李曉蕊,宋協(xié)法,周廣軍,董登攀

(1 中國(guó)海洋大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院,山東 青島 266003;2 煙臺(tái)市海洋經(jīng)濟(jì)研究院,山東 煙臺(tái) 264004)

生物絮團(tuán)(Biofloc Technology,BFT)是以異養(yǎng)細(xì)菌為主，同時(shí)與原生動(dòng)物、藻類等水體成分混合形成的具有調(diào)節(jié)水質(zhì)功能的絮狀懸浮物[1]。在生物絮團(tuán)養(yǎng)殖系統(tǒng)中，需要通過外加碳源以維持異養(yǎng)細(xì)菌的生長(zhǎng)，碳源的種類和數(shù)量很大程度上決定了絮體的形成[2]。傳統(tǒng)碳源如葡萄糖[3]、米糠[4]、木薯粉[5]、蜜糖[6]、玉米淀粉[7]、淀粉[8]、甘蔗渣[9]等降解速度快，需要頻繁添加，容易出現(xiàn)碳源不足或過量情況，對(duì)養(yǎng)殖水體造成新的污染，對(duì)系統(tǒng)處理造成過高的負(fù)荷。生物可降解聚合物如3-羥基丁酸-co-3-羥基戊酸共聚物(poly3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate，PHBV)、聚-β-羥丁酸(poly-hydroxybutyrate，PHB)、聚己內(nèi)酯(polycaprolactone，PCL)可緩慢釋放有機(jī)碳源，被證明能夠?yàn)樯镄鯃F(tuán)建立提供穩(wěn)定的有機(jī)碳源[10-11]。研究表明，生物絮團(tuán)系統(tǒng)中添加PHB，可促進(jìn)羅非魚(Oreochromismossanbicus)[12]、南美白對(duì)蝦(Litopenaeusvannamei)[13]等的生長(zhǎng)和抗病性的提高，但在碳源添加規(guī)律和海水養(yǎng)殖中的應(yīng)用卻鮮有研究。若將生物可降解聚合物作為碳源用于海水養(yǎng)殖中，鹽度對(duì)其有機(jī)碳的釋放勢(shì)必是最為關(guān)鍵的一環(huán)。本研究選取聚乳酸(PLA)和3-羥基丁酸-co-3-羥基戊酸共聚物(PHBV) 作為外加碳源，探究在模擬海水生物絮團(tuán)養(yǎng)殖中，不同鹽度下，碳源有機(jī)碳釋放規(guī)律，以及PLA與PHBV對(duì)于海水生物絮團(tuán)養(yǎng)殖中水質(zhì)、微生物群落多樣性及其結(jié)構(gòu)的影響，為生物可降解聚合物作為外加碳源的生物絮團(tuán)技術(shù)在海水養(yǎng)殖中的應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)裝置

本研究采用6個(gè)PE材料反應(yīng)器(下口入水，上口出水)并聯(lián)運(yùn)行的方式，每個(gè)反應(yīng)器有效容積約2 L，內(nèi)部懸掛添加PLA或PHBV 20 g，設(shè)置水體鹽度為10、20、30，共設(shè)6個(gè)試驗(yàn)組，反應(yīng)器鹽度設(shè)置如表1。反應(yīng)器內(nèi)采用納米管持續(xù)曝氣，保證水體中溶氧為5.30～6.00 mg/L ，利用加熱棒將溫度控制在21.87±0.29℃，試驗(yàn)用水為人工配制的海水養(yǎng)殖廢水。

