水产养殖水体污染及微生物修复的研究

现代农业科技2011年第17期资源与环境科学

水产养殖水体污染及微生物修复的研究

刘道玉

吴伟

（中国水产科学研究院淡水渔业研究中心，江苏无锡214081）

摘要养殖水体常由于饵料残留、药物及抗生素的过度使用、池底淤泥等原因导致水质逐渐恶化，加之工业污水及生活污水的排放，使水体中氨氮、亚硝酸盐、硫化物、COD、BOD等指标严重超标。微生物修复技术绿色环保，成本低，能够消除污染物，净化水质，可以抑制水中有害微生物的繁殖，提高水产动物的免疫力。该文介绍我国水产养殖水体污染状况及微生物修复在水产环境中的研究进展。

关键词水产养殖；水体污染；微生物修复中图分类号X52文献标识码A文章编号1007-5739（2011）17-0253-04

ResearchonWaterPollutionandMicrobialRemediationofAquaculture

LIUDao-yuWUWei

（FreshwaterFisheriesResearchCenter，ChineseAcademyofFisherySciences，WuxiJiangsu214081）

AbstractFoodresidues，excessiveuseofdrugsandantibiotics，bottomsludgecancausegradualdeteriorationofwaterquality，coupledwithindustrialeffluentsandlifesewagedischarge，sothatammonianitrogen，nitrite，sulphide，COD，BODandotherindicatorsareexceededseriously.Thetechnologyofmicrobialremediationisgreen，lowcost，notonlyeliminatespollutants，purifieswater，butalsoinhibitsthereproductionofharmfulmicroorganismsinwater，improvestheimmunityofaquaticanimals.Thepaperintroducedthewaterpollutionstatusofaquacultureinourcountryand

theresearchprogressonmicrobialremediation.

Keywordsaquaculture；waterpollution；microbialremediation

水体是鱼虾等水产动物生存生长所必须依赖的环境，水质的好坏是水产养殖特别是集约化养殖成败的关键。随着水产养殖业的迅速发展，水质污染越来越严重。目前应用于水质处理的有物理、化学、生物等修复方法。微生物修复是一种利用微生物对环境污染物吸收、代谢降解的技术。20世纪90年代初，澳大利亚著名微生物学家Moriarty在养殖系统内部的微生物生态学方面进行了长期地研究，提出了利用微生物生态技术控制养殖病害的可行性及其对养殖可持续发展的重要意义。有益微生物能够将复杂的有机物转化为供浮游生物生长繁殖所需的简单无机物，同时净化环境，维持水产养殖环境的生态平衡。该文主要阐述目前我国水产养殖水体污染状况以及微生物修复的研究进展，同时提出几点意见，以为水产工作者提供参考。

中常进行过量的施肥投饵，大量残饵、渔用肥料、养殖动物排泄物和生物残骸所产生的氨氮、亚硝酸盐、硫化物等成为主要污染物，使养殖水体的自净能力严重下降。据报道[1]，所投饲料有10%～20%并不被养殖动物所摄食，而是存留于水体环境中；被摄食的饲料氮约有20%～25%用于生长，75%～80%以粪便和代谢物形式排入水体；被摄食的饲料磷，约有25%

～40%用于生长，60%～75%排入水体。同时这些营养物可能成为水体富营养化的污染源，钱宏林等[2]对广东沿海1980—1992年发生的66起赤潮事件进行研究分析，指出海洋污染

和海水养殖业自身污染是赤潮发生频繁的根本原因。

1.1.2渔用药物及相关投入品所造成的污染。在水产养殖

过程中经常使用杀菌剂、杀寄生虫剂等防治水产动物疾病；使用杀藻剂、除草剂控制水生植物；此外，还使用消毒剂、环境改良剂等投入品。相关药品和投入品的使用量越来越大，造成抗药性、残留、毒性等生态风险性越来越强。同时，水产疾病防治技术的滞后及养殖户用药知识匮乏，导致大部分养殖户不对症下药，不能仔细分析病因，滥用药物使养殖水域出现药物残留进而对水域生态系统造成危害。

