淡水养殖环境中氨氧化微生物的研究进展

随着水产养殖业的快速发展,养殖水体氮素污染日益突出,硝化微生物在水产养殖环境氮循环中具有重要作用。本文主要综述我国淡水养殖环境中硝化微生物的多样性、作用机理、厌氧氨氧化过程和机理等研究进展,并展望今后的研究工作:(1)淡水养殖水域硝化作用和氨氧化微生物的时空分布特征及影响因子;(2)淡水养殖环境氨氧化微生物及其他氮素转化关键微生物的过程与机理;(3)深入研究特定生态系统中如池塘生态系统、氮循环的各个过程,构建相关氮素转化和氮素平衡模型,为完善淡水池塘生态系统氮循环理论、水产养殖环境的氮素污染治理和生态修复提供参考。     

循环海水养殖系统硝化滤器中氨氧化微生物分析

研究循环水养殖硝化滤器载体上附着生物膜的微生物群落结构可以为提高其处理速率和效率,并为特异性工程菌构建提供依据。采用改良的AFLP方法分析了循环水养殖硝化滤器载体上附着的氨氧化细菌16S rRNA基因和氨单加氧酶amoA基因片段及其系统发育情况。结果表明:分析16S rRNA基因得到的序列片段比分析amoA基因片段得到了更多信息,准确度较高,可作为分析循环水养殖硝化滤器氨氧化菌群组成的有效方法。克隆测序所得序列与网上公布数据比对,可见存在于循环水养殖硝化滤器载体上的氨氧化细菌与Nitrosomonas cryotolerans、Nitrosomonas oligotropha、Nitrosospira tenuis、Nitrosomonas marina相似度达100%,与Nitrosomonas aestuarii相似度为87%。大部分属于亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas),仅少数序列属于亚硝化螺菌属(Nitrosospira)。采用16S rRNA基因和amoA片段分析方法得到的附着于封闭循环海水养殖硝化滤器载体上的氨氧化细菌主要为变形菌(Proteobacteria)的β-亚类的亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)和少量的亚硝化螺菌属(Nitrosospira)氨氧化细菌,以及一定数量的γ-亚类氨氧化细菌。     

小规模水产养殖零排放再循环系统中的脱硝处理新方法

介绍了解决再循环养殖系统（RAS）中硝酸盐积聚问题的处理方法。该方法新颖之处在于使用固体原棉作为主要碳源的一个脱硝生物反应器系统和一个除气室。在除气室中,水中溶解气体氧（O2）通过文丘里真空管被气提,由于脱硝中存在的氧抑制问题得以消除以及原棉的耗氧,使得随后的脱硝变得更有效。原棉介质还充当物理屏障吸附有机颗粒,而有机颗粒又反过来充当用于脱硝的补充碳源。     

用于再循环养殖系统的生物过滤器评估

三种商用生物过滤器一式三份在暖水性商业养殖条件下的一个60m^3水池式罗非鱼养殖系统中进行评估。研究在北卡罗莱纳州立大学养鱼房进行。针对范围从0．13到1．20gTAN／m^3的TAN浓度,     

用于再循环水产养殖的太阳能加热系统

为减少小型再循环养殖系统为维持水温而对常规能源的需求，人们对使用被动式和主动式太阳能技术始终抱有兴趣。本文描述了一个仿真模型的使用，该模型可预测一个置于双层聚乙烯温室中的10．6m^3的再循环养殖系统（RAS）在两种不同气候状态下的年常规能源消耗量。水温维持在22．5℃，每天的循环率是池水的10％；温室组合了简单的无釉太阳能收集器，以进一步减少能源消耗。对增加太阳能收集器的面积对太阳能保证率和有效能利用的影响进行了预测。最后，该模型用于研究温室内罩的冷凝现象，换气次数和能源消耗之间的关系。     

