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养殖水环境的日趋恶化已成为制约我国水产养殖业发展的重要因素,其中亚硝酸盐污染问题尤为突出,由此给养殖户带来的损失十分惨重。
目前,对于开放养殖水环境中亚硝酸盐积累机制的研究少见报道,也尚无可以有效去除养殖水体中亚硝酸盐的产品面市。
本研究模拟天然养殖池塘,在实验室条件下养殖锦鲤,围绕该实验室微型养殖系统中的亚硝酸盐展开工作,主要研究结果如下:
(1)研究了实验室微型养殖系统中亚硝酸盐的快速积累条件,建立了亚硝酸盐的快速积累模型:40 cm×20 cm×30 cm水族缸中,使用容积20 L,养殖密度12尾/缸、溶解氧6 mg/L和温度25℃。在此模型下,5 d内亚硝态氮积累可达0.24 mg/L。经检验,此模型稳定性好,亚硝酸盐可持续积累20 d。
(2)研究了亚硝酸盐快速积累模型体系中亚硝酸盐的积累机制。养殖实验连续72 d跟踪检测养殖系统中铵氮、亚硝态氮、硝态氮的含量,通过它们的变化趋势,分析各形态氮的来源与去向,发现在此积累模型条件下,由于溶解氧较高,反硝化作用十分微弱,可忽略不计;硝化作用两个阶段的微生物群体在实验期间先后建立起来,由于第1阶段的氨氧化细菌繁殖速度比第2阶段的亚硝酸盐氧化细菌快,先形成种群优势,导致前期亚硝酸盐大量积累,直到第20 d亚硝酸盐氧化细菌开始形成优势,继而亚硝酸盐才开始被转化为无毒的硝酸盐,直到第44 d亚硝酸盐含量降到0水平。
(3)在亚硝酸盐快速积累模型体系的第3 d投加天然混合微生物样品(稻田土、人工养殖池塘底泥)后,硝酸盐浓度、亚硝酸盐积累量均明显低于对照,推测样品中存在的多样化微生物(包括丰富的硝化细菌和反硝化细菌),弥补了模型体系养殖初期微生物发展不平衡的问题,加速了氮的转化,从而减少了亚硝酸盐的积累。
(4)向模型体系中投加纯种反硝化微生物和反硝化所需的能量物质,可促进反硝化作用对氮的转化。实验还发现能量物质的供应对反硝化作用有很大影响:能量物质充足时,反硝化作用进行彻底,硝酸盐、亚硝酸盐迅速转化为N2;能量物质缺乏时,反硝化作用进行不彻底,仅能完成硝酸盐向亚硝酸盐的转化,亚硝酸盐无法进一步转化为N2,造成系统亚硝酸盐的进一步积累。
(5)向模型体系中投加Mo元素(亚硝酸氧化酶的活性中心Mo-Fe-S蛋白)在一定程度上促进了硝化作用的进行,缩短了亚硝酸盐积累所持续的时间,并加快了亚硝酸盐转化为硝酸盐的速度。
(6)低溶解氧条件下,亚硝酸盐的积累现象更为严重,最高可达24.8 mg/L,是对照的1.3倍,同时,低氧条件还延长了亚硝酸盐在养殖体系中的存留时间。