1我国水产养殖水体污染状况

养殖水体污染是指由于人类的活动（生产、生活等）、养

殖对象自身的分泌物和排泄物、饵料过剩、药物残留等因素造成水体破坏，水质因子平衡失调的现象。

近年来，我国水产养殖业发展迅速，养殖规模不断扩大。但是目前我国的水产养殖多数采用的是高密度集约化的养殖模式，苗种放养过量，大量施肥投饵，使残留饵料、水生生物排泄物及尸体、养殖水体底部沉积物、各种有机无机肥料等富营养因子共处一个水体，进而发生非正常变化，产生有害物质如氨氮、亚硝酸盐、硫化氢等，引起水产养殖动物发病甚至死亡。而工业污水及生活污水的排放无疑加重了养殖水体的污染，严重制约了我国水产养殖业的可持续发展。按污染来源可将养殖水体污染分为自身污染和外源性污染，现分别进行介绍。

1.1.3水体底质环境恶化所造成的二次污染。养殖水体既

是水生生物的生长环境，又是其分泌物、排泄物的处理场所。随着养殖生产的进行，大量饵料投入养殖水体，残饵和水生生物的粪便、尸体、死亡藻类不断增加而又无法排出，沉积于水体底部形成一层黑色的淤泥。淤泥中的有机物质在缺氧条件下发酵分解产生大量的中间产物，如氨、硫化氢、甲烷、氢有机酸等，这些物质轻则会影响水生动物的生长，导致饲料系数增大，养殖成本上升，重则引起水生动物中毒死亡和泛塘，对养殖业造成巨大损失。

1.11.1.1

水产养殖水体自身污染

残饵和代谢产物等所造成的污染。在高密度水产养殖

刘道玉（1987-），男，山东临沂人，在读硕士研究生。研究方向：环境微生物及其在生物修复上的应用。

1.2水产养殖水体外源性污染

1.2.1生活污水污染。近年来，由于城乡人口的不断膨胀以

及人民生活水平的大幅提高，生活污水的排放量和有机物的含量日益增加。生活污水中的铁、锰、氢氧化物悬浮物引作者简介253

资源与环境科学

浊减少了太阳辐射使水体初级生产力下降。生活污水产生的恶臭可导致水生生物产生回避及死亡等生物效应，水产品食用价值也大打折扣。生活污水中有机物大量富积，造成水体色度加深，出现富营养化，从而导致缺氧浮头及死亡。

有机碎屑

（残饵、粪便、死亡动植物体等）

生物代谢死亡

生物大分子

（蛋白质、脂肪、多糖）

移出环境

微生物微生物呼吸作用浮游植物

微生物

小分子有机物（多肽、高级脂肪酸等）

现代农业科技2011年第17期

微生物

更小分子有机物

（氮基酸、低级脂肪酸、单糖、环烃等）

微生物

无机化合物

（CO2、H2O、NO3-、NH4+、PO43-、SO42-）

1.2.2工业废水污染。工业废水对渔业水体

污染是毁灭性的，造纸废水中的硫化物可使所有鱼类致死[3]；农药产品和原料都是鱼类的克星；冶金矿山废物中的重金属会毒死一切水生动植物；皮革厂、肉类加工厂废

图1微生物对水体的净化作用机理

自养型微生物。①硝化细菌（nitrifying）是一种好氧性

水排入水体可使水色加深，浊度加重，减少太阳辐射，限制鱼类正常活动与摄食。工业废水还可能引起水温骤升，引发水体生物种群的变化与更迭，破坏水生生态平衡。同时工业废水的恶劣气味可致水生生物死亡，使水产品失去食用价值。据有关媒体报道，75%的死鱼事件是由工业废水污染造成。

