硝化細菌在水產養殖中的應用

硝化細菌和反硝化細菌及其在水產養殖中的應用

王玉堂國家水產技術推廣站

近年來，硝化細菌在水產養殖中的應用越來越受到人們的關註，從而引發了更廣泛的研究。可以說，到目前為止，硝化細菌大多用於大規模集約化養殖生產中凈化水質。因為在集約化的水產養殖體系中，經過長時間的積累，會產生很多水生生物排泄物甚至動物屍體等有機汙染物。在異養菌的分解下，其中的蛋白質和核酸會慢慢分解，產生大量氨氮等對養殖動物有毒有害的物質。氨被亞硝化細菌或光合細菌轉化為亞硝酸鹽，亞硝酸鹽與壹些金屬離子結合形成亞硝酸鹽。亞硝酸鹽能與胺類等物質結合形成亞硝酸銨，具有強致癌作用。因此，亞硝酸鹽常被拿來與氨氮相提並論。由於亞硝酸鹽的長期積累，養殖水生動物中毒，導致魚蝦抗病能力下降，受到各種病原體的攻擊。但在硝化細菌的作用下，亞硝酸鹽可以轉化為硝酸鹽，硝酸鹽容易形成硝酸鹽，從而成為植物可以吸收利用的營養物質。

目前市場上壹些據說具有硝化功能的異養細菌或真菌也能把氨氮氧化成硝酸鹽，但通常只能利用無機碳源，對氨的氧化作用也很弱，反應速度比自養硝化菌慢很多，不能算是真正的硝化菌。硝化作用必須由自養硝化細菌來完成。

養殖池塘中的氨氮本來是適合硝化細菌生長的。但由於養殖池塘中存在大量的異養菌，由於異養菌的排斥，適合硝化菌生存的地方明顯比自然環境少得多。所以問題是沒有足夠的硝化細菌消耗亞硝酸鹽。

硝化細菌及其生物學

1，硝化細菌

硝化細菌是指以氨或亞硝酸鹽為主要生存能源，以二氧化碳為主要碳源的壹類細菌。硝化細菌是古老的細菌類群之壹，廣泛分布於土壤、海水、淡水和汙水處理系統中，但在壹般環境中很少出現，因為其分布會受到很多環境因素的限制，如氨源、溫度、氧濃度、滲透壓、pH和鹽度等。

硝化細菌分為硝化細菌和亞硝化細菌。硝化菌的主要作用是將氨氮轉化為亞硝酸鹽；硝化菌的主要作用是將亞硝酸鹽轉化為硝酸鹽。氨氮和亞硝酸鹽都是水產養殖系統產生的有毒物質，亞硝酸鹽也是壹種強致癌物。因此，如何降解這兩種物質是近年來科學工作者關註的焦點。由於硝化細菌的快速生長和光合細菌對氨氮的降解，現代水產養殖已成功地將氨氮控制在較低水平。至於亞硝酸鹽，自然界中的硝化細菌生長緩慢，沒有發現其他替代微生物，所以水產養殖過程中產生的亞硝酸鹽成為阻礙水產養殖發展的關鍵因素。經過長期的努力，科學家們已經能夠通過大量的實驗篩選，最終研制出壹種新型的純硝化細菌——亞硝化菌，能夠有效地將亞硝酸鹽還原到規定的濃度範圍內。

2.硝化細菌制劑的生物學特性

生物體的生長和繁殖不僅需要可以用來構建自身細胞成分的基本物質，還需要能量。硝化細菌是壹種化能自養細菌，利用無機物獲取能量。硝化細菌利用亞硝酸鹽氮獲得合成反應所需的化學能，在體內制造糖類；而制造糖分需要很長時間，不像其他異養菌直接從有機物中分解攝取所需糖分。因此，硝化菌的生長繁殖速度比普通異養菌慢得多，硝化和脫氫的效果無法滿足自然條件下正常培養的需要。溫度、pH值和水中溶解氧濃度都對硝化細菌的生長有重要影響。

含氮菌劑——含氮鮑是從海洋中的硝化細菌中經過特殊工藝篩選得到的壹株具有較強硝化能力的純化硝化細菌菌株。其適應生長溫度為10℃-37℃，適應PH為6.5-8.5。硝化細菌形狀小，接種在肉湯培養基中不能正常生長。它們是嚴格的自養微生物。它們以無機物氧化產生的化學能為能源，利用外界能量，以二氧化碳或碳酸鹽為碳源，合成細菌自身的有機物，可直接分解利用亞硝酸鹽。其主要特征是自養、低生長率、好氧、依賴和產酸。硝化細菌是在生物脫氮過程中起主要作用的微生物。水中硝化菌的數量直接影響硝化效果和生物脫氮的效率，硝化菌制劑的濃度與硝化速率成正比。

