对虾工厂化循环水养殖中应用生物絮团技术的研究

鲍 鹰，孙习武 ，季爱兵

(1 南通中国科学院海洋研究所海洋科学与技术研究发展中心，江苏 南通，226019；2 江苏通州湾渔业产业发展有限公司，江苏 南通，226000；3 江苏东海之滨海洋生物科技有限公司，江苏 南通，266000)

工厂化循环水养殖是一种高密度、高产量、高投入、高效益的集约化养殖模式。国内外现有循环水养殖系统在生产中取得了较好的效果[1-9]，但是在我国对虾养殖中成功应用的还不多。在对虾养殖的前期，即从P5期(第5天的仔虾)虾苗培育到体长约4 cm的幼虾(即标苗期)，虾苗细小娇嫩。目前，用循环水养殖系统养殖标苗，容易造成虾苗大小分化、虾体瘦弱、养殖全过程的总体存活率低等问题。

生物絮团是以相互粘连的异养菌为主体，同时还有真菌、原生动物、藻类、线虫等微小低等动物所组成的絮状悬浮物，具有调节水质的功能[10-12]。生物絮团并不是典型循环水养殖系统中的标配。在典型的循环水养殖系统中，起去除氨氮和亚硝酸盐作用的生物膜(硝化细菌膜状群落)存在于独立的生物处理池中，而在养殖池中只有少量或极少量的絮团存在。在循环水养虾车间中，一般是将1/10的养殖池用作标苗池。如果这些标苗池接入循环系统并依靠循环系统来控制水质，那么就是循环水标苗的方法；如果不接入循环系统，采用在标苗池中培养生物絮团的方式来控制水质，那么就是絮团标苗的方法。利用生物絮团的净水功能在标苗池中原位处理水中的氨氮、亚硝酸盐氮等有毒有害物质，实现零换水标苗，可以克服由虾苗细小所带来的种种问题。本研究利用工厂化循环水养殖系统进行循环水标苗和絮团标苗对比试验，就对虾工厂化循环水养殖中阶段性采用生物絮团养殖模式的意义和技术要点进行探讨。

1 材料与方法

1.1 试验地点和设施条件

在工厂化对虾养殖中，养殖过程分为2个阶段：标苗和养成。标苗时的养殖密度一般为6 000～10 000尾/m2，标苗时间25～30 d。标苗结束时将幼虾分到养殖池中，进入养成阶段，养殖密度500～600尾/m2。试验于2016年4月—2016年7月在江苏省南通市通州湾江海联动开发示范区的中国科学院海洋研究所现代渔业创新研发示范基地2号车间进行。车间里有2个工厂化循环水养殖系统，每个养殖系统由10个养殖池和水处理设施组成。养殖池为水泥圆角方池，每个养殖池的面积为32 m2，池深1.2 m，单池水体32 m3。水处理系统包括沉淀池、微滤机、生物滤池、臭氧发生器、蛋白分离器和循环水泵等(图1)。池中央排水口插直径110 mm的PVC管作为出水管。管上打有密排直径5 mm的小孔。在标苗时，出水管外罩80目筛绢网袋，以防虾苗逃逸。每个养殖池中均布24个气石进行增氧。

图1 工厂化循环水养殖系统水处理流程图

1.2 标苗

2016年4月12日在2号车间东系统投放P5规格南美白对虾虾苗，虾苗购自海南海悦虾苗场。

图2 循环水标苗饲料投饲量

1.3 絮团标苗

图3 絮团标苗饲料投饲量和红糖添加量

1.4 数据检测

2 结果

图4 循环水标苗 和质量浓度的变化

图5 絮团标苗 和质量浓度的变化

两次标苗的结果见表1，可以看出，循环水模式没有絮团模式好，主要表现在幼虾大小不均匀，存活率也不高。这种大小分化严重的幼虾进入养殖池后，个头小的虾会逐渐在蜕壳时被个头大的虾吃掉，所以到养殖结束时总体存活率会很低。

表1 循环水标苗和絮团标苗的结果

3 讨论

3.1 工厂化循环水养殖系统用于标苗的缺陷

如果在循环水系统中标苗，就是以循环水模式来控制水质，则存在以下问题。

3.1.1 循环量与虾苗的矛盾

在标苗早期，虾苗体长只有数毫米，非常细小。在循环水系统中，就要在出水管上套一个80目的筛绢网，才能保证虾苗不会随着水流流出。但这么细密的网非常容易被堵塞，如果不及时进行人工清理，则养殖池的水进的多，出的少，会造成溢水事故，这就严重制约了循环量。

3.1.2 循环量与投饲的矛盾

标苗池每天投饲6次，残饵和虾的粪便在细菌的作用下迅速生成氨氮，并进一步产生亚硝酸盐。在循环水养殖系统中，养殖池中的氨氮和亚硝酸盐要随着水循环进入生物处理池后才能被处理掉，所以循环速率是关键因子。在标苗期，一方面饲料非常细小，不易沉底，容易随着水流流出养殖池，所以循环量不能大；另一方面，虾苗的采食能力弱，必须在水中保持较高的饲料密度才能保证虾苗的有效采食，所以循环量也不能大。这样就与为了保证水质良好而要有较大的循环量产生矛盾。

