植物源小分子有機碳在水產養殖業中的應用

劉杰貞

（莒縣東莞鎮農業綜合服務中心，山東莒縣 276500）

0 引言

按照“以養為主”的發展思路，中國水產養殖生產總體平穩增長，水產品產量、養殖面積均在上升。2020年，全國水產品養殖產量達5 224.2萬t，同比2019年上漲2.86%，淡水養殖面積達262.54萬hm2[1]，水產養殖是中國農業結構中發展最快的產業之一。我國水產養殖的迅速發展，為緩解城鎮水產資源不足、保證高質量蛋白質供應、推動漁業繁榮及漁民生活富足，做出了重要的貢獻[2]。我國的水產養殖雖然已經取得了很好的成績，但也存在很多問題，尤其是在高密度養殖中，殘留飼料、糞便等有機物會產生大量的有毒、有害的污染物，嚴重危害了水產養殖業的健康發展。本文通過幾年的科研和實踐，以工業化生產的小分子水溶性碳素為主要原料，通過對水中的重金屬、二噁英等進行螯合、鈍化，降低其對水體的污染和影響[3]。植物源小分子有機碳技術對我國漁業的可持續發展起到一定的促進作用。

1 水產養殖現狀

1.1 水產養殖污染成因

在我國城市和農村工業生產的迅速發展下，城市居民數量急劇增長，對農業生產提出高產量的實際需求。因此，化肥、農藥等高氮高磷物質大量消耗，廢水以及氮磷豐富的雨水排放到河流中，影響了水體水質[4]。養殖行業的發展，以及過度捕撈作業等原因，使得漁場的環境生態受到不同程度的破壞。

近年來，受經濟利益的驅使，我國的養殖業從半精密型轉變為高密度的養殖模式。在這種養殖方式下，殘餌、殘骸、魚體排泄物、藥劑等都會在水里被降解。而有機物的降解產物是以氨氮為主，溶解氧含量下降，氨氮升高，導致水體質量下降，嚴重影響了水體的生態。在經濟快速發展的當下，養殖廢水排放總量已遠遠超出了生態環境的承受范圍和自我凈化的要求，致使水體中的藻類數量急劇增加。污染水體、土壤和空氣的各種有毒物質在生態中惡性循環，最終導致連鎖污染的情況，不利于水產養殖的可持續發展[5]。

1.2 水產養殖防治現狀

物理手段、化學手段、生物手段是國內外水產養殖中常見的水質管理辦法。物理手段以機械除雜為主，針對可溶性物質的處理效果較差。化學手段是利用藥劑和部分物質反應，處理效果顯著，但對生物養殖存在化學殘留弊端，影響水產品品質。生物處理技術包括生物接觸氧化法、曝氣生物過濾法、生物催化法等，生物手段的應用尚處于摸索階段[6]。

其中，值得一提的是植物藥劑處理辦法。植物萃取液處理藥劑是從植物中提煉出的汁液，對生態環境無明顯副作用，對植物和動物都同樣有益，具有保護生命和生態安全的效果。利用生物萃取劑及生物技術對養殖廢水進行治理，實現養殖廢水的綜合利用，可改善養殖產品的質量，充分利用水資源，實現水環境保護。但生物萃取技術復雜，當前無法實現大面積推廣。

2 植物源小分子有機碳

2.1 應用背景

碳源指有機物質，有機物質中都包含著碳。水質處理法中存在利用生化進行處理的情況，即通過水中的有機物質滋養著微生物，碳分子是細菌繁衍的必要條件，通過其對有機物質的吸收，使其在微觀上呈現出淤渣的形狀[7]。隨后經過沉降處理，有機物隨菌沉降，留存清液進行排放，達到了對水質的純化處理。基于此，筆者研究團隊針對小分子有機碳進行分析探究。

