水質(zhì)的氮循環(huán)

1、水質(zhì)的氮循環(huán)水質(zhì)的氮循環(huán)在養(yǎng)殖水體中，有機(jī)污染物包括氮、碳、磷、硫4種主要物質(zhì)，而后3者形成的產(chǎn)物在氧氣充足的條件下對(duì)魚(yú)類的影響程度不是很大，當(dāng)?shù)苑肿影睉B(tài)或亞硝酸鹽氮態(tài)存在時(shí)，卻會(huì)對(duì)水生動(dòng)物產(chǎn)生很強(qiáng)的神經(jīng)性毒害。當(dāng)前以強(qiáng)飼為特征的集約養(yǎng)殖方式加大了水體有機(jī)氮物質(zhì)分解轉(zhuǎn)化的負(fù)荷，微生物分解環(huán)節(jié)嚴(yán)重受阻，從而成為水體系統(tǒng)循環(huán)過(guò)程的制約瓶頸與頑結(jié)，造成水體富營(yíng)養(yǎng)化甚至污染，引發(fā)出諸多病害、藥殘、食品隱患等問(wèn)題。水體系統(tǒng)的氨氮循環(huán)及污染治理已成為世界性關(guān)注的環(huán)境問(wèn)題和研究熱點(diǎn)。1 養(yǎng)殖水體內(nèi)氨氮循環(huán)與脫氮過(guò)程 水體氮素的來(lái)源構(gòu)成    集約養(yǎng)殖水體氮素的來(lái)源主體為餌料殘

2、剩物和糞便排泄物的分解，其次為老化池塘底泥沉積物氨化分解，再次為施肥積累。養(yǎng)殖生產(chǎn)包括自然再生產(chǎn)過(guò)程與經(jīng)濟(jì)再生產(chǎn)過(guò)程，然而傳統(tǒng)的養(yǎng)殖方式片面追求產(chǎn)量經(jīng)濟(jì)效益，強(qiáng)化水體系統(tǒng)外的能量物質(zhì)的投入。過(guò)量的投餌，形成大量有機(jī)代謝廢物的沉積，致使水體系統(tǒng)的分解環(huán)節(jié)受抑制，造成硝化反應(yīng)難以通暢完全進(jìn)行，自凈能力減弱，產(chǎn)生多種有機(jī)酸及氨氮、亞硝酸鹽、硫化氫、甲烷等中間有毒有害產(chǎn)物同時(shí)，這些中間有毒產(chǎn)物也可再由含氮化合物通過(guò)反硝化細(xì)菌還原而返復(fù)積累。自然狀態(tài)下水體氮素的來(lái)源：一些固氮藻類及固氮細(xì)菌能把大氣層中的氮?dú)廪D(zhuǎn)變?yōu)橛行У?；魚(yú)類等水生動(dòng)物的最終代謝產(chǎn)物主要為氨態(tài)氮（NH3），其次為尿素和尿酸；藻類細(xì)胞自溶與

3、有機(jī)碎屑沉積物的礦化作用，使以顆粒狀結(jié)合著的有機(jī)氮以NH3N的形式釋放到水體中；地面涇流及域外污水串用帶來(lái)的氮的污染問(wèn)題也愈加突出，等等。對(duì)自然狀態(tài)的氮素來(lái)源構(gòu)成及轉(zhuǎn)化過(guò)程應(yīng)清楚把握和準(zhǔn)確運(yùn)用，才能不悖其水體物質(zhì)轉(zhuǎn)化循環(huán)規(guī)律，達(dá)到健康高效生態(tài)養(yǎng)殖的目的。 養(yǎng)殖水體生態(tài)系統(tǒng)的生物組成    消費(fèi)者、分解者、生產(chǎn)者是養(yǎng)殖水體生態(tài)系統(tǒng)的生物組成部分。其特點(diǎn)是：消費(fèi)者：魚(yú)蝦類養(yǎng)殖動(dòng)物為整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的核心，數(shù)量多、投餌量大，產(chǎn)生大量的排泄物和殘餌；分解者：微生物的數(shù)量與種類較少，大量的有機(jī)物無(wú)法及時(shí)分解，經(jīng)常處于超負(fù)荷狀態(tài)，水質(zhì)惡化；生產(chǎn)者：藻類數(shù)量少，無(wú)法充分利用有機(jī)物降

