枯草芽孢杆菌在水产生态环境修复中的作用及影响

快速发展的水产业集约化生产在提高经济效益的同时也带来新的问题。在集约化高密度养殖模式下，养殖水体自身污染非常严重，许多学者的研究表明，在养殖过程中饵料利用率较低，养殖过程中大量的残饵、生物代谢物、动植物尸体等有机物积累于养殖池底，这些有机物在嫌气细菌的作用下会腐败分解产生大量对水产养殖动物有毒的物质，导致养殖水体的理化环境和生态环境严重恶化。另一方面，人类生活污水、各种工业废水、农业废水等的超量排放，污染了养殖用水水源，造成养殖水质下降，养殖环境恶化。病原微生物种类增多和传播速度加快，养殖生物病害发生日趋严重，给水产养殖业造成严重损失。据不完全统计，全国每年发生中等程度以上的养殖病害面积占养殖总面积的30％以上，年损失产量约200多万吨。在海水养殖业和集约化程度较高的养殖上尤为严重。随着 水 产 养殖规模的不断扩大，集约化养殖程度的不断提高，水产养殖池的富营养化程度越来越高。有机物的大量投放使残饵、鱼虾的排泄物等富营养因子共存于一个水体，加上池塘自净与调节能力的降低养殖水体中化学需氧量(COD)、生物耗氧量(BOD),氨氮、硝酸盐与亚硝酸盐、硫化物等。指标严重超标，池塘水质恶化，鱼虾病害频频发生有机物污染、氨氮、亚硝态氮积累是池塘养殖水体恶化，鱼虾病害发生和品质下降的主要诱因。利用水体有益微生物实施生物修复是目前研究与开发的热点，筛选获得净水功能和制剂生产性能优良的优势芽孢杆菌菌株或其组合是创制高效微生态净水产品的关键。

      芽孢杆菌：为革兰氏阳性菌，是一类好气性细菌。该菌无毒性，能分泌蛋白酶等多种酶类和抗生素。在水产上运用的主要是枯草芽孢杆菌，其呈杆状，宽度0.5~0.8um,长度1.6~4.0um，利用芽孢繁殖，芽孢位于菌体中央，由于其芽孢繁殖的特性，芽孢对高温、干燥、化学物质有强大的抵抗性，因此十分便于生产、加工及保存。枯草芽孢杆菌菌群进入养殖水体后，能分泌丰富的胞外酶系，及时降解水体有机物如排泄物、残饵、浮游生物残体及有机碎屑等，使之矿化成单细胞藻类生长所需的营养盐类，避免有机废物在池中的累积。同时有效减少池塘内的有机物耗氧，间接增加水体溶解氧，保证有机物氧化、氨化、硝化、反硝化的正常循环，保持良好的水质。芽孢杆菌，能分泌蛋白酶等多种酶类  从而起到净化水质的作用； 使用枯草芽孢杆菌后，前期水质的氨氮下降52.5%，养成期下降50%，减少换水量60%；芽孢杆菌在制剂中以内生孢子的形式存在，进入肠道后，在肠道上部能迅速复活并分泌活性很强的蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶，有助于增加营养吸收，降低饵料系数。降解植物性饲料中某些复杂的碳水化合物，拮抗肠道内的氧气，造成厌氧环境。肠道原籍优势菌大多属厌氧菌，而有害菌和外来菌多为需氧菌，从而有利于维持肠道生态平衡，另外还能分泌抗生素类物质来抑制其他细菌的生长，进而减少甚至消灭水产养殖动物的病原体。 芽孢杆菌具有耐高温耐盐、耐挤压、饲料加工对其损伤小等特性，易于生产和保存，作为饲料微生态添加剂和水体微生态修复改良剂都有广阔前景。

枯草芽孢杆菌的肥水作用

      肥水，一般有以下几种含义：

A、营养盐类含量高 B、有机物含量高   C、可消化有益藻类含量高

      我们所说的肥水的要求实际上指水体中可消化利用的浮游植物含量高，即水色浓。 距检测，浮游植物量<5mg/L时，一般水面无色，5～10mg/L时有清淡的水色（透明度>50cm），10～20mg/L时水色较浓，大于20mg/L时，水色很浓，透明度<40cm。