二、硝化細菌制劑的制備技術——亞硝基

含氮菌制劑——含氮寶是利用現代生物工程技術和國際先進的生產檢測設備，生產的可大規模用於水產養殖的高活性硝化菌產品。該產品的制備技術包括硝化高效連續富集培養技術、定向馴化技術、規模化制備技術和先進制備技術。

1，硝化細菌的高效富集培養技術

增菌培養又稱強化培養，是指在基本培養基中添加特殊營養物質，使在壹般培養基上難以生長的菌種生長的壹種培養方法。由於自然界中硝化細菌的存在，其硝化速率極低，不能直接用於水產養殖池塘水中亞硝酸鹽的降解。所謂高連續富集培養技術，是指篩選富集高效硝化菌的方法，利用德國引進的世界先進生物技術設備，在無菌條件下，從自然界中連續富集能夠降解亞硝酸鹽的硝化菌。該技術根據科研工作者的需要，利用含有高濃度亞硝酸鹽的系統，收集小到微米級的高效硝化細菌。因此，通過該技術獲得的硝化細菌具有很強的降解亞硝酸鹽的能力。

2.硝化細菌的定向馴化技術

研究人員在獲得亞硝酸鹽降解能力強的高效硝化菌後，采用定向馴化技術，使采集到的硝化菌在自然條件下快速生長，在養殖池塘中高效降解亞硝酸鹽。在研究過程中，首先要馴化硝化細菌的生長速率，不斷淘汰生長速率低的硝化細菌，最終獲得生長速率快的優良細菌。這個過程可以保證培養池中硝化菌的快速生長和繁殖，並保持壹個小的數量級。在此基礎上，馴化低硝化細菌的亞硝酸鹽降解能力，獲得能快速降解亞硝酸鹽的優良菌株。這壹過程也保證了硝化菌能將培養池中大量的亞硝酸鹽還原到壹個適應的濃度或含量，即馴化後的硝化菌所謂的“吃亞硝酸鹽”能力大大提高。

此外，研究人員采用了定向馴化技術，大大提高了利用高效硝化菌的適應性。定向馴化技術也保證了硝化菌在不同溫度、不同pH值下都能保持快速生長、繁殖和降解亞硝酸鹽的能力，為高效硝化菌的大規模使用奠定了基礎。

3.硝化細菌的大規模培養技術

將高效連續富集技術和定向馴化培養技術獲得的高效硝化菌應用於水產養殖，成本和產品質量是關鍵因素。硝化細菌的大規模培養技術是解決這壹問題的重要組成部分。研究人員利用從德國引進的培養設備和現代生物工程技術相結合，最終開發出壹種大規模高效培養硝化菌的技術，並對培養溫度的控制、營養物質的添加、溶解氧的自動濃縮和pH值進行了細致的研究。實驗結果表明，高效硝化菌產品具有生長速度快、適應性強、硝化降解能力強、硝化菌濃度高等優點。

4.硝化細菌優質產品的制備技術

眾所周知，微生物很難在液體中長時間存活。為了使硝化菌產品走向市場，其制備技術至關重要。為此，科研人員在使用進口設備、選用先進技術的同時，還通過物理方法使硝化細菌處於“休眠”狀態，然後進行幹燥處理，得到幹燥產物，再與保護劑、吸附劑混合，最大限度地保持硝化細菌的活性和活力。最後采用厭氧包裝。本產品的特點是儲存時間長，活化率高。硝化菌的制備技術最終實現了規模化和工業化生產，為水產養殖的大規模應用提供了保障。

三、硝化細菌的作用機理

1，氮循環和循環過程

(1)氮循環

氮循環是指氮素在生物和環境之間的循環，是壹個復雜的反應過程，主要指有機氮和無機氮相互轉化的過程。

(2)循環過程

氮循環的基本過程是:含氮有機物→氨氮→亞硝酸鹽→硝酸鹽。

上述過程也可以反過來或逆轉，這就是所謂的反硝化作用。這個過程可以將壹部分硝酸鹽還原成氨，壹部分硝酸鹽可以分解成氮氣進入大氣。這個循環中的中間產物——氨氮和亞硝酸鹽是有毒有害物質，而硝酸鹽無毒無害，硝酸鹽可以被動物、植物和藻類吸收利用。

2.氮循環過程對水產養殖的意義。

了解和掌握氮循環過程，可以利用自然界的內在規律，降低養殖水體中氨氮和亞硝酸鹽的含量，改善水體，減少或降低氨氮和亞硝酸鹽對養殖動物的危害，保證養殖生產的安全。硝化細菌制劑是利用這壹原理，通過消耗細菌對氨氮和亞硝酸鹽的降解，將亞硝酸鹽轉化為硝酸鹽而制備的壹類產品。

3.作用機理

硝化細菌的硝化作用有時被稱為硝化作用，因為它能產生下列反應:

