1、本科毕业论文系列开题报告海洋生物资源与环境循环海水养鱼系统中的氮循环通路一、选题的背景与意义循环水养殖RECIRCULATINGAQUACULTURE，其主要特征是水体的循环利用，它不同于普通的工厂化养殖，其综合运用机械、电子、化学、自动化信息技术等先进技术和工业化手段，控制养殖生物的生活环境，进行科学管理，从而摆脱土地和水等自然资源条件限制，是一种高密度、高单产、高投入、高效益的养殖方式。其特点是在相对封闭的空间内，利用曝气、沉淀、过滤等手段迅速除去养殖对象的代谢产物和饵料残渣，使水质得以净化以实现重复利用，在少量添加补充水的前提下，利用流水从事小水体高密度的水生生物的强化培育。与传统养殖模
2、式相比，其主要技术特点表现在一是用水量少，且养殖用水可循环利用，利用率高达90以上。特别是对沿海地下海水资源起到很好的保护作用，有利于合理开发和利用地下水。二是节能，使用循环水养殖可以节约能6080。三是占地少，可节约土地2/3左右。四是养殖环境不受外界环境的变化，一年四季均可养殖，生长速度快，养殖密度高，生产周期短，单位耗水养殖产量大。五是饵料利用率高，饵料系数低。六是做到少排放或零排放，且能集中处理，对环境无压力或小。七是消毒设备切断病源，养殖过程不用药物，可生产出绿色安全食物。工厂化循环水养殖工艺的核心技术是水质净化处理系统，各国的水质处理工艺各有特色。养殖系统生态清洁是健康养鱼的基本生
3、产方式，健康养殖提供的是绿色食品，欧美国家强调只有在全人工控制下并将其置于法律法规的监督下才能够实现。目前欧美、以色列等国家在工业化养鱼中引入了生物工程，微生物技术、膜技术、自动化技术、计算机技术等现代科技成果，完善了养殖对象养殖过程中的生命警卫系统和生命维护系统，设计了一系列的水产养殖软件，数字化、自动化程度显著提高，一般年产量为60KG/M3，最高可达500KG/M3，养殖用水循环利用率90以上，达到了无废生产和零排放，实现了机械化、自动化、电子化、信息化、企业管理现代化，最终达到了养殖工业化，养殖生产实质上已经进入了知识经济的范畴。氮不仅是养殖生态系统中物质循环的重要元素，也是养殖水体内
4、较常见的限制初级生产力的营养元素，其在水体中含量和比例往往会引起浮游植物群落结构和藻类生长的变化，也会导致沉积物营养盐的和积累变化，最终影响生态系中能量的利用和转化，对于养殖水体来说，保持稳定的浮游植物群落结构和数量是提高养殖产量的重要内容和手段，所以了解养殖水体中氮的存在形态、迁移转化以及平衡，为保持养殖生态环境的相对稳定提供依据，可以促进水产养殖业的发展；同时氮也是作为水产养殖自身污染的重要指标。水产养殖用水多取自于天然水域，故良好的水域生态环境是水产养殖业持续健康发展的根本基础。若依然采用高密度、高换水率的传统养殖方法，甚至有的还滥用药物，养殖废水基本不做任何处理便直接排入天然水域，致使
5、部分江、湖、海水域遭受富营养化污染日益加剧。有关水产养殖对于环境的污染问题已引起全球关注。为改变传统养殖技术与模式，目前国内外均开展了集约化循环水养殖模式的研究。随着集约化水产养殖业的兴起，人们为了追求高产、高效，往往投入大量的富含氮营养物质的饵料和肥料，养殖密度高和物质投入量多势必造成养殖水体中代谢废物和残饵等污染物含量的增加，导致养殖水域营养盐含量大大超出浮游植物细胞生长的需求。然而，频繁大量的水交换是目前中国工厂化养殖普遍采用的措施，大量养殖废水的排放不仅会导致水华暴发、病害猖獗、养殖效益下降，而且富含营养物质的养殖废水的排出，还可造成局部海域水体富营养化，甚至赤潮泛滥。二、研究的基本内
6、容与拟解决的主要问题（一）研究的基本内容1研究大型海藻在循环水养鱼系统中的作用研究系统中藻类介入，藻类对氮通路动态比例的影响。在系统中添加龙须菜循环养殖后测定氮比例变动。2研究系统中贝类的添加对氮平衡的影响研究系统中添加滤食性贝类后氮通路的各动态比例变化。在系统中添加毛蚶循环养殖后测定氮比例变动。3单位时间循环次数（流量）对氮平衡的影响在温度为24，循环次数为3、6和9次/H时，研究循环次数对氮收支的影响，并建立氮收支模型。（二）拟解决的主要问题1氨氮、亚硝酸态氮、硝酸态氮等各形态氮在系统中的存在形式及转化与循环路线。2恒定温度下龙须菜的有无对系统中氮动态比例的影响。3恒定温度下毛蚶的有无对系