富营养化问题。

2.3.1

的化能自养细菌，包括亚硝化细菌和硝化细菌。亚硝化细菌将水体中的氨氮转化为亚硝酸氮，硝化细菌将亚硝酸盐氧化为对水生动物无害的硝酸氮。硝化细菌制剂是一种用于控制养殖水体氨浓度的处理剂，使用相当方便，能发挥立竿见影的效果。尹文林等[6]用复合硝化菌制剂改良养殖池塘水质，结果显示使用0.2mg/L复合硝化菌制剂后，6d内氨氮的降解率为23.40%～34.75%，7d内亚硝酸盐的降解率为

1.2.3农业面源污染。农业面源污染是指在农业生产活动

中，农田中的泥沙、营养盐、农药及其他污染物，在降水或灌溉过程中，通过农田地表径流、壤中流、农田排水和地下渗漏，进入养殖水体而形成的面源污染。这些污染物主要来源于农田施肥、农药、畜禽及农村居民。农业面源污染是最为重要且分布最为广泛的面源污染，农业生产活动中的氮素和磷素等营养物、农药以及其他有机或无机污染物，通过农田地表径流和农田渗漏形成水产养殖水体环境的污染。与其他污染源相比，面源污染范围更广，位置、途径、数量的不确定性更大，成分、过程更复杂，更难以控制。

16.33%～36.13%，复合硝化菌制剂有降解速度快、降解能

力强、维持时间长等特点。李长玲等[7]在奥尼罗非鱼苗的培育水体中引入不同浓度的硝化细菌改善水质时发现当硝化细菌的浓度在100cfu/L时，氨氮的含量相对于对照组降低了25.05%，亚硝酸氮的含量则降低了45.16%，COD值降低了12.33%，均显著低于对照组。孟睿等[8]用硝化细菌和芽孢杆菌净化水产养殖废水，结果显示硝化细菌可以将废水

22.1

微生物修复在我国水产环境修复中的研究现状微生物修复概念

微生物修复（Microbialremediation）是指利用微生物的

NH4＋-N和NO2--N的浓度降低到0.6mg/L以下，去除率

分别为99.8%和81.44%。②光合细菌。光合细菌（Photosynthetic

吸收降解作用清除环境中污染物的一个受控或自发的过程。它包括自然和人为控制条件下的污染物降解或无害化的过程。微生物生物修复在自然界中普遍存在，只是由于环境条件的限制，微生物自然净化速度很慢。因此，需要采用提供氧气，添加氮、磷营养盐，接种经驯化培养的高效微生物等方法来强化这一过程。

Bacteria）是一类具有光能自养和异养功能的兼性细菌，例如

沼泽红假单胞菌、球形红假单胞菌和荚膜红假单胞菌。光合细菌施入水体后，可利用其独特的光合作用降解水体中的残存饲料、鱼类的粪便及其他有机物；同时，还能吸收利用水体中的氨、亚硝酸盐、硫化氢等有害物质，起到净化水质的作用。付保荣等[9]研究光合细菌对水产养殖水体的水质影响，发现鲤鱼养殖水中投放一定量的光合细菌，能明显去除水中有机物和NH4＋-N，增加DO的含量，稳定pH值。王兰等[10]将从养虾池底泥分离得到4株光合细菌混合培养后处理养虾池水，结果表明，光合细菌可以有效分解底泥中污染物，第4天COD去除率为72.59%，氨氮去除率达89.2%。罗文[11]等测定光合细菌对水产养殖水体的净化作用，结果显示光合细菌组在提高水体溶氧量和降低氨氮含量方面效果极显著，分别比对照组提高29%和降低65%。

2.2微生物修复原理

微生物修复的原理即有益微生物的净水原理是[4]：水体

中的有益微生物分解有机物作为碳源和能源而生活，有机物在微生物各种酶的作用下，经过厌氧或好氧的过程，最后被降解为无害物质。它能使养殖者在不中断养殖过程的情况下，清除养殖池塘水域底部长时间积累的大量残余饵料、排泄废物、动植物残体，使之先分解为小分子，最终分解为二氧化碳、硝酸盐等，有效地降低了水中的COD、BOD，使水体中的氨氮与亚硝酸盐、硫化物的浓度降低，从而有效改善水质（图1）[5]。