3.1.3 循环量与水质的矛盾

在生物处理池容量确定后，水质与循环量是正相关的，循环量越大，则水质越好，所能承受的养殖负荷量就越大。标苗期不能有较大的循环量，否则很容易引起水质劣化。水质不好，就会造成虾苗体质弱，生长慢，甚至得病死亡。而标苗期如果循环量大了，又会使虾苗不能有效采食而生长不均匀，个体间大小分化，严重影响后期养殖管理。用循环水系统标苗存在出水管过滤网容易堵塞、虾苗无法有效摄食以及水质恶化等方面的问题。所以在标苗阶段改用基于絮团的养殖模式，虽然还是在循环水养殖系统的养殖池中标苗，但不再循环，每个养殖池作为标苗池独立使用，利用生物絮团在标苗池中原位处理氨氮，以达到有效控制水质的目的。

3.2 用生物絮团标苗的技术要点

絮团标苗是循环水养虾工艺中的一个重要环节。基于絮团是好氧的异养菌组成的这一本质特征，充气、絮团生长的时间、补充碳源等构成了在标苗生产中应用生物絮团技术的要点。

3.2.1 提前培养絮团

在不换水的养殖池中，从开始养殖之日起，在水中碳氮比(C/N)合适的条件下，絮团的产生需要3～4 d的时间[13]，之后絮团量日渐增加；水中的氨氮会逐日升高，约第5天或第6天达到峰值，之后逐日下降，约10 d后稳定在较低水平[14]。在新建立的絮团养殖池中，生物絮团对氨氮和亚硝酸盐的去除有一定的滞后现象[15]，因此，用絮团法标苗要至少提前10 d培养絮团。可以按照计划标苗的首日投饲量，每天往养殖池中投放标苗时用的饲料，作为培养絮团的有机氮源。同时，每天添加与饲料量等量的蔗糖作为有机碳源，这时添加碳源的比例要比投苗后的比例大，原因是投苗后饲料中约30%的氮会被虾苗吸收。充气、加温等措施与标苗时相同。

3.2.2 补充碳源

一般来说，异养菌菌体中C/N为4∶1～5∶1，也就是异养菌同化1份有机氮需要吸收4～5份有机碳。在养殖生产中，水中的有机氮是从饲料来的，但饲料中的有机碳含量远远不能满足异养菌利用所有氨氮所需的有机碳量，有机碳成了一个控制因子。因此，可以通过添加有机碳调控中水异养菌数量。所谓生物絮团技术实际上就是异养菌的调控与使用技术[16]。研究表明，C/N在15∶1～20∶1时，异养菌同化无机氮的效率最高，由此得出碳源添加量的理论公式[12]：

C=F×Nf×Ne/0.05

(1)

式中：C—碳源的日添加量(g)；F—日投饲量(g)；Nf—饲料中含氮量(%)；Ne—饲料氮的排出率(%)，约为50%。

葡萄糖、蔗糖、淀粉、麦麸、面粉、玉米粉等都可以用作碳源，但效果差异很大[13]。葡萄糖作为碳源时，絮团的生成最快，只需2 d，但不稳定，容易消散；蔗糖的效果最好，形成絮团快而且稳定；麦麸、面粉、玉米粉等直接用作碳源时会引起虾苗死亡，要先发酵成小分子碳水化合物再用作碳源。各种碳水化合物的含碳量不一样，同样的碳氮比，添加量也不一样。用蔗糖作为碳源时，日添加量约为日投饲量的77%[13]。添加的方式是在每次投饲时称量出投饲量77%的蔗糖，用养殖池水化开后泼洒到养殖池中。

3.2.3 充气方式

充气的作用是增加溶氧和搅动水体。在絮团标苗池中，微生物的耗氧量要远远大于虾苗的耗氧量，所以充气量要比非絮团标苗池大。普通的工厂化养虾车间鼓风机配备标准是每1 000 m2池7.5 kW，而在絮团养殖车间要用到15 kW。絮团养殖基本上不换水，残饵和粪便被水中的自养微生物利用而形成絮团。形成絮团实际上是去除残饵和粪便的一种方式。絮团养殖的一个关键点是不能让残饵和虾的粪便在池底沉淀堆积。一旦出现堆积，就会在其内部形成厌氧微生物繁殖区，造成底层水还原性升高、缺氧、硫化氢质量浓度高等，而底层恰恰是对虾的主要栖息区域，由此造成对虾体弱、发病、偷死等问题。为了通过充气使水体流动起来，没有静水区，布气方式很重要。传统的布气方式是用散气石或纳米曝气管在池底曝气，在水面上能看到水气翻滚，但在池底，散气石与散气石，或纳米管与纳米管之间的区域是相对静止区，非常容易有沉淀物堆积。为了消除堆积，要用到气提管。所谓气提管，是一根垂直插在水中的管子，当管子中有大量气泡时，管中的水气混合体的比重降低，液面就会抬升，管子插入水中越深，液面抬升就越高。当抬升液面下的管壁上有侧孔时，水就从侧孔流出。一个气提管就相当于一台小型水泵。气提管工作的同时起到了增加溶氧和带动水流的作用。在布气时要充分利用气提管的合理布置，使养殖池中有底层水平水流，而池底部没有水流静止区。

