張家松, 陳亮亮, 2, 馮震華, 段亞飛, 董宏標(biāo), 李 華, 劉青松

?

人工基質(zhì)在對(duì)蝦養(yǎng)殖中的應(yīng)用

張家松1, 陳亮亮1, 2, 馮震華1, 段亞飛1, 董宏標(biāo)1, 李 華1, 劉青松1

(1. 中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院南海水產(chǎn)研究所, 農(nóng)業(yè)部南海漁業(yè)資源開(kāi)發(fā)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣東廣州 510300; 2. 上海海洋大學(xué)水產(chǎn)與生命學(xué)院, 上海 201306)

目前中國(guó)對(duì)蝦養(yǎng)殖業(yè)快速發(fā)展, 同時(shí)也伴隨近海養(yǎng)殖水體日益惡化、抗生素和化學(xué)藥物被濫用和水產(chǎn)品食品安全等一系列問(wèn)題。這些問(wèn)題嚴(yán)重制約著對(duì)蝦集約化養(yǎng)殖的可持續(xù)發(fā)展, 因此選擇一種更加健康、綠色和安全的養(yǎng)殖模式顯得尤為重要。作者通過(guò)介紹人工基質(zhì)這種新型水處理技術(shù)表面生物膜的結(jié)構(gòu)和形成過(guò)程, 探討了其功能性(水質(zhì)調(diào)節(jié)、飼料補(bǔ)充和病害防治)機(jī)理, 對(duì)其在對(duì)蝦養(yǎng)殖業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用做了展望。

對(duì)蝦; 人工基質(zhì); 生物膜; 機(jī)理

在過(guò)去數(shù)十年中, 中國(guó)的對(duì)蝦養(yǎng)殖業(yè)在規(guī)模和產(chǎn)量上都有了一個(gè)較大的發(fā)展, 養(yǎng)殖模式也從過(guò)去的低投入、低產(chǎn)出的粗放式養(yǎng)殖模式朝向高投入、高產(chǎn)出和精細(xì)管理集約化養(yǎng)殖模式轉(zhuǎn)變。但是, 當(dāng)前集約化養(yǎng)殖也存在著一些問(wèn)題, 例如因其較高的養(yǎng)殖密度、單一的人工飼料投喂、相對(duì)簡(jiǎn)單的生態(tài)系統(tǒng)以及過(guò)低的環(huán)境承載力極易造成水體中有毒污染物的快速積累, 導(dǎo)致水質(zhì)惡化、病害頻發(fā)[1-2]; 而抗生素的大量使用, 極易造成惡性循環(huán), 不僅導(dǎo)致了耐藥性病原菌的出現(xiàn), 而且影響產(chǎn)品食用安全和環(huán)境安全[3-5]。因此選擇更加健康、綠色和安全的養(yǎng)殖技術(shù)就顯得尤為重要。

人工基質(zhì), 也稱人工水草, 屬于生物-生態(tài)修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域, 人為將耐酸堿、耐污、柔韌性很強(qiáng)的材料投入水中, 在載體表面形成從菌類、藻類到原生動(dòng)物、后生動(dòng)物的立體微生物生態(tài)系統(tǒng), 提高污水處理的效果, 實(shí)現(xiàn)治理系統(tǒng)的高效性和穩(wěn)定性[6]。人工基質(zhì)可有效富集水中的土著微生物, 利用微生物的吸收、分解和同化等作用, 去除部分氮磷等富營(yíng)養(yǎng)物質(zhì); 同時(shí)利用微生物對(duì)污染物的降解作用, 可去除水體中的有機(jī)污染物、藻類甚至藻毒素等物質(zhì), 達(dá)到凈化水質(zhì)的目的, 從而廣泛用于污水處理中[7-9]。將人工基質(zhì)用于對(duì)蝦養(yǎng)殖中起步于20世紀(jì)80年代, 并取得了良好的效果[10-13]。

