在生物絮團系統(tǒng)中，通氣強度不僅決定了水體的供氧能力，還調(diào)控著絮團體結構、微生物群落動態(tài)及養(yǎng)分循環(huán)效率，進而直接影響?zhàn)B殖水質(zhì)與南美白對蝦的健康狀況。

在高密度南美白對蝦養(yǎng)殖模式下，養(yǎng)殖廢物排放量增加，環(huán)境風險隨之上升，而生物絮團技術被認為是解決這一問題的可持續(xù)方案。然而，通氣強度對生物絮團系統(tǒng)中微生物群落結構及系統(tǒng)運行效率的具體作用機制仍不明確。Han及其同事于2025年開展的研究，為闡明曝氣在南美白對蝦養(yǎng)殖生物絮團系統(tǒng)操作中的關鍵作用提供了重要的科學依據(jù)。

一、研究方法與實驗設計

本實驗持續(xù)2個月，設置三個通氣強度梯度，分別為V75（75升/分鐘）、V35（35升/分鐘）和V10（10升/分鐘），每個處理組設置4個重復，共12個40升海水養(yǎng)殖水箱，用于微生物生物質(zhì)的培養(yǎng)。為模擬實際養(yǎng)殖條件并促進微生物區(qū)系的正常發(fā)育，從商業(yè)孵化場選取120尾南美白對蝦幼蝦，均勻分配至12個水箱中。實驗通過每日補充葡萄糖（作為碳源）和相當于對蝦體重3%的混合飼料（作為氮源）啟動微生物量形成過程，全程維持穩(wěn)定的碳氮比（C/N）為20:1。

實驗期間不進行換水，僅每周補充干凈水以彌補蒸發(fā)損失的水量。曝氣系統(tǒng)由中央氣泵提供動力，結合泡騰石與可調(diào)節(jié)閥門，實現(xiàn)各處理組曝氣強度的精確控制；每個水箱的進氣口均連接獨立商用流量計，用于量化氣體流量并將其調(diào)節(jié)至預設水平。在整個2個月的實驗周期內(nèi)，所有處理組均保持持續(xù)通氣，并采用統(tǒng)一的標準飼養(yǎng)管理方案。

圖1：不同曝氣強度對養(yǎng)殖水質(zhì)參數(shù)的影響

二、結果與討論

研究結果顯示，各實驗組的水質(zhì)參數(shù)波動均處于南美白對蝦適宜養(yǎng)殖范圍內(nèi)。絮團體體積（FV）作為反映水體中絮團體總體積的指標，是評價系統(tǒng)內(nèi)生物量密度與聚集程度的核心參數(shù)，可用于監(jiān)測微生物生物量與可用營養(yǎng)物質(zhì)之間的平衡關系，進而保障微生物生長與代謝的有利條件。本研究中，絮團體體積（FV）與通氣強度呈正相關關系，其中V75處理組的FV值最高，這與以往相關研究的結果一致。較高的FV值通常表明微生物群落生長旺盛，能夠高效利用和回收水體中的養(yǎng)分，從而助力水質(zhì)改善，增強養(yǎng)殖系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性。

在生物絮團系統(tǒng)（BFT）中，好氧異養(yǎng)細菌在有機物分解和顆粒聚集過程中發(fā)揮著關鍵作用，直接參與生物絮團的形成與穩(wěn)定。研究發(fā)現(xiàn)，高通氣強度（V75）為好氧異養(yǎng)細菌的生長和活性提升創(chuàng)造了有利條件，與低通氣強度處理組相比，更易形成大量生物量簇。這一現(xiàn)象的主要原因可能是：強通氣顯著提高了水體溶解氧量，促進了好氧異養(yǎng)細菌的新陳代謝，提升了其氧化還原反應效率與酶活性，進而刺激細菌的生長繁殖。但同時，高曝氣強度（V75和V35組）產(chǎn)生的較大機械力也會導致生物量簇破碎，使絮團尺寸減小。

生物絮團的微生物生物量結構不僅取決于絮團大小，還與其復雜性密切相關，而這種復雜性直接影響水體中絮團的沉積速率，以及水生生物將其作為食物來源的利用效率。二維（2D）分形維數(shù)作為反映絮團形態(tài)復雜程度的統(tǒng)計指標，是評價生物絮團結構的重要參數(shù)。結果表明，通氣強度對二維分形維數(shù)具有顯著影響，進而改變系統(tǒng)對微生物生物量的捕獲能力。

