海水池塘養(yǎng)殖水體中氨氮的變化規(guī)律研究

嚴(yán)正凜劉瑞義嚴(yán)志洪胡家財(cái)張 靜

(1.集美大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院，福建 廈門361021；2.福安縣水產(chǎn)科學(xué)技術(shù)推廣站，福建 寧德355000；3.秀嶼區(qū)水產(chǎn)技術(shù)推廣站，福建 莆田351146）

海水池塘養(yǎng)殖是水產(chǎn)養(yǎng)殖的重要組成部分。在集約化池塘養(yǎng)殖中，如何有效減少殘餌等有機(jī)物的積累與控制氨氮的濃度，即如何使得氨氮濃度在養(yǎng)殖動(dòng)物最適宜的范圍內(nèi)，是池塘養(yǎng)殖管理的核心問題。

經(jīng)過多年的深入實(shí)踐與研究，闡明了海水池塘養(yǎng)殖中關(guān)鍵水質(zhì)因子氨氮的變化規(guī)律、調(diào)控機(jī)理及對(duì)微生物、氧氣、pH、微藻等相關(guān)因子的影響，進(jìn)而建立了采用穩(wěn)定微生物相、增氧、穩(wěn)定微藻相、穩(wěn)定pH值、提高碳氮比等綜合方法以暢通氨化作用和硝化作用通道的水質(zhì)調(diào)控技術(shù)，并與魚蝦貝多營(yíng)養(yǎng)層次生態(tài)混養(yǎng)模式有機(jī)結(jié)合，形成了海水池塘養(yǎng)殖綜合調(diào)控技術(shù)，使得池塘水質(zhì)穩(wěn)定良好，物質(zhì)和能量良性循環(huán)轉(zhuǎn)換與高效利用，養(yǎng)殖尾水達(dá)標(biāo)排放。本文詳盡闡明了氨氮在池塘養(yǎng)殖水體中的變化規(guī)律、調(diào)控機(jī)理以及對(duì)相關(guān)因子的影響，為集約化池塘養(yǎng)殖水質(zhì)調(diào)控技術(shù)提供指導(dǎo)和理論依據(jù)。

1.氨氮及亞硝酸鹽的毒性

氨氮由非離子氨（NH3）和離子銨（NH4+）2種形式組成。由于非離子氨為非極性化合物，不帶電荷，有相當(dāng)大的脂溶性，半徑較小，容易穿透細(xì)胞膜毒害組織，其毒性為離子銨的50倍，所以氨氮的毒性主要集中在非離子氨上。而亞硝酸鹽是養(yǎng)殖水體中另一種常見的含氮毒性污染物，主要由氨經(jīng)過亞硝化細(xì)菌的轉(zhuǎn)化而來。氨氮濃度的大小是形成亞硝酸鹽積累的重要原因。水中亞硝酸鹽濃度過高對(duì)魚蝦會(huì)產(chǎn)生毒害，主要表現(xiàn)在影響魚蝦體內(nèi)氧的運(yùn)輸、重要化合物的氧化及損壞器官。一般認(rèn)為養(yǎng)殖對(duì)象可承受的范圍為：TAN＜0.5mg／L，NO2--N＜0.5mg/L。

2.微生物及氧氣對(duì)氨氮的硝化作用

氮循環(huán)中許多氧化還原反應(yīng)是在微生物的新陳代謝過程中進(jìn)行的。自養(yǎng)硝化細(xì)菌降解氨態(tài)氮分2個(gè)相對(duì)獨(dú)立而又聯(lián)系緊密的階段：

第一個(gè)階段將NH3氧化為NO2-，這個(gè)階段稱為亞硝化作用或氨氧化作用，由亞硝化細(xì)菌來完成：

第二個(gè)階段將NO2-氧化為NO3-，由硝化細(xì)菌來完成：2HNO2+O2→2HNO3+能量。

可見，硝化作用是微生物亞硝化細(xì)菌和硝化細(xì)菌在有氧條件下進(jìn)行的反應(yīng)。溶解氧是水產(chǎn)養(yǎng)殖動(dòng)物的生命要素，是影響微生物代謝的重要因素。硝化細(xì)菌是一種喜歡氧的細(xì)菌，在缺氧的情況下硝化細(xì)菌無法高效吸收氨及亞硝酸鹽。

3.pH值對(duì)氨化作用和硝化作用的影響

NH4+在水中最根本的反應(yīng)是：

pH值高時(shí)，意味著OH-多，發(fā)生反應(yīng)（1），離子態(tài)銨氮向非離子氨轉(zhuǎn)化；pH值低時(shí)，意味著H+多，發(fā)生反應(yīng)（2），非離子氨向離子態(tài)銨轉(zhuǎn)化。