1 人工基質(zhì)表面生物膜的結(jié)構(gòu)和形成過(guò)程

人工基質(zhì)表面生物膜的形成是動(dòng)態(tài)發(fā)展的過(guò)程。生物膜的最初形成是一個(gè)物理-化學(xué)的自發(fā)反應(yīng)過(guò)程,這個(gè)過(guò)程在基質(zhì)放入水體中的最初幾秒到幾分鐘之內(nèi)完成, 主要指水體中的懸浮物自發(fā)向基質(zhì)表面靠近附著的過(guò)程。最初, 細(xì)菌群落開(kāi)始在基質(zhì)上附著、生長(zhǎng)、繁殖[14]; 隨后便有藻類、真菌、原生動(dòng)物、浮游動(dòng)物和其他無(wú)脊椎動(dòng)物等生物加入菌膜, 最終形成多生物種類組成的動(dòng)態(tài)變化的生物膜[15]。

如圖1所示, 人工基質(zhì)表面生物膜大致可以分為4層[16]。自內(nèi)向外分別是厭氧水層、好氧水層、附著水層和流動(dòng)水層。在空氣中的氧氣進(jìn)入養(yǎng)殖水體之后, 伴隨著水體的流動(dòng)到達(dá)基質(zhì)表面的附著水層, 再經(jīng)由附著水層向好氧水層內(nèi)部擴(kuò)散, 最終被好氧層中生物的各種有氧代謝消耗殆盡。人工基質(zhì)表面好氧水層、附著水層和流動(dòng)水層之間的物質(zhì)交換和能量流動(dòng)最為頻繁, 養(yǎng)殖水體中的氨氮等有害代謝產(chǎn)物經(jīng)流動(dòng)水層進(jìn)入到附著水層, 進(jìn)而擴(kuò)散到好氧、厭氧水層被各水層中附著的細(xì)菌、藻類吸收利用, 維護(hù)良好水質(zhì), 為養(yǎng)殖生物的健康生長(zhǎng)提供了良好的外部環(huán)境。

2 人工基質(zhì)的材料選擇及種類

在水產(chǎn)養(yǎng)殖中, 人工基質(zhì)的選擇必須滿足以下幾個(gè)條件: (1)材料本身無(wú)害、無(wú)毒, 不向水體中釋放有毒、有害氣體或物質(zhì), 確保其不對(duì)養(yǎng)殖生物產(chǎn)生危害; (2)材料比表面積大、高孔隙率, 布水布?xì)庑阅芎? 并且不易堵塞; (3)材料具有一定的機(jī)械強(qiáng)度或者韌性, 不宜被微生物降解, 能夠被重復(fù)利用; (4)價(jià)格低廉, 容易獲取[17]。

目前, 人工基質(zhì)的材料種類包括無(wú)機(jī)類載體, 如硅酸鹽類、碳酸鹽、炭纖維、礦渣、活性炭等; 有機(jī)合成高分子基質(zhì), 如聚丙烯、聚乙烯、PVC管材等; 天然可降解高分子基質(zhì), 如稻草、殼聚糖、海藻酸鈉和纖維素等[17]。

3 人工基質(zhì)在對(duì)蝦養(yǎng)殖中的應(yīng)用

3.1 吸收轉(zhuǎn)化污物, 維護(hù)良好水質(zhì)

