文/徐帥琳

微生物對水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)調(diào)控作用研究

文/徐帥琳

本實驗研究了光合細菌、放線菌、枯草芽孢桿菌三種細菌優(yōu)化配比成的復(fù)合功能菌去除養(yǎng)殖水體有機氮效果。結(jié)果表明，光合細菌、放線菌、枯草芽孢桿菌混合培養(yǎng)生態(tài)制劑能有效去除養(yǎng)殖水體中的有機氮，對高濃度的氨氮、亞硝酸鹽氮的去除率可達99.6%和94%。

一、前言

我國是漁業(yè)大國，養(yǎng)殖產(chǎn)量居全球之首。20世紀(jì)以來，隨著我國水產(chǎn)養(yǎng)殖規(guī)模、養(yǎng)殖集約化程度和養(yǎng)殖產(chǎn)量的快速提高，養(yǎng)殖內(nèi)源性污染日益嚴重。養(yǎng)殖水體中產(chǎn)生的內(nèi)源性高濃度有機氮不僅直接危害養(yǎng)殖生物，還會引起養(yǎng)殖病害發(fā)生，如何有效控制養(yǎng)殖水體中有機氮濃度一直是水產(chǎn)養(yǎng)殖的關(guān)鍵問題。

養(yǎng)殖水體去除污染的方法包括物理、化學(xué)和綜合處理等，但物理和化學(xué)方法容易帶來二次污染，并對生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定性造成不良影響。生物技術(shù)修復(fù)是環(huán)境工程領(lǐng)域新興的環(huán)境改良技術(shù)，脫氮微生物復(fù)合培養(yǎng)技術(shù)具有高效、不污染環(huán)境等特點，越來越引起人們的重視，已有不少關(guān)于養(yǎng)殖水體生物脫氮的理論和應(yīng)用方面研究，并取得了一定的生態(tài)及社會效益。

本文通過研究光合細菌、放線菌、枯草芽孢桿菌在生物脫氮方面的特性，篩選出優(yōu)勢種群，同時充分利用微生物之間協(xié)作關(guān)系，通過復(fù)合培養(yǎng)使三種菌協(xié)作對養(yǎng)殖水體高濃度有機氮進行去除，并優(yōu)化出三種菌的最佳配比，從而為水產(chǎn)養(yǎng)殖水體有機氮的凈化處理及多菌種養(yǎng)殖水體凈化制劑的研制應(yīng)用提供實驗依據(jù)。

二、材料與方法

（一）菌種與來源

本實驗選取三種菌，包括光合細菌（沼澤紅假單胞菌）、枯草芽胞桿菌、放線菌（細黃鏈霉菌）菌種。

（二）菌種活化及擴培

將光合細菌接種于對應(yīng)的液體培養(yǎng)基30℃光照及厭氧條件下培養(yǎng)5天，備用。

將枯草芽孢桿菌、放線菌分別接種于相應(yīng)的固體培養(yǎng)基平板上37℃恒溫培養(yǎng)24小時～36小時，活化后，分別接種于對應(yīng)的液體培養(yǎng)基，于37℃恒溫搖床培養(yǎng)36小時～48小時。

（三）實驗水體的預(yù)處理

實驗水為山西省臨汾市水產(chǎn)站實驗基地的池塘水，5000ml三角瓶盛裝。向經(jīng)預(yù)處理的實驗水體中接入供試菌，實驗對照不接菌。定時測定其中的微生物含量，氨氮含量，亞硝酸鹽氮含量，溶解氧和pH值。室溫下培養(yǎng)（25℃～31℃）。

（四）水質(zhì)測定方法

pH采用精密pH試紙測定，溶解氧（DO）采用碘量法（GB 7489-1987）測定，氨氮含量采用納氏試劑分光光度法（HJ 535-2009）測定，亞硝酸鹽氮含量采用水質(zhì)亞硝酸鹽氮的測定分光光度法（GB 7493-1987）測定。

三、結(jié)果與分析

（一）微生物對水體中氨氮、亞硝酸鹽氮的最適去除條件

分別在不同溫度、pH值、菌種接種量、水體溶氧（DO）及時間等條件下測定了光合細菌、放線菌、枯草芽孢桿菌對水體中氨氮，亞硝酸鹽氮的作用，得到三菌株的最適作用條件，詳見表1。

從表1可看出，光合細菌是一類兼性細菌，其對水質(zhì)DO和pH值的要求不嚴格且接種量小，一般濃度為10mg/L，但作用時間較長，一般為8d左右。而放線菌和枯草芽孢桿菌為好氧菌，其對有機質(zhì)的去除要以O(shè)2為電子受體，因此須有一定濃度的DO，在此基礎(chǔ)上去除速率很快，但接種量較大。因此在對養(yǎng)殖水體的有機污染進行凈化時，必須根據(jù)水體介質(zhì)的實際情況和三菌株各自的生態(tài)類型和特點來選用復(fù)合菌株。