      为了达到理想的养殖用“肥水”，在养殖初始阶段，一般往水中投入较多的有机肥和化肥、生物肥。化肥的效果比较速效，但肥效短；有机肥的肥效长，但肥效慢。现在，一般以有机肥为主。有机肥的营养成分大多数都是有机大分子（蛋白、脂肪、糖类、难溶性有机酸等），不能直接被藻类吸收，必须经过水中的细菌分解为小分子的氨基酸、肽类最终矿化成无机盐（磷酸盐、硫酸盐、碳酸盐等）才能被植物吸收。在养殖初期，水中的细菌数量还比较少，因此在此时添加枯草芽孢杆菌制剂，用于分解水中的有机大分子，经氧化、氨化、光合磷酸化、解磷、固氮等一系列生化反应，最终转化成易被藻类利用的无机盐。枯草芽孢杆菌制剂对于水体中有机物的分解来自两方面的内容：A、枯草芽孢杆菌制剂中的活菌，可以在水中产生多种分解酶，将有机肥中的大分子分解成为小分子，但这一过程发生在芽孢杆菌激活扩繁之后。B、制剂中枯草芽孢杆菌代谢产生的酶类。枯草芽孢杆菌制剂中有丰富的多种酶类，比如蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶、多糖酶等等。这些酶类在进入水中之后就开始发挥分解有机肥的作用。实践证明，在水体中添加芽孢杆菌制剂可使水体变绿（水肥）的时间提前3天左右。随着水温的升高，提前的速度还会更快。

      同时芽孢杆菌制剂的载体类型对于肥水的效果有一定的影响。主要有两方面的内容：

      A、载体的可溶性。整个制剂的溶解性越好，肥水的效果越好。溶解好的载体可以在水中有均匀的分布，增加制剂与有机肥以及大分子接触的机会，提高制剂中的酶与菌体分解的效果。同时溶解性好，可以使菌体在水中的分布不会出现局部浓度高而刺激原生动物与轮虫的增长。 

      B、载体的有机与无机性。常用的无机载体有麦饭石粉、沸石粉、膨润土、小苏打等。有机载体有麸皮、次粉、玉米粉、糠、淀粉、葡萄糖等。总的来说，无机载体内含多种常量和微量营养素，有利于藻类的生长，小苏打则含有藻类生长繁殖所需要的碳源。有机载体在水中分解为藻类能利用的元素需要很长的时间，而进一步分解为水生动物的食物则比较容易，易于促进水生动物的生长。淀粉与葡萄糖价格比较贵，一般较少采用。因此在养殖早期，为了促进藻类的生长与繁殖，促进肥水，一般不采用有机载体，而采用无机载体。

      因此笔者建议，在早春或养殖水域的培水期，要利用微生物制剂促进肥水，采用无机载体或可溶性载体，避免出现施肥多，水生动物多，原生动物、轮虫与枝角类提前出现，大量吞食新生藻类而导致藻类繁殖不起来，施肥不见“水肥”，水质恶化，鱼虾放养后出现缺氧而导致养殖失败。

枯草芽孢杆菌的嫩水作用

      嫩水，水肥而不老。

      所谓老水，一是指浮游生物大量死亡，水色发黑；二是指水色过浓，透明度过低（<１０ｃｍ），浮游生物量过大，藻类的光合作用速率下降，PH值居高不下（９～１０）。实际上，以上两种含义是水质老化的两个阶段的不同表现。如出现后一种情况，很快就会出现第一种情况。都是藻类过度繁殖后大量消耗水中营养和碳酸盐，而使养分不足，而出现藻群大量集体死亡的情况。出现水老的情况下，一般有以下几个特点：Ａ、水温偏高，藻类生长过快。Ｂ、水过肥，有机含量高，营养过剩，但不是藻类能够利用的营养，相反此时藻类能够利用的营养相对不足。Ｃ、 PH值偏高（９～１０）。综合来说，就是水中的能量和营养传递机制出了问题。要找出解决这个问题的措施，就要根据水域环境的物质流与能量流特点制定相应的解决措施。