7、统中氮动态比例的影响。三、研究的方法与技术路线（一）实验设计方法1有大型藻类和贝类试验在温度在温度24，循环次数为9次/H，光照强度为40004500LUX，每天测定3种形式氮的含量；每14天测定鱼的体重、鱼体氮含量、颗粒物的含量（包括沉淀和悬浮）和藻类干重与贝类干重。测定水中的总氮、NO3、NO2和氨态氮用全自动间断化学分析仪EASYCHEMPLUS；鱼体和饲料中的氮用凯氏定氮仪测定；鱼体和饲料中氮测定方法参照海洋监测规范、养殖水环境化学实验。2无大型藻类和无贝类试验在温度在温度24，循环次数为9次/H，光照强度为40004500LUX，每天测定3种形式氮的含量；每7天测定排泄率，排粪率；每
8、14天测定鱼的体重、鱼体氮含量、颗粒物的含量（包括沉淀和悬浮）。3有贝类但是没有大型藻类循环试验在温度在温度24，循环次数为9次/H，光照强度为40004500LUX，每天测定3种形式氮的含量；每7天测定排泄率，排粪率；每14天测定鱼的体重、鱼体氮含量、颗粒物的含量（包括沉淀和悬浮）和贝类干重。4有大型藻类但是没有贝类循环试验在温度在温度24，循环次数为9次/H，光照强度为40004500LUX，每天测定3种形式氮的含量；每7天测定排泄率，排粪率；每14天测定鱼的体重、鱼体氮含量、颗粒物的含量（包括沉淀和悬浮）和藻类干重。二技术路线四、研究的总体安排与进度12010年9月2008年10月查找相
9、关资料，初步订立实验计划。22010年10月2010年12月实验循环水养鱼装置的设置和建立，实验前期准备工作。32010年12月2011年3月各个实验组的饵料中、总氮鱼体同化、水中溶解、藻类吸收的总氮、贝类利用的总氮的测定。42011年3月2011年4月整理数据，撰写论文，翻译外文文献，论文定稿，准备答辩。五、主要参考文献1欧阳结明硝化细菌在水产养殖中的应用J科学养鱼,2005,1079792乔顺风水体氨氮转化形式与调控利用的研究J饲料工业,2005,261244463张进凤,李瑞伟,刘杰凤,等淡水养殖水体氨氮积累危害及生物控制的研究现状J河北渔业,2009,641444朱松明循环水养殖系统中
10、生物过滤器技术简介J渔业现代化,2006,21618,205刘兴国,管崇武,宋洪桥,等循环水养殖系统中小球藻对三态氮的吸收能力研究J渔业现代化,2007,3411719,166杨雅华,朱丽华,陈秀玲,等半封闭循环水养殖池塘水质环境监测与分析J河北渔业,2010,62628,307车轩,吴嘉敏,谭洪新,等自养反硝化研究进展及在循环水养殖系统中的应用J渔业现代化,2007,34113168李谷,吴振斌,侯燕松,等养殖水体氮的生物转化及其相关微生物研究进展J中国生态农业学报,2006,14111159乔顺风,李红顺水体生物急性氨中毒的成因和调控技术J河北渔业,2005,2272910傅雪军,马绍赛,
11、曲克明,等循环水养殖系统生物挂膜的消氨效果及影响因素分析J渔业科学进展,2010,311959911高喜燕,傅松哲,刘缨,等循环海水养殖中生物滤器生物膜研究现状与分析J渔业现代化,2009,9162012林士强氮元素在水体内的迁移转化对养殖生产的影响J黑龙江水产,2010,2192013王凡,刘海芳生物脱氮技术在水产养殖中的应用J中国水产,2007,12777814曾国锋系统化水产养殖技术J渔业现代化,2007,3451517,1915朱清旭硝化细菌在水产养殖中的应用J科学养鱼,2006,2767616刘瑞兰硝化细菌在水产养殖中的应用J重庆科技学院学报自然科学版,2005,71676917高锋
12、,李晨,金卫红应用生物脱氮新技术处理循环养殖废水的研究J水利渔业,2007,273818318王志敏,张文香,张卫国,等在循环养殖系统中添加微生态制剂去除氨氮和亚硝酸氮的试验J水产科学,2006,25417117419孙国铭,赵卫星海水循环式养殖系统NH3N,NO2N转化及其水质管理J水产养殖,1999,4121420乔顺风,刘恒义,靳秀云,等养殖水体氨氮积累危害与生物利用J河北渔业,2006,1202221金送笛,倪彩虹菹草POTAMOGETONCRISPUS对水中氮,磷的吸收及若干影响因素J生态学报,1994,14216817322王志敏,崔立娇工业化海水鱼类养殖现状与发展趋势J河北渔业,
