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    微生物對水產養殖環境的生物修復作用

    2018-04-23 10:26:35??????點擊:

        在現在以投餌為主的養殖模式下,殘餌、糞便、N、P等富營養因子排入水體,使養殖水體中化學需要量(COD),生物耗氧量(BOD)嚴重超標,有的已超過國家三類水質標準。據估計每生產一噸蝦可水體中增加0.2噸的N無素和0.05噸的P元素,其結果是導致魚蝦病害和產量的瓶頸。因此改善水產養殖水域環境已成為養殖業生產中可持續發展的關鍵技術和研究熱點。眾所周知,水產環境中化學藥品的使用會造成病原體產生抗藥性,藥品的殘留量,污染水環境,同時會殺害水中有益細菌,造成水生生態的失調。很快有學者提出對魚蝦用藥是暫時的手段,生態防治才是唯一的出路,而微生物作為一種生態調節劑,治理養殖水環境可以明顯改善水質,增加溶氧,降低氨氮與亞硝酸氮,抑制有害微生物的繁殖,降解有機物,同時具有成本低收效大等優點而日益受到重視。本文介紹微生物在養殖環境中生物修復的概念,生物修復的作用及途徑:

       一、生物修復概念

       生物修復是利用微生物(細菌,真菌,酵母菌或提取物)對環境污染物的吸收,代謝,降解等功能,在環境中對污染物的降解起催化作用,從而去除或消除環境污染的一個受控或自發的過程。
       目前,生物修復技術劃分為原位修復和異位修復兩種。所謂原位修復是指對受污染的介質(土壤,水體)不作搬運或輸送而在原位污染地進行的生物修復處理,其修復過程主要依賴被污染地土著微生物的作用,必要是引入一些外來微生物,利用微生物的代謝作用,將環境中的污染物降解到不對環境產生影響。異位修復是指將被污染介質(土壤,水體)搬運或輸送到別處進行的生物修復處理。前者主要用水域,耕地的環境修復,后者主要用于工業和生活污水的處理。

       二 、微生物在水體中生態鏈中的地位和作用

       微生物是自然界分布最廣,種類最多,數量最大,個體最小的生物類群,是大自然生態平衡的基礎。這些微生物直接或間接地作用水產養殖對象和養殖環境,很好地分解養殖生物排泄物,殘餌以及浮游植物殘體等有機物,凈化了環境,同時微生物鏈在水質凈化中通過氧化,還原,光合,同化,異化把有機物轉變為簡單的化合物,保證水質的正常功能,從而維持水生生態系統中水生生物,病原,水質間的平衡。其主要通過以下幾個循環發生作用:

       1、微生物在碳循環中作用
       在水中,微生物參與碳循環的轉化,主要是通過它們對各種含碳化合物,特別是含碳無氮有機物的作用而進行,其主要作用是常見的發酵和氧化作用。大多水生環境的表層為有氧區,進行氧化作用,有機物如纖維素,淀粉,幾丁質被各種細菌和真菌分解后通常使之完全轉化為CO2。在深水區和淤泥中則是無氧區,進行無氧發酵作用,有機物主要借細菌發酵產生有機酸,CH4,H2和 CO2。其生成的CO2再被植物光合作用合成復雜有機物,并進而被動物利用合成復雜的動物有機物,從而形成一個復雜的動態循環。

