簡介:
硝化細菌在水產養殖業的應用
近年來，硝化細菌在水產養殖業上應用越來越引起人們注意，從而引發了較為廣泛的研究。可以說，迄今為止，在大規模集約化養殖生產中，大都使用硝化細菌來凈化水質。因為在集約化的水產養殖系統中，經過長期的大量積累，水生生物排泄物等有機污染物甚至動物的尸體較多，在異養性細菌的分解作用下，其中的蛋白質及核酸會慢慢分解，產生大量的氨氮等對水產養殖動物有毒有害物質。氨在亞硝化細菌或光合細菌作用下轉化為亞硝酸鹽，亞硝酸與一些金屬離子結合形成亞硝酸鹽；而亞硝酸鹽有可和胺等物質結合，形成具有強烈致癌作用的亞硝酸胺。因此，亞硝酸鹽常與氨氮相提并論。由于亞硝酸鹽長期蓄積，致使養殖水生動物中毒，導致魚、蝦等抗病能力下降而受到各種病原體的侵襲。但亞硝酸鹽在硝化細菌的作用下，可轉化為硝酸鹽，很容易形成硝酸鹽，從而成為可以被植物吸收利用的營養物質。
目前市售的一些據稱有硝化作用的異養菌或真菌，雖然也能將氨氮氧化成硝酸鹽，但通常只能利用無機碳源，其對氨的氧化作用也有十分微弱，反應速率遠比自養性硝化細菌慢，不能被視為真正的硝化細菌。硝化作用必須有全自養性硝化細菌來完成。
養殖池塘中的氨氮原本很適合于硝化細菌的生長，但因養殖池中存在大量的異養菌，受異養菌的排斥作用影響，適合硝化細菌棲息的地方相對于自然環境而言顯然少得多，因此，沒有足夠數量的硝化細菌來消費過來的亞硝酸鹽，就是問題所在。
一、硝化細菌及其生物學
1、硝化細菌
硝化細菌是指利用氨或亞硝酸鹽作為主要生存能源，以及利用二氧化碳作為主要碳源的一類細菌。硝化細菌是古老的細菌群之一，其分布廣泛，土壤、海水、淡水及污水處理系統中都有存在，但在一般環境少有出現，因為其分布會受到很多環境因素的限制，入氨源、溫度、氧氣濃度、滲透壓、酸堿度和鹽度等
硝化細菌分為硝化細菌和亞硝化細菌。亞硝化細菌的主要功能是將氨氮轉化為亞硝酸鹽；而硝化細菌則主要功能是將亞硝酸鹽轉化為硝酸鹽。氨氮和亞硝酸鹽都是水產養殖系統中產生的有毒物質，且亞硝酸鹽還是強致癌物質。因此，如何降解這兩種物質，是科學工作者近年來的工作重點。由于亞硝化細菌的生長速度較快，且光合細菌也具有降解氨氮的作用，因此，現代水產養殖已能成功的將氨氮控制在較低水平上。而對于亞硝酸鹽，由于自然界中的硝化細菌生長較慢，且還沒有發現其他可替代的任何微生物，所以養殖過程中產生的亞硝酸鹽就成為阻礙養殖業發展的關鍵因素。科學人員經過長期的努力，目前已能通過大量的實驗篩選，最終研究出一種新型微生態制劑——亞硝氨清，他能有效地將亞硝酸鹽降低至規定的濃度范圍。
2、硝化細菌制劑的生物學特性
生物的生長和繁殖除需要可用于構建自身細胞成分的基本物質外，也需獲得能量。硝化細菌是一種化能自養菌，是利用無機物質獲得能量的。硝化細菌利用亞硝態氮獲得合成反應所需的化學能量，在體內制造糖類；而制造糖類所需的時間相當得長，不像其他異養性細菌從有機物中直接分解及攝取所需要的糖類，因此，硝化細菌的生長和繁殖速度遠比一般異養性細菌慢，在自然條件下，硝化和脫氫效果不能滿足正常養殖的需要。溫度、酸堿度和水體中的溶解氧濃度對硝化細菌的生長均有重要影響。
硝化細菌菌劑是取自海洋中硝化細菌，經過特殊工藝篩選而得到的硝化能力極強的純化硝化細菌菌株，其適應生長溫度為10℃-37℃，適應的PH為6.5-8.5。硝化細菌形態較小，接種到肉湯培養基上不能正常生長，是嚴格的自養型微生物，是以氧化無機物產生的化學能為能源，并利用外來的能量，以二氧化碳或者碳酸鹽為碳源合成細菌本身的有機物，能直接分解和利用亞硝酸鹽。其主要特征是自養性，生長速度低，好氧性，依附性和產酸性等。硝化細菌是生物脫氮過程中起主要作用的微生物，水體中硝化細菌數量直接影響到硝化效果和生物脫氮反應效率，硝化細菌制劑的濃度與硝化率成正比。