NO-2+1/2 O2→NO3-+17.8千卡摩爾-1

在上述反應中，氨從正三價氧化成正五價，產生每摩爾17.8千卡的熱量。這些熱量被用來形成ATP並儲存起來，這樣硝化細菌就可以同化二氧化碳所需的能量。硝化細菌制劑利用這種能量有機物，其反應如下:

6CO2+6H2O→C6H12O6+6O2

這種由硝化菌制劑完成的生物氧化稱為自養硝化，即硝化菌利用其化學能自養的生長特性，在好氧條件下將亞硝酸鹽氧化為硝酸鹽，並從中獲取化學能固定二氧化碳以滿足其碳需求。

4.硝化細菌硝化強度的檢測

(1)實驗室實驗

將硝化細菌接種到液體培養基中，在24℃培養5天；取出1ml培養液，稀釋100倍(視培養液中二氧化氮濃度而定)，加入Glisse試劑，用752分光光度計比色；通過檢測亞硝酸鹽的還原程度，可以判斷硝化細菌的硝化作用。壹般經過10發酵時間後，發酵液中的亞硝酸根離子濃度可降低40%左右。

(2)田間試驗

為了驗證硝化菌降解養殖水體中亞硝酸鹽的作用，研究人員在廣東省湛江市東海島養蝦場進行了現場實驗。

時間是65438+10月65438+6月~ 165438+2003年10月3日。

實驗池:面積4畝，平均水深150cm，水溫24-25攝氏度，池底覆蓋塑料薄膜，有排汙設施，配備水力曝氣機2臺，潛水曝氣機5臺；蝦苗放養時間為6月24日，放苗密度為65438+10萬株/畝，蝦苗規格約為1CM。實驗期為65438+10月65438+6月，此時對蝦平均大小為11cm，池塘中亞硝酸鹽濃度為2.97PPM。試驗期間，硝化細菌制劑僅在6月65438+10月65438+6月6日噴灑壹次，用量為1ppm。實驗如下:

2003/10/16 2.937

2003/10/17 2.863

2003/10/18 2.771

2003/10/19 2.726

2003/10/20 2.618

2003/10/21 2.510

2003/10/22 2.479

2003/10/23 2.434

2003/10/24 2.266

2003/10/25 2.278

2003/10/26 1.986

2003/10/27 1.644

2003/10/28 1.495

2003/10/29 1.259

2003/10/30 1.200

2003/10/31 0.847

2003/11/01 0.587

2003/11/02 0.541

2003/11/03 0.400

實驗表明，蝦池施用硝箱後，19天不換水，亞硝酸鹽氮下降98.6%，蝦生長良好。

四、硝化菌應用中的註意事項

由於硝化細菌的生物學特性不同於其他細菌，所以不需要激活，也不需要使用葡萄糖、紅糖等。要擴大培養，否則會使硝化細菌失活。因此，使用時只需簡單地將它們溶解在池塘水中，撒滿池塘即可。

因為硝化細菌的特點是繁殖慢，繁殖壹代需要20多個小時，不像芽孢桿菌2分鐘就能繁殖壹代，壹般施用硝化細菌後需要4-5天才能發揮明顯效果。所以，提前很長時間施用硝化菌是非常重要的。為了更好的發揮硝化細菌的作用，在實際應用中，如果芽孢桿菌和光合細菌壹起施用，硝化細菌要提前幾天施用，避免因繁殖緩慢而被其他活菌抑制。

硝化細菌不宜與化學增氧劑過氧化鈣或過氧化鈣同時使用，因為這些氧化劑會通過釋放水中具有強氧化能力的氧原子殺死硝化細菌，所以最好在施用氧化劑1天後再施用硝化細菌。

因為硝化菌是吸附在有機物上的，所以高位池中間會排出大量的硝化菌，尤其是在硝化菌投入使用的前幾天，硝化菌的繁殖還沒有進入高峰期。此時汙水的排放會使硝化作用不明顯。所以在高位池中，最好使用硝化菌4-5天，很少或沒有汙水排放。施用硝化菌時，如果結合質量好的沸石粉，同時噴灑，硝化菌能迅速沈入池底，不易排出，效果會更好。

養殖池塘的pH值和溶解氧含量直接關系到硝化細菌的使用效果。硝化細菌適宜的pH值範圍為5~10，但在7以下或8.5以上的水中，硝化細菌的繁殖會受到壹定影響，最適宜的PH值為7.8~8.2。同時，硝化菌在將氨氮轉化為亞硝酸鹽的過程中會消耗氧氣，但需氧量很小。在使用硝化細菌的水中，溶解氧應不低於2毫克。