人工基質(zhì)加入養(yǎng)殖水體之后, 原有的以水-土界面為主的好氧-厭氧、硝化-反硝化條件擴(kuò)大到整個(gè)水體, 其基質(zhì)表面迅速吸附水體中的懸浮顆粒物質(zhì)并逐漸形成一層生物膜狀結(jié)構(gòu), 膜中的細(xì)菌群落可以對(duì)吸附其上的殘餌、糞便等有機(jī)碎屑進(jìn)行徹底地分解利用, 減少其在池塘底部沉積, 厭氧代謝產(chǎn)生一些有害代謝產(chǎn)物[15]。此外, 膜上的附著藻類以及細(xì)菌, 可從水體中吸收氨氮、硝酸鹽等營(yíng)養(yǎng)鹽。薛松松[18]掛設(shè)納米材料的人工基質(zhì)對(duì)養(yǎng)殖水體的氨氮、亞硝氮、無(wú)機(jī)磷去除率分別為93.5%、69.3%、40.9%, 且提高人工基質(zhì)的面積可顯著增加水處理的速率與效果。同樣, Audelo-Naranjo等[19]使用阿科蔓生態(tài)基(AquaMatsTM)作為人工基質(zhì), 實(shí)驗(yàn)組的游離氨(NH3)和銨離子(NH4+)與對(duì)照組比分別降低了22%和39%, 亞硝酸鹽降低了37.5%。江興龍等[20]在6口養(yǎng)殖對(duì)蝦的池塘中設(shè)置專用人工基質(zhì)(生物膜凈水柵, 專利號(hào)ZL201120032516.6), 在養(yǎng)殖135 d期間, 實(shí)驗(yàn)組的pH、TAN、亞硝酸鹽、無(wú)機(jī)氮和無(wú)機(jī)磷濃度分別顯著低于對(duì)照組7.5%、78.8%、76.2%、53.2%和66.1%, DO 濃度極顯著高于對(duì)照組13.5%。同時(shí)檢測(cè)發(fā)現(xiàn), 細(xì)菌總數(shù)、水體硅藻相對(duì)密度、藻類生物多樣性指數(shù)分別極顯著高于對(duì)照組206%、173%、25.6%, 藻類密度、藍(lán)藻相對(duì)密度分別顯著低于對(duì)照組64.7%、70%, 人工基質(zhì)的使用改善和穩(wěn)定了對(duì)蝦養(yǎng)殖水質(zhì)。

另一方面, 硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌在促進(jìn)氮的循環(huán)中也起到了不可忽視的作用, 但是這些細(xì)菌有其譬如世代長(zhǎng)、生長(zhǎng)慢、消化總堿度大、附著性強(qiáng)等問(wèn)題[17]。添加人工基質(zhì), 可以增加硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌的附著面積, 有利于其快速生長(zhǎng)、繁殖, 并最終加速氨氮和亞硝酸鹽氮等無(wú)機(jī)氮的轉(zhuǎn)化、去除, 大大降低了有害含氮代謝產(chǎn)物對(duì)養(yǎng)殖生物的毒害作用, 達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。吳偉[21]等采用彈性生物填料為人工基質(zhì), 水面下50 cm 處每克填料上的各類微生物的數(shù)量在30 d左右達(dá)到峰值, 細(xì)菌總數(shù)、真菌總數(shù)、氨化細(xì)菌、硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌的數(shù)量分別為初始時(shí)的1366、257、233、250 和225 倍, 其吸收轉(zhuǎn)化氮的能力得到了極大的提高。

3.2 提供附著面積, 增加養(yǎng)殖空間

人工基質(zhì)提供了附著面積, 改變了對(duì)蝦在養(yǎng)殖系統(tǒng)內(nèi)的分布。張波[6]發(fā)現(xiàn)沒(méi)有添加人工基質(zhì)的對(duì)照組, 對(duì)蝦在桶底(59%~64%)、水體(14%~21%)以及桶壁(19%~23%)的比例保持相對(duì)穩(wěn)定。然而, 在添加有人工基質(zhì)的實(shí)驗(yàn)組, 人工基質(zhì)上分布對(duì)蝦的比例隨著人工基質(zhì)數(shù)量和養(yǎng)殖時(shí)間的增加而增加; 而在桶底分布狀況卻剛好相反, 隨著人工基質(zhì)數(shù)量和養(yǎng)殖時(shí)間的增加, 桶底分布的對(duì)蝦比例卻逐漸減少。在G5組里, 實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí), 桶底的對(duì)蝦分布比例最小(6%), 而人工基質(zhì)上的比例卻達(dá)到最大值(62%)。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)期間, 分布于桶壁(16%~23%)和水體(13%~ 21%)的對(duì)蝦比例在實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組間沒(méi)有顯著性差異。對(duì)蝦為底棲生物, 其能否健康成長(zhǎng)與底質(zhì)的好壞密切相關(guān)。對(duì)蝦在人工基質(zhì)上的長(zhǎng)時(shí)間停留, 將大大減少其與池塘底質(zhì)環(huán)境的接觸時(shí)間, 也減少其受到底質(zhì)中病原菌的感染幾率, 這些都將有益于其健康生長(zhǎng)。這些研究結(jié)果也為今后探索進(jìn)行高密度、集約化的養(yǎng)殖管理提供了必要的理論基礎(chǔ)和參考依據(jù)。