二、硝化細菌的作用機理
1、氮循環與循環過程
（1）氮循環
氮循環是指氮在有機體與環境之間的循環，是一個復雜的反應過程，主要是指有機氮與無機氮之間的相互轉換的過程。
（2）循環過程
氮循環的基本過程為：含有氮有機物→氨氮→亞硝酸鹽→硝酸鹽
上述過程也能逆轉或反向進行稱為反硝化作用。該過程能將一部分硝酸鹽還原為氨，一部分硝酸鹽分解成氮氣而進入大氣中。這個循環過程中的中間產物—氨氮、亞硝酸鹽是有毒有害物質，而硝酸鹽是無毒無害的且硝酸鹽能被動植物及藻類加以吸收利用。
2、氮循環過程對于水產養殖業的意義
了解和掌握了氮循環過程，就可以利用自然界所固有的規律，降低水產養殖水體中所產生的氨氮和亞硝酸鹽含量，改善水體，減少或降低氨氮及亞硝酸鹽對水產養殖動物的危害，確保養殖生產安全。硝化細菌制劑就是利用這一原理，通過消耗細菌的降解氨氮和亞硝酸鹽作用，將亞硝酸鹽等轉化成硝酸鹽為目標而制備的一類產品。
3、作用機理
硝化細菌的硝化作用有時特稱為硝酸化作用，因為它能產生如下反應：
NO-2+1/2O2→NO3-+17.8Kcal.mol-1
上述反應中，氨由正三價氧化為正五價，并產生17.8千卡每摩爾的熱量。這些熱量用于形成ATP并儲存其中，從而使硝化細菌可以同化二氧化碳所需的能量。硝化細菌制劑利用這一能量有機物，其反應為：
6CO2+6H2O→C6H12O6+6O2
這種由硝化細菌制劑完成的生物氧化作用稱為自養性硝化作用，即硝化細菌在好氧條件下，利用其化學能自養的生長特性，將亞硝酸鹽氧化成硝酸鹽，并從中獲得賴以生存的化學能，用于固定二氧化碳來滿足其對碳的需求。
4、硝化細菌的硝化作用強度檢測
將硝化細菌接種到液體培養基中，在24攝氏度條件下培養5天；取出1ml培養液稀釋100倍（視培養液中的二氧化氮濃度而定），加入格利斯試劑，在752分光光度計上進行比色；通過檢測亞硝酸根的減少量，可以判斷硝化細菌的硝化作用。一般硝化細菌經過10左右時間的發酵培養，可使發酵液中的亞硝酸鹽離子濃度下降40%左右。
三、亞硝氨清的制備技術
亞硝氨清是采用現代生物工程技術，配合國際先進的生產，檢測設備，能夠大規模培養生產出可用于水產養殖業的高活性硝化細菌產品。產品的制備技術包括硝化高效連續富集培養技術，定向馴化技術，大規模制備技術和先進的制劑技術。
1、硝化細菌的高效富集培養技術
富集培養又稱強化培養，是指在基礎培養基中加入特殊養分，使難于在一般培養基上生長的菌種能生長的一種培養方法。由于在自然界中存在的硝化細菌，其硝化率極低，不能直接用于養殖池塘水體的亞硝酸鹽降解。所謂高連續富集培養技術，是指篩選和富集高效硝化細菌的方法，既在無菌條件下從自然界中連續富集能降解亞硝酸鹽的硝化細菌。該技術是根據科研工作者的需要，采用含高濃度的亞硝酸鹽體系，將小到微米級的高效硝化細菌收集起來。所以，采用這種技術獲得硝化細菌據偶很強的降解亞硝酸鹽的能力。
2、硝化細菌的定向馴化技術
