曝氣強度，對生物絮團技術養蝦有何解密？養殖高手揭露秘密！

曝氣強度對生物絮團技術養殖南美白對蝦的水質、養分循環及微生物群落的影響研究。

南美白對蝦（Litopenaeus vannamei）作為全球水產養殖的核心品種，養殖集約化程度的持續提升雖實現了養殖密度的大幅增加，卻也帶來了養殖水體廢棄物累積、銨態氮與亞硝酸鹽濃度超標等突出問題，不僅會削弱對蝦免疫系統、誘發病害，更易造成嚴重的經濟損失。在此背景下，生物絮團技術（Biofloc Technology, BFT）憑借微生物群落介導的水質改善、養分循環再利用優勢，成為南美白對蝦可持續養殖的重要解決方案。曝氣作為BFT系統的核心調控環節，直接影響水體溶解氧水平，進而決定微生物群落的結構、功能與代謝活性，但其對BFT系統微生物動態的具體作用機制，尤其是曝氣強度與生物絮團特性、養分循環及對蝦營養供給的關聯，尚未得到充分闡明。

為明確不同曝氣強度對BFT南美白對蝦養殖系統的影響，本研究設置三種梯度曝氣強度，系統探究其對養殖水質、生物絮團形態與組成、微生物群落功能及養分循環的作用規律，旨在為BFT系統曝氣策略的優化提供科學依據，推動南美白對蝦養殖的精細化、高效化發展。

一、材料與方法

1、實驗設計與養殖系統：

本實驗周期為2個月，設置3個曝氣強度梯度，分別為V75（75升/分鐘）、V35（35升/分鐘）和V10（10升/分鐘），每個處理設置4次重復，共構建12個獨立養殖單元。養殖單元采用40升海水養殖罐，均接入中央空氣泵系統，通過氣泡石、調節閥及獨立商用流量計控制并校準曝氣流量，全程持續充氣。

從商業孵化場選取健康一致的南美白對蝦幼蝦120尾，隨機均分到12個養殖罐中，模擬實際養殖條件開展實驗。實驗全程不換水，每周補充清潔水以補償蒸發損耗，所有養殖單元均采取標準化養護措施。

2、生物絮團培養與營養調控：

為促進微生物生物量形成與生物絮團發育，向各養殖罐中添加相當于對蝦體重3%的葡萄糖與復合飼料，作為微生物生長的碳、氮來源，實驗全程保持碳氮比（C/N）為20:1，為生物絮團的穩定形成提供營養基礎。

3、測定指標與方法：

實驗期間監測并記錄各養殖單元的水質關鍵參數，包括銨態氮、亞硝酸鹽、硝酸鹽濃度等；測定生物絮團顆粒體積（FV），反映生物絮團顆粒密度與聚集程度；采用二維分形維度表征生物絮團的結構復雜度；檢測生物絮團中粗蛋白、脂質、多不飽和脂肪酸（PUFAs）及二十碳六烯酸（DHA）等營養成分含量；分析微生物群落的代謝活性與功能特征，探究曝氣強度對微生物群落的調控作用。

二、結果與分析

1、曝氣強度對養殖水質的影響：

實驗結果表明，三種曝氣強度下，養殖水體的各項水質參數均處于南美白對蝦養殖的安全閾值范圍內，未出現超標現象。其中，高曝氣強度（V75）對水體氮素化合物的調控效果更優，能有效降低硝酸鹽、亞硝酸鹽濃度，并將其維持在對蝦養殖的最佳閾值，為對蝦生長營造了穩定的水質環境；中、低曝氣強度下，水體氮素濃度略高于V75組，但仍處于安全水平，表明生物絮團技術在不同曝氣強度下均具備良好的水質凈化能力。

圖1：不同曝氣強度對水質參數的影響。

2、曝氣強度對生物絮團形態特征的影響：

生物絮團顆粒體積（FV）與曝氣強度呈顯著正相關，V75組的FV值顯著高于V35與V10組，表明高曝氣強度能促進生物絮團顆粒的積累，形成密度更高的生物絮團，這與已有研究結果一致，高FV值通常意味著系統形成了成熟的微生物群落，能高效利用和循環水體中的養分，提升養殖系統的穩定性。

曝氣強度對生物絮團的結構復雜度與顆粒大小具有顯著調控作用：高曝氣強度（V75）下，生物絮團的二維分形維度保持穩定，結構復雜度較高，但因曝氣帶來的機械力作用，易造成生物絮團破裂，形成大量小粒徑絮團顆粒；中、低曝氣強度（V35、V10）下，二維分形維度呈下降趨勢，生物絮團結構復雜度降低，且水體湍流水平較低，減少了顆粒間的碰撞與碎片化過程，形成的絮團顆粒數量較少但粒徑更大，其中V10組形成了體積最大、結構最簡單且強度更高的生物絮團簇。