表1 生物反應(yīng)器條件設(shè)置

1.2 人工配制的海水養(yǎng)殖廢水

殘飼糞便取自威海圣航水產(chǎn)科技有限公司的大菱鲆養(yǎng)殖系統(tǒng)，經(jīng)自然風(fēng)干后于烘箱內(nèi)65℃烘干12 h，烘干后的殘飼糞便使用研磨機(jī)粉碎。配水時(shí)取500 g溶于少量水后發(fā)酵3 d，經(jīng)300目篩絹過濾，將浸出液倒入體積約65 L的水桶中混勻，棄去殘?jiān)瑴y(cè)定水質(zhì)指標(biāo)后按照比例用來自青島近海經(jīng)砂濾的純凈海水稀釋作為試驗(yàn)用水[14]。

1.3 試驗(yàn)過程

1.3.1 反應(yīng)器搭建

反應(yīng)器采用納米管曝氣，利用蠕動(dòng)泵(設(shè)置水力停留時(shí)間為5 d)補(bǔ)充自然蒸發(fā)水和養(yǎng)殖物耗水，設(shè)置海水養(yǎng)殖廢水中的氨氮質(zhì)量濃度為2 mg/L，為加快反應(yīng)器中生物絮團(tuán)的產(chǎn)生，分別在反應(yīng)器中加入2 g復(fù)合芽孢桿菌，穩(wěn)定4 d。

1.3.2 探究PLA與PHBV的碳源添加規(guī)律

設(shè)備穩(wěn)定4 d后，從第5天開始，進(jìn)行樣品采集和檢查。根據(jù)水體中各項(xiàng)指標(biāo)的變化，通過加入碳酸鈉控制水體中的pH在8.0以上，通過后期添加相應(yīng)的PLA或PHBV以調(diào)節(jié)C/N(用COD表示水體中的碳含量，用氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮的總和表示水體中的氮含量)。在試驗(yàn)進(jìn)行到45 d時(shí)對(duì)水體中的沉積生物絮團(tuán)清理，試驗(yàn)持續(xù)90 d。

1.3.3 樣品采集與檢測(cè)

1.3.3.1 水質(zhì)檢測(cè)

每3 d在早上9：00到9：30采用取樣管分別在反應(yīng)器周邊和中心選取5個(gè)點(diǎn)進(jìn)行取樣，每次取樣50 mL，使用離心機(jī)離心(4 000 r/min)5 min后進(jìn)行水質(zhì)指標(biāo)檢測(cè)。使用YSI檢測(cè)水環(huán)境中的溫度、鹽度、pH、溶氧(DO)。總氨氮、亞硝酸鹽、硝酸鹽、磷酸鹽以及化學(xué)需氧量(COD)指標(biāo)測(cè)定參照GB 173784—2007《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范海水分析》[15]，總氨氮檢測(cè)方法為納氏試劑法，亞硝酸鹽檢測(cè)方法為鹽酸萘乙二胺法，硝酸鹽檢測(cè)方法為鋅鎘還原法，磷酸鹽檢測(cè)方法為磷鉬藍(lán)分光光度法，COD檢測(cè)方法為高錳酸鉀氧化法。

1.3.3.2 生物絮團(tuán)指標(biāo)測(cè)定

取100～200 mL水樣使用沉淀漏斗(量程1 000 mL，精度0.01，Nalgene)經(jīng)過30 min沉淀，統(tǒng)計(jì)生物絮團(tuán)沉積量[2]，總固體顆粒懸浮物采用CJ/T 52—1999《城市污水懸浮固體的測(cè)定》[16]，取水樣50～100 mL，使用0.45 μm混合濾膜抽濾后，于105℃烘箱烘干后稱重。

1.3.3.3 微生物群落分析

試驗(yàn)前期(11月15日)、中期(12月20日)、后期(1月27日)系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)在6個(gè)反應(yīng)器周邊和中心取生物絮團(tuán)質(zhì)量濃度較高的底層水樣，置于沉淀漏斗中，取沉淀物進(jìn)行抽濾后，留取抽濾后濾膜，共取樣18個(gè)。