菲律宾蛤仔对养殖池塘沉积物/水界面反硝化和厌氧氨氧化反应速率的影响

养殖尾水氮含量过高等富营养化问题是影响当前我国池塘养殖产业健康可持续发展的重要因素,反硝化和厌氧氨氧化是自然水生态系统中重要的氮循环过程,是沉积物氮素营养迁出的主要途径,埋栖型贝类通过滤水和蠕动等生命活动不仅能净化水质,还可以使沉积物颗粒混合并改变沉积物/水界面的物质交换。本研究于2020年9、10、11、12月采集菲律宾蛤仔(Ruditapes philippinarum)养殖池塘贝类区域(有贝区)和对照区域(无贝区)的沉积物表层样品,进行泥浆培养实验,利用氮稳定同位素示踪技术检测其反硝化和厌氧氨氧化反应速率,并分析了其与间隙水理化参数的相关性。结果显示,菲律宾蛤仔养殖池塘有贝区10月和11月样品检测到厌氧氨氧化反应,并有反硝化—厌氧氨氧化耦合反应;有贝区9—12月沉积物反硝化反应速率均高于无贝区,有贝区9月的反硝化反应速率最高(0.005 8 μmol/kg·h);水体温度与沉积物反硝化反应速率呈极显著正相关(P<0.01),氨氮(NH4+-N)浓度与厌氧氨氧化反应速率呈极显著正相关(P<0.01)。研究表明,海水池塘养殖生态系统中也存在厌氧氨氧化过程,养殖菲律宾蛤仔等埋栖型贝类有利于池塘沉积物/水界面的反硝化和厌氧氨氧化反应,有效地促进池塘沉积物脱氮过程,研究结果不仅丰富了海水养殖生态系统氮循环理论,也为开展尾水生物净化工作提供了新思路。     

夏季不同形式湿地中2类厌氧脱氮菌群的分布特征

为研究不同形式湿地中厌氧脱氮菌的分布特征和关键影响因子,选择池塘、沟渠、表流和潜流4种形式湿地,采用16S rDNA克隆文库法和典型对应分析等方法,分析了夏季4种形式湿地中厌氧氨氧化菌和反硝化型甲烷厌氧化菌的菌群结构及其与环境因子的相关性.结果显示,湿地中的AMX菌与Candidatus Brocadia fulgida相似性最高可达99％,DAMO菌与典型菌株C.Methylomirabilis oxyfera分在了不同的分支.夏季4种形式湿地中,AMX菌的Shannon多样性依次为表流湿地＞潜流湿地＞沟渠＞池塘,DAMO菌的Shannon多样性依次为池塘＞潜流湿地＞沟渠＞表流湿地.上覆水中TOC和NO3--N是影响AMX菌分布的主要因素,上覆水中TN、NH4+-N、pH和DO对DAMO菌分布影响最大.研究表明,夏季表流湿地底泥中所含AMX菌类别最多,池塘底泥所含DAMO菌种类别最多,不同形式湿地中均有AMX菌存在,但不确定是否存在DAMO反应,影响2类菌群分布的主要相关因子是C、N以及pH和DO.     

在封闭系统和再循环养殖系统中紫色海扇贝稚贝的生产比较

紫色海扇贝（Argopecten purpuratus）的养殖有赖于稚贝的全年供应能力。稚贝通常使用批技术加上定期换水在封闭养殖系统（CAS）中生产。实际例子中存活率范围在0到80％,变化极大,使扇贝稚贝的生产变得不可预测。该研究的主要目标是确定在再循环养殖系统（RAS）中养殖扇贝稚贝的可行性,其次是比较当采用传统的智利CAS技术养殖和采用新颖的RAS技术工业化养殖时,两者的扇贝稚贝生长率和达到着床阶段的用时。将数批稚贝养殖在CAS和RAS中.幼苗被喂以在35L的管状光生化反应器中培育的球等鞭金藻.     

饲料源Cu(Ⅱ)在生物絮团水产养殖系统中的积累及其对氨氧化的影响

为提高生物絮团技术的安全性,试验探究硝化型生物絮团水产养殖系统中饲料源铜Cu(Ⅱ)的积累情况和Cu(Ⅱ)对生物絮团氨氧化的影响.通过对生物絮团养殖系统中的水体铜Cu(Ⅱ)和絮团中Cu(Ⅱ)含量进行测定.结果显示:养殖系统中水体Cu(Ⅱ)含量随着饲料投喂而不断上升,在投喂91 d后达到(18.34±0.77)μg/L,絮...     

