翻譯：丁昕、孫旭東
來源：Institute Technology Bandung（萬隆科技研究所，ITB）
上接： 印尼專家告訴你小微藻如何實(shí)現(xiàn)工廠化養(yǎng)蝦零排水（一）
物理和化學(xué)水質(zhì)參數(shù)
物理參數(shù)：溶氧量和溫度每天通過一個(gè)數(shù)字儀表Hach ® 40 qd來計(jì)算，和優(yōu)特儀器（Eutech Instruments）測(cè)量pH值。
化學(xué)參數(shù)：銨根離子、亞硝酸鹽、硝酸鹽、正磷酸鹽使用奈斯勒（Nessler），重氮化（Diazotation）和硝酸鹽酸（Nitrate HCL）氯化亞錫（Stannous Chloride ）一周內(nèi)分別測(cè)量?jī)纱巍?br>
生物和微生物參數(shù)
生物參數(shù)：在養(yǎng)殖期間需要測(cè)量的參數(shù)有總重量，平均體重，比生長(zhǎng)速率，成活率，飼料轉(zhuǎn)化率。成活率則用下面所給的公式計(jì)算:
SR=N t /N o ×100%
其中：SR代表成活率，N o 代表初始時(shí)期蝦數(shù)，N t 代表最終蝦數(shù)，t代表養(yǎng)殖時(shí)長(zhǎng)（天）。
比生長(zhǎng)速率用如下所給的公式計(jì)算：
SGR (%/day)=[ln (W 2 /W 1 )/(T 2 -T 1 )×100]
其中：SGR是比生長(zhǎng)速率，W 1 為初始時(shí)期體重（g）在時(shí)間T 1 （天），W 2代表最后的體重（g）在時(shí)間 T 2 (天)。
微生物參數(shù)用總細(xì)菌數(shù)和平皿計(jì)數(shù)法來計(jì)算?？偧?xì)菌量每周用放置在瓊脂培養(yǎng)基上的水樣來計(jì)算，弧菌數(shù)量每四周利用硫代硫酸鹽檸檬酸膽汁鹽瓊脂培養(yǎng)基計(jì)算一次。
結(jié)果和討論
調(diào)節(jié)ZWD系統(tǒng)
系統(tǒng)調(diào)節(jié)期間，已被觀察的現(xiàn)象是在五天內(nèi)硝化細(xì)菌能夠轉(zhuǎn)化10mg/L的銨根離子至0mg/L(平均分解能力是每天2mg/L)，如圖4顯示。能從第五天亞硝酸鹽濃度增至3 mg/L看出，銨根離子轉(zhuǎn)化成了亞硝酸鹽，之后保持平穩(wěn)直到養(yǎng)殖期第15天。第十七天前，亞硝酸鹽水平驟然低至接近0 mg/L。作為硝化作用的最后產(chǎn)物，硝酸鹽在最終養(yǎng)殖階段前（第十七天）累積達(dá)到60 mg/L。
調(diào)節(jié)過程是對(duì)于蝦的放養(yǎng)以及養(yǎng)殖非常關(guān)鍵的步驟，這個(gè)環(huán)節(jié)能使ZWD系統(tǒng)去轉(zhuǎn)換有毒NH4+和 NO2-成低危害物質(zhì)NO 3 - 。從結(jié)果來看，氨氧化菌在調(diào)節(jié)階段第五天被活化。然而需要更長(zhǎng)的調(diào)節(jié)時(shí)間——十七天，來活化亞硝酸鹽氧化細(xì)菌。對(duì)于亞硝酸鹽氧化細(xì)菌，較長(zhǎng)的活化時(shí)間是因?yàn)檩^之氨氧化菌更為緩慢的成長(zhǎng)和翻倍速度。作為硝化作用的第二步，NO2-氧化發(fā)生在NH4+ 氧化反應(yīng)之后。這種連鎖反應(yīng)同樣減慢了活化的速度，因?yàn)樵摲磻?yīng)高度依賴NO2-在第一次反應(yīng)中的可得性。
即便硝化過程能夠在調(diào)節(jié)過程中完成，但是較長(zhǎng)的調(diào)節(jié)階段（十七天）會(huì)被考慮為ZWD系統(tǒng)中的阻礙環(huán)節(jié)，因其導(dǎo)致蝦一個(gè)養(yǎng)殖周期的時(shí)間延長(zhǎng)。一個(gè)備選方案來克服這項(xiàng)劣勢(shì)就是，亞硝酸鹽氧化細(xì)菌在接種至ZWD系統(tǒng)前，在養(yǎng)殖階段活化。
物理和化學(xué)參數(shù)測(cè)量
銨根離子、亞硝酸鹽和硝酸鹽在常規(guī)系統(tǒng)和ZWD系統(tǒng)中的濃度范圍如表格2顯示。銨根離子、亞硝酸鹽、硝酸鹽濃度在兩套策略中都在允許的范疇之內(nèi)。
