生物絮團養(yǎng)殖系統(tǒng)（BFT）中，較低的曝氣強度會產生更大、更簡單的絮團物，而較高的曝氣強度則可增強DHA積累。

南美白對蝦（Litopenaeus vannamei）是全球水產養(yǎng)殖產量最高的蝦類。養(yǎng)殖技術的進步帶來了更高的養(yǎng)殖密度，但也增加了水產養(yǎng)殖廢物以及超出安全閾值的氨和亞硝酸鹽水平，削弱了蝦的免疫力，并可能造成重大經濟損失。為了解決這些問題，應該改進養(yǎng)殖模式。

生物絮團技術 (BFT) 是一種先進且可持續(xù)的水產養(yǎng)殖方法，利用微生物群落來改善水質、回收營養(yǎng)物質并支持養(yǎng)殖水生物種的生長和健康。盡管有這些見解，但關于曝氣對BFT中微生物動態(tài)的具體影響的全面研究仍然有限。

曝氣對于提供生物絮團中需氧和兼性厭氧微生物代謝過程所需的溶解氧至關重要。充足的曝氣系統(tǒng)支持多樣化且活躍的微生物群落，微生物群落負責水中有機物的分解，以及富含蛋白質和脂質的生物絮團物的形成。盡管之前已經記錄了曝氣強度對南美白對蝦養(yǎng)殖生物膜內硝化過程的影響，但曝氣強度對微生物群落的影響（與水生物種的營養(yǎng)補充和水凈化有關）需要進一步澄清。

本討論了評估BFT系統(tǒng)中曝氣強度的關鍵作用及其對微生物群落結構、水體的影響的研究。

> 一、研究設置： <

在這個為期兩個月的實驗中，使用了三個通氣強度組（V75：流速75升/分鐘；V35：流速35升/分鐘；V10：流速10升/分鐘），每個種流速有4個小組。使用12個裝滿海水的40升水箱來培養(yǎng)生物絮團物。為了模擬養(yǎng)殖環(huán)境并維持生物絮團的生長，將120尾南美白對蝦幼苗被分配到12個池中。通過每天添加葡萄糖和南美白對蝦配制飼料（體重的3%）分別作為碳源和氮源來維持生物絮團，將碳氮比始終保持在20:1。

整個實驗過程中沒有進行換水，每個水箱中蒸發(fā)損失的水每周由淡水補充。利用帶有氣石和控制閥的中央氣泵來控制每次處理的曝氣強度。為了量化空氣流量，將單獨的商用旋轉流量計連接到每個測試裝置的曝氣入口，并根據實驗方案進行調整以提供指定的流量，所有實驗組在兩個月的實驗期間都接受持續(xù)曝氣，以及標準飼養(yǎng)支持。

> 二、結果與討論： <

1、結果表明，各實驗組的水質參數(shù)波動均在南美白對蝦養(yǎng)殖可接受的范圍內。絮團體體積（FV）表示水體中生物絮團體所占的總體積，是衡量系統(tǒng)內生物絮團體密度和聚集情況的關鍵指標。它有助于監(jiān)測微生物生物量和可用營養(yǎng)物質之間的平衡，確保微生物生長和代謝活動的最佳條件。在本研究中，F(xiàn)V與通氣強度呈正相關，在V75組中顯示最高值。其他研究也出現(xiàn)類似的結果。高FV值通常表明微生物群落強大可以有效利用和回收系統(tǒng)內的養(yǎng)分，有助于改善水質和整體系統(tǒng)穩(wěn)定性。

圖1：不同曝氣強度對水質參數(shù)的影響。

2、在BFT系統(tǒng)中，好氧異養(yǎng)細菌主要消耗有機物并有助于顆粒的聚集，在生物絮團物的形成和穩(wěn)定中發(fā)揮著至關重要的作用。我們發(fā)現(xiàn)高通氣強度 (V75) 支持需氧異養(yǎng)細菌的生長和活性，與低通氣強度組相比，顯示出形成更多絮團物的趨勢。這可能是因為高通氣強度增加了氧氣的利用率，從而加速了細菌的新陳代謝，支持有效的氧化還原反應，并增強了好氧細菌的酶活性，最終促進了其生長和繁殖。然而，高水平的曝氣強度（V75 和 V35）可能會導致絮團物分解，進而導致絮團物尺寸減小。