      在每一个养殖环境中，都存在一个由无机物、非生命有机物与细菌、浮游植物、浮游动物、原生动物四大生物种群所组成的生态体系。这一体系的动向，直接左右着池塘水质的变化。有机物质包括饲料残饵、水生动物及各种生物的排泄物、水生植物尸体等，它们与池塘中的生物种群有着密切的关系。养殖水域中的有机物，只有及时得到自身的净化与处理，生物群体之间才能维持平衡态势。早期池塘中，它们各具有相应的群体数量。以浮游植物为一方，浮游动物和原生动物为第二方，细菌为第三方，当它们在池塘中的结构是正常的、合理的话，就共同维持了养殖环境有机体系的平衡。其平衡的内在实质是：浮游动物：浮游植物=1：100万，或者说浮游动物占浮游植物的1/100万。在这种情况下，作为第三方的细菌种群，就对这个比例具有很好的调节作用。它可以分解有机物为小分子，释放出无机盐，被藻类生长利用，从而促进藻类生长繁殖；又可以作为原生动物和轮虫、枝角类的食物，促进浮游动物的生长。 

      养殖水域中的微生物主要来源有以下几个方面：Ａ、空气中微生物。Ｂ、水生动物肠道中排出的细菌。Ｃ、土壤中的细菌。由于水体的相对厌氧与水生动物肠道的相对厌氧，在水中的细菌以兼性厌氧菌和厌氧菌为主。特别是在投放水生动物以后，来源于水生动物肠道中排出的细菌就成了养殖水体中细菌的主要来源。 对于水体中有机物的分解氧化能力，通常是需氧菌>兼性厌氧菌>厌氧菌。有机物如果氧化不彻底，就会释放出大量的有毒的代谢产物。因此自然条件下水体中的微生物菌群不能担负在集约化高密度养殖方式。即使采用充氧曝气方式，但因水中菌群好氧分解能力不足，而使这种水体自净方式显得非常脆弱。

      水生动物的粪便中有大量的肠道厌氧细菌（可占粪便总体积的1／3～1／2），他们降解水中有机物的能力不强。但可作为原生动物、轮虫、枝角类的食物，营养价值却比水中的有机颗粒高很多。现在已经有大量的实验证明一些细菌（光合细菌、酵母菌）对于轮虫和原生动物具有非常重要的营养价值。于建平（1989、1990）研究发现在无菌状态下，面包酵母对于轮虫没有饵料价值，而当添加了由轮虫培养池外分离的芽孢杆菌、假单胞菌以后大大增强了面包酵母的营养价值。我们的实验表明，用枯草芽孢杆菌的菌体与发酵鸡粪和氨基酸发酵液按一定的比例饲喂臂尾轮虫，轮虫的生长效果很好，繁殖速度快。这是因为芽孢杆菌、光合细菌、乳酸菌含有大量的维生素B12。据推算每个轮虫每小时至少可从细菌体内摄取2.7×10-13维生素B12克。因此，自 开始喂料起，浮游动物数量的上升是一个不可改变的客观趋势。

      为了尽量维持1：100万这一平衡关系，我们就需要对水域中的微生物菌群进行控制，投入分解粪便、残饵能力强的需氧菌，对水中有机物进行彻底、及时的降解，以满足藻群生长的物质需求。枯草芽孢杆菌是理想的选择之一。

      枯草芽孢杆菌的嫩水作用主要发生在藻类生长的平衡期。在这段时间，新生长的藻类和死亡的藻类基本是平衡的。此时投入枯草芽孢杆菌的主要目的在于及时分解死亡藻类、残饵、粪便，及时促进新生藻类的出现。这时芽孢杆菌制剂的投放有几个应该引起关注的点：A、芽孢杆菌的数量。投放量要比肥水时大得多。原因有（1）此时水中有机物的含量非常高，量少了效果不好。（2）此时水质较肥，浮游动物非常多，特别是轮虫和枝角类，对于枯草芽孢杆菌的滤食作用非常强。B、载体类型。一般选用漂浮或悬浮的颗粒性载体比较好。可以漂浮在水面上，利用空气中的氧气和水中的有机物进行增殖。一般不选用沸石粉、麦饭石粉等沉淀性载体。（3）投放时间。选在有阳光的上午作用效果比较好。在白天，水中的溶解氧过饱和，有利于芽孢杆菌发挥作用。此时，水的PH值水面和水底差别比较大，上层因为藻类的光合作用对于水中二氧化碳的消耗，PH值有可能超过9，轮虫等浮游动物基本在水底活动，此时如果使用漂浮性或悬浮性的载体可以避开轮虫对芽孢杆菌的采食。提高作用效果。还有就是水面的温度比较高，也利于芽孢杆菌充分分解水中有机物。上午投放是保证枯草芽孢杆菌的最佳作用时间会长一些，提高作用效果。（4）投放的频率。一般的观点认为７～１０天投一次，但根据我们的实验，要防止藻群的突然死亡，３天投放一次，会获得更大的保证。

