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微生物對水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境的生物修復(fù)作用

發(fā)布人:農(nóng)富康??????2017-2-1 20:24:47??????點擊:
    在現(xiàn)在以投餌為主的養(yǎng)殖模式下,殘餌、糞便、N、P等富營養(yǎng)因子排入水體,使養(yǎng)殖水體中化學(xué)需要量(COD),生物耗氧量(BOD)嚴重超標(biāo),有的已超過國家三類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)估計每生產(chǎn)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(jié)果是導(dǎo)致魚蝦病害和產(chǎn)量的瓶頸。因此改善水產(chǎn)養(yǎng)殖水域環(huán)境已成為養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)中可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)和研究熱點。眾所周知,水產(chǎn)環(huán)境中化學(xué)藥品的使用會造成病原體產(chǎn)生抗藥性,藥品的殘留量,污染水環(huán)境,同時會殺害水中有益細菌,造成水生生態(tài)的失調(diào)。很快有學(xué)者提出對魚蝦用藥是暫時的手段,生態(tài)防治才是唯一的出路,而微生物作為一種生態(tài)調(diào)節(jié)劑,治理養(yǎng)殖水環(huán)境可以明顯改善水質(zhì),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(yōu)點而日益受到重視。本文介紹微生物在養(yǎng)殖環(huán)境中生物修復(fù)的概念,生物修復(fù)的作用及途徑:


一、生物修復(fù)概念       


生物修復(fù)是利用微生物(細菌,真菌,酵母菌或提取物)對環(huán)境污染物的吸收,代謝,降解等功能,在環(huán)境中對污染物的降解起催化作用,從而去除或消除環(huán)境污染的一個受控或自發(fā)的過程。
       
目前,生物修復(fù)技術(shù)劃分為原位修復(fù)和異位修復(fù)兩種。所謂原位修復(fù)是指對受污染的介質(zhì)(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(fù)處理,其修復(fù)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(huán)境中的污染物降解到不對環(huán)境產(chǎn)生影響。異位修復(fù)是指將被污染介質(zhì)(土壤,水體)搬運或輸送到別處進行的生物修復(fù)處理。前者主要用水域,耕地的環(huán)境修復(fù),后者主要用于工業(yè)和生活污水的處理。


二 、微生物在水體中生態(tài)鏈中的地位和作用        


微生物是自然界分布最廣,種類最多,數(shù)量最大,個體最小的生物類群,是大自然生態(tài)平衡的基礎(chǔ)。這些微生物直接或間接地作用水產(chǎn)養(yǎng)殖對象和養(yǎng)殖環(huán)境,很好地分解養(yǎng)殖生物排泄物,殘餌以及浮游植物殘體等有機物,凈化了環(huán)境,同時微生物鏈在水質(zhì)凈化中通過氧化,還原,光合,同化,異化把有機物轉(zhuǎn)變?yōu)楹唵蔚幕衔?,保證水質(zhì)的正常功能,從而維持水生生態(tài)系統(tǒng)中水生生物,病原,水質(zhì)間的平衡。其主要通過以下幾個循環(huán)發(fā)生作用:


1、微生物在碳循環(huán)中作用
   在水中,微生物參與碳循環(huán)的轉(zhuǎn)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(fā)酵和氧化作用。大多水生環(huán)境的表層為有氧區(qū),進行氧化作用,有機物如纖維素,淀粉,幾丁質(zhì)被各種細菌和真菌分解后通常使之完全轉(zhuǎn)化為CO2。在深水區(qū)和淤泥中則是無氧區(qū),進行無氧發(fā)酵作用,有機物主要借細菌發(fā)酵產(chǎn)生有機酸,CH4,H2和 CO2。其生成的CO2再被植物光合作用合成復(fù)雜有機物,并進而被動物利用合成復(fù)雜的動物有機物,從而形成一個復(fù)雜的動態(tài)循環(huán)。