13、2009,8465223宋德敬,薛正锐,张剑诚,等三种不同模式的工厂化循环水养殖设施J渔业现代化,2005,2283124洪华生,曹文志,岳世平,等九龙江河口生物地球化学元素通量的初步模拟J海洋环境科学,1989,822825GANTES,P,CARO,AS,FMOMO,ETALANAPPROXIMATIONTOTHENITROGENANDPHOSPHORUSBUDGETSINFLOATINGSOILSOFASUBTROPICALPEATLANDIBER,ARGENTINAJECOLOGICALMODELLING,2005,186778326HEINLTOWARDIMPROVEDENVIRON
14、MENTALANDSOCIALMANAGEMENTOFINDIANSHRIMPFARMINGJENVIRONMANAGE,20022934935927BRIGGSMSPANUTRIENTBUDGETSOFSOMEINTENSIVEMARINESHRIMPCULTUREPONDSINTHAILANDJAQUACULTUREANDFISHERIESMANAGEERING,1994,2578981128ANDREWPREES,ETALCARBON,NITROGENANDPHOSPHORUSBUDGETSWITHINAMESOSCALEEDDYCOMPARISONOFMASSBALANCEWITHIN
15、VITRODETERMINATIONSJDEEPSEARESEARCHII,2001,48859872毕业论文文献综述海洋生物资源与环境循环水养殖系统中的氮循环研究现状摘要氮是构成生物蛋白质和核酸的主要元素，其生物化循环过程非常复杂，循环性能极为完善。氮是水体中动植物的重要组成元素之一，水体中氮的含量和分布状态对渔业养殖的产量和质量具有深远的影响，因而研究渔业水体中氮的转化和平衡具有重要意义。本文综述了循环水养殖系统中氮循环通路的过程以及转化形式及氮元素在水体中的各种存在形式对水体中生物的毒性，有利于提高水产养殖的经济效益，改善渔业水质，同时降低渔业废水的污染程度。关键词循环水,硝化细菌,氮循
16、环，毒性氨氮物质是养殖水体最主要的营养成分。适量施肥增加浓度，是培育浮游生物天然活饵、增加溶氧，保障健康高效养殖的便捷有效途径。符合生态养殖发展模式若氨氮积累过量，会直接影响养殖生物的生长，甚至还会出现急性氨中毒等重度危害现象为达到高产高效目的。又不出现养殖损失，就要求熟练观测水质理化因子状态与变化趋势。主动调节水质，优化饵料结构。使养殖生物处于最优的生存与生长环境，将传统的“以鱼为中心”转移到“以水为中心”的观念上来1。硝化细菌NITRIFYING是一种好气性细菌，在有氧的水中或砂层中生长，并在氮循环水质净化过程中扮演着很重要的角色。属于白营性细菌的一类，包括亚硝酸菌属NITROSOMONA
17、S及硝酸菌属NITROBACTER2。1水体中氮来源与存在形式11水体中氮素的来源自然状态下水体氮素的来源一些固氮藻类及固氮细菌能把大气层中的氮气转变为有效氮鱼类等水生动物的最终代谢产物主要为氨态氮NH，其次为尿素和尿酸藻类细胞自溶与有机碎屑沉积物的矿化作用。使以颗粒状结合着的有机氮以NH一N的形式释放到水体中地面泾流及域外污水串用带来的氮的污染问题也愈加突出，等等对自然状态的氮素来源构成及转化过程应清楚把握和准确运用，才能不悖其水体物质转化循环规律，达到健康高效生态养殖的目的。312水体中氮存在形式氮是一切藻类必须的一种营养元素，也是养殖水体内一种限制初级生产力的营养元素。在天然水体内，氮一
18、般以3至5九种不同价态成单质N2、无机物NH3、NH4、NO2、NO3等及有机物如尿素、氨基酸、蛋白质等形式存在，在生物及非生物因素的共同作用下，它们在水体内不断地迁移、转化，构成一个复杂的动态循环，对养殖生产有很大影响4。2氨及硝态氮的毒性21分子氨及其毒性氨氮NH3一N是水体中无机氮的主要存在形式，通常氨主要以NH4离子状态存在，并包括未电离的氨水合物NH3H2O。其二者的含量主要取决于水的PH值和水体温度。PH值增加，分子氨NH的比率增大，随水温的升高也稍有增加。PH值接近10时几乎都以分子氨NH3的形式存在。水合氨NH3H2O能通过生物表面渗入体内，渗入的数量决定于水与生物体液PH值的
19、差异5。关于氨的毒性，以前常以总氨NH3NH4的浓度表示，然而在PH值等水质条件不同时，即使总氨量一样，毒性也可能相差很大，而用分子氨浓度表示毒性，就更为确切。渗进生物体内的分子氨NH3，将血液中血红蛋白分子的FE2氧化成为FE3，降低血液的载氧能力，使呼吸机能下降。氨主要是侵袭粘膜，特别是鱼鳃表皮和肠粘膜，其次是神经系统，使鱼类等水生动物的肝。肾系统遭受破坏；引起体表及内脏充血，严重的发生肝昏迷以致死亡6。即使是低浓度的氨，长期接触也会损害鳃组织，出现鳃小片弯曲、粘连或融合现象。22亚硝酸盐及其毒性亚硝酸盐是硝化反应不能完全进行的中间产物。此时，水体溶氧缺乏，水性偏酸，加重了亚硝酸盐的毒性此
