1、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
2、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NITROSOMONAS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
3、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
4、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
5、，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
6、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
7、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
8、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
9、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
10、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
11、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
12、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,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
13、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,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,
14、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,2009,8465223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,2005,2
15、283124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,2005,186778326HEINLTOWARDIMPROVEDENVIRONMENTALANDSOCIALMANAGEMENTOFINDIANSHRIMPFARMINGJENVIRONMANAGE,200229349359