在養(yǎng)殖期間九十天中，銨根離子、亞硝酸鹽和硝酸鹽的趨勢(shì)如圖5顯示。值得注意的是，銨根離子、亞硝酸鹽、硝酸鹽水平趨于緩慢增長(zhǎng)。于ZWD系統(tǒng)中，銨根離子、亞硝酸鹽、硝酸鹽水平分別介于0.07–0.69 mg/L, 0–3.15 mg/L, 1.04–42.9 mg/L之間；于常規(guī)系統(tǒng)中，則分別介于0.20–0.59 mg/L, 0–3.2mg/L, 1.38–14.17 mg/L之間。根據(jù)這些圖片顯示，溶解的無機(jī)態(tài)氮在九十天養(yǎng)殖期測(cè)量水平在兩種養(yǎng)殖系統(tǒng)中并無顯著差別（p>0.05）。除此之外，ZWD系統(tǒng)中 NH4+和 NO2-的分解能力較于常規(guī)系統(tǒng)更高。主要是由于ZWD系統(tǒng)所需的飼料量（≈ 1178.28 g）更高，大概高于常規(guī)系統(tǒng)（≈ 656.15g）44%。這就造成了更高的有機(jī)物積累因此作用到系統(tǒng)中更高的銨根離子(NH4+)積累。根據(jù)估算，預(yù)估ZWD系統(tǒng)中九十天內(nèi)的投料能夠產(chǎn)生總計(jì)55.20 mg/L 的NH4+，等于每天0.61mg/L。相反，在常規(guī)系統(tǒng)中則是30.73 mg/L，每天0.34mg/L（總投料656.15 g）。從預(yù)算中可以得出，ZWD系統(tǒng)中每天2 mg/L的銨根離子分解能力更高于常規(guī)系統(tǒng)。
更優(yōu)的銨根離子和亞硝酸鹽轉(zhuǎn)換率在九十天養(yǎng)殖期測(cè)試后得到了驗(yàn)證（圖5c）。在養(yǎng)殖期的最后階段，亞硝酸鹽水平在ZWD系統(tǒng)中為42.9mg/L較于常規(guī)系統(tǒng)的14.17 mg/L高出許多（(p<0.05)。硝化作用的最終產(chǎn)物顯示，氨氧化細(xì)菌（AOB）和亞硝酸鹽氧化細(xì)菌（NOB）在系統(tǒng)中表現(xiàn)良好。這體現(xiàn)為維持一個(gè)穩(wěn)定的、低毒性的NH4+和NO2-水平，除卻ZWD系統(tǒng)中要高出180%的投料。
除卻蝦的生產(chǎn)力，ZWD系統(tǒng)中的NH4+和NO2-累積水平需要被謹(jǐn)慎對(duì)待，因?yàn)檫@些有毒物質(zhì)的存在導(dǎo)致了，如果想要保證更好的生長(zhǎng)以及避免養(yǎng)殖系統(tǒng)崩潰就需要采取增加飼料投喂。因此，一個(gè)精準(zhǔn)的系統(tǒng)調(diào)節(jié)過程（圖三）是系統(tǒng)操作之前的首要任務(wù)。這種調(diào)節(jié)將提供給ZWD系統(tǒng)表現(xiàn)的穩(wěn)定性，尤其是NH4+和NO2- 的分解能力。
相對(duì)較低的NH4+ 和 NO2- 水平也可能影響到海洋硅藻——角毛藻在ZWD系統(tǒng)中的內(nèi)含物。角毛藻可以在同化作用過程中攝取NO 3 - 和 NH4+ 作為氮源，因此NH4+ 和 NO2- 水平能夠被保持在一個(gè)可接受的層面。 對(duì)于養(yǎng)蝦來說，保持銨根離子、亞硝酸鹽和硝酸鹽的低且穩(wěn)定的水平是尤為重要的。過量的銨根離子能導(dǎo)致生長(zhǎng)減緩，增加耗氧量和氨氮排泄，左右血淋巴蛋白濃度和游離氨基酸水平，甚至能導(dǎo)致死亡；鑒于，高量亞硝酸鹽能夠誘導(dǎo)高鐵血紅蛋白形成，從而導(dǎo)致低氧和蒼白病，后者能造成蝦生長(zhǎng)阻滯及死亡。