20、外在秋冬季节，池塘水温的突然变化，也会阻碍硝化细菌的作用，使亚硝酸盐的浓度增高。亚硝酸盐的作用机理主要是通过生物的呼吸7。由鳃丝进入血液，与血红蛋白结合形成高铁血红蛋白。血红蛋白的主要功能是运输氧气，而高铁血红蛋白不具备这种功能，从而导致养殖生物缺氧，甚至窒息死亡。一般情况下，当水体中亚硝酸盐浓度达到01MGL，就会对养殖生物产生危害8。23硝酸盐氮及其危害一般认为硝酸盐对水生动物没有不良影响，其实在水体硝酸盐的浓度较高60MGL时间较长时，也有一定的危害9。较高浓度的硝酸态氮，如果不能及时被微生物或植物吸收转化为其他形式带走，一直会处于三态氮的动态循环中，一旦水体溶氧不足，随时都会转入反硝化
21、过程，又以氨氮、亚硝酸盐的形式危害水生动物。温室大棚缺乏光照的育苗与养殖水体，排污换水不及时氨氮不易脱离出水体，诱发出种种病害，致使太多的养殖与育苗生产不成功或失败。我国渔业水质标准中规定分子氨浓度002MGL，对鱼类生长、繁殖等生命活动不会产生影响。在养殖水体中分子氨浓度介于00202MGL的，仍在鱼类可忍受的安全范围内10。肥水鱼塘氨氮总量以氮计算正常范围认为是005O15MGL，超过03MGL时就构成污染，超过05MGL时对鱼类的毒性较大11。24综合的毒性效应养殖水体溶氧低、氨氮和亚硝盐氮浓度高，三者协同作用，是诱发以致导致鱼类等水体生物中毒、发病、死亡的主要因素。除此，其他因素也不可
22、忽视。水体PH值过高时，离子氨NH4转化为分子氨NH3，其毒性增大。在PH值低于65时，水体呈酸性，酸性水能使鱼类血液的PH值下降，造成血红蛋白运输氧的功能发生障碍，致使鱼体组织内缺氧，形成生理性缺氧症。此时尽管水中溶氧量正常，鱼仍然会浮头呆滞，表现出缺氧状态。若PH值过低时，水体中S2、CN、HCO3等转变为毒性很强的H2S、HCN氰化物、CO2等物质形式，增强各种有害因子的协同效应12。此现象在夏秋高温高湿季节的密养水体会经常发生，造成缺氧死鱼，甚至可能导致整池鱼虾覆灭，即使能被解救出来的个体，23天内也难以恢复正常生命活动，持续呆滞懒动，严重影响摄食和生长13。3水体中氮循环及转化31水
23、体中的氮素循环构成氮循环的主要环节是生物体内有机氮的合成、氨化作用、硝化作用、反硝化作用和固氮作用。自然水体中的氮来自水生动植物尸体及排泄物的积累及腐败，含氮有机化合物通过营腐生细菌分解成氨氮、硫化氢等小分子无机物，然后由各种自养型微生物主要为硝化细菌的作用，转化为亚硝酸盐和硝酸盐，这三种氮素一方面被藻类和水生植物吸收，另一方面硝酸盐在缺氧条件下被反硝化细菌通过脱氮作用将硝态氮转化为氮气逸出水体，大气中的氮被固氮菌利用重新回到水体14。由于各种微生物的生长繁殖速度不同，在整个氮素转化过程中，从含氮有机物到氨氮的转化是由多种异养微生物来担任，而这类微生物的生长繁殖较快，因此这过程时间较短；从氨氮
24、到亚硝酸盐转化由亚硝化细菌担任，亚硝化菌的生长繁殖速度为18MIN一个世代，因此其转化的时问也较短；从亚硝酸盐到硝酸盐是由硝化细菌担任，硝化菌的生长速度相对较慢，其繁殖速度为18H一个世代，因此由亚硝酸盐转化到硝酸盐的时间就长很多，亚硝态氮的有效分解需要12D甚至更长的时间15。32循环水养殖系统中的氮循环的特点氮的存在形式有无机态氮和有机态氮两类，无机态氮有溶解氮气、铵态氮、硝酸盐氮和亚硝酸盐氮等，而有机态氮主要包括氨基酸、蛋白质和腐殖酸等16。非离子氨的浓度太高会引起养殖生物中毒。在循环水养殖中，由于氮没有向环境中排放，若不做氮的去除，大量的氮都会在循环系统中积累，引起自身的污染，影响养殖
25、对象的生长。循环水系统中氮的循环大多数变化都是生物化学变化，而且在每一个步骤一般都伴随着氮的化合价的改变，从氨氮的3价到硝酸盐氮的5价17。循环水养殖系统中各种形态氮之间的动态循环及转化见（图1）。图1循环水系统中氮循环及流向参考文献1乔顺风水体氨氮转化形式与调控利用的研究饲料工业J,2005,261244462欧阳结明硝化细菌在水产养殖中的应用科学养鱼J,2005,1079793林士强氮元素在水体内的迁移转化对养殖生产的影响J黑龙江水产,2010,219203张进凤,李瑞伟,刘杰凤,等淡水养殖水体氨氮积累危害及生物控制的研究现状河北渔业J,2009,641444朱松明循环水养殖系统中生物过滤