主养草鱼池塘中氨氧化古菌的多样性和种群分布

为了解淡水养殖池塘环境中氨氧化古菌的多样性和种群分布,本研究以荆州地区风生水起生态农场的主养草鱼(Ctenopharyngodon idellus)池塘为研究对象,采集不同养殖区的典型的沉积物样品和水样,利用AOA氨单加氧酶(amoA)基因通用引物(amoAF/amoAR)扩增amoA基因,构建amoA基因克隆文库。从每个克隆文库中随机挑选阳性克隆子进行测序、比对,利用MEGA和MOTHUR软件构建amoA基因系统发育树和可操作分类单元(OTU)分析。结果显示:主养草鱼池塘水体和沉积物中AOA存在着差异,且沉积物中AOA种类数和多样性都更为丰富。从三个采样区域的沉积物和水体共325个AOA amoA基因阳性克隆中得到24个OTU(基于3%差异度),其中水体克隆文库中得到13个OTU,沉积物克隆文库中得到18个OTU。OTU01、OTU02、OTU05、OTU07、OTU11、OTU13、OTU16是沉积物和水体中共有的OTU,并且OTU01、OTU02是养殖池塘中的优势类群,分别占克隆子的47.38%和21.84%。系统发育分析表明,AOA主要隶属于Nitrososphaera sis...     

颗粒筛选分析确定循环养殖系统中水处理组件的固体去除效率

本研究评估一个用于罗非鱼温水养殖的双水池再循环养殖系统中3个水处理组件的固体去除能力。整套组件包含1个旋流分离器、1个塑料浮珠生物净化器和1个流化沙过滤器。采样在系统的5个不同位置进行,通过筛分将每一采样量按颗粒尺寸从23到500μm依次分成数份。对每一样本组完成总悬浮固体分析,确定进水和出水中的颗粒大小分布以及每个组件的固体去除效率。     

碳源添加方式对循环水养殖系统中微生物悬浮生长反应器水处理的影响

采用中试规模的循环水养殖系统,对比研究碳源连续添加的微生物悬浮生长反应器(SGR-Con)和碳源分次添加反应器(SGR-Sev)的水处理效果。典型反应周期内的溶解性有机碳浓度变化,SGR-Con反应区处于较高的稳定水平,SGR-Sev在反应周期的第0小时至碳源瞬时添加时快速上升至SGR-Con的水平,并且在反应周期的第4小时以后降至较低的稳定水平。实验期间,SGR-Sev反应区和沉淀区的溶解氧含量分别显著高于SGRCon的反应区和沉淀区;2个反应器的反应区pH无显著差异,沉淀区pH在2个反应器之间亦无显著差异。碳源分次添加的方式显著提高了反应器的脱氮效果,SGR-Sev对硝氮和总氮的去除率、出水碱度分别可达63.91%±14.31%、64.07%±12.11%和(278.18±80.33)mg/L。相较于SGR-Con,SGR-Sev的出水总氨氮和亚硝氮浓度较高。反应器采用碳源分次添加的方式可使絮团具有良好的沉降性能。研究表明,微生物悬浮生长反应器宜采用碳源分次添加的方式。     

墨瑞鳕循环水养殖系统中不同生物膜反应器水处理效率及微生物群落对比分析

固定床生物膜反应器(fixed-bed biofilm bioreactor, FBBR)和移动床生物膜反应器(moving- bed biofilm reactor, MBBR)在养殖水体氨氮(NH4+-N)和亚硝酸氮(NO2–-N)污染控制中已有较为广泛的研究,然而相关研究大多是在实验室完成的,目前尚缺乏实际生产的循环水养殖系统(recirculating aquaculture system, RAS)中FBBR和MBBR水体净化效能的对比研究。因此,本研究将FBBR (弹性毛刷滤料)和MBBR (PVC多孔环滤料)并联接入实际生产的墨瑞鳕(Macculochella peeli) RAS中,实现二者的同步连续运行(35 d),考察了其出水水质变化和微生物群落结构。出水水质变化表明,FBBR和MBBR中氨氧化能力的形成快于亚硝氮氧化能力,硝化能力渐趋成熟,可以有效控制养殖水体中的NH4+-N和NO2–-N浓度,但会导致养殖水体中硝酸氮(NO3–-N)积累和pH下降;单因素方差分析表明,FBBR出水中NH4+-N、NO2–-N、NO3–-N浓度和pH与MBBR出水无显著差异,两反应器的硝化效率相似。FBBR和MBBR在微生物群落上的相同点在于：优势菌门为变形菌门(Proteobacteria) (相对丰度分别为69.42%和86.92%),优势菌纲为γ-变形菌纲(γ-Proteobacteria) (40.71%和63.36%)和α-变形菌纲(α-Proteobacteria) (26.58%和21.74%),优势菌属为不动杆菌属(Acinetobacter) (27.50%和53.29%);硝化菌由亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)和硝化螺菌属(Nitrospira)构成;硝化螺菌属的相对丰度远高于亚硝化单胞菌属,两反应器中可能存在完全氨氧化菌。两反应器在微生物群落上的不同点在于FBBR微生物群落的丰富度和多样性以及硝化菌的相对丰度均高于MBBR。本研究可以为RAS养殖水体净化提供技术支撑,助推循环水养殖模式的推广应用。     