4、解產(chǎn)生的營(yíng)養(yǎng)鹽類，導(dǎo)致NH3-N和-N等有害物質(zhì)積累以至污染。因此，這種片面強(qiáng)調(diào)消費(fèi)者，而忽視分解者和生產(chǎn)者的生態(tài)系統(tǒng)是極為不平衡的，常使其循環(huán)過(guò)程存在兩處“瓶頸”梗阻。 水體物質(zhì)循環(huán)的中間部位    即有機(jī)物的生物分解轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié),水中有機(jī)物在異養(yǎng)微生物的作用下，第一階段是碳氧化階段，初步被分解出的產(chǎn)物是二氧化碳（CO2）和氨態(tài)氮，氮物質(zhì)大部分以NH4+·NH3的形式釋放出來(lái)。在自然條件下（溫度為20），一般有機(jī)物第一階段的氧化分解可在20d內(nèi)完成。第二階段是氨物質(zhì)的硝化過(guò)程，在亞硝化細(xì)菌的作用下氨（NH4+·NH3）被氧化成亞硝態(tài)氮（NO3-N

5、）；在硝化細(xì)菌的作用下再進(jìn)一步被氧化成植物生長(zhǎng)所需要的硝態(tài)氮（NO3-N）。在20自然條件下，第二階段的氧化分解需百日才能最終完成。當(dāng)水體缺氧時(shí)，另有一類反硝化細(xì)菌可以把硝酸鹽（NO3-）還原為亞硝酸鹽（NO3-），再還原為氨氮或游離氨或氮?dú)?，失去營(yíng)養(yǎng)作用，成為植物不能直接利用的氮。這種游離氨或氮?dú)庥伤w界面逸入空氣的過(guò)程稱為脫氮效應(yīng)。在交換性較差的水體中，硝酸鹽被還原的趨勢(shì)增大，NH3N濃度積累再度升高。在養(yǎng)殖環(huán)境中畢竟水體溶氧還達(dá)不到被完全消耗的狀態(tài)，僅在底泥過(guò)厚的無(wú)氧狀態(tài)時(shí)部分被反硝化出的氮?dú)馊苋胨w，于是此過(guò)程的脫氮逸氮能力是有限的，水體與底泥氨氮的總量常會(huì)居高不下。 轉(zhuǎn)化的過(guò)程

6、60;   從含氮有機(jī)物到氨氮所用的時(shí)間較短，從氨態(tài)氮到亞硝酸鹽時(shí)間也不算長(zhǎng)，由于硝化細(xì)菌繁殖速度較慢，從亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化到硝酸鹽需要時(shí)間就相對(duì)長(zhǎng)一些。轉(zhuǎn)化過(guò)程的快慢和自凈平衡的能力取決于水體溫度、溶氧和有益菌群數(shù)量的三大因素。在養(yǎng)殖生產(chǎn)中，如果系統(tǒng)達(dá)到一定的自凈平衡狀態(tài)，水體氮循環(huán)會(huì)比較正常，三態(tài)氮會(huì)一直維持在穩(wěn)定狀態(tài)。但傳統(tǒng)的養(yǎng)殖方式，忽視分解者和生產(chǎn)者的地位與作用，加速了水體環(huán)境惡化頻度而傳統(tǒng)的病害防治意識(shí)，又片面定勢(shì)微生物的致病作用，定期或反復(fù)濫用殺菌消毒劑及抗菌素，在把病菌撲滅的同時(shí)，也把系統(tǒng)中為數(shù)眾多的有益菌類（系統(tǒng)正常狀態(tài)時(shí)，有益菌群占95%以上，條件致病菌占4%

7、,而有害菌不到1%）統(tǒng)統(tǒng)殺滅,浮游植物也遭受到殃及或同被撲滅，光合作用再度減弱，產(chǎn)氧與供氧機(jī)能更為不足，進(jìn)而又會(huì)造成浮游動(dòng)物大量死亡分解與氨氮物質(zhì)的重復(fù)積累，勢(shì)必造成硝化過(guò)程受阻，這就是水中氨氮和亞硝酸鹽含量高的主要原因。然而，部分有害致病微生物往往是抗性極強(qiáng)，不易撲滅，反而又容易復(fù)發(fā)侵襲致病，造成養(yǎng)殖水體環(huán)境惡性的循環(huán)狀態(tài)。2 氨氮在水中的存在形式與毒性    氮在自然界存在的形式有9種之多，在水體中變化較大，一般在pH值78的常溫狀態(tài)時(shí)，有機(jī)氮物質(zhì)約占60%，氨態(tài)氮可占35%，其它以硝態(tài)氮的形式存在。但在高溫季節(jié)有機(jī)腐敗物質(zhì)積蓄較多的養(yǎng)殖水體中，氨態(tài)氮等有害物

