什麼是生物絮團養殖技術?一文為你揭開其神秘面紗

英霍夫沉降杯如何使用

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《當代水產》雜誌社報道：

一

什麼是生物絮團?此概念(此項技術)出現在什麼時候?

生物絮團技術(BFT)

是借鑑城市汙水處理中的活性汙泥技術，透過人為向養殖水體中新增有機碳物質（ 如糖蜜、葡萄糖等），調節水體中的碳氮比（ C /N） ，提高水體中異養細菌的數量，利用微生物同化無機氮，將水體中的氨氮等含氮化合物轉化成菌體蛋白，形成可被濾食性養殖物件直接攝食的生物絮凝體，能夠解決養殖水體中腐屑和飼料滯留問題，實現餌料的再利用，起到淨化水質、減少換水量、節省飼料、提高養殖物件存活率及增加產量等作用的一項技術。

以色列養殖專家 Avnimelech

（1999）首次提出了“生物絮團”技術（Biofloc Technology，BFT）在水產養殖中的應用，並在世界各地推薦和倡導的生物絮團技術的應用。珠江水產研究所謝駿研究團隊申請並獲得國內首個發明專利“一種水產養殖用生物絮團的培養方法”（授權號為ZL 201110341362。3）。

二

生物絮團的理論基礎是什麼?

細菌的絮凝機理一些研究者認為細菌絮凝是物理作用引起的。有研究證實許多細菌表面帶負電荷，負電荷之間相互排斥，使得細菌分散在水體中，當這些負

電荷由於某些原因被中和，細菌就產生絮凝。也有部分研究者認為，導致細菌絮凝的原因還可能是高分子架橋造成的，架橋包括了鹽橋、物理作用、直接化學鍵作用等。除此之外，一些大分子物質如纖維素、粘多糖、蛋白質等也可能參與了這個過程。在水產養殖中，水體中存在大量的異養細菌，這些細菌參與了生物絮團的絮凝過程。

生物絮團形成的理論方程式透過對生物絮團形成的不斷深入研究，有研

究者得出了生物絮團形成的理論方程式（Ebeling & Timmons， 2007）。

理論方程式為:

NH4++ 1.83 O2+ 1.97 HCO3?→ 0.0244 C5H7O2N + 0.976 NO3?+ 2.90 H2O + 1.86 CO2

由理論方程式可知:

氨氮、有機碳源、溶解氧和鹼度是生物絮團形成過程中必需的。生物絮團形成過程是水體中的異養微生物利用氨氮以及外源新增的有機碳源、消耗一定的溶氧和鹼度，轉化為異養微生物自身成分的過程。在生物絮團體系中，水體中的氨氮轉化成異養細菌的生物量，與硝化作用相比異養氨轉化消耗更少的溶解氧，表現出異養氨轉化較硝化作用的優勢。此外，異養細菌的生長速度約是硝化細菌等自養細菌的10 倍。生物絮團對氨氮的異養氨化明顯高於硝化反應。

傳統的水產養殖中，水體中的碳主要來源於光合作用和飼料，這些碳無法滿足異養微生物生長所需，而且，水體中的氮經常會由於殘餌和養殖動物排洩物處於較高水平，若此時新增額外碳源，異養微生物就會同化水體無機氮轉化為自身蛋白，同時作為食物被水生動物攝食，並能夠淨化養殖水體。

三

生物絮團的組成及其核心物質?

生物絮團是養殖水體中以一樣微生物為主，經生物絮凝作用結合水體中有機質、原生動物、藻類、絲狀菌等形成的絮狀物。該絮狀物由以菌膠團、絲狀細菌為核心，附著微生物胞外產物胞外聚合體，和包內產物聚-β- 羥基丁酸酯，多聚磷酸鹽，多糖類等，以及二價的陽離子，附聚的異養菌、消化菌、脫氮細菌、藻類、真菌、原生動物等生物形成的絮團。