利用1%瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)抽提的基因組DNA，進(jìn)行PCR擴(kuò)增，按指定測(cè)序區(qū)域，合成帶有barcode的特異引物。為保證后續(xù)數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性及可靠性，盡可能使用低循環(huán)數(shù)擴(kuò)增；保證每個(gè)樣本擴(kuò)增的循環(huán)數(shù)一致。隨機(jī)選取具有代表性的樣本進(jìn)行預(yù)試驗(yàn)，確保在最低循環(huán)數(shù)中使絕大多數(shù)樣本能夠擴(kuò)增出質(zhì)量濃度合適的產(chǎn)物。構(gòu)建Miseq文庫，進(jìn)行Miseq測(cè)序。

1.4 數(shù)據(jù)記錄與處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)使用Excel與SPSS 20.0記錄和處理，并作圖。微生物群落分析使用Flash 1.2.11進(jìn)行pair-end雙端序列拼接處理，使用Qiime 1.9.1生成各分類學(xué)水豐度表，進(jìn)行beta多樣性距離計(jì)算，使用Uparse 7.0.1090和Usearch 7.0進(jìn)行OTU聚類與OTU統(tǒng)計(jì)分析，使用RDP Classifier 2.11進(jìn)行序列分類注釋，使用Mothur 1.30.2進(jìn)行alpha多樣性分析，微生物數(shù)據(jù)庫選擇SILVA132 rRNA數(shù)據(jù)庫，利用Fastp 0.19.6進(jìn)行質(zhì)控。

2 結(jié)果

2.1 不同鹽度下以PLA與PHBV為碳源的系統(tǒng)中水質(zhì)指標(biāo)的變化

不同鹽度下以PLA與PHBV為碳源的系統(tǒng)中，水質(zhì)指標(biāo)氨氮、硝酸鹽、亞硝酸鹽和磷酸鹽質(zhì)量濃度及相關(guān)性見表2，變化情況見圖1。

表2 不同鹽度下以PLA與PHBV為碳源的系統(tǒng)中水質(zhì)指標(biāo)

圖1 不同鹽度下以PLA與PHBV分別為碳源的系統(tǒng)中水質(zhì)參數(shù)的變化

在試驗(yàn)前期，無論是以PLA還是以PHBV為外加碳源的系統(tǒng)中，鹽度越低，氨氮質(zhì)量濃度越低，說明試驗(yàn)前期，低鹽度系統(tǒng)更有利于生物絮團(tuán)系統(tǒng)處理水體中的氨氮，低鹽度系統(tǒng)中，PLA、PHBV試驗(yàn)組前期環(huán)境平均氨氮質(zhì)量濃度最低，分別為12.82 mg/L、8.08 mg/L；在試驗(yàn)中期，氨氮質(zhì)量濃度趨于穩(wěn)定，鹽度不再成為生物絮團(tuán)處理氨氮的影響因素；在試驗(yàn)后期，氨氮質(zhì)量濃度與系統(tǒng)鹽度的關(guān)系呈現(xiàn)出與前期相反的變化趨勢(shì)，高鹽度系統(tǒng)中，PLA、PHBV試驗(yàn)組前期環(huán)境平均氨氮質(zhì)量濃度最低，分別為4.20 mg/L、3.22 mg/L；在試驗(yàn)全過程，以PHBV為外加碳源的系統(tǒng)相較于以PLA為外加碳源的系統(tǒng)在同一鹽度組中，都呈現(xiàn)出較好的氨氮處理效果。硝酸鹽質(zhì)量濃度與亞硝酸鹽在試驗(yàn)全過程都呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)，硝酸鹽質(zhì)量濃度呈直線上升，亞硝酸鹽質(zhì)量濃度在后期變化較平緩，其中，中鹽度系統(tǒng)中增長(zhǎng)速度最快。在試驗(yàn)全過程，磷酸鹽能夠有效被處理，最終保持在0.01 mg/L以下。