8、質(zhì)的含量與作用就會(huì)相應(yīng)增加。 分子氨及其毒性    氨氮（NH3N）是水體中無(wú)機(jī)氮的主要存在形式，通常氨主要以NH4+離子狀態(tài)存在，并包括未電離的氨水合物（NH3·H2O）。用一般的化學(xué)分析方法（奈氏試劑法）測(cè)定的氨的含量，實(shí)際上是離子氨（NH4+、也稱銨離子）和分子氨（NH3、也稱非離子氨）二者的總和。其二者的含量主要取決于水的pH值和水溫程度。pH值增加，分子氨（NH3）的比率增大，隨水溫的升高也稍有增加。pH值接近10時(shí)幾乎都以分子氨（NH3）的形式存在。分子氨（NH3）與離子氨（NH4+）在水中可以相互轉(zhuǎn)化，但它們是性質(zhì)不同的兩類物質(zhì)。水合氨（N

9、H3·H2O）能通過(guò)生物表面滲入體內(nèi)，滲入的數(shù)量決定于水與生物體液pH值的差異。任何一邊液體的pH值發(fā)生變化時(shí)，生物表面兩邊的未電離NH3的濃度就會(huì)發(fā)生變化。NH3總是從pH值高的一邊滲入到pH值低的一邊。如NH3從組織液中排出這是正常的生理排泄現(xiàn)象；相反，若魚(yú)類等生物長(zhǎng)期生活在含NH3量較高的水體中，不利于體內(nèi)氮廢物的排泄，再若NH3從水體滲入組織液內(nèi)，就會(huì)形成血氨中毒。NH4+不能滲過(guò)生物表面，因此它對(duì)生物無(wú)明顯的毒害。關(guān)于氨的毒性，以前常以總氨（NH3+NH4+）的濃度表示，然而在pH值等水質(zhì)條件不同時(shí)，即使總氨量一樣，毒性也可能相差很大，而用分子氨濃度表示毒性，就更為確切。養(yǎng)

10、殖水域中離子氨允許的最高濃度為每升5mg氮，而分子氨在每升1mg氮濃度時(shí),就對(duì)大多魚(yú)類產(chǎn)生危害,為此, 養(yǎng)殖水域中分子氨濃度允許的最高值僅為每升氮。滲進(jìn)生物體內(nèi)的分子氨（NH3），將血液中血紅蛋白分子的Fe2+氧化成為Fe3+,降低血液的載氧能力，使呼吸機(jī)能下降。氨主要是侵襲粘膜，特別是魚(yú)鰓表皮和腸粘膜，其次是神經(jīng)系統(tǒng)，使魚(yú)類等水生動(dòng)物的肝腎系統(tǒng)遭受破壞；引起體表及內(nèi)臟充血，嚴(yán)重的發(fā)生肝昏迷以致死亡。即使是低濃度的氨，長(zhǎng)期接觸也會(huì)損害鰓組織，出現(xiàn)鰓小片彎曲、粘連或融合現(xiàn)象。 亞硝酸鹽及其毒性    亞硝酸鹽是硝化反應(yīng)不能完全進(jìn)行的中間產(chǎn)物，此時(shí)，水體溶氧缺乏，水性

11、偏酸，加重了亞硝酸鹽的毒性。此外在秋冬季節(jié)，池塘水溫的突然變化，也會(huì)阻礙硝化細(xì)菌的作用，使亞硝酸鹽的濃度增高。亞硝酸鹽的作用機(jī)理主要是通過(guò)生物的呼吸，由鰓絲進(jìn)入血液，與血紅蛋白結(jié)合形成高鐵血紅蛋白。血紅蛋白的主要功能是運(yùn)輸氧氣，而高鐵血紅蛋白不具備這種功能，從而導(dǎo)致養(yǎng)殖生物缺氧，甚至窒息死亡。一般情況下,當(dāng)水體中亞硝酸鹽濃度達(dá)到l,就會(huì)對(duì)養(yǎng)殖生物產(chǎn)生危害。 硝酸鹽氮及其危害    一般認(rèn)為硝酸鹽對(duì)水生動(dòng)物沒(méi)有不良影響，其實(shí)在水體硝酸鹽的濃度較高（60mg/l）、時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，也有一定的危害。較高濃度的硝酸態(tài)氮，如果不能及時(shí)被微生物或植物吸收轉(zhuǎn)化為其它形式帶走，一直會(huì)