有研究表明生物絮團的幹物質中，粗蛋白質的含量超過50%，粗脂肪含量為2.5%，纖維含量為4%，灰分為7%，是雜食性和濾食性魚類較好的餌料。

四

生物絮團具體在生產中是如何應用的?國外及國內各地都有哪些應用研究和例項?請介紹下。

(一)生物絮團具體應用關鍵控制技術

1、生物絮團控制

在生物絮團養殖系統，允許廢物顆粒在水體中存在，甚至在充分曝氣的條件下透過有機碳源來促進有機顆粒物和生物絮團的積累（Browdy et al。， 2012）。在水體混合充分的狀態下，生物絮團和有機顆粒會達到很高的水平。生物絮團養殖系統通常的懸浮有機顆粒物管控水平應低於1000mg/L或者更多時候低於500mg/L。懸浮顆粒物濃度在200~500mg/L範圍內，足夠以維持系統功能良好運轉，並在水呼吸不過量耗氧下有效控制水體氨氮水平。

在跑道式生物絮團養殖系統中研究發現

，當懸浮顆粒物濃度在100~300mg/L之間，養殖對蝦的攝食活性最佳（Ray et al。， 2011）英霍夫錐形管常用來簡單監測反映生物絮團密度（生物絮團沉降體積BFV：一定時間內的沉降的懸浮顆粒物體積）（Ray et al。， 2011）。

在鋪膜的生物絮團養殖池中

，生物絮團沉降體積在10~15mL/L範圍內，對養殖對蝦是比較合適的。隨著生物絮團密度的增大，水體耗氧需求也相應的增大（Browdy et al。， 2012）。

因而，生物絮團密度必須維持一個儘可能低的適宜範圍，以保證系統功能的正常運轉（水質調控尤其是控制氨氮濃度），這樣才不需要額外增加充氣強度和消耗更多的電力。另外，相對低的生物絮團密度也減少了水體中光照強度的遮蔽，從而使得微藻類光合作用得以正常進行，併為水體補充一定的溶解氧濃度。

因此，零水交換養殖系統中過量的生物絮團和懸浮顆粒物需要定期移除，依據養殖系統的構造，選擇的方式有中央排汙管道、沉降池以及泡沫分選器等（Browdy et al。， 2012）。

2、投入C/N比平衡控制

在生物絮團系統構建過程中，投入的C/N比是控制氨氮濃度的主要因素（Ebeling et al。， 2006， Hargreaves，2006）。一般地，含30%~35%粗蛋白的飼料含有較低的C/N比，約為9~10。提高比至12~15，將會有利於異養菌同化氨氮過程。

在養殖系統中提高C/N比的方法主要有兩種:

一是往養殖水體中新增有機碳源，一是使用低蛋白含量的配合飼料。補充有機碳源後，異養菌可以迅速地同化吸收氨氮，而且這一過程較微藻的光合吸收過程更穩定可靠。

用於新增的有機碳源主要考慮如下因素:

一是可以被最快利用的，簡單的碳水化合物，例如葡萄糖、蔗糖等。其優點是反應應答快，不足之處是，需要不斷的新增，以保證基本需要和迴圈利用。二是複合的碳水化合物，例如澱粉、木薯粉、穀物粉等。它需要首先為微生物分解為小分子，才能被利用。優點是穩定、持久，不足之處是反應慢，需要的時間長。在生物絮團養殖系統構建之初，一般需要快速反應，因此最好使用簡單的糖類。

必須注意的是

，要想透過異養菌同化過程來實現氨氮的完全控制，必須持續不斷地新增大量的外源有機碳源，尤其是在飼料蛋白越高的條件下，新增量越大。一般地，對於1kg的30%~38%蛋白飼料，對應的需要新增0。5~1。0kg的糖。當然，在有其它氨氮轉化途徑存在的條件下，可以適當減少有機碳源的新增量，因為持續地新增有機碳源也會帶來一些弊端。有機碳源會極大地促進異養細菌的增殖，形成大量的細菌汙泥，如果不加以控制，會影響養殖對蝦的生長存活。而且，系統需要投入更多的溶解氧來滿足大量微生物呼吸需求，以及額外的能量來保持生物絮團呈懸浮狀態。