2.2 不同鹽度以PLA與PHBV為碳源的系統(tǒng)中碳源的釋放規(guī)律

不同鹽度以PLA與PHBV為碳源的系統(tǒng)中，碳氮比變化見圖2。

圖2 不同鹽度下以PLA與PHBV分別為碳源的系統(tǒng)中碳氮比的變化

在試驗(yàn)全過程，無論是以PLA還是以PHBV為外加碳源的系統(tǒng)，碳氮比都高于4，能夠?yàn)橄到y(tǒng)提供足夠的有機(jī)碳源。在試驗(yàn)初期，以PHBV為外加碳源的系統(tǒng)碳氮比要高于同鹽度組以PLA為外加碳源的，與氨氮處理效率相對(duì)應(yīng)；在試驗(yàn)中期，除以PLA為外加碳源高鹽度系統(tǒng)碳氮比一直在上升外，其他系統(tǒng)都出現(xiàn)了一定程度的下降；在試驗(yàn)后期，除以PHBV為外加碳源中鹽度系統(tǒng)碳氮比一直在下降外，其他系統(tǒng)都出現(xiàn)了上升，最終以PLA為外加碳源的系統(tǒng)碳氮比都高于同鹽度組以PHBV為外加碳源的系統(tǒng)。在試驗(yàn)全過程，無論是以PLA還是以PHBV為外加碳源的系統(tǒng)，低鹽度組與高鹽度組的碳氮比較高，中鹽度組的碳氮比較低。

2.3 不同鹽度下以PLA與PHBV分別為碳源的系統(tǒng)中生物絮團(tuán)形成

PLA與PHBV作為外加碳源都會(huì)促進(jìn)生物絮團(tuán)的形成。每一個(gè)系統(tǒng)中總固體顆粒懸浮物量都呈現(xiàn)出先增后減的趨勢(shì)。

圖3 不同鹽度下以PLA與PHBV分別為碳源的系統(tǒng)中生物絮團(tuán)沉積量的變化

圖4 不同鹽度下以PLA與PHBV分別為碳源的系統(tǒng)中總固體顆粒懸浮物量的變化

以PLA為外加碳源低鹽度、以PLA為外加碳源中鹽度、以PHBV為外加碳源低鹽度、以PHBV為外加碳源高鹽度系統(tǒng)中，生物絮團(tuán)沉積量的變化呈現(xiàn)出與總固體顆粒懸浮物相同的先增后減的變化趨勢(shì)，以PLA為外加碳源的高鹽度系統(tǒng)和以PHBV為外加碳源的中鹽度系統(tǒng)生物絮團(tuán)沉積量呈現(xiàn)出一直上升的變化趨勢(shì)。

2.4 不同鹽度下以PLA與PHBV分別為碳源的系統(tǒng)中微生物群落多樣性及結(jié)構(gòu)分析

2.4.1 微生物群落的多樣性指數(shù)分析

對(duì)樣品的進(jìn)行微生物群落多樣性指數(shù)分析(表3)，所有樣品的覆蓋率(coverage)在99.5%以上，說明能夠覆蓋99.5%以上的細(xì)菌。樣品多樣性指數(shù)(Shannon指數(shù)和Simpson指數(shù))可以得到以PLA為外加碳源的試驗(yàn)組與以PHBV為外加碳源的試驗(yàn)組多樣性相差不大，整體多樣性較低，Chao1指數(shù)表明，兩組試驗(yàn)菌群豐度相差不大，整體較低。