獲得了亞硝酸鹽降解能力強的高效硝化菌后，科研人員通過定向馴化技術，以使收集到得硝化細菌能在自然條件下快速生長和高效降解養殖池塘中亞硝酸鹽。研究過程中，首先要對硝化細菌的生長速度進行馴化，將生長速度低的硝化細菌不斷地淘汰，最終獲得生長速率快的優良菌種，這一過程能保證硝化細菌在養殖池中進行快速生長和繁殖，并保持一點的數量級。在此基礎上，低硝化細菌的亞硝酸鹽降解能力進行馴化，獲得能快速降解亞硝酸鹽的優良菌種，這一過程又保證了硝化細菌將養殖池塘中的大量亞硝酸鹽降低到適應濃度或含量，即馴化后的硝化細菌其所謂的“吃亞硝酸鹽”的能力或大幅度的提高。
此外，科研人員采用定向馴化技術，使用高效硝化細菌的適應能力大幅提高。定向馴化技術還保證了硝化細菌在不同的溫度和不同的酸堿度條件下能保持快速生長和繁殖及降解亞硝酸鹽的能力，為高效硝化細菌的大量使用奠定基礎。
3、硝化細菌的大規模培養技術
將通過高效連續富集技術和定向馴化培養技術運用而獲得的高效硝化細菌應用于水產養殖中，產品的成本和品質是關鍵因素。而硝化細菌的大規模培養技術則是解決這一問題的重要一環。科研人員采用德國進口的培養設備和現代生物工程技術相結合，最終研制出大規模高效硝化細菌的培養技術工藝，在培養溫度控制、營養物質添加、溶解氧濃度和酸堿度的全自動等方面進行了詳細的研究。實驗結果表明，高效硝化細菌產品的生長速度快、適應能力強、硝化降解能力強、硝化細菌濃度高等優點。
4、硝化細菌高品質產品制備技術
微生物在液體中很難長時間的生存，這一點是人所共知的。要使硝化細菌產品走向市場，其制備技術及其重要。為此，科研人員在采用進口設備和選擇先進工藝的同時，還以物理方法使硝化細菌處于“休眠”狀態，再進行干燥而得到干品，然后配以保護劑、吸附劑等制的硝化細菌的制劑產品，以最大程度的保持硝化菌的活性和活力，硝化細菌的制劑技術最終實現了規模化和工業化生產，為水產養殖業的大規模應用提供了保證。
四、硝化細菌施用注意事項
由于硝化細菌的生物學特性與其他細菌有所不同，使用時不需要經過活化處理，不需要用葡萄糖、紅糖等來擴大培養，反之會使硝化細菌失活，因此，使用時只要簡單的用池塘水溶解后全池潑灑即可。
因硝化細菌的特點是繁殖較慢，20多小時才能繁殖一代，不像芽孢桿菌那樣2分鐘就能繁殖一代，所以施用硝化細菌后，一般情況下需要4-5天后才能發揮明顯的效果，因此提前施用時間久石非常重要，為更好的發揮硝化細菌的作用，在實際應用中，若芽孢桿菌和光合細菌一起施用時，硝化細菌應提前幾天施用，避免繁殖速度慢而被其他活菌抑制生長和繁殖。
硝化細菌不可與化學增氧劑入過碳酸鈣或過氧化鈣同時使用，因這些氧化劑在水體中放出氧化能力較強的氧原子會殺死硝化細菌，所以，最好是在施用氧化劑1天后再施用硝化細菌。
由于硝化細菌是吸附在有機物上，在高位池中采用的中間排污，會排走大量的硝化細菌，特別是硝化細菌剛投放的前幾天，硝化細菌的繁殖尚未進入高峰期，這時排污會使硝化作用不明顯。因此，在高位池中，最好使用硝化細菌4-5天內基本不排污或少排污。在施用硝化細菌時，如結合使用質量好的沸石粉同時潑灑，使硝化細菌能夠快速的沉入池塘底部而不易被排走，效果會更佳。
養殖池塘內的酸堿度和溶解氧含量與硝化細菌的使用效果有直接的關系。硝化細菌對PH值的適用范圍為5~10，但在低于7或高于8.5的水體中，硝化細菌的繁殖會受到一定的影響，最適宜的pH值范圍是7.8~8.2，同時，硝化細菌在將氨氮轉化為亞硝酸鹽的過程中，是一個消耗氧的過程，但需氧量很少，在使用硝化細菌的水體中，溶氧只要不低于2mg/l即可。
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