由于人工基質(zhì)增加對(duì)蝦的棲息場(chǎng)所, 相應(yīng)降低了對(duì)蝦的養(yǎng)殖密度, 減少了互相殘食的幾率和發(fā)生應(yīng)激的概率, 提高了對(duì)蝦成活率。Sandifer等[10]使用玻璃纖維片為人工基質(zhì), 實(shí)驗(yàn)組的對(duì)蝦成活率(82%)極顯著高于對(duì)照組(58%)。Audelo-Naranjo等[19]在以阿科蔓生態(tài)基(AquaMatsTM)為人工基質(zhì), 發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組的對(duì)蝦成活率(81.4%)也是顯著高于對(duì)照組(75.0%),單位產(chǎn)量也有極顯著差異(1.302 kg/m2和1.144 kg/m2)。Moss等[22]、Otoshi等[23]及Samocha等[24]使用其他材質(zhì)人工基質(zhì)也都有相似的研究發(fā)現(xiàn)。

3.3 補(bǔ)充額外餌料, 降低飼料系數(shù)

研究發(fā)現(xiàn), 人工基質(zhì)表面生物膜的組成十分復(fù)雜,既包括飼料殘餌、糞便等有機(jī)碎屑, 也包含各種各樣的藻類、浮游動(dòng)物和浮游植物等, 甚至?xí)性鷦?dòng)物出現(xiàn)。這些豐富的生物群體本身就是一種優(yōu)質(zhì)的高蛋白質(zhì)生物餌料, 可以作為對(duì)蝦額外蛋白來(lái)源[25-27]。Audelo-Naranjo等[19]發(fā)現(xiàn)使用阿科蔓生態(tài)基的實(shí)驗(yàn)組FCR僅為1.6, 極顯著低于對(duì)照組1.9。對(duì)人工基質(zhì)上的生物膜營(yíng)養(yǎng)成分分析, 其中蛋白質(zhì)占23%~30%, 脂質(zhì)占2%~9%, 灰分占16%~42%和無(wú)氮浸出物占25%~28%, 由此可見(jiàn)其營(yíng)養(yǎng)之豐富[25]。在零換水系統(tǒng)中, Epp等[28]發(fā)現(xiàn)養(yǎng)殖凡納濱對(duì)蝦()體內(nèi)31%的氮來(lái)自飼料蛋白之外的氮源提供。Abreu等[25]利用同位素示蹤法進(jìn)一步證實(shí), 對(duì)蝦體內(nèi)超過(guò)49%碳和70%氮可以來(lái)源于基質(zhì)表面的生物膜。這些發(fā)現(xiàn)充分顯示了生物膜作為對(duì)蝦額外的蛋白補(bǔ)充來(lái)源的重要性。生物膜結(jié)構(gòu)作為對(duì)蝦食物來(lái)源不僅受外界環(huán)境影響小, 而且還是24 h全天候的天然食物源, 不會(huì)受到投喂時(shí)間、頻次的限制, 可隨時(shí)為對(duì)蝦所攝食利用。如此, 在生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中, 就可以嘗試適當(dāng)減少投喂量和投喂頻率, 促使生物膜中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)成分盡可能多的為對(duì)蝦生長(zhǎng)提供所必要的物質(zhì)和能量, 也在某種程度上促進(jìn)了池中生物群體間食物鏈的延伸。