表3 微生物群落中生物覆蓋和多樣性指數(shù)對(duì)比

2.4.2 微生物群落結(jié)構(gòu)分析

通過對(duì)樣品進(jìn)行門水平的細(xì)菌門類及其相對(duì)豐度的分析，共獲得9個(gè)重要菌門(圖5)，分別為變形菌門(Proteobacteria)、厚壁菌門(Firmicutes)、擬桿菌門(Bacteroidota)、放線菌門(Actinobacteriota)、綠彎菌門(Chloroflexi)、疣微菌門(Verrucomicrobiota)、藍(lán)藻門(Cyanobacteria)、類浮霉?fàn)罹T(Planctomycetota)、髕骨細(xì)菌門(Patescibacteria)，占群落微生物數(shù)量的99%以上，其中變形菌門(Proteobacteria)為優(yōu)勢(shì)菌，占群落微生物的40%，以PLA為外加碳源的系統(tǒng)中的優(yōu)勢(shì)菌豐度占比略大于以PHBV為外加碳源的系統(tǒng)，兩種外加碳源系統(tǒng)中變形菌門(Proteobacteria)、厚壁菌門(Firmicutes)、擬桿菌門(Bacteroidota)和放線菌門(Actinobacteriota)4種菌豐度占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，為80%～90%。

圖5 以PLA與PHBV分別為碳源的系統(tǒng)中優(yōu)勢(shì)菌門及其相對(duì)豐度

圖6所示，在屬水平上，有50%左右的細(xì)菌屬于無法分類和豐度極低的細(xì)菌。在以PLA為外加碳源系統(tǒng)和以PHBV為外加碳源系統(tǒng)中，優(yōu)勢(shì)菌群均為芽孢桿菌屬(Bacillus)，豐度占比在20%左右，以PLA為外加碳源系統(tǒng)要略高于以PHBV為外加碳源系統(tǒng)。此外，在以PLA為外加碳源系統(tǒng)中，未分類微桿菌科(umclassified-Microbacteriaceae)、鼠尾菌屬(Muricauda)、象牙白棲東海菌屬(Donghicola)、Roseibaca、海桿菌屬(Marinobactersp.)、Methyloligellaceae豐度較高，在以PHBV為外加碳源系統(tǒng)中未分類微桿菌科(umclassified-Microbacteriaceae)、鼠尾菌屬(Muricauda)、Roseibaca豐度較高。

圖6 以PLA與PHBV分別為碳源的系統(tǒng)中優(yōu)勢(shì)菌屬及其相對(duì)豐度

圖7所示，在以PLA為外加碳源的系統(tǒng)中，除在低中高鹽度的系統(tǒng)中都有約30%～40%的無法分類和豐度極低的物種外，在低鹽度系統(tǒng)和中鹽度系統(tǒng)中，芽孢桿菌屬(Bacillus)都為優(yōu)勢(shì)菌屬，豐度為20%～30%，中鹽度系統(tǒng)中芽孢桿菌屬(Bacillus)豐度略高于低鹽度系統(tǒng)，在高鹽度系統(tǒng)中芽孢桿菌屬(Bacillus)與象牙白棲東海菌屬(Donghicola)豐度相差不多，在15%左右，芽孢桿菌屬(Bacillus)豐度明顯低于低中鹽度系統(tǒng)。

圖7 以PLA為碳源的系統(tǒng)中優(yōu)勢(shì)菌屬及其相對(duì)豐度

圖8所示，在以PHBV為外加碳源的系統(tǒng)中，在低中高鹽度的系統(tǒng)中都有約30%～40%的無法分類和豐度極低的物種外，在低中高鹽度系統(tǒng)中，芽孢桿菌屬(Bacillus)都為優(yōu)勢(shì)菌屬，豐度為15%～25%，其中芽孢桿菌屬(Bacillus)豐度較高的為低鹽度和高鹽度系統(tǒng)，在中鹽度系統(tǒng)中，未分類微桿菌科(unclassified-Microbacteriaceae)為相對(duì)豐度第二高的菌科，約為5%。