表1　三菌株對氨氮、亞硝酸鹽氮的最適去除條件

（二）單一菌株對水體中氨氮、亞硝酸鹽氮的去除

為研究單一菌株對水體中氨氮，亞硝酸鹽氮的去除，試驗在各菌株的最適去除條件范圍內(nèi)進行，即pH值為7.2，溫度30℃，DO>6.0mg/L。為使試驗具有可比性，三菌株的接種量均采用0.2%。試驗分別測定了三株菌在水體氨氮含量1800mg/L時的去除作用，結(jié)果見圖1。同時測定了三株菌在水體亞硝酸鹽氮含量為1000mg/L的去除作用，結(jié)果見圖2。

圖1 三株菌對氨氮的去除

由圖1可知，三株菌對氨氮都具有很高的去除率，放線菌和枯草芽孢桿菌的去除率達到71.9%和72.9%，光合細菌對氨氮的去除最徹底，去除率為94.3%。放線菌去除速率最快，去除時間約為72小時；枯草芽孢桿菌的去除速率次之，去除時間約為144小時；光合細菌去除速率最慢，去除時間約為192小時。在氨氮被去除前，水體中的氨氮都有不同程度的升高，原因是菌種剛接入，其生長繁殖利用了水體中的營養(yǎng)物質(zhì)造成了氨氮濃度的升高，由于光合細菌是兼厭氧性的，其生長繁殖造成水體氨氮濃度比初始濃度有很大升高。

圖2 三株菌對亞硝酸鹽氮的去除

由圖2可知，放線菌和光合細菌對水體的亞硝酸鹽氮無去除作用，枯草芽孢桿菌對水體的亞硝酸鹽氮的去除效果則很好，去除率在84.3%以上。

（三）復(fù)合菌株對水體氨氮、亞硝酸鹽氮的去除

試驗結(jié)果表明，放線菌和光合細菌只去除水體的氨氮，對亞硝酸鹽氮則無作用，枯草芽孢桿菌對水體中的氨氮和亞硝酸鹽氮都有去除作用，但其去除氨氮的效果不如光合細菌。三種菌中光合細菌對氨氮的去除最為徹底，但耗時長，放線菌對氨氮的去除速率很快，但不夠徹底。可見單一種屬的微生物應(yīng)用于水體的氮素去除，效果都有缺陷，不能達到完全水體除氮的目的。為尋求達到高效經(jīng)濟去除水體的氮素污染，將上述三種菌按照不同比例組合接入水體，以尋求高效的復(fù)合菌組合。

1.光合細菌與枯草芽孢桿菌組合對水體氮的去除

光合細菌與枯草芽孢桿菌分別以1∶1，2∶1，1∶2的體積比混合接入試驗水體，接種量為0.2%。試驗條件參照表1，測得混合菌對水體中氨氮、亞硝酸鹽氮的去除如圖3和圖4。

由圖3，圖4可知，光合細菌與枯草芽孢桿菌接種量比例為1∶2時對氨氮的去除效果略好于1∶1；比例為1∶1時，對亞硝酸鹽氮的去除效果最好。比例為1∶2與1∶1時在開始24小時內(nèi)亞硝酸鹽氮的濃度都有不同程度的升高，但在24小時后比例為1∶1開始去除，1∶2則在48h后開始去除，在最后階段兩者的去除率幾乎相同。

2.放線菌與枯草芽孢桿菌組合對水體氮的去除

放線菌與枯草芽孢桿菌同樣分別以1∶1，2∶1，1∶2的比例混合接入試驗水體，接種量為0.2%。試驗條件參照表1，測得混合菌對水體中氨氮、亞硝酸鹽氮的去除如圖5和圖6。

圖3 光合細菌和枯草芽孢桿菌混合對氨氮的去除

圖4 光合細菌和枯草芽孢桿菌混合對亞硝酸鹽氮的去除

圖5 放線菌和枯草芽孢桿菌混合對氨氮的去除

圖6放線菌和枯草芽孢桿菌混合對亞硝酸鹽氮的去除

由圖5和圖6可知，放線菌與枯草芽孢桿菌接種量比例1∶2與2∶1時對氨氮、亞硝酸鹽氮的去除曲線相似（1∶2要略好于2∶1），對氨氮的去除效果比1∶1好，對亞硝酸鹽氮的去除不如1∶1，但比例為1∶2時對亞硝酸鹽氮的去除與比例為1∶1時很接近。