2.3.2异养型微生物。①芽孢杆菌。芽孢杆菌（Bacillaceae）

是一种能形成芽孢的革兰氏阳性菌。可以直接利用水体中的硝酸盐和亚硝酸盐，从而起到改善水质的作用，同时还能利用其分泌的蛋白酶等多种酶类和抗生素，抑制其他细菌的生长，减少水产动物的病害。它在养殖水环境中能形成优势菌群，其功能优于光合细菌而有望成为其替代品，成为目2.3我国水产养殖环境微生物修复的研究现状

由于有益微生物制剂成本低、无毒副作用、不污染环

境，符合健康养殖的要求，所以微生物修复技术在水环境修复方面的研究引起重视，逐渐应用到水产养殖的污染处理254

刘道玉等：水产养殖水体污染及微生物修复的研究

作用时发现，枯草芽孢杆菌可迅速有效地降低水体中的硝酸盐、亚硝酸盐含量，4d后去除率均达99%以上。苏跃朋等[13]利用芽孢杆菌制剂改良养殖虾塘底质，结果表明有机碳未出现积累，芽孢杆菌降解有机碳效果显著；总氮出现积累现象，处理组与试验组之间差异不显著；碳氮比在底质中呈下降趋势。②蛭弧菌。蛭弧菌（Bdellovibrio）是寄生于其他细菌并能导致其裂解的一类细菌，有类似噬菌体的作用。蛭弧菌对水中细菌有很强的裂解作用，还能改善水质的理化指标，氧化降解氨氮、净化水体、提高透明度。张梁等[14]研究了噬菌蛭弧菌对草鱼池水质及细菌群落的影响，结果表明试验组平均COD、NH3-N、硫化物显著低于对照组，而DO值显著高于对照组；池水细菌总数及致病菌的数量也随着噬菌蛭弧菌浓度的增加而发生几何级数减少。李怡等[15]以0.75

在250mg/L以内时，接种短乳杆菌48h亚硝酸盐可全部去除。⑥霉菌。霉菌在水产养殖业的应用还未见报道，但在工业废水处理中应用比较广泛。胡筱敏等[23]研究霉菌对淀粉废水的研究表明处理净化后废水COD去除率可达97.5%。张慧等[24]研究曲霉菌体Aspergillussp吸附水中六价铬时，发现在pH值为2，温度为30℃，吸附时间为8h，吸附剂用量为

12g/L的条件下，六价铬初始浓度为20mg/L时，吸附率达

到97.9%。梁峙等[25]研究米曲霉菌丝球对铅的吸附作用，结果显示用0.2mol/LNaOH处理该菌丝球后，其对铅溶液的吸附率达到了95%以上。以上这些说明霉菌作为一种潜在的养殖水体环境修复微生物具有广阔的研究和应用前景。

2.3.3其他。①复合微生物制剂。利用不同菌株的不同特性

及作用效果，将多种微生物菌株培育后复合即得到复合微生物制剂。常用的商业复合微生物制剂有益生素、EM菌、易水宝、生物抗菌肽等。侯树宇等[26]将以芽孢杆菌和乳酸菌为主体菌，并辅以放线菌组成的微生态复合菌制剂用于对虾养殖中，结果显示，试验池6d后COD去除率高达84.7%；

mL/m2的用量向乌鳢养殖池泼洒浓度为1.0×108cfu/mL的噬

菌蛭弧菌制剂，7d后NH3-N、NO2--N含量及弧菌总数明显减少，DO明显增大，乌鳢存活率提高。陈家长等[16]将蛭弧菌与光合细菌混合使用来改善养殖环境，25d后试验组比对照组池塘中的细菌总数减少了2个数量级，70d以后少了3个数量级，且COD、氨氮和硫化物的含量有明显的降低。③放线菌。放线菌（Actinomycete）是一个原核生物类群，菌落呈放线状，在自然界中分布很广，主要以孢子繁殖。放线菌作为清除者可分解蛋白质、纤维素及其他有机物，某些菌还具有除异味的功能。不但能够降解氨氮等物质而且能改善水体的味道并具有消毒作用。吴伟等[17]应用诺卡氏菌