圖8 以PHBV為碳源的系統(tǒng)中優(yōu)勢(shì)菌屬及其相對(duì)豐度

3 討論

3.1 不同鹽度下以PLA與PHBV分別為碳源的系統(tǒng)中水質(zhì)指標(biāo)的變化

通過試驗(yàn)結(jié)果可以得知，低鹽度的環(huán)境有利于生物絮團(tuán)系統(tǒng)的建立，這表現(xiàn)在無論是以PHBV還是以PLA為碳源的系統(tǒng)中，低鹽度的系統(tǒng)在試驗(yàn)初期的氨氮處理和保持效果優(yōu)于中高鹽度，這一結(jié)果表明鹽度在海水生物絮團(tuán)養(yǎng)殖中是不可或缺的重要條件且會(huì)對(duì)生物絮團(tuán)系統(tǒng)的建立速度產(chǎn)生影響，中后期3種鹽度系統(tǒng)中氨氮的處理和保持效果逐漸趨于一致，說明鹽度只會(huì)對(duì)生物絮團(tuán)系統(tǒng)的建立速度產(chǎn)生影響而不會(huì)對(duì)后期處理效果產(chǎn)生影響。亞硝酸鹽和硝酸鹽在兩種碳源的中鹽度系統(tǒng)中的異?？焖僭鲩L(zhǎng)同樣說明中鹽度系統(tǒng)對(duì)于亞硝酸鹽和硝酸鹽的轉(zhuǎn)化過程相較于低高鹽度系統(tǒng)處理速度更加緩慢。氨氮、亞硝酸鹽和硝酸鹽的變化證明PHBV碳源的釋放和處理效率要高于PLA碳源。生物絮團(tuán)系統(tǒng)中磷酸鹽的變化也說明在生物絮團(tuán)系統(tǒng)中除氨氮外，磷酸鹽也能夠被有效利用。

在生物絮團(tuán)系統(tǒng)中，會(huì)出現(xiàn)3種氨氮轉(zhuǎn)化反應(yīng)，第1種是異養(yǎng)細(xì)菌以氨氮為氮源、以有機(jī)碳為碳源合成自身菌體蛋白[17]；第2種是自養(yǎng)硝化細(xì)菌以氨氮為氮源、以碳酸氫根為碳源合成自身菌體蛋白[17-18]；第3種是反硝化細(xì)菌以硝酸鹽為氮源、以有機(jī)碳為碳源合成自身菌體蛋白[17]。根據(jù)水質(zhì)指標(biāo)的變化得知：水體中的氨氮產(chǎn)生了第1種[17]的反應(yīng)，且在大多數(shù)生物絮團(tuán)養(yǎng)殖系統(tǒng)中都會(huì)出現(xiàn)硝酸鹽的積累現(xiàn)象。黎爽等[20]在探究光照強(qiáng)調(diào)對(duì)凡納濱對(duì)蝦生物絮團(tuán)養(yǎng)殖的影響中，也在試驗(yàn)后期出現(xiàn)了硝酸鹽的積累，最高質(zhì)量濃度達(dá)到了16 mg/L；Samocha等[21]曾在不換水集約化跑道式養(yǎng)殖系統(tǒng)中硝酸鹽質(zhì)量濃度最高達(dá)到了400 mg/L；Wu等[22]在生物絮團(tuán)凡納濱對(duì)蝦養(yǎng)殖系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)，養(yǎng)殖11周后，水體中硝酸鹽質(zhì)量濃度從0 mg/L積累到16 mg/L。在本試驗(yàn)中，除PHBV碳源組中鹽度系統(tǒng)中在后期達(dá)到16 mg/L以外，其他試驗(yàn)組為6～8 mg/L，要低于養(yǎng)殖系統(tǒng)中的硝酸鹽質(zhì)量濃度，可能與反應(yīng)系統(tǒng)中沒有養(yǎng)殖種參與整個(gè)生物絮團(tuán)系統(tǒng)構(gòu)建，氮源的提供主要依靠模擬養(yǎng)殖廢水有關(guān)。