因此，必須及時從系統中移除和處理過多的絮團顆粒，以防系統的崩潰。一般地在系統中硝化類細菌發展成熟並達到穩定後，就可以停止有機碳源的新增，此時不會導致水質的不穩定和氨氮、亞硝酸鹽氮的激增。

一旦有機碳源停止新增後，系統自然地會轉變為以自養細菌為主導的氨氮轉化過程。硝化細菌懸浮系統建立起來後，就不用考慮有機碳源的新增或投入C/N比問題。這種策略強調透過利用生物絮團中附著的硝化類細菌的硝化作用來控制氨氮。混合充分的養殖系統在沒有有機碳源新增下自然地傾向於透過這一途徑來控制氨氮，只是在這一過程中，會消耗大量的鹼度（碳酸氫根離子）。

當然，生物絮團系統內氨氮轉化的三種途徑都會消耗鹼度，而以硝化作用過程佔據大部分。反過來講，透過提高養殖水體的鹼度，會適度地加速自養菌的生長增殖以及硝化過程。因而，間斷地潑灑生石灰或碳酸鈉對於維持硝化細菌懸浮系統是必須的。

3、水體鹼度調節

水體鹼度對維持生物絮團系統功能也很重要。鹼度反映了水體的緩衝能力，表現在外源新增酸或鹼時pH的波動幅度。生物絮團系統需要保持足夠的鹼度，一方面養殖動物和微生物呼吸產生大量的二氧化碳融入水體中會中和一部分鹼度，另外一方面微生物過程尤其是硝化作用會消耗大量的鹼度。一旦鹼度降到很低，pH值會緊隨著急劇下降，不但影響養殖魚蝦的生長存活，也會抑制細菌微生態功能的發揮。

微生物生態功能的失衡會導致氨氮、亞硝酸鹽氮的積累，並引起水質的惡化，進而嚴重影響養殖魚蝦的攝食、生長和存活。鹼度可以透過定期地新增碳酸氫鈉來保持合適的水平範圍100~150mg/L，其它的鹼性化合物也可以使用，如碳酸鈉、氫氧化鈣。在集約化的自養菌主導的生物絮團養殖系統中，每投餵1kg的飼料大約需要新增0。25kg的碳酸氫鈉。

當然，在實際養殖操作過程中，至少每週定期的進行鹼度監測，並依據需要來確定新增量。

4、曝氣和攪拌

水產養殖環境中，需要充分曝氣和攪動，從而提供足夠的水體混合強度。生物絮團中異養細菌的生長需要充足的氧氣，所以需要不停的曝氣。緩慢的攪拌，可以增加水體當中細菌團塊相互碰撞的頻率，從而促進了細菌的絮凝； 而強烈的攪拌可能會導致湍流，增加了水體中的剪下力，這不僅會導致絮體尺寸變小，而且也會使己經形成的絮體再次分散到水體中。

因此，需要根據養殖物件的需要確定生物絮凝體的大小，進而確定適宜的水體混合強度和攪拌速度。有研究表明養殖池內0。5-5mm 的有機懸浮物，可以使對蝦增長提高53%，而大於5mm，僅增長36%，而少於0。5μm的有機顆粒，包括溶解態的有機物並不對對蝦生長起作用（Avnimelech， 2012）。

生物絮團系統中主要的功能單位是生物絮團，生物絮團中大量的異養細菌需要消耗大量的氧氣，此外養殖動物也需要消耗一定氧氣，所以在應用生物絮團技術的過程中需要有充足的氧氣。生物絮團是由大量的異養細菌聚合而成的，充分的曝氣有利於異養細菌的聚集，加速生物絮團的形成，而持續的曝氣使絮團懸浮於水體中，這樣有利於減緩絮團的墮化，一旦曝氣停止，絮團會很快沉積在池底，長時間的沉積最終導致絮團的死亡，導致水質的惡化，因此，持續的曝氣是極其重要的，儘可能保證養殖水體有充足的氧氣。

(二)應用例項

位於中美洲的比利茲水產養殖場（Belize Aquaculture Farm）可能是當時生物絮團技術商業化應用得最為成功的案例，其採用1。6公頃的鋪膜池塘生產了大約11~26噸公頃茬的對蝦產量（Browdy et al。， 2001）。隨後在全世界範圍內，有規模的對蝦池塘養殖所採用的生物絮團技術基本上都來自於比利茲水產養場的相關經驗。