3、生物絮團物的結構不僅包括尺寸，還包括復雜程度，它決定了絮團物在水中的沉降速度和被水生動物捕獲的概率。二維分形維數(shù)（模式中復雜性細節(jié)的理性統(tǒng)計指數(shù)）是生物絮團物結構復雜性的關鍵指標。研究表明，曝氣強度會影響二維分形維數(shù)，從而影響?zhàn)B殖物種捕獲生物絮團物的能力。

在本研究中，V75組的二維分形維數(shù)穩(wěn)定，但V35和V10組的二維分形維數(shù)下降，表明由于曝氣強度較低，生物絮團物的結構復雜性降低。這種減少可能是由于曝氣強度較低時水湍流較少。平靜的環(huán)境可以減少絮團顆粒之間的碰撞和相互作用的頻率，從而降低較大顆粒破碎成較小顆粒的可能性。

此外，不同的曝氣強度會顯著影響氣泡的尺寸、分布和上升速度。較低的曝氣速率會產生較少、較大的氣泡，而較高的曝氣速率會由于流速增加而產生較小、較多的氣泡。這些變化會影響水產養(yǎng)殖系統(tǒng)中的氧傳輸效率、生物絮團形成和整體水環(huán)境。未來，評估曝氣對氣泡尺寸的影響及其對生物絮團體形成的影響對于優(yōu)化絮團體結構、適應各種水生物種及其不同生命階段的需求至關重要。

圖2：不同曝氣強度組微生物群落的組成和豐度。 (A) 門級； (B) 班級級別； (C) Genusevel； (D) 物種級別； (E) 物種水平細菌分類群豐度的熱圖。

4、研究結果表明，高曝氣量可有效降低硝酸鹽和亞硝酸鹽濃度，將水平維持在可持續(xù)蝦類養(yǎng)殖的最佳范圍內。我們的結果強調了微生物毒性測試對于理解硝化、反硝化和厭氧氨氧化過程的重要性非常重要。這些測試可以為有毒化合物或環(huán)境壓力源，如何影響生物絮團系統(tǒng)中的氮代謝提供有價值的見解。在未來的研究中納入此類評估將有助于優(yōu)化微生物效率，并改善水產養(yǎng)殖系統(tǒng)的氮管理。

5、生物絮團是南美白對蝦的額外營養(yǎng)來源，提供脂肪酸等必需營養(yǎng)素，支持生長、免疫功能和整體健康。在這項研究中，生物絮團中粗蛋白、脂質和多不飽和脂肪酸（PUFA）的含量在三種處理中沒有明顯差異。然而，二十二碳六烯酸 (DHA) 含量變化很大，在V75處理中觀察到最高值。

增強的曝氣為DHA合成過程提供了必要的氧氣，支持DHA的合成，并最終導致觀察到的DHA水平增加。有趣的是，曝氣強度并沒有明顯影響生物絮團物中其他脂肪酸的水平，并且這種現(xiàn)象背后的潛在機制仍不清楚。可能的解釋是這些脂肪酸的生物合成途徑可能對氧氣利用率的變化不太敏感。

6、不同群體微生物群內基因的功能揭示了幾乎相同的代謝活動，突出了微生物群落對不同曝氣強度的響應的相似性。這項研究的結果表明BFT微生物群內持續(xù)有氧呼吸和能量產生。因此，調節(jié)生物絮團技術可以在維持其凈化水體功效的同時，為水產養(yǎng)殖物種提供必需的營養(yǎng)物質，從而產生生態(tài)和經濟優(yōu)勢。

> 三、研究觀點： <

曝氣強度會影響生物絮團的特性，較低的強度會產生更大、更簡單的絮團物，較高的強度會增強DHA的積累。但無論曝氣水平如何，生物絮團技術都能有效降低氨和亞硝酸鹽濃度。與氮代謝和蛋白質合成相關的微生物功能在所有曝氣條件下保持一致，確保穩(wěn)定的生物絮團性能。

我們的研究強調了優(yōu)化南美白對蝦養(yǎng)殖曝氣策略和有效水產養(yǎng)殖廢物管理的重要性。未來的研究應該探索曝氣對微生物群落的影響，并將這些見解與性能指標相結合。這項研究的結果為對蝦和羅非魚的養(yǎng)殖提供了寶貴的見解，但還需要進一步評估其對其他水產養(yǎng)殖物種的適用性。