       2、微生物在氮循環中的作用
       在水生環境中,共生性固氮系統是不常見的,大量的氮是由自由生活的藍綠藻固定的。氮循環是水產養殖生態系統中物質循環的重要環節,養殖水體氮的多少能促進或限制水產養殖生態系統中物質能量的轉化,也是浮游植物生長限制性營養元素之一。氮的各種形式的轉化是參與構成整個養殖環境循環的重要過程,微生物在這個復雜的動態循環中起了決定作用,其重要過程有:
       (1)氨化作用,就是含氮有機物經微生物分解而產氨,可在有氧或無氧條件下進行,其主要受PH值影響,以中性,弱堿性環境最佳。常見的氨化微生物很多,包括細菌,放線菌和真菌。
       (2)硝化作用,就是氨經過亞硝酸的中間階段而氧化為硝酸的過程。其作用受水體中溶氧,PH值和溫度的影響,以弱堿性為最佳環境。
       (3)反硝化作用,就是硝酸鹽還原為較簡單的氮化物的所有過程。主要受PH,N2,NO3-的濃度以及溶氧的影響,許多細菌真菌能起反硝化作用。
       (4)固氮作用,就是使游離分子氮活化而成氮化物的作用。水體中的某些微生物和藍藻類,具有一些特殊的酶系統,能把一般生物不能利用的單質氮轉化為生物能利用的化合物形式,許多放線菌,真菌和藻類具有這種功能。

       3、微生物在磷循環中的作用
       磷作為浮游植物生長的限制營養元素,其需要量比氮少,對水體初級生產力的限制性營養元素之一,其需要量比氮少,對水體初級生產力的限制作用往往比氮更強。P的三種形式:溶解無機磷(DIP),溶解有機磷(DOP),顆粒磷(PP),三種形式的轉化在微生物的作用下構成磷的一個重要復雜的動態循環。磷的動態循環可以看成是增磷作用與耗磷作用的矛盾運動過程,而養殖水體中含磷量的變化量即增加或減少量就是由這對矛盾決定的。

       4、微生物在硫循環中的作用
       硫有三種形式:氧化態-II(硫氫基,R-SH,以及硫化物H2S),氧化狀態0(元素,S0),氧化狀態+(硫酸鹽,SO42-)。許多微生物和植物可用硫酸鹽作為硫的唯一來源,以氧化態(R-HS)把它轉變成為有機的硫氫基化合物。微生物產生的H2S對大多需氧微生物有毒性,并且它可以與許多的金屬離子起反應,使之生成沉淀,從而起凈化作用。

       總之,在水體生態環境中,C循環中微生物分解有機物釋放CO2,經植物的光合作用合成復雜的有機物,為底棲動物,魚蝦提供O2和多糖類物質;N循環中微生物通過氨化作用,硝化作用,反硝化作用,固氮作用把N2變為有機氮,為水產養殖提供餌料和肥料等蛋白質物質,生成硝酸鹽為藻類所利用,從而降低水體中的NH3,氨氮(NH4-N)與亞硝酸氮(NO2-N),起到了凈化作用;P循環中微生物使水中的溶解態的磷被懸浮顆粒吸咐形成顆粒態磷,經凝絮作用轉為沉淀,有效地降低了水體的磷元素,同時也為動物提供了其需要P元素;S循環中微生物的作用下產生硫酸鹽和H2S等,其中H2S對許多需氧微生物有毒作用,同時H2S與金屬生成 沉淀,降低了有害的H2S,硫酸鹽可為動物提供需要的含硫氨基酸等??偟膩碚f微生物在C,N,P,S循環中都起了非常重要的作用,可以促進四大元素在生態鏈中轉化,保持了水產環境的動態平衡,從而抑制有害生物,形成有益微生物菌落,分解有機物,消除有害物質(NH3,H2S,過量的N,P等),有效地凈化了水質,減少水產動物疾病,提高了存活率,促進生長。


       三、有益微生物對水生生態系統生物修復的功能和途徑

       水生生態系統是一個維持水質,病原,水生生物之間平衡關系的極為復雜的系統。在探討水產動物病害發生的原因,對水環境微生物的研究(特別是細菌)時,往往都認為是有害的,微生物生態學和微生態的研究表明水環境和水生生物中存在大量的有益微生物,這些微生物直接影響水質和水產養殖。其實微生物無論從群體還是從個體說,它都是具有兩重性,既有致病作用,也有生理作用,致病作用和生理作用是相對的,只有在特殊狀態下,才會表現致病作用。