12、處于三態(tài)氮的動(dòng)態(tài)循環(huán)中，一旦水體溶氧不足，隨時(shí)都會(huì)轉(zhuǎn)入反硝化過(guò)程，又以氨氮、亞硝酸鹽的形式危害水生動(dòng)物。溫室大棚缺乏光照的育苗與養(yǎng)殖水體，排污換水不及時(shí)氨氮不易脫離出水體，誘發(fā)出種種病害，致使太多的養(yǎng)殖與育苗生產(chǎn)不成功或失敗。如在20世紀(jì)90年代我國(guó)的養(yǎng)鰻、養(yǎng)鱉及部分蝦蟹育苗產(chǎn)業(yè)大起大落，長(zhǎng)期難以擺脫困境，與水體有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化不暢、自然生境模仿不成功等因素有直接的關(guān)系。    我國(guó)漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定分子氨濃度l，對(duì)魚(yú)類生長(zhǎng)、繁殖等生命活動(dòng)不會(huì)產(chǎn)生影響。在養(yǎng)殖水體中分子氨濃度介于l的，仍在魚(yú)類可忍受的安全范圍內(nèi)。肥水魚(yú)塘氨氮總量(以氮計(jì)算)正常范圍認(rèn)為是l，超過(guò)l時(shí)就

13、構(gòu)成污染，超過(guò)l時(shí)對(duì)魚(yú)類的毒性較大。 綜合因子的毒性效應(yīng)    養(yǎng)殖水體溶氧低、氨氮和亞硝鹽氮濃度高三者協(xié)同作用，是誘發(fā)式導(dǎo)致魚(yú)類等水體生物中毒、發(fā)病、死亡的主要因素，此外，其它因素也不可忽視。水體pH值過(guò)高時(shí)，離子氨（NH4+）轉(zhuǎn)化為分子氨（NH3），其毒性增大。在pH值低于時(shí)，水體呈酸性，酸性水能使魚(yú)類血液的pH值下降，造成血紅蛋白運(yùn)輸氧的功能發(fā)生障礙，致使魚(yú)組織內(nèi)缺氧，形成生理性缺氧癥。此時(shí)盡管水中溶氧量正常，魚(yú)仍然會(huì)浮頭呆滯，表現(xiàn)出缺氧狀態(tài)。若pH值過(guò)低時(shí)，水體中S2、CN、NO3-等轉(zhuǎn)變?yōu)槎拘院軓?qiáng)的H2S、CO2、HCN（氰化物）等物質(zhì)形式，增強(qiáng)各種有害

14、因子的協(xié)同效應(yīng)。此現(xiàn)象在夏秋高溫高濕季節(jié)的密養(yǎng)水體會(huì)經(jīng)常發(fā)生，造成缺氧死魚(yú)，甚至可能導(dǎo)致整池魚(yú)蝦覆滅，既使能被解救出來(lái)的個(gè)體，23d內(nèi)也難以恢復(fù)正常生命活動(dòng)，持續(xù)呆滯懶動(dòng)，嚴(yán)重影響攝食和生長(zhǎng)。3 養(yǎng)殖水體氨氮物質(zhì)調(diào)控和利用技術(shù)    氨氮物質(zhì)是養(yǎng)殖水體最主要的營(yíng)養(yǎng)成分，適量施肥增加濃度，是培育浮游生物天然活餌、增加溶氧，保障健康高效養(yǎng)殖的便捷有效途徑，符合生態(tài)養(yǎng)殖發(fā)展模式；若氨氮積累過(guò)量，會(huì)直接影響?zhàn)B殖生物的生長(zhǎng)，甚至還會(huì)出現(xiàn)急性氨中毒等重度危害現(xiàn)象。為達(dá)到高產(chǎn)高效目的，又不出現(xiàn)養(yǎng)殖損失，就要求熟練觀測(cè)水質(zhì)理化因子狀態(tài)與變化趨勢(shì)，主動(dòng)調(diào)節(jié)水質(zhì)，優(yōu)化餌料結(jié)構(gòu)，使養(yǎng)殖

15、生物處于最優(yōu)的生存與生長(zhǎng)環(huán)境，將傳統(tǒng)的“以魚(yú)為中心”轉(zhuǎn)移到“以水為中心”的觀念上來(lái)。 施肥要確保有效性和安全性    有機(jī)肥要先稀釋溶化、殺蟲(chóng)滅菌，少量多次地潑撒于表溫層水體，使硝化反應(yīng)得到充分進(jìn)行，以防NH3的過(guò)量積滯。水中溶氧不足時(shí)，不可直接潑撒揮發(fā)性強(qiáng)的銨態(tài)氮類肥料，如碳酸氫銨、硫酸銨、氨水等；對(duì)鹽堿底質(zhì)的池塘和用生石灰處理不久的水體，由于水的堿度、pH值偏高，要科學(xué)施肥，以免氨氮中毒危害，一般銨態(tài)氮類肥料用量每米水深每畝次不超過(guò)。偏肥的水體，尤其是在高密度養(yǎng)殖中后期，老化混濁、多氮寡磷，偏高溫堿性的藍(lán)藻類植物會(huì)大量繁殖，此時(shí)的施肥應(yīng)以補(bǔ)磷抑氮為宜?；旌蠞娙?/p>