3.4 促進(jìn)有益菌生長(zhǎng), 抑制病原菌數(shù)量

致病菌通常適宜在厭氧、有機(jī)物含量豐富的水體中(大多為池塘底部)生長(zhǎng)繁殖, 人工基質(zhì)的出現(xiàn), 大大降低了池塘底部的有機(jī)物沉積速率, 加快了上下層水體間的交換頻率, 延緩了上下層水體間的分層[15]。厭氧水域?qū)拥臏p少, 有效降低了有害致病病原菌的生存空間, 擴(kuò)展了有益菌的生長(zhǎng)、繁殖的空間。從細(xì)菌種間競(jìng)爭(zhēng)的角度來(lái)看, 一旦水體中有益菌形成占位優(yōu)勢(shì), 則可以有效抑制水體中有害弧菌數(shù)量, 降低對(duì)蝦感染弧菌病的幾率[29]。Zhang[12]檢測(cè)發(fā)現(xiàn), 設(shè)置人工基質(zhì)的對(duì)蝦養(yǎng)殖水體弧菌數(shù)量(4.75×103CFU/mL)顯著少于對(duì)照組(1.70×104CFU /mL)。江興龍等[20]也發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組的水體弧菌極顯著低于對(duì)照組66%。

另有研究發(fā)現(xiàn), 生物膜上微生物群落除了對(duì)養(yǎng)殖水體中含氮代謝物具有較強(qiáng)吸收作用外, 生物膜上的細(xì)菌和微藻也會(huì)產(chǎn)生特定的抗生素類化合物質(zhì), 可以有效地抑制致病菌的生長(zhǎng)繁殖速度[30-32]。江興龍等[20]發(fā)現(xiàn)人工基質(zhì)表面生物膜上弧菌的檢出率為零。Austin等[33]發(fā)現(xiàn)斑節(jié)對(duì)蝦()攝食人工基質(zhì)的生物膜后, 能拮抗溶藻弧菌()、鰻弧菌()、副溶血性弧菌()和創(chuàng)傷弧菌()的感染。當(dāng)然, 對(duì)于這些細(xì)菌和藻類產(chǎn)生抗生素類化合物的機(jī)制、目的和釋放周期等原因尚不清楚, 需要做進(jìn)一步的研究。

4 小結(jié)與展望

人工基質(zhì)應(yīng)用于對(duì)蝦養(yǎng)殖水體中, 除了可以有效調(diào)控水質(zhì)、減少換水之外, 還兼具了餌料補(bǔ)充、為對(duì)蝦提供棲息場(chǎng)所、降低致病菌感染幾率等諸多作用, 顯示出人工基質(zhì)在對(duì)蝦水產(chǎn)養(yǎng)殖中具備著廣闊的應(yīng)用前景。但是, 目前仍然有需要解決的問(wèn)題, 其中包括:

(1) 人工基質(zhì)選材。正如前文所述, 人工基質(zhì)的材料很多, 其中既有價(jià)格昂貴的商業(yè)人工基質(zhì)產(chǎn)品如阿科蔓生態(tài)基, 也不乏價(jià)格低廉的農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品, 例如稻桿、甘蔗渣、竹竿等等。這些材料雖來(lái)源廣、價(jià)格低、易獲取, 但是具體的使用方法、使用效果不一, 沒(méi)有統(tǒng)一使用規(guī)范。

(2) 人工基質(zhì)使用量。受對(duì)蝦規(guī)格、養(yǎng)殖密度、日常管理等影響外, 還受不同地域的環(huán)境、氣候、養(yǎng)殖水體理化性質(zhì)等諸多因素的影響, 因此要想得到一個(gè)統(tǒng)一的、合乎實(shí)際的人工基質(zhì)量, 仍需要更多的研究作為支撐。

(3) 基質(zhì)表面生物膜的成熟和強(qiáng)化。人工基質(zhì)表面生物膜中生物群落的成熟, 通常為一個(gè)自然馴化成熟的過(guò)程, 該過(guò)程較為緩慢, 一般需要30 d左右才能夠完成。但是, 對(duì)于膜中各個(gè)微生物群落的結(jié)構(gòu)組成、具體功能、群落演替規(guī)律來(lái)說(shuō), 目前仍然是一個(gè)“黑匣子”, 其中的秘密也等待著更多學(xué)者的更多努力和研究來(lái)揭示。