反過來考慮，當(dāng)離子態(tài)銨NH4+濃度較高時(shí)，第一個(gè)反應(yīng)向正反應(yīng)非離子氨NH3方向移動(dòng)，則OH-濃度降低，pH值降低，偏酸性；當(dāng)非離子氨NH3較高時(shí)，第二個(gè)反應(yīng)向正反應(yīng)離子態(tài)銨NH4+方向移動(dòng)，則H+濃度降低，pH值升高，偏堿性。這說明非離子氨和離子態(tài)濃度對(duì)pH的影響。

pH值對(duì)亞硝酸鹽積累的影響有兩方面：一方面是亞硝酸菌本身生長(zhǎng)需要有合適的pH環(huán)境，另一方面是由于高pH下非離子氨的生成，從而抑制了硝酸菌的活性。由此可見，pH值不僅對(duì)硝化菌的生長(zhǎng)有影響，而且還影響非離子氨濃度，從而影響硝化細(xì)菌的活性和硝化類型。氨化作用、硝化作用、固氮作用都以弱堿pH值7.0-8.5最適宜。

可見，pH值對(duì)氨化作用和硝化作用有很大影響。

4.池塘中藻類對(duì)氨氮的影響

微藻是養(yǎng)殖池塘水生生態(tài)系統(tǒng)中的初級(jí)生產(chǎn)者，對(duì)構(gòu)建穩(wěn)定的水環(huán)境發(fā)揮著重要作用。微藻可吸收和轉(zhuǎn)化水體中的氨氮(NH3-N+NH4+-N)、亞硝酸氮(NO2--N)等營(yíng)養(yǎng)鹽，有效地調(diào)節(jié)水質(zhì)，其經(jīng)光合作用合成的有機(jī)物，可再通過養(yǎng)殖動(dòng)物食物鏈來影響水生生態(tài)系統(tǒng)，并可調(diào)節(jié)養(yǎng)殖池塘水體的溶解氧含量。

池塘養(yǎng)殖最頭疼的問題之一就是池塘“倒藻”。發(fā)生"倒藻"時(shí)，首先溶解氧會(huì)下降，二氧化碳會(huì)增加，使pH值迅速下降。其次，氨氮、亞硝酸鹽偏高。藻類含有大量的蛋白質(zhì)，死亡之后會(huì)在微生物的作用下進(jìn)行氨化反應(yīng)生成氨氮，繼而進(jìn)行硝化反應(yīng)生成亞硝酸鹽和硝酸鹽。亞硝酸鹽是氨轉(zhuǎn)化為硝酸鹽的中間產(chǎn)物，對(duì)魚蝦毒性較強(qiáng)，是誘發(fā)疾病的重要因素。在氧氣充分、水體中N積累不是過多的情況下，亞硝酸鹽很容易轉(zhuǎn)化為硝酸鹽。

藍(lán)藻適應(yīng)性強(qiáng)，對(duì)于環(huán)境條件要求低，對(duì)溶氧下降等情況有較強(qiáng)的耐性。“倒藻”后，氨氮、亞硝酸鹽升高。藍(lán)藻能夠耐受氨氮、亞硝酸鹽，同時(shí)可以利用它們快速生長(zhǎng)，導(dǎo)致藍(lán)藻爆發(fā)。

水中的微生物會(huì)大量繁殖，反過來抑制藻類的生長(zhǎng)。在池塘生態(tài)系統(tǒng)中，藻類的種群和數(shù)量（即藻相）與微生物的種群和數(shù)量(即微生物相）是密切相關(guān)的。微生物通過其自身分泌物的直接作用或通過其自身代謝產(chǎn)物的間接作用而影響藻相；同時(shí)，藻類通過在池塘中的光合作用而影響微生物相，進(jìn)而影響氨氮及亞硝酸氮的。

4.1 池塘中藻類對(duì)pH的影響

池塘中生物呼吸產(chǎn)生二氧化碳，pH值下降，藻類或植物光合作用消耗二氧化碳，pH值上升。池塘中的生物呼吸可以看成是24小時(shí)連續(xù)進(jìn)行的，而光合作用則是隨著白天日光輻射增加而增加，而晚上則停止。而引起池塘水體pH變化的原因是水體中生物活動(dòng)（呼吸作用和光合作用）導(dǎo)致溶解的無機(jī)碳（DIC，包括游離CO2、H2CO3、HCO3-和CO32-）濃度變化所造成的。當(dāng)呼吸作用大于光合作用時(shí)（夜間），DIC增加，pH值下降；當(dāng)光合作用大于呼吸作用時(shí)（白天），DIC減少，pH值上升。藻類光合作用對(duì)pH的影響是最大的。

