干貨揭秘｜通氣強度：南美白對蝦生物絮團養殖成敗的核心密碼！

在生物絮團系統中，通氣強度不僅決定了水體的供氧能力，還調控著絮團體結構、微生物群落動態及養分循環效率，進而直接影響養殖水質與南美白對蝦的健康狀況。

在高密度南美白對蝦養殖模式下，養殖廢物排放量增加，環境風險隨之上升，而生物絮團技術被認為是解決這一問題的可持續方案。然而，通氣強度對生物絮團系統中微生物群落結構及系統運行效率的具體作用機制仍不明確。Han及其同事于2025年開展的研究，為闡明曝氣在南美白對蝦養殖生物絮團系統操作中的關鍵作用提供了重要的科學依據。

一、研究方法與實驗設計

本實驗持續2個月，設置三個通氣強度梯度，分別為V75（75升/分鐘）、V35（35升/分鐘）和V10（10升/分鐘），每個處理組設置4個重復，共12個40升海水養殖水箱，用于微生物生物質的培養。為模擬實際養殖條件并促進微生物區系的正常發育，從商業孵化場選取120尾南美白對蝦幼蝦，均勻分配至12個水箱中。實驗通過每日補充葡萄糖（作為碳源）和相當于對蝦體重3%的混合飼料（作為氮源）啟動微生物量形成過程，全程維持穩定的碳氮比（C/N）為20:1。

實驗期間不進行換水，僅每周補充干凈水以彌補蒸發損失的水量。曝氣系統由中央氣泵提供動力，結合泡騰石與可調節閥門，實現各處理組曝氣強度的精確控制；每個水箱的進氣口均連接獨立商用流量計，用于量化氣體流量并將其調節至預設水平。在整個2個月的實驗周期內，所有處理組均保持持續通氣，并采用統一的標準飼養管理方案。

圖1：不同曝氣強度對養殖水質參數的影響

二、結果與討論

研究結果顯示，各實驗組的水質參數波動均處于南美白對蝦適宜養殖范圍內。絮團體體積（FV）作為反映水體中絮團體總體積的指標，是評價系統內生物量密度與聚集程度的核心參數，可用于監測微生物生物量與可用營養物質之間的平衡關系，進而保障微生物生長與代謝的有利條件。本研究中，絮團體體積（FV）與通氣強度呈正相關關系，其中V75處理組的FV值最高，這與以往相關研究的結果一致。較高的FV值通常表明微生物群落生長旺盛，能夠高效利用和回收水體中的養分，從而助力水質改善，增強養殖系統的整體穩定性。

在生物絮團系統（BFT）中，好氧異養細菌在有機物分解和顆粒聚集過程中發揮著關鍵作用，直接參與生物絮團的形成與穩定。研究發現，高通氣強度（V75）為好氧異養細菌的生長和活性提升創造了有利條件，與低通氣強度處理組相比，更易形成大量生物量簇。這一現象的主要原因可能是：強通氣顯著提高了水體溶解氧量，促進了好氧異養細菌的新陳代謝，提升了其氧化還原反應效率與酶活性，進而刺激細菌的生長繁殖。但同時，高曝氣強度（V75和V35組）產生的較大機械力也會導致生物量簇破碎，使絮團尺寸減小。

生物絮團的微生物生物量結構不僅取決于絮團大小，還與其復雜性密切相關，而這種復雜性直接影響水體中絮團的沉積速率，以及水生生物將其作為食物來源的利用效率。二維（2D）分形維數作為反映絮團形態復雜程度的統計指標，是評價生物絮團結構的重要參數。結果表明，通氣強度對二維分形維數具有顯著影響，進而改變系統對微生物生物量的捕獲能力。

具體而言，V75處理組的二維分形維數始終保持穩定，而V35和V10處理組的二維分形維數則呈逐漸下降趨勢，表明隨著通氣強度降低，生物量簇的結構變得更加簡單。這一現象可能與低通氣處理組水體湍流水平較低有關——湍流不足會減少顆粒之間的碰撞與相互作用頻率，進而限制大絮團破碎為更小的顆粒，最終導致絮團結構復雜性降低。

圖2：不同通氣強度組中微生物群落的組成和密度。（A）門水平；（B）綱水平；（C）屬水平；（D）種水平；（E）種水平細菌密度熱圖。

此外，通氣強度的差異還會顯著影響氣泡的大小、分布及漂浮速度：低通氣強度下產生的氣泡數量少但尺寸較大，而強通氣則因流速增加形成大量小氣泡。這些差異直接影響水體的氧傳輸效率、生物絮團形成過程以及養殖系統的整體水環境條件。未來，深入研究通氣強度、氣泡尺寸與生物量結構之間的內在關聯，對于優化生物絮團系統以適配不同水生生物及不同發育階段的生理需求具有重要意義。

同時，高強度曝氣有助于有效降低水體中亞硝酸鹽和硝酸鹽的濃度，使這些水質指標維持在南美白對蝦可持續養殖的最佳范圍內。研究結果還強調了玫瑰桿菌科細菌在維持海洋養殖生態系統平衡與生態健康中的重要作用。值得關注的是，該研究指出，開展微生物毒性測試對于深入理解硝化、反硝化及厭氧氨氧化過程至關重要，這類測試可提供有毒化合物或環境壓力源對生物絮團系統氮代謝影響的關鍵信息。將微生物毒性測試整合到未來的研究中，將有助于優化微生物群落性能，提升水產養殖中的氮管理效率。

生物絮團還可作為南美白對蝦的補充營養來源，為其提供必需營養物質（尤其是脂肪酸），進而改善對蝦生長性能、增強免疫功能、提升整體健康水平。

本研究中，三種通氣強度處理組的生物絮團中，粗蛋白、脂質及多不飽和脂肪酸（PUFA）的含量無顯著差異，但二十二碳六烯酸（DHA）含量波動明顯，其中V75處理組的DHA含量最高。這是因為通氣量的增加為DHA生物合成提供了充足的氧源，從而促進了微生物量中DHA的形成與積累。

值得注意的是，通氣強度并未對生物絮團中其他脂肪酸的含量產生顯著影響，這一現象的潛在機制仍有待進一步闡明。一個合理的假設是，這些脂肪酸的生物合成途徑對水體溶解氧濃度的變化不敏感。

對各處理組微生物群落基因功能的分析顯示，不同通氣強度下微生物的代謝活動幾乎一致，反映出微生物區系在適應不同通氣條件時的穩定性。這一結果表明，有氧呼吸與能量生產在生物絮團生態系統中持續進行，為系統穩定運行提供了保障。

三、結論：

綜上，通過合理調整生物絮團系統的通氣強度這一工藝因素，既能實現水體的有效凈化，又能為養殖動物提供額外營養，從而同時實現生態效益與經濟效益的雙贏。通氣強度主要影響生物絮團（微生物生物量）的特征：低通氣強度會形成更大但結構更簡單的微生物菌落，而高通氣強度則更有利于生物絮團中DHA的積累。無論曝氣水平高低，生物絮團技術均能有效降低水體中氨氮和亞硝酸鹽的濃度，且與氮代謝、蛋白質合成相關的微生物功能在所有曝氣條件下均保持穩定，確保了生物絮團系統的穩定運行性能。