絮團中DHA合成的關(guān)鍵因素。

4、曝氣強度對微生物群落功能的影響：

對微生物組遺傳功能的分析結(jié)果顯示，三種曝氣強度下，微生物群落的代謝活動無明顯差異，有氧呼吸、能量產(chǎn)生等核心代謝過程均穩(wěn)定進行，表明微生物群落結(jié)構(gòu)對不同曝氣強度具有良好的適應(yīng)性，核心功能保持穩(wěn)定，確保了生物絮團對水體有機物的分解能力與養(yǎng)分循環(huán)效率。其中，高曝氣強度（V75）顯著提升了水體溶解氧水平，促進了好氧異養(yǎng)菌的生長與活性，這類細(xì)菌作為有機物分解的主導(dǎo)菌群，其活性提升進一步推動了生物絮團的形成與穩(wěn)定，增強了系統(tǒng)的養(yǎng)分分解與循環(huán)能力。

三、討論

1、曝氣強度調(diào)控生物絮團形態(tài)的機制：

曝氣強度對生物絮團形態(tài)的調(diào)控主要通過溶解氧供給與機械力作用兩個途徑實現(xiàn)：高曝氣強度為微生物提供了充足的溶解氧，促進好氧異養(yǎng)菌等功能菌群的繁殖，提升微生物生物量，進而增加生物絮團顆粒體積；但同時，高曝氣帶來的高湍流水平與機械力，會對已形成的生物絮團產(chǎn)生剪切作用，導(dǎo)致絮團破裂，形成小粒徑顆粒。而低曝氣強度下，溶解氧供給相對有限，微生物繁殖速率較慢，生物絮團顆粒數(shù)量較少，但水體湍流水平低、機械力弱，減少了絮團的破碎過程，使得顆粒不斷聚集，形成更大、結(jié)構(gòu)更簡單的生物絮團簇，這一結(jié)果揭示了曝氣強度與生物絮團形態(tài)之間的權(quán)衡關(guān)系。

圖2：不同曝氣強度組微生物種群的組成和密度。（A） 系統(tǒng)發(fā)育層級;（B） 年級層級;（C） 屬級;（D） 物種層級;（E） 物種層面細(xì)菌物種密度熱圖。

2、高曝氣強度促進DHA積累的原因：

DHA作為對蝦生長的必需脂肪酸，其在生物絮團中的積累與溶解氧水平密切相關(guān)。本研究發(fā)現(xiàn)，高曝氣強度通過提升水體溶解氧含量，為微生物的DHA生物合成過程提供了充足的氧氣基礎(chǔ)，進而促進了DHA的合成與積累；而曝氣強度對其他脂肪酸無明顯影響，推測這類脂肪酸的生物合成途徑對氧氣波動的敏感度較低，其合成調(diào)控可能受其他環(huán)境因子或微生物代謝通路的主導(dǎo)，這一機制仍需后續(xù)進一步深入研究。

3、生物絮團技術(shù)的系統(tǒng)穩(wěn)定性與曝氣策略的關(guān)聯(lián)性：

本研究中，不同曝氣強度下微生物群落的核心代謝功能均保持穩(wěn)定，且生物絮團技術(shù)在所有處理中均有效降低了養(yǎng)殖水體中的氨氮與亞硝酸鹽濃度，表明BFT系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性與抗干擾能力，其水質(zhì)凈化與養(yǎng)分循環(huán)的核心功能不會因曝氣強度的合理梯度變化而受顯著影響。而高曝氣強度下形成的高FV值生物絮團與高DHA含量，以及低曝氣強度下形成的大粒徑穩(wěn)定生物絮團，為養(yǎng)殖系統(tǒng)的優(yōu)化提供了不同方向：若以提升生物絮團的營養(yǎng)價值、為對蝦提供更高質(zhì)量的天然餌料為目標(biāo)，可適當(dāng)提高曝氣強度；若以減少生物絮團的破碎、維持絮團結(jié)構(gòu)穩(wěn)定為目標(biāo)，可采用中低曝氣強度。

4、微生物毒性測試的應(yīng)用價值：

微生物毒性測試作為探究氮代謝循環(huán)的關(guān)鍵工具，能為解析硝化、反硝化及抗氧化過程提供重要信息，明確有毒化合物或環(huán)境壓力對BFT系統(tǒng)氮代謝的影響。將微生物毒性測試納入后續(xù)研究，可進一步揭示曝氣強度對微生物氮代謝功能的調(diào)控機制，為優(yōu)化微生物活性、提升養(yǎng)殖系統(tǒng)氮管理效率提供更精準(zhǔn)的科學(xué)依據(jù)。