       1、有益微生物對水質凈化的作用機理
       水產em菌種中的有益微生物(硝化細菌,光合細菌,硫化細菌,芽孢桿菌等凈水微生物)它們的使養殖者在不中斷養殖過程的情況下,清除池塘長時間養殖水域底部,尤其是老蝦池底積累大量的殘余飼料,排泄物,動植物殘體以及有害氣體(氨,硫化氫等),使之先分解為小分子(多肽,高極脂肪酸等),后為更小分子有機物(氨基酸,低極脂肪酸,單糖,環烴等),最終分解為二氧化碳,硝酸鹽,硫酸鹽等有效地降低了水中COD,BOD,使水體中的氨氮(NH4-N)與亞硝酸氮(NO2-N)降低,起到了凈化水質的作用。且能為單細胞藻類為主的浮游植物的繁殖提供營養物質,促進藻類為主的浮游植物的繁殖,這些藻類為主的浮游植物的光合作用,又為池內底棲動物,水產動物的呼吸,有機物的分解提供氧氣,從而形成一個良性的生態循環,有利于水產動物的迅速生長,其主要營養物質循環。同時由于凈水微生物的大量繁殖,在池內形成優勢種,可抑制病原微生物的繁殖,減少疾病發生。


       2、有益微生物對養殖環境的生物修復功能
       (1)去碳,去氮,解磷的功能
       如芽孢桿菌,堿桿菌屬,假單孢菌,黃桿菌等復合菌有去除水中碳,氮,磷系化合物的能力,并能轉化硫,鐵,汞,砷等有害物質。光合細菌能降解BOD的98%的含碳污水,去除總氮的66.7%,報道,光合細菌是水體中C,N,S循環的主要的參與者,可以明顯地改善水質,增加水中中的增氧,氨氮,硝氮,并使硫化物降低。
       (2)絮凝作用
    如芽孢桿菌,不動桿菌,專性厭氧的脫硫孤菌,假單孢菌,產堿桿菌,黃桿菌,無色桿菌,微球菌,動膠菌等有生物絮狀作用,互相粘連在一起,構成菌膠團,擔負氧化分解的任務將有機物結合絮狀,使重金屬離子,P元素沉淀,使水體凈化。
       (3)硝化作用
       硝化作用是微生物將水體中產生的NH3氧化成的硝酸鹽,為藻類生長提供養料,這對河流復原因有重大的意義。主要分兩個過程:第一階段是氨被氧化為亞硝酸鹽,如亞硝化桿菌,亞硝化螺菌,亞硝化球菌等,第二階段是亞硝酸鹽被氧化硝酸鹽,如:硝化桿菌,硝化球菌,硝化刺菌等。
       (4)反硝化作用
       如芽孢桿菌,短桿菌,假單桿菌都是好氧菌和兼性厭氧菌,以分子氧為載體,在供氧不充分的時間與空間,可以利用硝酸鹽為最終電子載體產生NO2-,N和氮氣,而起反硝化作用,將硝酸鹽移出系統外,提高PH。
       (5)去除淤泥
       活性碳除淤泥法是利用活性碳淤泥的微生物在好氧條件下,利用有機物開始生長,有機物部分被微生物降解,水體中的COD和BOD得到降低.日本學者在98年報道用氟石和火成巖砂吸附一種乳桿菌,用以分解蝦池底部有機淤泥,結果使有機淤泥發生量減少了1/2-1/3,H2S減少了1/3,蝦的成活率提高了10%-20%。
       (6)固氮作用
       主要是一些固氮藻類及細菌,如:固氮單胞菌屬,腸桿菌,芽孢桿菌,梭狀芽孢桿菌,光合細菌,魚腥藍細菌,苜蓿根瘤菌等,它們能把氮氣變為有機氮,為水產養殖提供餌粒和肥料,潛力很大。
    總的來說,生物修復技術被稱為生物處理技術的一個里程碑,是一項新興的可靠的環保技術,將會在世界范圍內日益得到重視和應用。
      

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