因此, 今后對(duì)人工基質(zhì)在對(duì)蝦養(yǎng)殖中的應(yīng)用研究中, 可以借助其他技術(shù)手段, 例如與現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)結(jié)合, 培育高效的污染物降解菌; 與納米材料技術(shù)相結(jié)合, 構(gòu)建高親和力的生物膜載體材料; 還可以結(jié)合當(dāng)代固定化微生物技術(shù), 對(duì)選育出來(lái)的菌株進(jìn)行固定、包埋, 使之能夠更加持久、高效的發(fā)揮作用等。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳亮亮, 董宏標(biāo), 李卓佳, 等. 生物絮團(tuán)技術(shù)在對(duì)蝦養(yǎng)殖中的應(yīng)用及展望[J]. 海洋科學(xué), 2014, 38(8): 103-108. Chen Liangliang, Dong Hongbiao, Li Zhuojia, et al. Review of the application and perspective of biofloc technology in shrimp culture[J]. Marine Sciences, 2014, 38(8): 103-108.

[2] 郭辰, 王大鵬, 鄧超冰, 等. 廣西沿海池塘養(yǎng)殖污染調(diào)查與分析[J]. 海洋環(huán)境科學(xué), 2014, 33(2): 253-257. Guo Chen, Wang Dapeng, Deng Chaobing, et al. Investigation and analysis of Guangxi coastal pond aquaculture pollution[J]. Marine Environmental Sciences, 2014, 33(2): 253-257.

[3] Cao L, Naylor R, Henriksson P, et al. China’s aquaculture and the world’s wild fisheries[J]. Science, 2015, 133-135.

[4] Dagá P, Feijoo G, Moreira M T, et al. Bioencapsulated probiotics increased survival, growth and improved gut flora of turbot () larvae[J]. Aquacult International, 2013, 21(2): 337-345.

[5] Mu?oz-Atienza E, Gómez-Sala B, Araújo C, et al. Antimicrobial activity, antibiotic susceptibility and virulence factors of Lactic Acid Bacteria of aquatic origin intended for use as probiotics in aquaculture[J]. BMC Microbiology, 2013, 13(1): 15.

[6] 張波. 人工水草在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的作用機(jī)制研究[D]. 廣州: 中山大學(xué), 2009. Zhang Bo. The mechanisms of artificial plants in aquac-ulture[D]. Guangzhou: Sun Yat-sen University, 2009.

[7] 吳睿, 張曉松, 戴江玉, 等. 3種人工載體凈化富營(yíng)養(yǎng)化水體能力的比較[J]. 湖泊科學(xué), 2014, 26(5): 682-690. Wu Rui, Zhang Xiaosong, Dai Jiangyu, et al. Comparison of the abilities of three artificial substrates in purifying eutrophic waters[J]. Lake Sciences, 2014, 26(5): 682-690.

[8] 吳敏. 人工介質(zhì)富集微生物及其對(duì)微量有機(jī)物降解的研究[D]. 南京: 東南大學(xué), 2005.Wu Min. Study on the artificial media’s performance in microbe enrichment and its biodegradability on trace-quantity- organic pollutants[D]. Nanjing: Southeast University, 2005.

[9] 朱文君. 自然曝氣生物濾床對(duì)微囊藻毒素的處理效果及機(jī)理研究[D]. 廣州: 暨南大學(xué), 2013. Zhu Wenjun. Removal efficiency and mechanism of microcystins by natural-aeration biofilter[D]. Guangzhou: Jinan University, 2013.

[10] Sandifer P A, Hopkins J S, Stokes A D. Intensive culture potential of[J]. Journal of the World Aquaculture Society, 1987, 18(2): 94-100.

[11] Schveitzer R, Araabtes R, Baloi M F, et al. Use of artificial substrates in the culture of(Biofloc System) at different stocking densities: Effects on microbial activity, water quality and production rates[J]. Aquacultural Engineering, 2013, 54: 93-103.