26、器技术简介渔业现代化J,2006,21618,205刘兴国,管崇武,宋洪桥,等循环水养殖系统中小球藻对三态氮的吸收能力研究渔业现代化J,2007,3411719,166杨雅华,朱丽华,陈秀玲,等半封闭循环水养殖池塘水质环境监测与分析河北渔业J,2010,62628,307车轩,吴嘉敏,谭洪新,等自养反硝化研究进展及在循环水养殖系统中的应用渔业现代化J,2007,34113168李谷,吴振斌,侯燕松,等养殖水体氮的生物转化及其相关微生物研究进展中国生态农业学报J,2006,14111159乔顺风,李红顺水体生物急性氨中毒的成因和调控技术J河北渔业,2005,2272910傅雪军,马绍赛,曲克明,
27、等循环水养殖系统生物挂膜的消氨效果及影响因素分析J渔业科学进展,2010,311959911高喜燕,傅松哲,刘缨,等循环海水养殖中生物滤器生物膜研究现状与分析J渔业现代化,2009,9162012林士强氮元素在水体内的迁移转化对养殖生产的影响J黑龙江水产,2010,2192013王凡,刘海芳生物脱氮技术在水产养殖中的应用J中国水产,2007,12777814曾国锋系统化水产养殖技术J渔业现代化,2007,3451517,1915朱清旭硝化细菌在水产养殖中的应用J科学养鱼,2006,2767616刘瑞兰硝化细菌在水产养殖中的应用J重庆科技学院学报自然科学版,2005,71676917高锋,李晨,
28、金卫红应用生物脱氮新技术处理循环养殖废水的研究J水利渔业,2007,273818318王志敏,张文香,张卫国,等在循环养殖系统中添加微生态制剂去除氨氮和亚硝酸氮的试验J水产科学,2006,25417117419孙国铭,赵卫星海水循环式养殖系统NH3N,NO2N转化及其水质管理J水产养殖,1999,4121420乔顺风,刘恒义,靳秀云,等养殖水体氨氮积累危害与生物利用J河北渔业,2006,1202221金送笛,倪彩虹菹草POTAMOGETONCRISPUS对水中氮,磷的吸收及若干影响因素J生态学报,1994,14216817322王志敏,崔立娇工业化海水鱼类养殖现状与发展趋势J河北渔业,2009
29、,8465223宋德敬,薛正锐,张剑诚,等三种不同模式的工厂化循环水养殖设施J渔业现代化,2005,2283124洪华生,曹文志,岳世平,等九龙江河口生物地球化学元素通量的初步模拟J海洋环境科学,1989,822825GANTES,P,CARO,AS,FMOMO,ETALANAPPROXIMATIONTOTHENITROGENANDPHOSPHORUSBUDGETSINFLOATINGSOILSOFASUBTROPICALPEATLANDIBER,ARGENTINAJECOLOGICALMODELLING,2005,186778326HEINLTOWARDIMPROVEDENVIRONMENT
30、ALANDSOCIALMANAGEMENTOFINDIANSHRIMPFARMINGJENVIRONMANAGE,200229349359本科毕业设计（20_届）循环海水养鱼系统中的氮循环通路目录引言21材料与方法312实验设备及控制条件413实验设计414实验方法与步骤415各组分含氮量的测定4151蛋白质含氮量测定4152水体中氨氮、亚硝酸盐、硝酸盐和总氮的测定516主要实验仪器517数据计算和统计52结果621各实验组的日摄食量变化622各实验组PH的动态变化623各实验组水体中的氨氮变化724各实验组亚硝酸盐的变化825各实验组硝酸盐变化826各组的三态总氮变化927系统氮输入量102
31、8系统氮输出各分量10281鱼体N增值量10282贝类N增值量11283水体中的颗粒有机氮11284水中溶解性无机氮1229氮通路通式及实际氮收支123讨论1331循环水养殖系统中的PH变化及其调控技术1332循环养殖系统内的三态氮平衡1333饲养密度对氮收支各通路的影响144小结14致谢错误未定义书签。参考文献14摘要本文通过研究在10IND、15IND、20IND和25IND养殖密度下，循环海水养鱼系统中的氮循环通路。结果表明循环系统中氮的主要输入来源为饵料的投入，主要输出方式有鱼体同化，水体溶解的无机氮和颗粒有机氮。在水体中三态氮的相互转化离不开硝化细菌的作用。同时PH对水体的影响极为重