3.2 不同鹽度下以PLA與PHBV為碳源的系統(tǒng)中外加碳源的釋放規(guī)律

碳氮比的變化不僅反應(yīng)碳源的釋放情況，同時(shí)還反應(yīng)水體中氮含量的變化。整個(gè)試驗(yàn)過程，氨氮變化不明顯、亞硝酸鹽和硝酸鹽質(zhì)量濃度一直在上升，除PLA碳源高鹽度組外，其他組在試驗(yàn)中期出現(xiàn)的碳氮比減小說明氮含量在上升，但有機(jī)碳釋放量減少并不明顯，而在后期，PLA和PHBV兩種碳源都能很好地適應(yīng)氮含量的增加，相應(yīng)增加有機(jī)碳的釋放，這也從另一個(gè)方向反映出，PLA和PHBV作為生物絮團(tuán)系統(tǒng)中的外加碳源在提供有機(jī)碳方面強(qiáng)大的適應(yīng)性，相比于傳統(tǒng)碳源的人工調(diào)節(jié)，PLA和PHBV根據(jù)養(yǎng)殖水體需求做出的自動(dòng)化調(diào)整具有重要的意義。在碳氮比變化上，PHBV碳源在同時(shí)期相較于PLA碳源更加有利于水體中碳氮比的保持和調(diào)節(jié)，具有一定的優(yōu)越性。

在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中，碳氮比在工廠化養(yǎng)殖的各種模式中都具有重要意義，合理的碳氮比能夠促進(jìn)微生物群落、藻類的生長(zhǎng)生活，引導(dǎo)微生物群落的發(fā)展朝著需要適合養(yǎng)殖需要的方向發(fā)展，對(duì)于整個(gè)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)具有重要意義。在生物絮團(tuán)養(yǎng)殖系統(tǒng)中，碳氮比的檢測(cè)與控制尤為重要。金毅等[23]在生物絮團(tuán)日本沼蝦養(yǎng)殖中，發(fā)現(xiàn)生物絮團(tuán)的產(chǎn)生和水質(zhì)處理在碳氮比為20時(shí)最佳，碳氮比為25或15時(shí)欠佳，碳氮比為10時(shí)基本不會(huì)產(chǎn)生生物絮團(tuán)，日本沼蝦的特定生長(zhǎng)率也是在碳氮比為20時(shí)最佳；魏繼紅[24]在控制養(yǎng)殖水體絮體質(zhì)量濃度的情況下發(fā)現(xiàn)，在總固體顆粒懸浮物量為500 mg/L時(shí)，碳氮比20時(shí)對(duì)氨氮、亞硝酸鹽的去除率最大，但各組顯著性較低；王廣軍等[25]在零換水雜交鱧稚魚養(yǎng)殖中發(fā)現(xiàn)當(dāng)碳氮比大于等于10時(shí)可以形成較多的生物絮團(tuán)并達(dá)到調(diào)控水質(zhì)的目的，但當(dāng)碳氮比超過15時(shí)會(huì)對(duì)雜交鱧稚魚產(chǎn)生不利影響；孫盛明等[26]通過對(duì)零換水團(tuán)頭魴養(yǎng)殖的研究發(fā)現(xiàn)碳氮比影響水體生物絮團(tuán)的形成并會(huì)改變團(tuán)頭魴腸道菌群結(jié)構(gòu)；盧炳國(guó)等[27]在草魚池生物絮團(tuán)形成的研究中發(fā)現(xiàn)當(dāng)碳氮比大于等于15時(shí)，形成的生物絮團(tuán)可以有效地調(diào)節(jié)水質(zhì)。通過以上可以了解到碳氮比在不同養(yǎng)殖種的養(yǎng)殖水體中適合的碳氮比不同，在本試驗(yàn)中，由于系統(tǒng)中沒有養(yǎng)殖動(dòng)物的參與，碳氮比相對(duì)較高。

