温度对土著海水硝化细菌性能的初步研究

席文秋，刘谞，孙娜，郑岩，杨占全，马佳

（辽宁省盘锦光合蟹业有限公司，辽宁 盘锦 124200）

随着人们对水产品需求的增加，水产养殖业从传统的养殖模式逐渐向集约化、工厂化模式转变，高密度、低污染的工厂化水产养殖已逐步成为水产养殖的发展趋势。但由于该模式以人工投饵为主，加之养殖密度高、投饵量大，养殖过程中易产生并积累大量的残饵、粪便和生物残体等物质，水体中氮素含量超标，并积累了大量的氨氮、亚硝酸盐等有害物质，最终给养殖户造成巨大的经济损失。[1、2] 如何快捷方便无害的处理水体中的氨氮，使之能循环回收利用是众多养殖业者普遍关注的问题。生物膜法去除氨氮是近年来研究较多的方法[3-6]，生物膜中起主要作用的是硝化细菌，硝化细菌是一种好气性细菌，其硝化作用是含氮物质彻底矿化的重要步骤[7]，为此我们筛选培养了适应当地水质的海水硝化细菌，并对其在不同温度情况下的硝化功能进行初步研究。

1 材料与方法

1.1 菌种来源与培养基

菌种采自辽宁盘锦光合蟹业有限公司研发中心海水循环水养殖车间生化滤池，培养基采用粒径1-3mm的粗处理沸石，高浓度漂白粉消毒水浸泡24小时用淡水冲洗干净晾干。盐度20～25的自然海水高浓度漂白粉消毒，余氯消失后即可使用。

1.2测量仪器

    721分光光度计；PHB-1便携式pH计；YSI-58型溶氧仪；电子天平；量筒等。

1.3 药品

NH4Cl，及常规水质检测药品等。

2 试验方法

2.1试验生物包的安装

硝化细菌的培养和性能测试是在一个300L的玻璃钢桶中进行（如图1），桶底铺一根有孔的160mmPVC管，上接三通立管出水面，底铺20～30cm碎石，碎石上铺80目筛绢网，网上铺20～40cm粒径0.1mm的沸石层，海水液面20cm左右。立管中放置水族泵，利用水族泵将渗到PVC管中的底层水提上来。同样的试验装置做两个，一个装置不接种土著硝化细菌作为空白对照。 

2.2 分析方法

　 根据《养殖水环境化学实验》[8]水样的氨氮（NH3-N）含量采用奈氏试剂法；亚硝酸氮采用磺胺法；溶解氧（DO）、水温（T）采用溶溶氧仪测定法；pH采用PHB-1便携式pH计测定法；水体积采用体积测量计算法。

2.3 硝化细菌的培养

培养装置中添加无菌海水，硝化菌种直接铺在沸石层上，定期添加营养盐（见表1），通过水族泵提水循环培养。先按表1所示配方添加营养盐，培养一段时间后根据测定水中的氨氮含量添加营养盐，培养过程中密封装置，通过检测海水中氨氮和亚硝酸盐的含量来判定硝化细菌是否培养完成。

2.4 硝化细菌功能测定

待装置中硝化细菌培养成功后即可进行其功能测定。每次试验往海水中添加5g或10gNH4Cl晶体溶化的溶液，通过测定海水中的NH4+、NO2-的变化来判定培养的硝化细菌的功能。试验加药一般是上午7点，白天每3小时取样测定一次，测5次，至水中氨氮和亚硝酸盐硝化完毕测定结束。海水的自循环速度通过调节水族泵提水量大小（0.2-0.3L/s）来实现。温度影响试验分4个阶段:15-20℃,23-31℃，7-15℃,0-5℃，温度是室内自然水温不加控制。非试验时间段装置中定期添加NH4Cl维持硝化细菌存活。

2.5 试验期间试验装置环境

试验期间水温变化幅度为0-31℃；溶氧变化幅度在5.5-7.5mg/L，pH值变化幅度为8.32-8.64。试验期间用塑料薄膜密封试验装置，减少外界环境对试验的影响。