純化硝化菌的保存和包裝技術是決定其使用效果和保存期的重要因素。因此，載體必須使用200~300目或以上的特殊物質，其含水量不高於5%，並采用無氧包裝。

硝化細菌和反硝化細菌在水產養殖中的應用

1，反硝化細菌的作用

亞硝酸鹽對人和許多生物是有毒的。其對魚類的致死濃度和毒性機制主要是由於亞鐵蛋白氧化成鐵蛋白，抑制血液攜氧能力，嚴重導致死亡。在水產養殖中，水中高濃度的亞硝酸鹽是魚蝦死亡的直接或間接原因。反硝化細菌已被證明對亞硝酸鹽有很大的降解作用。

(1)反硝化細菌的生長特性

反硝化菌是能以亞硝酸鹽為氮源，以有機碳為碳源，並能自我繁殖的微生物。通常氮與碳源的比例是1: 7，即消化壹分子氮需要7分子碳。進入1蓄水水面的養殖水為1000噸，亞硝酸鹽含量為0.5ppm，相當於2500g亞硝酸鈉，所需碳源相當於25Kg葡萄糖。

芽孢桿菌是壹種分解有機物能力很強的微生物，氮素不能有效利用亞硝酸鹽。目前關於芽孢桿菌能降解亞硝酸鹽的宣傳，都是基於其降解有機物，間接抑制亞硝酸鹽的產生。其實亞硝酸鹽壹旦產生，芽孢桿菌是無法降解的。反硝化細菌是專門利用亞硝酸鹽的微生物，在利用亞硝酸鹽的同時需要利用有機物。氮對有機物的降解能力不如孢子。

合理利用反硝化細菌和芽孢桿菌是壹項引水技術。當水質受到汙染時，先用反硝化菌降解亞硝酸鹽，再用芽孢桿菌或糞鏈球菌凈化水質，會有優勢互補。

(2)反硝化細菌在水產養殖中的應用

根據實驗，不同亞硝酸鹽含量所需的反硝化菌用量是不同的。在適宜的條件下，0.7ppm的劑量可在72小時後將亞硝酸鹽含量從0.3ppm降至0.1ppm以下。同時，pH和水溫對亞硝酸鹽的降解也有壹定的影響，尤其是pH為6 ~ 7，水溫為25~30時。固定化反硝化菌脫氮效率高，對外界物理化學因素的抵抗力強。

目前影響反硝化細菌在水產養殖中作用的幾種情況:壹是水質稀薄。對養殖水質的要求壹般是活、嫩、清、爽。因為漁民誤會芽孢桿菌有降解亞硝酸鹽的能力，結果是養殖水質變稀，亞硝酸鹽卻沒有被降解。這種情況下，即使使用反硝化菌，也很難達到好的效果。反硝化細菌繁殖需要豐富的營養物質，而芽孢桿菌卻減少了營養物質的消耗，繼續與反硝化細菌爭奪營養物質，從而抑制了反硝化細菌的生物繁殖。二是重金屬離子濃度高。養殖池塘本身重金屬離子濃度較高，經常使用硫酸銅等含重金屬的消毒劑，使得池塘中重金屬離子濃度較高，抑制了反硝化細菌的繁殖，無法降解亞硝酸鹽或作用不大。第三是消毒劑的使用。因為反硝化菌是活的，所以在施用消毒劑和農藥後但毒性消失前，使用反硝化菌的效果會很差。最好每5天使用壹次反硝化菌。第四，充氧菌和反硝化菌同時使用。氧合器主要包括過碳酸鈣、過碳酸鈉和過氧化氫等。它們釋放氧氣，對微生物有很強的殺滅作用。增氧劑可以增氧，降解亞硝酸鹽。亞硝酸鹽降解的原理是釋放的原子氧將亞硝酸鹽氧化成硝酸鹽，硝酸鹽很快還原成亞硝酸鹽，所以亞硝酸鹽很難去除。

2.硝化細菌的應用

李常嶺等人進行了“硝化菌改善魚苗培育環境，增強羅非魚抗逆性”的研究。通過在羅非魚養殖環境中人工引入硝化細菌，檢測主要水質因子，測定羅非魚對主要環境因子的抗逆性。研究了微生態調控對羅非魚水質改善和抗應激能力的影響。結果表明，引入不同濃度的硝化細菌可以顯著改善羅非魚魚苗的水質，提高羅非魚的抗逆性。硝化菌濃度為100cfu/L時，氨氮含量、亞硝酸鹽氮含量和COD值分別下降了25.05%、45.16%和12.33%，均顯著低於對照組。與對照組相比，魚苗培育成活率提高了7.58%，體長增加了22.18%，體重增加了46.15%，顯著高於對照組。在氨氮、亞硝酸鹽、pH、溫度、耐氧性和抗應激實驗條件下，幼魚存活率分別為80%、100%、80%、80%和82.5%，缺氧致死半衰期為601秒，均高於對照組。