16、時(shí)宜先磷后氮，并間隔一定時(shí)間。冬季也應(yīng)注意補(bǔ)磷補(bǔ)鈣，改善水質(zhì)理化條件。 對(duì)老化水體要及時(shí)調(diào)節(jié)更新水質(zhì)    在循環(huán)經(jīng)濟(jì)、節(jié)水控污的時(shí)代要求下，尤其要注重機(jī)械增氧，使水體上下層面交流，消除水體成層及氧債現(xiàn)象，促進(jìn)有機(jī)腐敗物質(zhì)的分解及完全硝化反應(yīng)，使陽(yáng)光、營(yíng)養(yǎng)元素與水資源都能得到充分地利用。在缺氧應(yīng)急情況下還可使用增氧劑，常用的增氧劑有過(guò)氧化鈣等產(chǎn)品。 接種有益藻類除氮增氧增餌    利用有益藻類吸收水體內(nèi)過(guò)剩的氨氮、CO2等物質(zhì)，形成優(yōu)勢(shì)群體，即能抑制有害藻類生長(zhǎng)，又能產(chǎn)生水體生物賴以需求的氧氣，改善水體生態(tài)環(huán)境。這類有益藻主要有小球藻

17、和螺旋藻等，蛋白質(zhì)含量都在50%以上，是魚(yú)類等養(yǎng)殖品種非常好的天然餌料。 水體氨氮濃度過(guò)高危害較重    發(fā)生急性氨中毒時(shí)，還可以對(duì)水體撒布粘土（活化性的）、沸石粉等物質(zhì)，使粘土礦物的膠體粒子吸附、凝聚固定水體的氨氮、硫化氫等物質(zhì)，使粒子周圍的水體趨向于酸性，有一定的急救效果。這些礦物粒子可以補(bǔ)充多種微量元素，對(duì)氨氮物質(zhì)還有儲(chǔ)存和緩釋作用。 施用生物活性較好的微生物制劑，加快有機(jī)物的碳氧化、硝化過(guò)程    養(yǎng)殖水體環(huán)境本身就是一個(gè)由多種微生物組成的動(dòng)態(tài)平衡系統(tǒng)，有益菌和有害菌共存，在環(huán)境惡劣時(shí)有害菌的作用占優(yōu)勢(shì)，這就需要向水體添加有益

18、微生物，通過(guò)大量繁殖成為優(yōu)勢(shì)種群來(lái)抑制有害病菌的生長(zhǎng)，同時(shí)通過(guò)有益微生物的新陳代謝，可降低水中過(guò)剩的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和其它有害物質(zhì)。目前應(yīng)用得較為廣泛的是光合細(xì)菌（PSB），紅螺菌科的光合細(xì)菌（球形紅假單胞菌等）無(wú)論是在有光照還是無(wú)光照，有氧還是無(wú)氧的條件下都能通過(guò)其自身的新陳代謝，吸收和消耗水體中的大量有機(jī)有害物質(zhì)，從而使水體得到凈化。同類生物凈水產(chǎn)品還有硝化細(xì)菌、酵母菌、放射菌、芽胞桿菌、雙歧桿菌和乳酸菌等。除此之外，噬菌蛭弧菌是一類細(xì)菌寄生菌，有類似病毒的作用。它可寄生在多種有害細(xì)菌體內(nèi)，通過(guò)噬菌蛭弧菌“寄生”和裂解細(xì)菌的生物特性，消除水體中的大腸桿菌、嗜水氣單胞菌等多種有害菌。噬菌蛭弧菌稱得上是生物魚(yú)藥。 施用強(qiáng)氧化劑類物質(zhì)    臭氧、二氧化氯、高鐵酸鹽類等產(chǎn)品，可易溶于水中迅速釋放出大量的原子氧和多種氧化能力極強(qiáng)的活性基團(tuán)，具有較強(qiáng)的降解水體有機(jī)廢物、促進(jìn)硝化反應(yīng)、消除氨氮毒性的多種功能，還具有良好的絮凝除污作用，又是一類高效廣譜性殺菌、除藻、消毒