养殖水体氨氮转化形式及调控

养 殖 水 体 氨 氮 转 化 形 式 调 控RevisedbyJackonDecember14,2020养殖在养殖水体中，有机污染物包括氮、碳、磷、硫 4种主要物质，而后 者形成的产物在氧气充足的条件下对鱼类的影响程度不是很大，当氮以分 子氨态或亚硝酸盐氮态存在时，却会对水生动物产生很强的神经性毒害。 当前以强饲为特征的集约养殖方式加大了水体有机氮物质分解转化的负 荷，微生物分解环节严重受阻，从而成为水体系统循环过程的制约瓶颈与顽结，造成水体富营养化甚至污染，引发出诸多病害、药残、食品隐患等问题。水体系统的氨氮循环及污染治理已成为世界性关注的环境问题和研究热点1

1养殖水体 内氨氮循环与 脱氮过程 水体氮 素的 来源构成集约养殖水体氮素的来源主体为饵料残剩物和粪便排泄物的分 解，其次为老化池塘底泥沉积物氨化分解，再次为施肥积累。养殖生产包 括自然再生产过程与经济再生产过程，然而传统的养殖方式片面追求产量 经济效益，强化水体系统外的能量物质的投入。过量的投饵，形成大量有 机代谢废物的沉积，致使水体系统的分解环节受抑制，造成硝化反应难以 通畅完全进行，自净能力减弱，产生多种有机酸及氨氮、亚硝酸盐、硫化 氢、甲烷等中间有毒有害产物同时，这些中间有毒产物也可再由含氮化合 物通过反硝化 细菌还原而 返复积累。 自然 状态下水体氮素的来源 ：①一些 固氮 藻类及 固氮 细菌能 把大气层中的氮 气转变为有效氮 ;②鱼类等水生 动物的 最终代谢产物主 要为氨 氮 )，其次为 素和 酸 ;自 与有机 沉积物的 矿 化 作用 ，使以 颗粒 结 合 着 的有机氮以 N的形式 释放到 水体中 ④地 面 泾流 及 域 外 污 水 串用带 来的氮的 污染问题 也 愈加突出 ，等等。 对 自然 状态的氮 素来源 构 成及 转化过程应 清楚 把握和准确运用，才能不悖其水体物质转化循 环 规律 ， 达到健康高 效生 态养殖的 目 的。 2养殖水体生态系统的生物组成 消费者、分解者、生产者是养殖水体生态系统的生物组成部分。 其特点是：①消费者：鱼虾类养殖动物为整个生态系统的核心，数量多、 投饵量大，产生大量的排泄物和残饵 ②分解者：微生物的数量与种类较 少，大量的有机物无法及时分解，经常处于超负荷状态，水质恶化 ③生产 者：藻类数量少，无法充分利用有机物降解产生的营养盐类，导致 NH3-N和 -N等有害物质积累以至污染。因此，这种片面强调消费者，而忽视分解 者和生产者的生态系统是极为不平衡的，常使其循环过程存在两处 瓶颈 梗阻。 水体物质循环的中间部位 即有机物的生物分解转化环节 ,水中有机物在异养微生物的作用 下，第一阶段是碳 氧化阶段， 初步被分解 出的产物是 二氧化碳 (CO2)和 氨， 物质大部分以 3的 。在 下 (为2℃，一 有机物第一阶段的 化分解 在 d成。第 阶段是 质的 化过程，在 化 的作用下 氨)化成 态 氮(NO3--N);在硝化细菌的作用下再进一步被氧化成植物生长所需要的硝态氮(NO3--N)。在20℃自然条件下，第二阶段的氧化分解需百日才能最终完成。当水体缺氧时，另有一类反硝化细菌可以把硝酸盐(NO3-)还原为亚硝酸盐)，还原为或游离或气，失去营养作用，成为物不能直接利用的氮。这种游离氨或氮气由水体界面逸入空气的过程称为脱氮效应。在交换性较差的水体中，硝酸盐被还原的趋势增大，NH3-N浓度积累再度升高。在养殖环境中毕竟水体溶氧还达不到被完全消耗的状态，仅在底泥过厚的无氧状态时部分被反硝化出的氮气溶入水体，于是此过程的脱 氮逸氮能力是有限的，水体与底泥氨氮的总量常会居高不下。 3转化的过程 从含氮有机物到氨氮所用的时间较短，从氨态氮到亚硝酸盐时间 也不算长，由于硝化细菌繁殖速度较慢，从亚硝酸盐转化到硝酸盐需要时间就相对长一些。转化过程的快慢和自净平衡的能力取决于水体温度、溶氧和有益菌群数量的三大因素。在养殖生产中，如果系统达到一定的自净平衡状态，水体氮循环会比较正常，三态氮会一直维持在稳定状态。