NH4+-N被控制在较低水平，NO2--N去除率高达81.5%；DO

保持在5mg/L的较高水平。陈秋红等[27]考察了将实验室研制的复合微生态制剂MCB对水产养殖水体的净化作用，结果施放复合微生态制剂的各实验池均比未加复合微生态制剂的对照池溶氧含量明显增加，氨氮、亚硝酸盐、硫化物的含量明显降低。李卓佳等[28]将以芽孢杆菌为主体的复合微生物投入罗非鱼池塘，发现水质条件明显改善，溶氧增加，氨氮和亚硝酸盐浓度降低，优良单胞硅藻数量增加，养殖水色优良，促进了罗非鱼的生长。②固定化微生物制剂。固定化微生物技术是将特选的微生物固定在载体上，使其高度密集并保持生物活性，在适宜条件下能够快速、大量增殖的生物技术。这种技术应用于废水处理，有利于提高生物反应器内微生物的浓度，有利于微生物抵抗不利环境的影响。已知大多数具有降解能力的微生物经固定化处理后，处理效果都有明显的提升。吴伟[29]研究固定化微生物对养殖水体中

Nocardia对影响氨氮降解的各种因素进行了研究，发现降解

菌在30%，pH值7.2及氨氮初始浓度0～30mg/L范围内保持高活性，最大降解速率达3.5mg/（L·h）。吴伟等[18]利用诺氏杆菌及其与酵母菌的融合细胞处理养殖水体时，得到的氨氮去除率分别为32%和28%，另外还能大幅度去除水体中的COD、NO2--N、NO3--N等，稳定pH值，提高水中的DO。

④酵母菌。酵母菌（yeast）是子囊菌、担子菌等几科单细胞真

菌的统称，含有较高的营养成分，蛋白质含量高达45%～

65%，且富含动物所需的多种维生素和微量元素，尤其富含B族维生素，广泛用于饲料添加剂。近年来应用到水质调节

中也取得了较好的效果。黄权等[19]研究表明，饲料中添加酵母培养液（达农威水产益康）的试验组池塘中的活性磷酸盐在试验前、中、后期分别较对照组降低了3.0%、27.4%和

NH4+-N和NO2--N的转化作用时发现3个试验菌株经固定

化后其对养殖水体中NH4+-N和NO2--N的转化效率明显优于其游离细胞。高瑞美等[30]利用固定化硝化细菌去除废水中氨氮时，结果表明，固定化的菌剂比悬浮菌去除氨氮的效率高，生化反应时间比悬浮菌短2h，总氮的去除率比悬浮菌高16%，且具有较强的抗负荷冲击能力。郑忠明等[31]在野外试验围隔条件下比较了固定化微生物和游离微生物对污染底质的生物修复能力，结果显示与游离微生物组相比，固定化微生物组具有更高的污染底质生物修复能力。③高效基因工程菌株。运用生物工程技术，采用细胞融合、基因重组技术等遗传工程手段，可以将某种降解污染能力强的微生物的降解基因，转入繁殖能力强，适应性好的受体微生物中，构建出具有高效降解能力的净水基因工程菌。1968年美国生物学家查克马蒂运用质粒技术把分别降解芳烃、多环芳烃的质粒结合到降解脂烃的细菌体内，制造出一种新的“超级菌种”。在阿拉斯加石油泄漏中，几个小时内能消除海面污染原油。欧美研究净水基因工程菌工程微生物已取得，，潜在