植物源小分子有機碳工藝簡單，應用后對環境造成的污染較少，因此，小分子有機碳作為一種新型的生物活性物質，被廣泛應用于工業生產中。通過植物碳化處理，得到的小分子有機碳的固碳質量占比為7.2%～10.5%，灰質量占比高于50%。小分子有機碳pH范圍為8.9～12.4，比某些生物炭的pH值高出很多。這主要是由于土壤中的堿和堿土中的元素成分的增加而引起的。另外，由于其在小分子有機碳的表面具有較高的堿性，因此吸附量大，吸附效率高[8]。有機碳是整個世界上僅有的一種可再生的碳源，因其是生物的來源，在轉換糖類和蛋白質時，都要消耗很多的碳，所以有機物中含有豐富的碳元素。對這些珍貴的碳源進行有效開發，可以確保養殖水域中的碳氮量和營養物質的均衡，進而實現漁業生產的生態平衡，提高養殖水產的免疫力，降低水體的污染，確保水質和食品的安全性，是實現水產養殖可持續發展的關鍵。

2.2 工藝設備及應用原理

地球上有很多的碳源，其中大部分都是由生物來轉化的。在大氣中，有機物經過光合作用，將大分子碳物質轉換成碳水化合物、氨基酸、蛋白質等營養物質。農作物秸稈、樹枝、草炭、木炭、淀粉等多種有機生物，在微生物的作用下可以轉化為小分子碳。

本研究采用團隊自行開發的生物源小分子有機碳工藝提煉設備，從天然植物中分離出富含羥基、羧基、甲氧基等的高效有氧基，提煉以生物為基礎的新型物質，以有機碳為基礎材料。該工藝設備能提煉出一種具有高效活性的小分子碳物質，不需要經過任何處理，就可以為水中的生物體提供小分子有機碳源，并能通過調整碳氮比來幫助菌群迅速繁殖，實現微生物與藻類之間的均衡發展，達到了生物多樣性和生態平衡的凈化目的。此外，生物源小分子有機碳具有較強的活性，能夠對水中重金屬、二噁英等毒性成分進行螯合鈍化，從而形成一種較好的穩定性、較難被水中的有機物所吸附。該方法不僅可以提高水產動物的免疫力、抗逆性，而且可以改善養殖水產的成活率，改善水產品的質量。此套工藝設備能提煉出49.4%的羥基和其他非苯類化合物的強活力的植物源小分子有機碳，設備提煉效率良好。

3 社會效益

1）植物源小分子有機碳在生產現場即可實現投放，無需額外增加設備，一次性投資，效果看得見。水體投放治理達到一定的標準后，減少排水換水的額外費用，達到了節水和環境保護的目的。植物源小分子有機碳采用的是一種完全環保、科學的配方，有效避免了二次污染，以及對水產品的二次影響。

2）植物源小分子有機碳具有豐富的營養和特殊的營養物質，能促進水產養殖物種的生長發育，對新型的微生物、抗生素等污染進行了徹底的治理，提高了水產的品質。植物源小分子有機碳可用于各種淡水魚、蝦、蟹類養殖水體的治理，同時在河道、湖泊、農業水體污染治理及景觀水體治理中也頗具成效[9]。植物源小分子有機碳對水產養殖的廢水進行處理后，減少了養殖水體的更替次數，每周期可降低2～3次，減少了對周邊水域的污染，降低了對外界水源的損害，并達到了節水的目的。

4 實例分析

2019年3月，華東地區某養殖戶河蟹養蟹池出現蟹苗大面積死亡情況，蟹苗成活率極低，同時苦草、馬蘭眼子、水花生、浮萍等覆蓋率高達95%。投放植物源小分子有機碳后約4 h，蟹池中病原體濃度、氨氮含量迅速下降。投放1周后，留存蟹苗未出現繼續死亡的情況，同時苦草、馬蘭眼子、水花生、浮萍等水槽覆蓋率低至70%，檢測蟹池內水質情況已基本達到標準水質。