      枯草芽孢杆菌的嫩水作用实际上就是促进藻相的更新，及时分解水中有机物，防止藻类的突然死亡。另外枯草芽孢杆菌作为浮游动物的优良饵料也会促进轮虫等浮游动物的增长，增强浮游动物对于藻类特别增殖速度很快的单胞藻的滤食作用，降低藻类的过度增长。枯草芽孢杆菌可防止粪便、死藻、残饵的过度积累，导致水质完全恶化。

枯草芽孢杆菌的净水作用

      水体中的有益细菌和有益单细胞藻类，是水体净化最普通而又最有效微生物，对池塘水质、底质的改良与修复效果十分明显。如果人为加入大量的有益微生物或者大量促进水体原有的微生物繁殖生长，就有可能对养殖多年的老化池塘进行有效的修复，以恢复到水产养殖的理想生态环境。池塘底质多以胶凝粒子存在，各种有机物、营养盐、微量元素大多以络合体凝集在一起，不易释放到水体中。结果一方面池塘底质不能被分解越积越多，而另一方面水体有益菌、藻类没有足够的养分而不能大量繁殖，水体无法进行有效净化和生态循环。如果人为的投入一定量的枯草芽孢杆菌制剂或其它的生物制剂来修复池塘水质底质， 使水体缓慢释放各种营养物质，添加进去的有益菌和池塘原有的有益细菌和藻类就有足够的营养生长繁殖，以达到净化水质和分解底质修复水体环境的目的。由于养分的释放缓慢而不会过量，水体没有过多的养分，有害菌、藻无法与有益菌、藻类竞争而受到抑制，不会过度滋生而使水质恶化。

      国内目前有益微生物在水产的应用日益被接受和重视，在应用方面，国内独立开发的主要是一些单一菌株，如光合细菌、芽孢杆菌、蛭弧菌等；复合制剂主要是仿制或引进国外的商品，且多数是对生长速率、饵料转化率、存活率等方面的数据，在水产养殖方面和养殖水质处理以用活菌处理污染方面还没有更科学的研究手段和内容评价作用机理和使用效果，应用于研究的报道也不多。枯草芽孢杆菌迅速降解水体中的残存饲料、鱼类的粪便及其它有机物，特别是清除池塘底部积累的残余饲料、排泄废物、动植物残体；同时，还能吸收利用水体中的氨氮、亚硝酸盐、硫化氢等有害物质，能有效避免固体有机物和有害物质的积累。这些藻类为主的浮游植物所产生的光合作用，又为池塘底栖动物，水产动物的呼吸，有机物的分解提供氧气，从而形成池塘良性的生态循环。促使有益微生物的大量繁殖，在池塘内形成优势种群，可抑制病原微生物的繁殖，减少疾病发生。

      水域污染治理成为人们头疼的一大难题。人们采用加注新水，曝气、臭氧氧化、使用斜发沸石进行离子交换等方法，但这些方法有很大的局限性，脱氨效果并不理想，不能从根本上解决问题。对氨氮、亚硝酸盐等化学污染物以及禽畜粪便等的处理难以奏效，用化学的方法投入高且易造成二次污染。以菌制菌、生物治污技术近年来逐渐受到人们的重视，并在污水处理等领域得到广泛应用。美国、日本和欧洲许多国家十分重视水质处理问题。在这些国家各行各业的水质处理均采用微生物制剂，并已达到预期效果。微生物制剂对环境没有危害，同时还能促进生物链的良性循环。因此，改善水产养殖水域环境实施生态养殖已成为养殖业生产可持续发展的关键技术和研究热点。