在九十天養(yǎng)殖期間內(nèi)預(yù)估的微生物循環(huán)在圖6中有所展示?？偟膩碚f，營(yíng)養(yǎng)素循環(huán)在ZWD系統(tǒng)中囊括了氮循環(huán)和碳循環(huán)?？梢员挥^察到的是過度投料不僅能造成蝦的生長(zhǎng)，也能造成水體中與蝦的排泄物一起累積起來的有機(jī)物。這些有機(jī)物隨即將會(huì)被異養(yǎng)細(xì)菌所利用，通過氨化過程轉(zhuǎn)化成 NH4+ 。再者， NH4+ 離子將被化能無機(jī)營(yíng)養(yǎng)物氨氧化細(xì)菌氧化形成有毒物NO2- ，其后NO2- 將被化能無機(jī)營(yíng)養(yǎng)物亞硝酸鹽氧化細(xì)菌轉(zhuǎn)化成輕度有毒物NO3- 。最后，NO3- 作為宏量營(yíng)養(yǎng)素之一于同化過程中被能光合自養(yǎng)的有機(jī)體（角毛藻）所利用，角毛藻在其中起著蝦的活性食物和水體增氧的作用。微藻生物也能造成水體中有機(jī)質(zhì)增量，伴隨著化能無機(jī)營(yíng)養(yǎng)菌和異養(yǎng)細(xì)菌。
縱觀ZWD系統(tǒng)的微生物循環(huán)中三種微生物組成成分，只有兩種（光能自養(yǎng)菌和化能無機(jī)營(yíng)養(yǎng)菌）在ZWD 系統(tǒng)中被應(yīng)用了，而異養(yǎng)成分則還沒有被利用。然而，對(duì)于ZWD系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展，功能性異養(yǎng)成分的應(yīng)用將被作為更為重要的一步。三種成分協(xié)同應(yīng)用能夠幫助穩(wěn)定和降低生物多樣性，同時(shí)能夠在養(yǎng)殖水體重提高氨化、硝化和同化作用過程。
在兩套系統(tǒng)中，其它理化參數(shù)（例如PH、溫度和鹽度）分別在7.63-8.8， 25.96-30.63°C 和27.6-38.3 ppt 之間。這些數(shù)據(jù)都在對(duì)蝦養(yǎng)殖可接受范圍之內(nèi)。
適宜的ZWD養(yǎng)殖條件將創(chuàng)造出更好的生長(zhǎng)環(huán)境，即便可能由于蝦的生存率不等（90.82%相比較于較低的 27.22%）和更高的有機(jī)物投入導(dǎo)致溶氧平衡漸減。然而，在九十天養(yǎng)殖期間后的這套系統(tǒng)中，溶氧級(jí)衰減至少于1mg/L (在常規(guī)系統(tǒng)中7.42 ± 0.52 mg/L 和在ZWD系統(tǒng)中6.81 ± 0.5 mg/L)。溶氧級(jí)衰減即便沒有造成什么嚴(yán)重的影響，這個(gè)結(jié)果也應(yīng)該被采用為未來ZWD系統(tǒng)的進(jìn)一步應(yīng)用和發(fā)展，尤其是當(dāng)養(yǎng)殖過程需要實(shí)施超過三個(gè)月的情況下，因?yàn)槠渲形r的養(yǎng)殖密度和有機(jī)物累積能減少系統(tǒng)中氧的平衡。從結(jié)果來看，溶氧平衡能夠由微型藻和ZWD系統(tǒng)中不間斷充氣得到補(bǔ)償。
微生物參數(shù)測(cè)量
常規(guī)系統(tǒng)和ZWD系統(tǒng)中總細(xì)菌量在十二周養(yǎng)殖周期的數(shù)量展示在圖7。
根據(jù)這些結(jié)果，實(shí)驗(yàn)過程中的總細(xì)菌量在兩套養(yǎng)殖系統(tǒng)中都有增長(zhǎng)的趨勢(shì)。在ZWD系統(tǒng)中，最大細(xì)菌總量和弧菌總量分別是1 ×1010CFU/ml 和4.8 ×102CFU/ml；在常規(guī)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)則分別是6.7 × 1010CFU/ml 和1.05 × 102CFU/ml 如表格3所示。在養(yǎng)殖周期中，ZWD系統(tǒng)和常規(guī)系統(tǒng)中的細(xì)菌總量和弧菌總量沒有顯著差異（p>0.05）。
值得注意的是，ZWD系統(tǒng)中過量的有機(jī)物累積沒有明顯地提升細(xì)菌量，即便高有機(jī)物含量能夠促使異養(yǎng)細(xì)菌增長(zhǎng)這一現(xiàn)象是人們的普遍認(rèn)知。結(jié)果表明，硝化細(xì)菌和角毛藻的存在能夠控制條件致病菌和弧菌的生長(zhǎng)。硝化細(xì)菌能夠與其他細(xì)菌競(jìng)爭(zhēng)養(yǎng)分和空間，海洋硅藻分泌脂肪酸和酯類可以擔(dān)當(dāng)抗菌化合物。并無驚訝的是，ZWD系統(tǒng)中的弧菌總數(shù)低于致病水平的106CFU/ml，即便ZWD系統(tǒng)中存在更高的蝦的養(yǎng)殖密度和投喂量。