4.2 總堿度和總硬度對(duì)pH變化的影響

pH值變化是隨著[CO2]而變化的，單位CO2變化所引起的pH變化幅度取決于總堿度的濃度，總堿度越高，pH變化幅度越小。也就是說，總堿度對(duì)pH有比較強(qiáng)的緩沖作用。在水中，總碳酸包含了HCO3-和CO32-。水體中的總碳酸當(dāng)量約等于總堿度（總堿度約等于HCO3-+兩倍CO32-）。

HCO3-在三種形態(tài)的碳酸化合物的總量中占80%以上。也就是說，天然水中的碳酸化合物主要以HCO3-的形式存在，CO2、H2CO3的濃度相對(duì)較低。pH值的大小，主要由水體中CO2、CO32-、HCO3-濃度的比例決定（CO2通過影響CO32-鹽與HCO3-鹽的含量來影響水體pH），而水體中的CO2、HCO3-、CO32-是可以相互轉(zhuǎn)化的。

4.3 水體的緩沖能力與CaCO3含量有關(guān)

高Ca2+水體碳酸含量低，CaCO3含量也低；高碳酸水體Ca2+低，CaCO3含量也低。從水體穩(wěn)定性能來看，Ca2+濃度大約等于CO32-的水體，其緩沖能力最強(qiáng)。所以，高Ca2+低CO32-或低Ca2+高CO32-的水體緩沖能力都偏低。因此，在適應(yīng)于水產(chǎn)養(yǎng)殖的pH范圍內(nèi)，八大離子中只有CaCO3會(huì)隨著pH的變化而發(fā)生沉淀與溶解。

一般情況下，在堿度、硬度低的池塘水體中，CO2供應(yīng)不足，光合作用效率低，氨氮往往偏高。高氨氮再加上高pH值，猶如雪上加霜，容易造成養(yǎng)殖動(dòng)物氨中毒。

pH值的變化對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖動(dòng)物和水體水質(zhì)均有很大的影響。海水養(yǎng)殖pH值一般控制在7.5～8.5。每一種水生生物都有適合其生長(zhǎng)的最佳pH范圍，超過這個(gè)范圍，其生長(zhǎng)都會(huì)受到抑制，甚至死亡。

5.碳氮失衡

氨氮過剩是集約化海水養(yǎng)殖池塘中常見的水質(zhì)問題，其本質(zhì)就是氮過剩、碳不足，即碳氮失衡。因?yàn)楣夂献饔靡呀?jīng)不能完全同化所產(chǎn)生的氨氮，而大量增氧的高濃度氧的存在限制了池塘中的生物脫氮。碳能不足造成池塘水體中的生物種群饑荒，從而引發(fā)各種各樣的細(xì)菌病和寄生蟲病。

池塘的承載能力由生產(chǎn)力決定。所謂生產(chǎn)力，是有機(jī)碳和氧的輸入。對(duì)于高密度養(yǎng)殖來說，池塘中所產(chǎn)生的氨氮可通過天然生產(chǎn)力加人工生產(chǎn)力來解決：

天然生產(chǎn)力：16NH4++92CO2+92H2O+14HCO3-+H3PO4→C106H263O110N16P+106O2

人工生產(chǎn)力：NH4++7.08CH2O+HCO3-+2.06O2→C5H7O2N+6.06H2O+3.07CO2

天然生產(chǎn)力是利用光合作用將氨氮轉(zhuǎn)化為藻體蛋白：C106H263O110N16P；人工生產(chǎn)力是通過人工輸入碳水化合物和氧氣將氨氮轉(zhuǎn)化為菌體蛋白：C5H7O2N。

只要總生產(chǎn)力與氨氮負(fù)荷相適應(yīng)，就可以維持池塘的正常生態(tài)系統(tǒng)，保持良好的水環(huán)境，避免養(yǎng)殖動(dòng)物病害的發(fā)生。

多年實(shí)踐表明，在海水池塘養(yǎng)殖生產(chǎn)中，準(zhǔn)確把握池水中的氨氮變化規(guī)律及調(diào)控機(jī)理，應(yīng)用水質(zhì)調(diào)控技術(shù)與魚蝦貝多營(yíng)養(yǎng)層次生態(tài)混養(yǎng)模式相結(jié)合的綜合調(diào)控技術(shù)，可使得養(yǎng)殖水體中的非離子氨濃度NH3≤0.02mg/L，無機(jī)氮濃度（以N計(jì)）≤0.5mg/L，氨氮含量保持在適宜養(yǎng)殖動(dòng)物生長(zhǎng)的范圍之內(nèi)，未發(fā)生“倒藻”，池塘水質(zhì)穩(wěn)定良好，養(yǎng)殖病害大大減少；年畝產(chǎn)值在15000元以上，經(jīng)濟(jì)效益提高50%以上，取得了顯著的生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益。