具體而言，V75處理組的二維分形維數(shù)始終保持穩(wěn)定，而V35和V10處理組的二維分形維數(shù)則呈逐漸下降趨勢，表明隨著通氣強度降低，生物量簇的結構變得更加簡單。這一現(xiàn)象可能與低通氣處理組水體湍流水平較低有關——湍流不足會減少顆粒之間的碰撞與相互作用頻率，進而限制大絮團破碎為更小的顆粒，最終導致絮團結構復雜性降低。

圖2：不同通氣強度組中微生物群落的組成和密度。（A）門水平；（B）綱水平；（C）屬水平；（D）種水平；（E）種水平細菌密度熱圖。

此外，通氣強度的差異還會顯著影響氣泡的大小、分布及漂浮速度：低通氣強度下產(chǎn)生的氣泡數(shù)量少但尺寸較大，而強通氣則因流速增加形成大量小氣泡。這些差異直接影響水體的氧傳輸效率、生物絮團形成過程以及養(yǎng)殖系統(tǒng)的整體水環(huán)境條件。未來，深入研究通氣強度、氣泡尺寸與生物量結構之間的內(nèi)在關聯(lián)，對于優(yōu)化生物絮團系統(tǒng)以適配不同水生生物及不同發(fā)育階段的生理需求具有重要意義。

同時，高強度曝氣有助于有效降低水體中亞硝酸鹽和硝酸鹽的濃度，使這些水質(zhì)指標維持在南美白對蝦可持續(xù)養(yǎng)殖的最佳范圍內(nèi)。研究結果還強調(diào)了玫瑰桿菌科細菌在維持海洋養(yǎng)殖生態(tài)系統(tǒng)平衡與生態(tài)健康中的重要作用。值得關注的是，該研究指出，開展微生物毒性測試對于深入理解硝化、反硝化及厭氧氨氧化過程至關重要，這類測試可提供有毒化合物或環(huán)境壓力源對生物絮團系統(tǒng)氮代謝影響的關鍵信息。將微生物毒性測試整合到未來的研究中，將有助于優(yōu)化微生物群落性能，提升水產(chǎn)養(yǎng)殖中的氮管理效率。

生物絮團還可作為南美白對蝦的補充營養(yǎng)來源，為其提供必需營養(yǎng)物質(zhì)（尤其是脂肪酸），進而改善對蝦生長性能、增強免疫功能、提升整體健康水平。

本研究中，三種通氣強度處理組的生物絮團中，粗蛋白、脂質(zhì)及多不飽和脂肪酸（PUFA）的含量無顯著差異，但二十二碳六烯酸（DHA）含量波動明顯，其中V75處理組的DHA含量最高。這是因為通氣量的增加為DHA生物合成提供了充足的氧源，從而促進了微生物量中DHA的形成與積累。

值得注意的是，通氣強度并未對生物絮團中其他脂肪酸的含量產(chǎn)生顯著影響，這一現(xiàn)象的潛在機制仍有待進一步闡明。一個合理的假設是，這些脂肪酸的生物合成途徑對水體溶解氧濃度的變化不敏感。

對各處理組微生物群落基因功能的分析顯示，不同通氣強度下微生物的代謝活動幾乎一致，反映出微生物區(qū)系在適應不同通氣條件時的穩(wěn)定性。這一結果表明，有氧呼吸與能量生產(chǎn)在生物絮團生態(tài)系統(tǒng)中持續(xù)進行，為系統(tǒng)穩(wěn)定運行提供了保障。

三、結論：

綜上，通過合理調(diào)整生物絮團系統(tǒng)的通氣強度這一工藝因素，既能實現(xiàn)水體的有效凈化，又能為養(yǎng)殖動物提供額外營養(yǎng)，從而同時實現(xiàn)生態(tài)效益與經(jīng)濟效益的雙贏。通氣強度主要影響生物絮團（微生物生物量）的特征：低通氣強度會形成更大但結構更簡單的微生物菌落，而高通氣強度則更有利于生物絮團中DHA的積累。無論曝氣水平高低，生物絮團技術均能有效降低水體中氨氮和亞硝酸鹽的濃度，且與氮代謝、蛋白質(zhì)合成相關的微生物功能在所有曝氣條件下均保持穩(wěn)定，確保了生物絮團系統(tǒng)的穩(wěn)定運行性能。