3.3 不同鹽度下以PLA與PHBV為碳源的系統(tǒng)中微生物群落多樣性及結(jié)構(gòu)分析

在生物絮團(tuán)技術(shù)中，一般使用芽孢桿菌或EM菌微生態(tài)制劑來誘導(dǎo)生物絮團(tuán)的生成，加快生物絮團(tuán)的產(chǎn)生生物絮團(tuán)系統(tǒng)中微生物群落的演變以及結(jié)構(gòu)的研究有利于引導(dǎo)生物絮團(tuán)技術(shù)走向更加精確的養(yǎng)殖方向。王博等[28]在墨吉明對(duì)蝦生物絮團(tuán)養(yǎng)殖系統(tǒng)中設(shè)置不同養(yǎng)殖密度進(jìn)行試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)中微生物群落的豐富度和多樣性會(huì)隨著養(yǎng)殖密度的增加而增加；秦海鵬等[29]通過高通量測(cè)序發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中微生物的菌群豐度和多樣性都隨著養(yǎng)殖周期的增加而增加，在門水平上，變形菌門(Proteobacteria)的豐度逐漸下降，與本試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)微生物群落的發(fā)展在前期是向著生物群落多樣性逐漸上升、微生物種類逐漸增加的方向發(fā)展的結(jié)論一致；廖栩崢等[30]在凡納濱對(duì)蝦生物絮團(tuán)養(yǎng)殖系統(tǒng)中同樣發(fā)現(xiàn)變形菌門(Proteobacteria)豐度最高；郭小澤等[31]在以糖蜜為碳源的草魚生物絮團(tuán)養(yǎng)殖系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)變形菌門(Proteobacteria)豐度占比較高。由此可知生物絮團(tuán)系統(tǒng)中，在一般情況下，變形菌門(Proteobacteria)的豐度較高，在大部分情況是其優(yōu)勢(shì)種，接下來對(duì)于變形菌門(Proteobacteria)在生物絮團(tuán)系統(tǒng)中重要作用進(jìn)行研究十分重要。在本試驗(yàn)中，微生物群落系統(tǒng)在門水平上，變形菌門(Proteobacteria)占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，在屬水平上，就碳源種類而言，芽孢桿菌屬(Bacillus)在PLA碳源系統(tǒng)中較高于PHBV碳源系統(tǒng)，這同樣也驗(yàn)證了PLA碳源系統(tǒng)中微生物群落的發(fā)展較落后于PHBV碳源系統(tǒng)中。

在PLA碳源系統(tǒng)中，高鹽度系統(tǒng)中，象牙白棲東海菌屬(Donghicola)這種只存在于兩個(gè)高鹽度系統(tǒng)中的菌屬異常升高，與芽孢桿菌屬(Bacillus)共同構(gòu)成了更加穩(wěn)定的海水生物絮團(tuán)系統(tǒng)；在PHBV碳源系統(tǒng)中，象牙白棲東海菌屬(Donghicola)雖然存在但豐度較小。兩個(gè)系統(tǒng)中的象牙白棲東海菌屬(Donghicola)的含量對(duì)比可以初步推測(cè)PLA碳源高鹽度系統(tǒng)在后期的微生物群落完善要快于PHBV碳源高鹽度系統(tǒng)。

4 結(jié)論

PLA與PHBV生物可降解聚合物都可以用于生物絮團(tuán)技術(shù)在海水養(yǎng)殖中進(jìn)行應(yīng)用，PHBV的水質(zhì)處理效果和系統(tǒng)建立速度要優(yōu)于PLA；低鹽度更有利于生物絮團(tuán)系統(tǒng)的建立。在微生物群落建立中，在高鹽度系統(tǒng)中會(huì)出現(xiàn)象牙白棲東海菌屬(Donghicola)與芽孢桿菌屬(Bacillus)相互配合形成穩(wěn)定系統(tǒng)的情況，PLA碳源組表現(xiàn)更為明顯，另外象牙白棲東海菌屬(Donghicola)只存在于高鹽度系統(tǒng)中。

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