而在80年代的美國

，Serfling等人實現了生物絮團技術的首次商業化應用，他在加利福尼亞州太陽養殖場設計了首個生物絮團養殖系統，並進行了羅非魚的規模化養殖（Serfling， 2006）。此後，Avnimelech等人在以色列集中研究了生物絮團技術在羅非魚封閉式集約化養殖中的應用，而美國的沃德爾海水養殖中心（Waddell Mariculture Center）也開展了生物絮團技術在凡納濱對蝦封閉式集約化養殖中的應用（Browdy et al。， 2001；Avnimelech， 2007）。

進入21世紀

，美國馬里蘭州、佛羅里達州、夏威夷州和德克薩斯州等地方的多個研究所又都相繼開展了生物絮團技術在室內跑道式養殖池中的應用，採用的是超高密度養殖模式。其中，應用最成功的當屬馬里蘭州的Marvesta養殖場，在~570m3的室內跑道池內產出了45噸的新鮮對蝦（Emerenciano et al。， 2013）。

五

普通養殖戶能否應用這項技術?該如何應用到它?

普通使用者最好經過學習以後才應用該技術，否則容易出問題，因為生物絮團系統耗氧厲害，容易缺氧死亡。當然，也可以簡單在水體中應用一些糖蜜、葡萄糖等物質來降低一些水中氨氮和亞硝酸鹽。

六

生產中應用生物絮團能達到什麼效果?

生物絮團技術（ Biofloc Technology，BFT） 是當前比較先進的水產養殖技術之一（Crabet al。， 2012），具有淨化水質、減少換水量、提高飼料利用率的作用（Chamberlain et al。， 2001；Hariet al。， 2004），在以色列、美國、泰國、印度及巴西等國家的對蝦及羅非魚養殖上取得較大成功（Emrenciano et al。， 2013）。此外，有研究進一步發現（Crab et al。， 2010），BFT 具有生物防治作用，可明顯增強養殖物件的抗病能力，並提高存活率。

七

據瞭解，有反應說生物絮團在實際生產中的應用並不是很理想。其中的原因是什麼?生物絮團是否只是一個概念?這些年的實際應用效果如何?

生物絮團技術目前無法有效推進的關鍵仍然是受限於成本太高，主要是電費成本，理論上維持生物絮團的正常生存需要24小時不間斷增氧，這對於大多數模式而言均有難度；在這，用碳源平衡氮素，而且比例要求碳氮比12~15，碳源增加的成本也是一筆不菲的費用，這是最起碼也是繞不過的一道障礙，再加上該技術相對以往的技術難以掌握，有反應說生物絮團在實際生產中的應用並不是很理想也是很可以理解的事情。

生物絮團是新概念，理解之後還要結合實際才能有價值，否則也只能僅僅是個概念。

整體來講，這些年的實際應用效果不如想象的好，也是因為上面說的原因。

八

請介紹下您及研究團隊應用生物絮團方面的具體情況，實驗資料，以及取得的成績?

珠江所團隊近10年獲得了3個生物絮團相關的國家發明專利，相關文章也在國內外專業期刊發表。主要系統探索出生物絮團技術對於大宗淡水魚草魚、鱅魚和鯽魚的效果，發現給予適宜條件，草魚養殖池最容易產生生物絮團，但是草魚在形成生物絮團的環境中生長效能下降顯著。鱅魚適合生長在生物絮團的水中，且能夠利用生物絮團為餌料，因此在生物絮團水體中，鱅魚的生長效能顯著提高。鯽魚也與鱅魚一樣適宜生活在生物絮團的環境中，且可以利用生物絮團為餌料。

因此，我們重新從生物絮團角度來構建大宗淡水魚的集約化混養模式，已經在廣東珠三角地區建立起三年零排放的淡水養殖新模式。這一成果不僅對中國的水產養殖具有指導意義，對於世界的水產養殖也是一個巨大的貢獻。

〓（

未完待續）

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自David心在雲端

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