舌齿鲈循环养殖系统中泡沫分离去除颗粒物质和异养细菌的效率

本研究调研泡沫分离在去除封闭的舌齿鲈再循环系统中的颗粒物质和异养细菌的效率。该系统有10个养殖池,1个充当泡沫分离系统的撇沫器（SKIM）,1个生物过滤器装置和1个紫外线装置。     

自养硝化过程去除循环水养殖系统水体中氨氮的研究进展

氨氮是养殖水体主要的控制指标,自养硝化过程将水体中的氨氮经亚硝酸盐转化成硝酸盐,是水体中氨氮最常见的一种转化途径,也是循环水养殖系统中常用的氨氮控制方式。根据国内外关于循环水养殖水体中自养硝化过程的研究报道,结合养殖水体特征,分析了利用固定膜式自养硝化过程控制养殖水体氨氮的优势和劣势、水产养殖过程中影响自养硝化效率的因素以及在实际使用过程中的注意事项,对自养硝化过程的建立进行重点介绍,为实际应用提供参考。     

循环水养殖系统微滤机过滤对调节水体细菌群落结构的影响

为研究微滤机过滤对循环水养殖系统水体细菌群落结构的影响,分别在试验第1天、第30天和第60天对无微滤机的池A及微滤机过滤的池B两个养殖红鳍东方鲀(Takifugu rubripes)的循环水养殖系统采集水样,平板计数法测定养殖水体弧菌、异养细菌总数后,以荧光原位杂交法(FISH)检测养殖水体弧菌属(Vibrio)、红细...     

室内循环养殖系统中曝气流量对尼罗罗非鱼生长的影响

曝气流量是曝气推流循环养殖系统的重要控制性因素,为综合研究不同曝气流量对鱼类生长和鱼肉品质的影响,参照野外养殖基地,利用自行设计的室内循环流水养殖模型,在0、30和50 L/min三组曝气条件下,以尼罗罗非鱼[初始体质量为(23.61±3.50)g]为对象,进行为期56 d的研究。结果显示:①30 L/min组中尼罗罗非鱼的最终体质量和特定生长率分别为(79.56±3.82) g和(2.81±0.54)%/d,其中特定生长率比0和50 L/min组分别高出11.07%和8.49%,同时该曝气流量下血清中的总蛋白和甘油三酯浓度较高,而尿素氮浓度较低,比如第56天时总蛋白浓度比0和50 L/min组分别高出57.43%和10.43%,甘油三酯浓度则分别高出22.19%和12.32%,但尿素氮浓度降低了39.02%和37.50%。葡萄糖浓度受曝气流量影响不显著。50 L/min组谷丙转氨酶和谷草转氨酶活性高于0和30 L/min组;②第56天时30 L/min组中鱼肉的硬度、弹性和咀嚼性高于0和50 L/min组,硬度分别比0和50 L/min组高出27.10%和15.85%,弹性高出9.1...     

闭合循环水产养殖系统生产过程中生物过滤器功能的形成

生物过滤器对维持闭合循环水产养殖系统水质稳定起着核心的作用。生物过滤器存使用之前需要对生物膜进行培养、驯化,使生物过滤器有充分的硝化能力。生物过滤器硝化功能的建立一般需要较长的时间,淡水需要14～20d海水需要40～80d。在生产中因会产生较高浓度的氨氮、亚硝酸氮对饲养对象产生不良影响,增加养殖风险。     

上流式反硝化生物过滤器中反硝化率与碳源的比较

使用硝化细菌降低过高氨浓度和亚硝酸盐浓度的有氧生物过滤系统是再循环养殖系统（RAS）常用的组件。然而，除非在RAS的设计中包含反硝化系统，否则为把硝酸盐浓度降至可接受水平仍然需要大量换水。本研究对应用于商业再循环养殖系统中的反硝化反应器的实样设计作了评估。对包括甲醇、醋酸、糖蜜、Cerelose（一种水解淀粉）4种碳源做了评价，以确定它们在商业化养殖条件下的适用性，以及确定其中的任何一种碳源是否会助长两种常见的“异味”化合物即2．甲基异茨醇（MIB）或土臭味素的产生。