但传统的养殖方式，忽视分解者和生产者的地位与作用，加速了水体环境恶化频度而传统的病害防治意识，又片面定势微生物的致病作用，定期或反复滥用杀菌消毒剂及抗菌素，在把病菌扑灭的同时，也把系统中为数众多的有益菌 (系统正常状态时，有益菌群 占 95%以上 ， 条件 致病菌 占 4%,而有害菌不到 1%)统统 灭,浮游植 物也 遭受 到 殃 及或同被 扑灭， 光合 作用 再 度减弱 ，产氧与 供 氧机能 更 为不 足 ， 进 而又会 造成浮游动 物大量 死亡分解与氨氮物质的重复积累，势必造成硝化过程受阻，这就是水中氨氮和亚硝酸盐含量高的主要原因。然而，部分有害致病微生物往往是抗性极强，不易扑灭，反而又容易复发侵袭致病，造成养殖水体环境恶性的循环状态。氨氮在水中的 存 在 形 式与 毒性氮在自 然界存 在的 形 式有 9种之 多，在水体中 变 化较大，一 般 在pH值 7～ 8的常温状态时，有机氮物 质约占 ，氨态氮 可占 %， 其它以 硝态氮的 形 式 存 在。但在高温 季节 有机 腐败 物 质积蓄 较 多的养殖水体中， 氨态氮 等 有害物质的含量与作用就会相应增加。分 子 氨 及其 毒性氨氮 (NH3-N)是水体中无机氮的主要存在形式，通常氨主要以 离子状态存在，并包括未电离的氨水合物 (NH3·H2O)。用一般的化学分析 方法 (奈氏试剂法 )测定的氨的含量，实际上是离子氨 (NH4+、也称铵离子 )和分子氨 (NH3、也称非离子氨 )二者的总和。其二者的含量主要取决于水的 pH值和水温程度。 pH值增加，分子氨 (NH3)的比率增大，随水温的升高也 稍有增加。 pH值接近 10时几乎都以分子氨 (NH3)的形式存在。 分子氨 (NH3)与离子氨 (NH4+)在水中可以相互转化，但它们是性质 不同的两类物质。水合氨 (NH3·H2O)能通过生物表面渗入体内，渗入的数 量决定于水与生物体液 pH值的差异。任何一边液体的 pH值发生变化时， 生物表面两边的未电离 NH3的浓度就会发生变化。 NH3总是从 pH值高的一 边渗入到 pH值低的一边。如 NH3从组织液中排出这是正常的生 理排 泄现象;相 反， 若鱼类 等生物 长期生 活在含 NH3量 较高的水体中，不 利于体内氮 废物的排 泄， 再若NH3从水体渗入组织液内，就会形 成血氨中 毒。 NH4+不能 渗过生物表面， 因此它 对生物无 明显的 毒害。 关于氨的 毒性，以 前常以总 氨 (NH3+NH4+)的浓度表 示， 然而在 pH值 等水质 条件不同时， 即使 总氨量一 样，毒性也可能相差很大，而用分子氨浓度表示毒性，就更为确切。养殖水 域 中离子氨 允许 的 最 高浓度 为每 升 5mg氮， 而分子氨在 每 升 ～ 1mg氮浓度 时 ,就 对大 多 鱼类 产 生 危 ,为 ,养殖 水 域 中分子氨浓度 允许 的 最 高值 仅为每 升氮。渗 进 生物体内的分子氨 ， 将 液中 红蛋白 分子的 +氧化 成为 Fe3+,降 低 血液的 载氧 能 力 ， 使呼吸 机能 下降 。氨主要是 侵袭粘膜 ，特别 是 鱼鳃 表 皮 和 肠粘膜 ，其 次 是神经系统，使鱼类等水生动物的肝肾系统遭受破坏;引起体表及内脏充血，严重的发生肝昏迷以致死亡。即使是低浓度的氨，长期接触也会损害鳃组织，出现鳃小片弯曲、粘连或融合现象。亚硝酸盐及其毒性 亚硝酸盐是硝化反应不能完全进行的中间产物，此时，水体溶氧 缺乏，水性偏酸，加重了亚硝酸盐的毒性。此外在秋冬季节，池塘水温的 突然变化，也会阻碍硝化细菌的作用，使亚硝酸盐的浓度增高。亚硝酸盐 的作用机理主要是通过生物的呼吸，由鳃丝进入血液，与血红蛋白结合形 成高铁血红蛋白。血红蛋白的主要功能是运输氧气，而高铁血红蛋白不具 备这种功能，从而导致养殖生物缺氧，甚至窒息死亡。一般情况下 ,当水体 中亚硝酸盐浓度达到 l,就会对养殖生物产生危害。 硝酸盐氮及其危害 一般认为硝酸盐对水生动物没有不良影响，其实在水体硝酸盐的 浓度 较高 (60mg/l)、时间 较长时，也有一 定的危害。 较高浓度的硝酸 态氮，如果不能及时被微生物或植物吸收转化为其它形式带走，一直会处于三态氮的动态循环中，一旦水体溶氧不足，随时都会转入反硝化过程，又以氨氮、亚硝酸盐的形式危害水生动物。温室大棚缺乏光照的育苗与养殖水体，排污换水不及时氨氮不易脱离出水体，诱发出种种病害，致使太多的养殖与育苗生产不成功或失败。