基于水務(wù)公司的業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)板塊，通常意義上需要構(gòu)建以下五大業(yè)務(wù)平臺(tái)：(1)智慧生產(chǎn)平臺(tái)；（2）智慧管網(wǎng)平臺(tái)；（3）客服與營(yíng)銷平臺(tái)；（4）工程管理平臺(tái)；（5）統(tǒng)一協(xié)同辦公平臺(tái)。

[12] Zhang J, Chen L, Dong H, et al. Artificial substrates in zero-water-exchange culture system regulate the rearing performance of Pacific white shrimp(Boone, 1931) under the winter indoor condition[J]. Aquaculture Research, 2016, 47(1): 91-100.

[13] Viau V E, Marciano A, Iriel A, et al. Assessment of a biofilm-based culture system within zero water exchange on water quality and on survival and growth of the freshwater shrimp[J]. Aquaculture Research, 2016, 47: 2528-2542.

[14] Wahl M. Marine epibiosis. I. Fouling and antifouling: some basic aspects[J]. Marine Ecology Progress Series, 1989, 58(1): 175-189.

[15] Azim M E, Rahaman M M, Wahab M A, et al. Periphyton-based pond polyculture system: a bioeconomic comparison of on-farm and on-station trials[J]. Aquaculture, 2004, 242(1): 381-396.

[16] 楊紅艷. 人工水草技術(shù)及其在城鎮(zhèn)河道生態(tài)修復(fù)中的應(yīng)用研究[D]. 濟(jì)南: 山東師范大學(xué), 2013. Yang Hongyan. The technology of artificial plants and the application and research of ecological restoration in urban river [D]. Jinan: Shandong Normal University, 2013.

[17] 蔣凱鳳, 肖繼波. 水處理生物膜載體研究進(jìn)展[J]. 浙江林學(xué)院學(xué)報(bào), 2010, 27(3): 451-455. Jiang Kaifeng , Xiao Jibo. Research progress of biofilm carrier for wastewater treatment[J]. Journal of Zhejiang Forestry College, 2010, 27(3): 451-455.

[18] 薛松松. 納米生態(tài)基在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用研究[D]. 青島: 中國(guó)海洋大學(xué), 2011. Xue Songsong. The applied research of Nano-ecobase in aquaculture[D]. Qingdao: Ocean University of China, 2011.

[19] Audelo-Naranjo J M, Martínez-Córdova L R, Gómez- Jiménez S, et al. Intensive culture ofwithout water exchange and with an artificial substrate[J]. Hidrobiológica, 2012, 22(1): 1-7.

[20] 江興龍, 鄧來(lái)富. 凡納濱對(duì)蝦()池塘生物膜低碳養(yǎng)殖技術(shù)研究[J]. 海洋與湖沼, 2013, 6: 1536-1543. Jiang Xinglong, Deng Laifu. Technique of pond aquaculture with biofilm low-carbon for white shrimp[J]. Oceanologia et Limnologia Sinica, 2013, 6: 1536-1543.

[21] 吳偉, 陳家長(zhǎng), 胡庚東, 等. 利用人工基質(zhì)構(gòu)建固定化微生物膜對(duì)池塘養(yǎng)殖水體的原位修復(fù)[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2008, 4: 1501-1507. Wu Wei, Chen Jiazhang, Hu Gengdong, et al. Research on the immobilized biofilm structure of the artificial substrates and in- site bioremediation of the pond aquaculture water[J]. Journal of Agro-Environment Science, 2008, 4: 1501-1507.

[22] Moss K R K, Moss S M. Effects of artificial substrate and stocking density on the nursery production of pacific white shrimp[J]. Journal of the World Aquaculture Society, 2004, 35(4): 536-542.

[23] Otoshi C A, Tang L R, Moss D R, et al. The rising tide-proceedings of the special session on sustainable shrimp farming [M]. Baton Rouge, Lousiana, USA: World Aquaculture Society, 2009: 316.

[24] Samocha T M, Wilkenfeld J S, Morris T C, et al. Intensive raceways without water exchange analyzed for white shrimp culture[J]. Global Aquaculture Advocate, 2010, 13: 22-14.

[25] Abreu P C, Ballester E L C, Odebrecht C, et al. Importance of biofilm as food source for shrimpevaluated by stable isotopes (δ13C and δ15N)[J]. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology, 2007, 347(1): 88-96.