3.2.4 饲料与投饲量

在循环水絮团标苗中，应该使用全价人工合成饲料，不建议使用鲜活饵料或冷冻饵料，如新鲜的卤虫或冻卤虫等，因为冰鲜或冰块饵料中有可能带有传染性病菌，微孢虫在卤虫及卤虫卵中的阳性率更高。在絮团标苗中，投饲量的原则是宁多不少，保持基本的饲料密度。宁多不少是因为标苗期投饲量总体来说并不大，多投造成的浪费和成本非常有限；同时，因为有大量絮团存在，没被虾苗吃掉的残饵会被迅速转化成絮团，不会导致水质劣化。用适当增加投饲来确保所有虾苗充分采食非常重要，可有效避免虾苗生长速度不均衡的问题。

保持基本的饲料密度是因为标苗前期虾苗弱小，只能采食身边的饲料，碰到才能吃到，所以这阶段要保持有效的饲料密度。以30 m2标苗池为例，投放20万虾苗时，第1天的基本投饲量是1 d投6次，每次120 g的合成开口饲料，之后每天提高10%～15%。即使初始放苗量不足20万，也要按这个基本投饲量投喂。标苗15 d后，再根据虾苗的池存量调整投饲量，如果初始投苗量超过20万，那就要根据实际投苗量适当增加饲料的投饲量。

另外，生物絮团一般含粗蛋白38.5%～57.4%、粗脂肪20%～35%、粗灰分≤20%、能量20～25 kJ/g[17]。所以在絮团标苗的后期可以适当减少投饲量。有研究表明，在基于生物絮团的养殖模式中，虾类日常摄入的N有18%～29%来源于絮团[18-19]。

3.2.5 水温、光照与盐度

水温不仅决定了虾苗的生长速度，也决定了絮团中微生物的代谢速度，也就是决定了絮团的生成和增长的速度。研究表明，20 ℃～25 ℃是絮团形成的最佳温度[20-21]。在虾苗生长的适宜水温范围内，水温越高，虾苗生长越快、进食越多，絮团的增长速度也越高。所以用絮团标苗时，以虾苗的需求来决定水温即可。光照在絮团标苗中不是必须的，可有可无。相对于暗光条件，有明亮光照时标苗池中会有藻类，特别是浮游藻类生长。藻类生长是双刃剑，当藻类密度适中时，可以吸收水中的无机氮，保持良好水质，有利于虾苗生长，但浮游藻类的生长很难调控。浮游藻在合适的条件下会迅速繁殖生长，在短时间内快速提高水体的pH，在消耗完水中的营养盐后突然衰败，俗称“倒藻”，引发水质突然恶化。所以，对有较强光照的标苗池，一定要有遮光网。根据水色和pH 综合判断水中浮游藻的生长情况，及时遮光，以免发生倒藻现象。低盐度对絮团的生产和增长没有明显的影响[22]，可以根据养殖场所处的条件决定标苗的盐度。

3.2.6 使用自养菌絮团

自养菌絮团是指以硝化细菌为主的生物絮团。硝化细菌在利用氨氮和亚硝酸盐时不需要额外添加碳源，所以从生产成本上考虑是比异养菌絮团更合理的选择。硝化细菌絮团与异养菌絮团比较，其缺陷是达到功能成熟的时间较长。一般来说，硝化细菌絮团或固着菌膜要具备转化氨氮的功能，需要7 d左右时间；要具备转化亚硝酸盐的功能，需要25～30 d，已经接近甚至超过了标苗的天数。实际上，在循环水养殖场中，标苗是一批次接一批次连续进行的，只要在分苗时采取适当的措施保留絮团，絮团就可以长期使用。絮团在形成和成长的过程中并没有自养和异养之区分。从培养絮团开始，由于添加了碳源，异养菌迅速扩增，在絮团组分中占优势地位，同时硝化细菌也在扩增。在第2次标苗时(沿用前一批标苗池中的絮团)，如果逐渐减少外源性有机碳的添加量，那么絮团中硝化细菌会逐渐占优势地位，絮团的除氮功能将逐渐由硝化作用占主导。等絮团完全转变为自养菌絮团后，就不必再添加碳源了。

4 结论

在工厂化循环水养虾系统中用循环水方式标苗，会导致幼虾大小不均、存活率偏低，进而导致养成期的存活率大多在50%以下，严重影响生产效益。为了解决这一问题，在标苗期，利用循环水养殖系统的养殖池标苗，但不使水循环，每个池独立使用生物絮团技术控制水质，可以保证虾苗正常生长、大小均匀，30 d标苗期结束时体长能达到3～4 cm，而且整个养殖期存活率较高，能达到70%以上。

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