2019年4月，廣東南美白對蝦養殖戶的水塘里暴發藍藻，水華現象嚴重。進行植物源小分子有機碳投放后，水質氨氮降低了30%左右，水色變得清爽，3～4天后水中的藍藻生長也得到了控制，水華現象消失。

5 效益前景

所謂養魚必養水，水質的控制是水產養殖業的重中之重，水質的優劣將影響到水產品的品質及健康，甚至對整個養殖業的發展都極為關鍵[10]。肥、活、嫩是衡量水質優劣的主要技術標準，對水質進行觀察監測、控制水質也是從業人員不能松懈的每日工作內容，更是關乎養殖效益及發展的關鍵。高活力小分子生物碳有效沃水凈水的效用，在水產養殖業中不可或缺。養殖水體中的碳氮比不平衡，導致了水體中營養物質的不完全轉換，致使大量的氨氮積累，從而破壞了水體的生態平衡[11]。通過放置高活力的小分子有機碳，在水中的碳、氮的配比達到了理想的水平，各種水生生物、植物、微生物等都得到了豐富的有機碳源，通過這些物質的轉換，各種水生生物的生長環境會得到極大的改善。有機碳中的各種羥基、羧基、酚基等高活性基與水中的重金屬結合，達到凈水目的。同時，與二噁英等有毒物質經過絡合和鈍化作用，使其轉化為不易于植物吸收的穩定物質，降低了其對生物的影響。

通過調整水體養分的構成，加入有機物調整碳氮比例，能加速水中的細菌增殖，吸收無機氮化物，把養殖過程中的氨氮等污染物轉換為營養成分，同時，利于被水產生物攝取，保持水環境的穩定，增強動物的免疫力。為了減少養殖中存在的生態問題和養殖成本，可以通過提高養殖成活率、增加產量、減少飼料比，獲得更好的經濟效益。已有的實驗結果顯示，加入碳源調整到11%～23%后，能明顯地減少魚、蝦的飼料系數，增加水產產品的產量效益[12]。

我國現有26%的農田有機質含量低于1%，而有機碳含量低于1%的農用地約為44.8%[13]。利用秸稈作為主要原材料，采用生物燃料精煉技術，可以實現年產30萬t的稻草和1 100萬m3的甲烷。該項目可為35 000個家庭提供日常燃氣或發電量2 800萬kW，可產生碳鏈結構小分子全水溶性有機物物質25 000多萬t/年。在農業生產中，只需1 050～1 200 L的有機碳能液體肥，就可以取代常規化肥，可提高1倍的產量，實現了良性增產。在水產業中，含有高活力的小分子有機碳100 g，可對2 000 m3的養殖或自然水進行清潔，4 h內，氨氮等污染物減少30%左右，3～4天就能消除和抑制細菌的暴發，達到微生物和藻類的平衡，有效地減少了水中的重金屬等毒性物質，達到水質凈化的目的。推進漁業的可持續發展，保證農產品和水產品質量，提高非點源和水體的環境質量，使生態環境得到恢復。植物源小分子有機碳利用最少的經濟、社會代價，確保了水產養殖產出高質量的水產品，同時有效地維護了水產養殖生態平衡，有利于實現綠色可持續的水產產業發展。

6 結語

近年來，隨著中國水產養殖產業的迅速發展，養殖水體水質惡化，氮源污染已經是水質控制的重中之重。在這樣的大背景下，業內普遍認為“碳氮平衡”是一種未來趨勢，這就給小分子有機碳的發展創造了一個有利的市場條件。植物源高活性小分子有機碳具有極高的活性，能夠迅速調整碳素比例，為水體提供碳素，促進營養物質的轉換和合成，同時可以促進細菌藻類的增殖和生長，保證水產品的質量、產量和食用的安全性，有利于實現水產養殖的可持續發展，對我國的生態恢復和發展綠色經濟具有重要意義。