常規(guī)系統(tǒng)中所觀察到的低細(xì)菌總量是由于定期換水（每四周80%）所帶來的常規(guī)稀釋，而且會(huì)有較少的食物殘留和生物廢棄物累積。
生物參數(shù)測(cè)量
觀察蝦的養(yǎng)殖生產(chǎn)力是靠計(jì)算平均體重（MBW），總重，存活率（SR），比生長(zhǎng)率（SGR），和飼料轉(zhuǎn)化率（FCR）。
于ZWD系統(tǒng)，九十天的養(yǎng)殖周期后得到了更好的養(yǎng)殖效果。生物參數(shù)的測(cè)量值包括平均體重（MBW）8.24 ± 0.84 g，總重923.38 ± 42.15 g，存活率（SR）90.82 ± 2.5%，比生長(zhǎng)率（SGR）7.7 ± 0.11%，都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)系統(tǒng)（MBW: 5.45 ± 0.28 g, 總重: 160.48 ± 6.62 g, SR: 27.22 ± 2.09%, SGR 7.24 ± 0.05）。ZWD系統(tǒng)中的飼料轉(zhuǎn)化率FCR是1.27遠(yuǎn)低于常規(guī)系統(tǒng)的4.10（p<0.05）。值得注意的是兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，SR和FCR預(yù)期分別是在51%到91%和 1.5 到 2.6范圍之內(nèi)。即便投料更多，養(yǎng)殖密度更大，ZWD系統(tǒng)中能有更好的養(yǎng)殖效果是由于更加好且穩(wěn)定的水質(zhì)保持。
除卻應(yīng)用硝化細(xì)菌對(duì)于水質(zhì)（(NH 4 + and NO 2 -）的益處，使用微生物和角毛藻也可以通過提供遮蔽效應(yīng)和替代飼料來創(chuàng)建一個(gè)更適宜的養(yǎng)殖條件。這些因素都能夠減少因?yàn)樗w能見度較低所導(dǎo)致的同類相食現(xiàn)象，并且能夠作為對(duì)蝦的食物補(bǔ)充。
除卻在物化、微生物和生物參數(shù)信息，對(duì)蝦生產(chǎn)的成本預(yù)算也將成為這項(xiàng)水產(chǎn)行業(yè)新型養(yǎng)殖方法進(jìn)一步應(yīng)用之前尤為重要的一個(gè)步驟。估算是建立在九十天養(yǎng)殖期中預(yù)計(jì)生產(chǎn)100kg對(duì)蝦的基礎(chǔ)之上，根據(jù)研究中對(duì)蝦的養(yǎng)殖效果（總重、FCR、MBW、SR）、幼體成本、飼料成本、和耗水量來計(jì)算。如表格五顯示。
計(jì)算需根據(jù)九十天養(yǎng)殖期間生物參數(shù)來進(jìn)行。ZWD系統(tǒng)中，對(duì)蝦生長(zhǎng)快和成活率高表現(xiàn)于FCR更好和更低，最終體現(xiàn)在2375240 IDR（印尼盾）的利潤(rùn)上。根據(jù)此項(xiàng)分析，ZWD系統(tǒng)用于工廠化養(yǎng)殖南美白對(duì)蝦的養(yǎng)殖對(duì)比帶有同等初始蝦密度的情況下所得到的利潤(rùn)有所提升。最終的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)是源于從SR,MBW和FCR所呈現(xiàn)出的更為優(yōu)勢(shì)的養(yǎng)殖效果。在養(yǎng)殖期間，ZWD系統(tǒng)中生產(chǎn)100kg對(duì)蝦耗水量較少（52.1m3），相比較于常規(guī)系統(tǒng)的78m3。這種情況說明ZWD系統(tǒng)不光能帶來經(jīng)濟(jì)效益，而且能最小化水質(zhì)干擾，減少對(duì)環(huán)境的廢水排放。
結(jié)論
基于這項(xiàng)研究，零排水系統(tǒng)ZWD能夠作為蝦養(yǎng)殖的替代系統(tǒng)，ZWD系統(tǒng)從水質(zhì)、SR（存活率）、增長(zhǎng)和FCR（飼料轉(zhuǎn)化率）方面提升了對(duì)蝦養(yǎng)殖性能。
附錄：