[26] Kuwae T, Beninger P G, Decottignies P, et al. Biofilm grazing in a higher vertebrate: the western sandpiper,[J]. Ecology, 2008, 89(3): 599-606.

[27] Thompson F L, Abreu P C, Wasielesky W. Importance of biofilm for water quality and nourishment in intensive shrimp culture[J]. Aquaculture, 2002, 203(3): 263-278.

[28] Epp M A, Ziemann D A, Schell D M. Carbon and nitrogen dynamics in zero-water exchange shrimp culture as indicated by stable isotope tracers[J]. Aquaculture Research, 2002, 33(11): 839-846.

[29] 宋協(xié)法, 馬真, 萬(wàn)榮. 納米生態(tài)基在凡納濱對(duì)蝦養(yǎng)殖中的應(yīng)用研究[J]. 中國(guó)海洋大學(xué)學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版), 2010, 40(10): 24-28. Song Xiefa, Ma Zhen, Wan Rong. Application of a Nano material ecobase inculture systems[J]. Periodical of Ocean University of China (Natural Science Edition), 2010, 40(10): 24-28.

[30] Austin B, Austin D D A. Bacterial fish pathogens: diseases of farmed and wild fish [M]. Chichester, UK: Springer, 2007.

[31] Brock J A, Main K L. A guide to the common problems and diseases of cultured[M]. Baton Rouge, Lousiana, USA: World Aquaculture Society , 1994: 242.

[32] Alabi A O, Cob Z C, Jones D A, et al. Influence of algal exudates and bacteria on growth and survival of white shrimp larvae fed entirely on microencapsulated diets[J]. Aquaculture International, 1999, 7(3): 137-158.

[33] Austin B, Day J D. Inhibition of prawn pathogenicspp. by a commercial spray-dried preparation ofa[J]. Aquaculture, 1990, 90: 389-392.

(本文編輯: 譚雪靜)

Review of application of artificial substrates in shrimp culture

ZHANG Jia-song1, CHEN Liang-liang1, 2, FENG Zhen-hua1, DUAN Ya-fei1, DONG Hong-biao1, LI Hua1, LIU Qing-song1

(1. Key Laboratory of South China Sea Fishery Resources Exploitation & Utilization, Ministry of Agriculture; South China Sea Fisheries Research Institute, Chinese Academy of Fishery Sciences, Guangzhou 510300, China; 2. College of Fisheries and Life, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China)

This article briefly reviews the current penaeid shrimp farming model, which caused a series of problems, such as environmental pollution, drug abuse, and food insecurity. This article also introduces the periphyton-based biofilm technology, which is a newly developing shrimp wastewater treatment technology, along with a detailed discussion on biofilm structure and its formation process. The functional mechanisms (water quality control, feed supplement, biosecurity, and disease defense) of artificial substrates are also discussed. Finally, several related discussions are provided according to the problems such as artificial selection, addition proportion, artificial regulation of biofilm communities, and the surface-immobilized microorganism technology in practical application.

Shrimp; artificial substrate; biofilm; mechanism

Jan. 22, 2015

S969.35

A

1000-3096(2016)09-0135-05

10.11759/hykx20150122002

2015-01-22;

2015-04-06

國(guó)家“十二五”科技支撐計(jì)劃(2011BAD13B10); 中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金項(xiàng)目(2012YD02, 2012TS26); 廣東省海洋漁業(yè)科技推廣專項(xiàng)(A201208H01, A201201B04, A201301D02)

張家松(1971-), 男, 江蘇徐州人, 副研究員, 博士, 主要從事設(shè)施漁業(yè)養(yǎng)殖技術(shù)研究, 電話: 020-84451349, E-mail: jiasongzhang@ hotmail.com

[Foundation: National Science and Technology Supporting Plan of the Twelfth Five-Year, No. 2011BAD13B10; Common Research Foundation for Central Institutions of China, No. 2012YD02, 2012TS26; Guangdong Provincial Special Fund for Marine Fisheries Technology, No. A201208H01, A201201B04, A201301D02]