46.2%；氨态氮在试验前、中、后期分别较对照组降低了32.9%、6.7%、38.2%。吴伟等[20]利用假丝酵母处理水体中的亚硝酸

盐时，其降解速率达0.036mg/（L·h），并发现水体中的亚硝酸盐含量、COD和Ca与Mg的比例对其降解速率有影响。

⑤短乳杆菌。短乳杆菌（Lactobacillusbrevis）是乳酸菌的一

种，革兰氏阳性菌，可以利用糖类等有机物进行生长，降低污染水体的COD和BOD，是一类重要的污水处理微生物。短乳杆菌在去除食品发酵过程中产生的亚硝酸盐上效果显著，近年来应用到水产养殖废水处理中也取得了较好的效果。吴伟等[21]研究短乳杆菌在养殖水体中去除亚硝酸盐的能力以及主要影响因素的试验中发现，短乳杆菌能够在复杂的养殖水环境中有效去除亚硝酸盐。张庆芳等[22]研究了短255

资源与环境科学

的危险。国内这方面的报道不多，但这是今后发展的方向。

现代农业科技2011年第17期

3结语

随着水体污染给水产养殖业不断造成巨大损失，人们

日益认识到水质的重要性。同时低成本、收效大、无污染的微生物修复技术也引起了世界的高度重视。

微生物修复技术优势明显，已经逐渐从应用机理和基础研究转向实际应用方面，并且取得了明显的效果，但是仍没有真正大规模、大范围地应用到水产养殖的环境修复工程中。同时微生物修复也有一些亟待解决的问题，比如相对于物理化学方法来说微生物处理速度较慢，而且制剂不够稳定，受处理环境变化的影响较大等。因此需要加强以下3个对养殖环境的微生物修复方面的研究：①加强微生物修复菌的研究，筛选或利用基因工程技术构建高效作用菌株；

②深入研究环境因子对菌株修复能力的影响，提高微生物

修复在实际应用中的效率；③加强微生物修复技术在中国水产环境修复中的应用以及大范围推广的研究。

总之，水产养殖环境微生物修复是一项安全可靠的环保技术，在清洁养殖环境、净化水质、避免水体富营养化、提高水产动物免疫力、维持水产养殖可持续发展等方面均有重要意义，将会在世界范围内得到更加广泛地重视和应用。

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44444444444444444444444444444444444444444444444

（上接第249页）

理1比CK可节约成本1350元/hm2，增收115542元/hm2。

表4不同处理对经济效益的影响

处理

平均产量

解决了作物秸秆资源浪费问题，又保护了环境，有利于循环农业的发展，具有良好的经济、社会和生态效益[5]。

由于某些环节技术掌握不到位，试验过程中出现了一些问题，如某次浇水没有浇透，番茄生长中期晴天中午出现萎蔫现象；整地时未施用底肥，部分棚坐果后有脱肥现象；疫苗处理不到位，还有1个大棚出现了根结线虫病。试验存在的问题对试验结果不可避免地造成一定影响，因而有关秸秆生物反应堆技术的应用需进一步研究和探讨。

1CK

kg/hm136545100860

2

成本元/hm2产值元/hm2纯效益元/hm2较CK增效元/hm2

1860019950436944322752418344302802115542-

3结论与讨论

试验示范表明，秸秆生物反应堆技术具有以下明显作

用：一是能够提高10cm地温2.2～4.5℃，提高棚室气温2.0～4参考文献

3.2℃，可有效解决冬季低温冻害影响，实现减灾抗灾；二是

能有效增加土壤有机质，改良土壤理化性状，培肥地力，减轻重茬效应，实现可持续发展[1-4]；三是有效促进作物提早上市，抢占市场，提高经济效益；四是增强作物长势，提高作物抗病性，减少农药和化肥施用量，生产无公害农产品，增加产；[1]徐建堂.西红柿应用秸秆生物反应堆技术[J].农业知识：瓜果菜，2009（8）：56.

[2]贺海.应用秸秆生物反应堆栽培西红柿[J].新农业，2009（5）：41.

[3]徐建堂.西红柿栽培应用秸秆生物反应堆技术[J].农业知识：瓜果菜，

2010（10）：57-58.胡维军，李祥云.秸秆生物反应堆技术在甜樱桃上的应用试验[J].山[4]

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