2.6数据处理和分析

运用Microsoft Excel应用程序进行数据处理和分析。

3 结果与分析

3.1 如图1、2、3、4，是不同温度情况下两种硝化细菌除氨氮和亚硝酸氮能力情况，试验水滤过附着基的流速一样（中速0.2119升/秒），不同的温度，菌群的硝化能力不同。不接种硝化细菌的试验装置中能降解氨氮，但只能转化为亚硝酸氮，使得装置中亚硝酸氮逐渐积累。在0-5度情况下两种硝化细菌降解氨氮只能到1mg/l以上，土著菌的亚硝酸氮降解能力强，降解的氨氮都转化为硝酸氮了，而对照菌只能降解为亚硝酸氮。

3.2同一个试验装置，附着基不变，连续培养6个月，降解5g氨氮（氨氮低于0.5mg/l认为除尽）快近40小时，亚硝酸氮（亚硝酸氮低于0.1mg/l认为除尽）除尽也快40多小时，试验流速0.0829升/秒，水温8～12℃。由此可以认为附着基中细菌量增多，硝化能力增强（见图5）。

3.3同一个试验装置，附着基不变，改变试验水滤过附着基的流速，降解5g氨氮时间也不同，中速（0.2119升/秒）时比低速（0.0829升/秒）时降解速率快（见图6），试验水温24.2～25.8℃。

4 结论

4.1养殖水体中的亚硝酸盐主要来自残饵，粪便，养殖生物的分泌物，水中生物的尸体分解，肥料。其生化机理是：

              2NH+4+3O2→2NO-2+4H++2H2O

              2NO-2+O2 →2NO-3

含氮的有机化合物硝化作用主要包括两个步骤：氨氧化成亚硝酸盐、亚硝酸盐氧化成硝酸盐，而这两步反应的实现是由亚硝化细菌和硝化细菌来完成的。而在天然环境中硝化细菌少或发生慢，从而使亚硝酸氮大量产生。本试验中氨氮能降低乃至消解，而亚硝酸氮逐渐积累就证实这一事实。

    4.2 许多研究结果表明，多数硝化细菌的的最适作用温度都在 30 ℃左右，温度降到 20 ℃以下时，其硝化性能急剧下降，15℃以下时硝化性能将会变得很微弱。在我国北方，特别是东北，大多数情况下环境温度都在 20 ℃以下，在此温度下，常规硝化细菌的硝化性能将会受到很大抑制，就限制了硝化细菌在北方工厂化养殖水处理中的应用推广[9-10] 。为解决这一问题，特意从辽宁盘锦光合蟹业有限公司三角洲分公司多年轮虫池底泥中采集菌种，通过富集培养、分离纯化、筛选和驯化，得到在低温条件下也有很高硝化性能的低温硝化细菌，并对其特性进行研究[11]。

参考文献：

[1]胡家文，姚维志．养殖水体富营养化及其防治[J]．水利渔业，2005，25(6 )：74 - 76 ．

[2]魏泰莉，余瑞兰，聂湘平等.水中亚硝酸盐对彭泽鲫血红蛋白及高铁血红蛋白的影响[J]．大连水产学院学报，2001，16(1)：67—71．

[3]李军，杨秀山，彭永臻．微生物与水处理[M]．北京化学工业出版社 ，2002：378- 380．

[4]曾胡龙，戴习林，蔡生力．硝化细菌在水族箱中的生态功能及应用[J]．科学养鱼，2007(5)：46—47．

[5]柯清水．硝化细菌与水产养殖的关系如何[J]．养鱼世界，l999(1)：83—86 ．

[6] 江喆, 宁平. 改性沸石去除水中低浓度氨氮的研究[J]. 安全与环境学报, 2004, 14(2): 40-42.

[7] 陈文新．土壤和环境微生物学[M]．北京农业大学出版社，1990：125—126．

[8] 雷衍之. 养殖水环境化学实验[M]. 北京: 中国农业出版社, 2006, 65-107.

[9] 陈中祥，曹广斌，杨 谦，等． 低温硝化细菌的筛选及特性研究

［J］． 江苏农业科学，2011，39(4):284 －286．

 [10] 张 明． 硝化细菌应用技术研究［D］． 上海:华东师范大学，

2003．

［11］席文秋，刘谞，孙娜，郑岩，张丽华. 自繁海水硝化菌群的培养及功能的初步研究[J]. 科学养鱼: 2016（1）,  24-26. 

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    研发中心