32、要，在循环水系统中要时刻保持PH值的稳定，以适合鱼类生长，减少氨氮、亚硝态氮的毒性作用。不同养殖密度中饵料氮给系统输入的氮，随养殖密度的增加而升高。关键词循环水；氮循环；氮收支；氮平衡；养殖密度ABSTRACTTHISTHESISHASSTUDIEDINCIRCULATINGSEAWATERFISHCULTURESYSTEM,THENITROGENCYCLEPATHSIN10IND,15IND,20INDAND25INDBREEDINGDENSITYITFOUNDTHATINCIRCULATORYSYSTEM,THEMAININPUTSOURCEOFNITROGENINPUTINFEED,FI
33、SHASSIMILATION,ANDWATERDISSOLVEDINORGANICNITROGENANDPARTICULATEORGANICNITROGENISTHEMAINOUTPUTBETWEENTHETHREENITROGENINTHEWATERCANNOTBESEPARATEDINTOTHEROLEOFNITRIFYINGBACTERIAPHOFTHEWATERBODYISEXTREMELYIMPORTANT,INTHECIRCULATINGWATERSYSTEMTOKEEPTHESTABILITYOFPHVALUE,TOFITTHEGROWTHOFFISH,TOREDUCEAMMON
34、IA,NITRATETOXICITYPRESSUREBREEDINGDENSITYINTHEFEEDOFDIFFERENTNITROGENINPUTOFNITROGENTOTHESYSTEM,WITHINCREASEDSTOCKINGDENSITYINCREASEDKEYWORDSRECYCLEDWATERNITROGENCYCLENITROGENBUDGETNITROGENBALANCEBREEDINGDENSITY第I条引言循环水养殖RECIRCULATINGAQUACULTURE系统是把现代工程原理和方法应用到水产养殖工程上，它的兴起和发展只经历了短短的三十多年，有关的设计理论和方法还很
35、不成熟，但不影响循环水养殖的发展1。循环水养殖的主要特征是水体的循环利用，在相对封闭的空间内，利用曝气、沉淀、过滤等手段迅速除去养殖对象的代谢产物和饵料残渣，使水质得以净化以实现重复利用。其与传统养殖模式相比有很多优点2（1）循环水养殖用水量少，只少量添加补充水的前提下实现水体重复利用率达90以上。特别对沿海地区地下水资源起到很好的保护作用。（2）循环水养殖占地少，可以节约2/3左右的土地。（3）养殖环境可控制，受外界环境因素的影响小，养殖生物生长速度快，养殖密度高，生产周期短，单位耗水养殖产量大（4）饵料利用率高。（5）基本能做到少排放或零排放，且能集中处理，对环境压力小或无压力。（6）用物
36、理消毒设备切断病源，养殖过程不用药物，可实现绿色安全养殖。在自然界，氮元素以分子态（氮气）、无机结合氮和有机结合氮三种形式存在。大气中含有大量的分子态氮。但是绝大多数生物都不能够利用分子态的氮，只有象豆科植物的根瘤菌一类的细菌和某些蓝绿藻能够将大气中的氮气转变为硝态氮（硝酸盐）加以利用。植物只能从土壤中吸收无机态的铵态氮（铵盐）和硝态氮（硝酸盐），用来合成氨基酸，再进一步合成各种蛋白质。动物则只能直接或间接利用植物合成的有机氮（蛋白质），经分解为氨基酸后再合成自身的蛋白质。在动物的代谢过程中，一部分蛋白质被分解为氨、尿酸和尿素等排出体外，最终进入土壤或水体。动植物的残体中的有机氮则被微生物转化
37、为无机氮（氨态氮和硝态氮），从而完成生态系统的氮循环3。循环水系统中氮的循环大多数变化都是生物化学变化，而且在每一个步骤一般都伴随着氮的化合价的改变，从氨氮的3价到硝酸盐氮的5价4。循环水养殖系统中各种形态氮之间的动态循环及转化如图1所示。图1循环水系统中氮循环及流向FIG1CIRCULATINGWATERSYSTEMANDTHEFLOWOFTHENITROGENCYCLE氮不仅是养殖生态系统中物质循环的重要元素，也是养殖水体内较常见的限制初级生产力的营养元素，其在水体中含量和比例往往会引起浮游植物群落结构和藻类生长的变化，也会导致沉积物营养盐的积累变化，最终影响生态系中能量的利用和转化，对于