如在20世纪90年代我国的养鳗、养鳖及部分虾蟹育苗产业大起大落，长期难以摆脱困境，与水体有机物质转化不畅、自然生境模仿不成功等因素有直接的关系。我国渔业水质标准中规分子浓度≤l，对鱼类生繁殖等生命活动不会产生影响。在养殖水体中分子氨浓度介于～l的，仍在鱼类可忍受的安全范围内。肥水鱼塘氮总量氮计算)正常范围认为是～l，超过l时就构成污染，超过l时对鱼类的毒性较大。综合因子的毒性效应养殖水体溶氧低、氨氮和亚硝盐氮浓度高三者协同作用，是诱发 式导致鱼类等水体生物中毒、发病、死亡的主要因素，此外，其它因素也 不可忽视。水体 pH值过高时，离子氨 转化为分子氨 ，其毒性 增大。在 pH值低于时，水体呈酸性，酸性水能使鱼类血液的 pH值下降， 造成血红蛋白运输氧的功能发生障碍，致使鱼组织内缺氧，形成生理性缺 氧症。此时尽管水中溶氧量正常，鱼仍然会浮头呆滞，表现出缺氧状态。 若 pH值过低时，水体中 S2-、 CN-、 NO3-等转变为毒性很强的 H2S、 CO2、HCN(氰化物 )等物质形式，增强各种有害因子的协同效应。此现象在夏秋高 温高湿 季节的 密养水体会 经常发生，造成缺氧死鱼， 甚至可能导致 整池鱼虾覆灭， 既使能 被解救出 来的 个体， 2～3d内也 难以恢复正常生 命活动， 续呆滞 懒动， 严重影响摄食 和生 长 。养殖水体氨氮物质 调控 氨氮物质是养殖水体 最 主要的 营 养成分， 适 量 施肥 增 加 浓度，是 培育 浮 游 生物 天 然 活饵 、增 加 溶氧， 保 障 健康 高效养殖的 便捷 有效 途径 ，符合 生态养殖发 展模 式 ;若氨氮 积累 过量，会 直接 影响养殖生物的生 长 ， 至还 会出现 急 性氨中毒等 重度 危 害现象。为 达到 高 产 高效 目 的， 又 不出现 养殖 损失 ， 就 要 求熟练观测 水质理化因子状态与变化趋势，主动调节水质， 优 化 饵料结构 ，使养殖生物 处 于 最优 的生 存与 生 长环境 ， 将传统 的“以鱼为中 心 转 移到 “以水为中 心 ”的 观念上 来施肥 要 确保 有效性和 安全 性有 机肥 要 先稀释 溶化、 杀虫 灭菌 ， 少 量 多次地泼撒 于表温 层 水体，使硝化反应得到充分进行，以防NH3的过量积滞。水中溶氧不足时，不可直接泼撒挥发性强的铵态氮类肥料，如碳酸氢铵、硫酸铵、氨水等;对盐碱底质的池塘和用生石灰处理不久的水体，由于水的碱度、pH值偏高，要科学施肥，以免氨氮中毒危害，一般铵态氮类肥料用量每米水深每亩次 不超过。偏肥的水体，尤其是在高密度养殖中后期，老化混浊、多氮寡 磷，偏高温碱性的蓝藻类植物会大量繁殖，此时的施肥应以补磷抑氮为 宜。混合泼撒时宜先磷后氮，并间隔一定时间。冬季也应注意补磷补钙， 改善水质理化条件。 对老化水体要及时调节 在循环经济、节水控污的时代要求 下，尤其要注重机械增氧，使水体上下层面交流，消除水体成层及氧债现 象，促进有机腐败物质的分解及 完全硝化 反应，使 阳光、 营养 元素与水 源都能得到充分 地利用。在 缺氧应 急情况下 还可使用增氧 剂， 常用的增氧 剂有过氧化钙 等产品。4接种有 益 藻类除氮增氧 利用有 益 藻类 吸收 水体 内 过 剩 的氨氮、 CO2等物质， 形 成 优势群 体，即能抑制有害藻类生长，又能产生水体生物赖以需求的氧气，改善水体生态环境。这类有益藻主要有小球藻和螺旋藻等，蛋白质含量都在50%以上，是鱼类等养殖品种非常好的天然饵料。高浓度氨氮急救发生急性氨中毒时，还可以对水体撒布粘土(活化性的)、沸石粉等物质，使粘土矿物的胶体粒子吸附、凝聚固定水体的氨氮、硫化氢等物质，使粒子周围的水体趋向于酸性，有一定的急救效果。这些矿物粒子可以补充多种，对氨氮物质还有储存和缓释作用。用生物技术加快有机物的碳氧化、硝化过程养殖水体环境本身就是一个由多种微生物组成的动态平衡系统，有益菌和有害菌共存，在环境恶劣时有害菌的作用占优势，这就需要向水体添加有益微生物，通过大量繁殖成为优势种群来抑制有害病菌的生长，同时通过有益微生物的新陈代谢，可降低水中过剩的营养物质和其它有害 物质。目前应用得较为广泛的是光合细菌 )，红螺菌科的光合细菌 (球形红假单胞菌等 )无论是在有光照还是无光照，有氧还是无氧的条件下都能 通过