此外，曝氣強度直接影響絮團顆粒的分布與浮力，低曝氣速率下絮團顆粒體積大、浮力相對穩定，高曝氣強度下因水體流動速度增加，形成的小粒徑絮團顆粒分布更均勻，二者均會對水體氧氣轉移效率與生物絮團的形成過程產生直接影響。

3、曝氣強度對生物絮團營養成分的影響：

三種曝氣強度下，生物絮團中粗蛋白、脂質及多不飽和脂肪酸（PUFAs）的含量無顯著差異，表明曝氣強度對這些基礎營養成分的合成與積累無明顯調控作用；但DHA含量存在顯著差異，V75組的DHA含量顯著高于V35與V10組，呈現出曝氣強度越高，DHA積累量越高的規律，表明高曝氣強度是促進生物絮團中DHA合成的關鍵因素。

4、曝氣強度對微生物群落功能的影響：

對微生物組遺傳功能的分析結果顯示，三種曝氣強度下，微生物群落的代謝活動無明顯差異，有氧呼吸、能量產生等核心代謝過程均穩定進行，表明微生物群落結構對不同曝氣強度具有良好的適應性，核心功能保持穩定，確保了生物絮團對水體有機物的分解能力與養分循環效率。其中，高曝氣強度（V75）顯著提升了水體溶解氧水平，促進了好氧異養菌的生長與活性，這類細菌作為有機物分解的主導菌群，其活性提升進一步推動了生物絮團的形成與穩定，增強了系統的養分分解與循環能力。

三、討論

1、曝氣強度調控生物絮團形態的機制：

曝氣強度對生物絮團形態的調控主要通過溶解氧供給與機械力作用兩個途徑實現：高曝氣強度為微生物提供了充足的溶解氧，促進好氧異養菌等功能菌群的繁殖，提升微生物生物量，進而增加生物絮團顆粒體積；但同時，高曝氣帶來的高湍流水平與機械力，會對已形成的生物絮團產生剪切作用，導致絮團破裂，形成小粒徑顆粒。而低曝氣強度下，溶解氧供給相對有限，微生物繁殖速率較慢，生物絮團顆粒數量較少，但水體湍流水平低、機械力弱，減少了絮團的破碎過程，使得顆粒不斷聚集，形成更大、結構更簡單的生物絮團簇，這一結果揭示了曝氣強度與生物絮團形態之間的權衡關系。

圖2：不同曝氣強度組微生物種群的組成和密度。（A） 系統發育層級;（B） 年級層級;（C） 屬級;（D） 物種層級;（E） 物種層面細菌物種密度熱圖。

2、高曝氣強度促進DHA積累的原因：

DHA作為對蝦生長的必需脂肪酸，其在生物絮團中的積累與溶解氧水平密切相關。本研究發現，高曝氣強度通過提升水體溶解氧含量，為微生物的DHA生物合成過程提供了充足的氧氣基礎，進而促進了DHA的合成與積累；而曝氣強度對其他脂肪酸無明顯影響，推測這類脂肪酸的生物合成途徑對氧氣波動的敏感度較低，其合成調控可能受其他環境因子或微生物代謝通路的主導，這一機制仍需后續進一步深入研究。

3、生物絮團技術的系統穩定性與曝氣策略的關聯性：

本研究中，不同曝氣強度下微生物群落的核心代謝功能均保持穩定，且生物絮團技術在所有處理中均有效降低了養殖水體中的氨氮與亞硝酸鹽濃度，表明BFT系統具有良好的穩定性與抗干擾能力，其水質凈化與養分循環的核心功能不會因曝氣強度的合理梯度變化而受顯著影響。而高曝氣強度下形成的高FV值生物絮團與高DHA含量，以及低曝氣強度下形成的大粒徑穩定生物絮團，為養殖系統的優化提供了不同方向：若以提升生物絮團的營養價值、為對蝦提供更高質量的天然餌料為目標，可適當提高曝氣強度；若以減少生物絮團的破碎、維持絮團結構穩定為目標，可采用中低曝氣強度。

4、微生物毒性測試的應用價值：

微生物毒性測試作為探究氮代謝循環的關鍵工具，能為解析硝化、反硝化及抗氧化過程提供重要信息，明確有毒化合物或環境壓力對BFT系統氮代謝的影響。將微生物毒性測試納入后續研究，可進一步揭示曝氣強度對微生物氮代謝功能的調控機制，為優化微生物活性、提升養殖系統氮管理效率提供更精準的科學依據。