38、养殖水体来说，保持稳定的浮游植物群落结构和数量是提高养殖产量的重要内容和手段，所以了解养殖水体中氮的存在形态、迁移转化以及平衡，可为保持养殖生态环境的相对稳定提供依据。同时氮也是作为水产养殖自身污染的重要指标。有研究表明鱼类养殖池中90以上的营养物质来自饵料的投入，而这些营养物质中仅有很少一部分被同化，其余均以可溶性或非可溶性状态留在养殖水体中。大量营养物质的输入一旦超过水体的同化能力，便会造成养殖环境恶化，同时也会威胁鱼类生长5。目前国内已有许多针对循环水氮利用及氮收支的研究。如循环水养殖罗非鱼中的氮循环研究6、养殖密度对异育银鲫氮和能量收支的影响7、中国明对虾精养池塘氮收支8、凡纳滨对虾室
39、内封闭式养殖水质变化与氮收支9、循环水养殖系统中小球藻对三态氮的吸收能力10、对虾养殖池塘氮磷收支11等。本研究采用循环海水养殖石斑鱼，研究了不同饲养密度模式下的氮循环通路，为深入研究循环水养殖中的氮循环和氮平衡提供参考资料。1材料与方法11实验场所及实验材料实验在宁海岳井洋渔业开发有限公司进行。实验用点带石斑鱼（EPINEPHELUSCOIOIDES）取自公司养殖池，选择体色正常、健壮无伤、摄食正常的个体，体重8G13G，共75尾用于实验，按实验设计要求随机分养于4个实验用循环养殖系统中适应驯化。饲料为中山市统一企业有限公司生产的石斑鱼挤压沉性配合饵料，粒径5MM7MM。贝类滤清槽采用壳长规
40、格03MM05MM的毛蚶。12实验设备及控制条件实验用循环养殖系统由养鱼槽、贝类滤清槽和多级过滤桶三部分装置组成。养鱼槽和贝类槽的规格为74CM54CM42CM，实际起始水量180L，两个水槽以塑料管连通，过滤桶的进水管连接贝类槽，出水管连接养鱼槽，通过过滤装置使两个水槽的水保持循环，循环次数为9次/H。在养鱼水槽四周遮光处理，避免石斑鱼受惊干扰。过滤桶容量25L，填装多级滤料，实际装水10L。养殖系统中用电热棒维持水温24。盐度1019，PH743795。放入实验鱼前在循环水系统中加入海水复合硝化活菌素。在每个养殖系统中置气头1个，不间断充气，保证水中溶氧充足。13实验设计本实验分4个实验组
41、，分别放养不同尾数的石斑鱼。1实验组养殖鱼水槽放养10尾石斑鱼2实验组养殖鱼水槽放养15尾石斑鱼3实验组养殖鱼水槽放养20尾石斑鱼4实验组养殖鱼水槽放养25尾石斑鱼实验周期进行14D。期间不添水，不换水。通过测定养殖前后水体中的无机氮、投喂的饵料含氮量、石斑鱼生长氮、毛蚶生长氮、结束时的颗粒有机氮（包括悬浮和沉淀的排泄物、饵料残渣、细菌菌团等），根据氮平衡公式确定循环海水养鱼系统中的氮元素通路及分配。14实验方法与步骤实验开始前称量每尾鱼体重，4个组鱼体重分别为1084G、1815G、2084G和2323G。开启过滤器使循环系统运转，调节温度使各实验组养殖水槽达到实验要求，实验鱼放养于养殖槽中
42、适应7D后开始进行实验。实验期间，每天700和下午1600投饵，1小时后捞出未吃完的剩余颗粒饵料，记录摄食数量。同时每天记录水的PH值、温度、采集养殖鱼水槽内的水样，水样抽滤后滴加三氯甲烷固定，水样瓶密封储存在冰柜中待测定。实验结束时称量鱼体重，收集水体中的颗粒有机物。并抽取鱼样、毛蚶样和4个实验组的水样，待含氮量测定。15各组分含氮量的测定151蛋白质含氮量测定将实验结束后所的饵料、鱼样、毛蚶及颗粒有机物样品烘干研磨，称取一定量的实验样品，各样品称量3份。将各试样加入消化炉试管中，同时在试管中加入02G硫酸铜，2G硫酸钾，10ML浓硫酸，将试管放入硝化炉中消化。消化炉温度自200开始，每半小
43、时升高50，直至温度升至450。当消化炉温度到达450时持续消化观察溶液变为澄清（澄清液为浅蓝色），同时管壁上无黑色油渍为止。溶液澄清后继续消化半小时，以保证消化完全后关闭消化炉，将试管移出消化炉静置冷却。在消化炉消化过程中，用电子天平称量200G氢氧化钠放入烧杯中，加1000ML水，配置成浓度为40的氢氧化钠溶液以待消化试管冷却后供全自动定氮仪使用。用1000ML的量筒接1000ML的蒸馏水，将83ML的浓盐酸加入蒸馏水中，稀释后的盐酸以待定氮后滴定溶液。用从烘干箱中取出的干燥NA2CO3标定盐酸浓度，记录标定数据。当消化试管冷却后依次将试管安放入全自动定氮仪定氮，定氮后的液体用盐酸滴定，记
44、录滴定数据。152水体中氨氮、亚硝酸盐、硝酸盐和总氮的测定将每天采集的水样用全自动水质间断分析仪测定水中的氨氮、亚硝酸盐和硝酸盐含量，记录实验数据。水样中的总氮测定使用等物质量过硫酸钾消解法12主要实验仪器KDN08C消化炉，ATN300全自动定氮仪，全自动水质间断分析仪（EASYCHEMPLUS），EL104电子天平，酸式滴定管16数据计算和统计所有实验数据均采用EXCEL软件进行统计和分析。滴点盐酸浓度按公式按公式（1）计算MX1000C1（1）（V1V0）52991/2MX式中MX干燥碳酸钠的质量，单位为克（G）V1滴定使用盐酸的体积，单位为毫升（ML）V0空白盐酸的体积，单位为毫升（M