3.三種菌共培養(yǎng)對水體氮的去除

試驗結(jié)果表明，光合細菌與枯草芽孢桿菌的最佳比例為1∶1，放線菌與枯草芽孢桿菌最佳比例為1∶2。但光合細菌與枯草芽孢桿菌比例為1∶2與1∶1的效果很接近，比例1∶2對氨氮的去除還略好于1∶1，光合細菌與枯草芽孢桿菌的最佳比例也可選擇1∶2。按最佳比例將三種菌混合，即光合細菌：枯草芽孢桿菌：放線菌=1∶2∶1（接種量為0.2%）接入試驗水體，試驗條件參照表1，測得混合菌對水體中氨氮、亞硝酸鹽氮的去除如圖7和圖8。

由圖7和圖8可知，復(fù)合菌對高濃度的氨氮、亞硝酸鹽氮的去除率可達99.6%和94%，在去除率提高的同時，去除時間大大縮短，對氨氮的去除48小時達87%，比單一菌和兩種菌作用48h的最大去除率分別提高23%，31%；對亞硝基氮的去除96h達76%，而單一菌和兩種菌作用48h的亞硝酸鹽氮濃度還處于增高狀態(tài)。

4.復(fù)合菌群系統(tǒng)中微生物組分分析

復(fù)合菌群系統(tǒng)中微生物組分的統(tǒng)計分析見表2。從表2可看出，在對照組中細菌占絕對優(yōu)勢，而復(fù)合菌群系統(tǒng)中，異養(yǎng)細菌與光合細菌同樣占優(yōu)勢，且枯草芽孢菌和放線菌量也相應(yīng)增加。表明處理后水體中微生物的種類和數(shù)量要比對照組豐富。實驗結(jié)果說明復(fù)合菌群不僅可去除水中有機氮，而且可改善系統(tǒng)的微生態(tài)環(huán)境和微生物之間的關(guān)系，增加了生物多樣性，從而維護了生物與環(huán)境間的平衡。

圖7 三株菌混合對氨氮的去除

圖8 三株菌混合對亞硝酸鹽氮的去除

表2　處理系統(tǒng)中細菌、枯草芽孢桿菌、放線菌、光合細菌數(shù)量統(tǒng)計

四、結(jié)論

光合細菌是一類能利用光能，具有復(fù)雜代謝功能的原核生物，其利用的基質(zhì)多種多樣，可營自養(yǎng)、異養(yǎng)或兼性營養(yǎng)，氧化類型又可分為厭氧、好氧和兼性厭氧等。光合細菌在養(yǎng)殖水體氨氮污染生物修復(fù)中的應(yīng)用非常廣泛，它能將水中的殘余有機物經(jīng)異養(yǎng)菌分解后所產(chǎn)生的有機酸、硫化氫及氨等作為基質(zhì)合成菌體而增殖，既參與水質(zhì)的凈化，又可被其它動物所捕食?？莶菅挎邨U菌屬于對人、魚無毒無害的細菌，在自然界分布廣泛，在水中增殖后產(chǎn)生的許多胞外酶能將養(yǎng)殖水體、底泥中的淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪等有機質(zhì)分解，從而起到降低養(yǎng)殖水體富營養(yǎng)化和減少底泥生成的作用。有研究表明枯草芽孢桿菌在分解過程中有很強的同化脫氮作用，有機物一部分轉(zhuǎn)化為細菌胞體物質(zhì)，而大部分被轉(zhuǎn)化為細菌生命活動過程中所需能量，使養(yǎng)殖水體中的氨氮和亞硝酸鹽氮可減少80%以上。放線菌主要生活在中性環(huán)境中，對水中有機物有較高的降解作用， 有很強的硝化功能，可大幅去除氨氮。

本文通過研究發(fā)現(xiàn)三菌株對高濃度有機氮的去除效果各有特點，光合細菌和放線菌對高濃度的氨氮去除效果優(yōu)良，放線菌去除速率更快，光合細菌去除更徹底，兩種菌對亞硝酸鹽氮基本無去除作用，枯草芽孢桿菌對高濃度的氨氮和亞硝酸鹽氮的去除效果都很良好。為同時徹底去除高濃度的氨氮和亞硝酸鹽氮，提高去除速率，將三種菌按一定比例組合后，去除效果更佳，去除速率大大提高。由三種菌構(gòu)成的微生物組合中，光合細菌厭氧、兼性，枯草芽孢桿菌和放線菌好氧，三種菌共存，相互共生增殖及協(xié)同作用，能達到徹底去除高濃度的有機氮的目的。

作者單位：山西省臨汾市水利局