2、微生物在氮循環(huán)中的作用
   在水生環(huán)境中,共生性固氮系統(tǒng)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(huán)是水產(chǎn)養(yǎng)殖生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)循環(huán)的重要環(huán)節(jié),養(yǎng)殖水體氮的多少能促進或限制水產(chǎn)養(yǎng)殖生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)能量的轉(zhuǎn)化,也是浮游植物生長限制性營養(yǎng)元素之一。氮的各種形式的轉(zhuǎn)化是參與構(gòu)成整個養(yǎng)殖環(huán)境循環(huán)的重要過程,微生物在這個復(fù)雜的動態(tài)循環(huán)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(jīng)微生物分解而產(chǎn)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(huán)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(jīng)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(huán)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(tǒng),能把一般生物不能利用的單質(zhì)氮轉(zhuǎn)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(huán)中的作用
   磷作為浮游植物生長的限制營養(yǎng)元素,其需要量比氮少,對水體初級生產(chǎn)力的限制性營養(yǎng)元素之一,其需要量比氮少,對水體初級生產(chǎn)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(zhuǎn)化在微生物的作用下構(gòu)成磷的一個重要復(fù)雜的動態(tài)循環(huán)。磷的動態(tài)循環(huán)可以看成是增磷作用與耗磷作用的矛盾運動過程,而養(yǎng)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(huán)中的作用
        硫有三種形式:氧化態(tài)-II(硫氫基,R-SH,以及硫化物H2S),氧化狀態(tài)0(元素,S0),氧化狀態(tài)+(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(tài)(R-HS)把它轉(zhuǎn)變成為有機的硫氫基化合物。微生物產(chǎn)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(yīng),使之生成沉淀,從而起凈化作用。
        
總之,在水體生態(tài)環(huán)境中,C循環(huán)中微生物分解有機物釋放CO2,經(jīng)植物的光合作用合成復(fù)雜的有機物,為底棲動物,魚蝦提供O2和多糖類物質(zhì);N循環(huán)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?yōu)橛袡C氮,為水產(chǎn)養(yǎng)殖提供餌料和肥料等蛋白質(zhì)物質(zhì),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(huán)中微生物使水中的溶解態(tài)的磷被懸浮顆粒吸咐形成顆粒態(tài)磷,經(jīng)凝絮作用轉(zhuǎn)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(huán)中微生物的作用下產(chǎn)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。總的來說微生物在C,N,P,S循環(huán)中都起了非常重要的作用,可以促進四大元素在生態(tài)鏈中轉(zhuǎn)化,保持了水產(chǎn)環(huán)境的動態(tài)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(zhì)(NH3,H2S,過量的N,P等),有效地凈化了水質(zhì),減少水產(chǎn)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(tài)系統(tǒng)生物修復(fù)的功能和途徑。        


水生生態(tài)系統(tǒng)是一個維持水質(zhì),病原,水生生物之間平衡關(guān)系的極為復(fù)雜的系統(tǒng)。在探討水產(chǎn)動物病害發(fā)生的原因,對水環(huán)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(tài)學(xué)和微生態(tài)的研究表明水環(huán)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(zhì)和水產(chǎn)養(yǎng)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(tài)下,才會表現(xiàn)致病作用。


1、有益微生物對水質(zhì)凈化的作用機理。
   水產(chǎn)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(yǎng)殖者在不中斷養(yǎng)殖過程的情況下,清除池塘長時間養(yǎng)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(huán)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(zhì)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(yǎng)物質(zhì),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(nèi)底棲動物,水產(chǎn)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(tài)循環(huán),有利于水產(chǎn)動物的迅速生長,其主要營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)。同時由于凈水微生物的大量繁殖,在池內(nèi)形成優(yōu)勢種,可抑制病原微生物的繁殖,減少疾病發(fā)生。


2、有益微生物對養(yǎng)殖環(huán)境的生物修復(fù)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(fù)合菌有去除水中碳,氮,磷系化合物的能力,并能轉(zhuǎn)化硫,鐵,汞,砷等有害物質(zhì)。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(huán)的主要的參與者,可以明顯地改善水質(zhì),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(chǎn)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(gòu)成菌膠團,擔(dān)負氧化分解的任務(wù)將有機物結(jié)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(chǎn)生的NH3氧化成的硝酸鹽,為藻類生長提供養(yǎng)料,這對河流復(fù)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(chǎn)生NO2-,N和氮氣,而起反硝化作用,將硝酸鹽移出系統(tǒng)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(xué)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(jié)果使有機淤泥發(fā)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?yōu)橛袡C氮,為水產(chǎn)養(yǎng)殖提供餌粒和肥料,潛力很大。
總的來說,生物修復(fù)技術(shù)被稱為生物處理技術(shù)的一個里程碑,是一項新興的可靠的環(huán)保技術(shù),將會在世界范圍內(nèi)日益得到重視和應(yīng)用。