45、L）MX碳酸钠的物质的量固体蛋白质含氮量按公式（2）计算C1V14MN（2）M1000式中C1滴定盐酸的浓度，单位为毫升（ML）V滴定使用盐酸的体积，单位为毫升（ML）M称取试样的质量，单位为克（G）2结果21各实验组的日摄食量变化00051015202530350123456789101112131415时间/D摄食量/G10IND组摄食量15IND组摄食量20IND组摄食量25IND组摄食量图2不同饲养密度下各实验组每日摄食量变化FIG2THEDIFFERENTSTOCKINGDENSITYOFDAILYFOODINTAKEINEACHEXPERIMENTALGROUPCHANGES实验期
46、间实计各实验组日摄食量如图2所示。由图2可见各实验组鱼在第1D摄食量为实验期间的最高，分别为138G、207G、262G和290G，随后从第2D4D摄食量较少。在第7D和第8D又出现一个摄食量高值，第9D后开始摄食量为0。22各实验组PH的动态变化实验期间实测各实验组水体中PH如图3所示。由图3可见，74757677787980123456789101112131415时间/DPH10IND实验组15IND实验组20IND实验组25IND实验组图3不同饲养密度下各养殖水体PH变化FIG3THEDIFFERENTSTOCKINGDENSITYOFCHANGESINWATERPH各实验组的初始PH
47、值分别为10IND实验组788、15IND实验组78、20IND组776、25IND实验组772，实验期间各实验组的PH值都大致上呈现相同的变化趋势，在实验开始的前2D呈现出稍许的下降，降幅在10左右，此后立即出现反弹，四组均超越初始值，第5D7D呈现高位波动，此后各组的PH值均呈直线下降，并趋于一致。在第13D达到低谷，第14D再次回升。比较各实验组的PH值发现，10IND密度试验组的PH始终高于其他三组，而饲养密度最高的25IND组PH值最低。23各实验组水体中的氨氮变化在试验期间各实验组水体中氨氮变化情况见图4。由图4观察可见，在试验期间各实验0100200300400500600700
48、8009000123456789101112131415时间/D氨氮浓度/PPB10IND实验组15IND实验组20IND实验组25IND实验组图4不同饲养密度下养殖水体的氨氮变化FIG4THEDIFFERENTSTOCKINGDENSITYOFCHANGESINWATERAMMONIA组氨氮变化都有很大的波动，大体上出现2D4D一个波动。其中10IND实验组变化波动最为明显，在变化波动过程中各实验组达到最大值的天数都不相同。各组变化中都在第10D和第11D这两天达到实验期间的最高值，且从第7D开始氨氮浓度高位波动值均高于前期。结合图3还可见，从第7D开始，PH开始下降，氨氮平均高位波动值上升
49、。而第13D开始PH值开始回升后，氨氮值趋于下降。24各实验组亚硝酸盐的变化在试验期间各实验组水体中硝酸盐变化情况如图5所示，由图5观察可见，除了20IND0204060801001201400123456789101112131415时间/D亚硝酸盐浓度/PPB10IND实验组15IND实验组20IND实验组25IND实验组图5不同饲养密度下水体亚硝酸盐变化FIG5THEDIFFERENTSTOCKINGDENSITYOFCHANGESINWATERNITRITE实验组出现异常高峰外，各实验组亚硝酸盐变化波动很小，与图3比较可见亚硝酸盐浓度几乎也是24D出现一个高峰值，当氨氮浓度在低峰值时，亚硝酸盐出现高峰值。20IND实验组起始值高于其余各组，从第0D下降，到第3D达到试验期间最低值。第4D升高后又下降到平稳值，从第8D后开始上升，到第10D达到试验期间的最高值后下降，第12D后再次上升第13D上升到和第4D差别不大的值。10IND、15IND和25IND实验组波动相对很小，在40PPD范围内，其中25IND实验组起始值较其他两组高，10IND实验组在第5D达到试验期间小波动的最高值，15IND实验组在第9D达到试验期间小波动的最高值。在第14D时3个实验组
