一、什么是生物絮團(tuán)？此概念（此項(xiàng)技術(shù)）出現(xiàn)在什么時(shí)候？

生物絮團(tuán)技術(shù)（BFT）是借鑒城市污水處理中的活性污泥技術(shù)，通過人為向養(yǎng)殖水體中添加有機(jī)碳物質(zhì)( 如糖蜜、葡萄糖等)，調(diào)節(jié)水體中的碳氮比( C /N) ，提高水體中異養(yǎng)細(xì)菌的數(shù)量，利用微生物同化無機(jī)氮，將水體中的氨氮等含氮化合物轉(zhuǎn)化成菌體蛋白，形成可被濾食性養(yǎng)殖對(duì)象直接攝食的生物絮凝體，能夠解決養(yǎng)殖水體中腐屑和飼料滯留問題，實(shí)現(xiàn)餌料的再利用，起到凈化水質(zhì)、減少換水量、節(jié)省飼料、提高養(yǎng)殖對(duì)象存活率及增加產(chǎn)量等作用的一項(xiàng)技術(shù)。

以色列養(yǎng)殖專家 Avnimelech（1999）首次提出了＂生物絮團(tuán)＂技術(shù)（Biofloc Technology,BFT）在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用，并在世界各地推薦和倡導(dǎo)的生物絮團(tuán)技術(shù)的應(yīng)用。珠江水產(chǎn)研究所謝駿研究團(tuán)隊(duì)申請(qǐng)并獲得國內(nèi)首個(gè)發(fā)明專利“一種水產(chǎn)養(yǎng)殖用生物絮團(tuán)的培養(yǎng)方法”（授權(quán)號(hào)為ZL 201110341362.3）。

二、生物絮團(tuán)的理論基礎(chǔ)是什么？

細(xì)菌的絮凝機(jī)理一些研究者認(rèn)為細(xì)菌絮凝是物理作用引起的。有研究證實(shí)許多細(xì)菌表面帶負(fù)電荷，負(fù)電荷之間相互排斥，使得細(xì)菌分散在水體中，當(dāng)這些負(fù)電荷由于某些原因被中和，細(xì)菌就產(chǎn)生絮凝。也有部分研究者認(rèn)為，導(dǎo)致細(xì)菌絮凝的原因還可能是高分子架橋造成的，架橋包括了鹽橋、物理作用、直接化學(xué)鍵作用等。除此之外，一些大分子物質(zhì)如纖維素、粘多糖、蛋白質(zhì)等也可能參與了這個(gè)過程。在水產(chǎn)養(yǎng)殖中，水體中存在大量的異養(yǎng)細(xì)菌，這些細(xì)菌參與了生物絮團(tuán)的絮凝過程。

生物絮團(tuán)形成的理論方程式通過對(duì)生物絮團(tuán)形成的不斷深入研究，有研究者得出了生物絮團(tuán)形成的理論方程式（Ebeling & Timmons, 2007）。

理論方程式為:

NH4++ 1.83 O2 + 1.97 HCO3?→ 0.0244 C5H7O2N + 0.976 NO3?+ 2.90 H2O + 1.86 CO2

由理論方程式可知: 氨氮、有機(jī)碳源、溶解氧和堿度是生物絮團(tuán)形成過程中必需的。生物絮團(tuán)形成過程是水體中的異養(yǎng)微生物利用氨氮以及外源添加的有機(jī)碳源、消耗一定的溶氧和堿度，轉(zhuǎn)化為異養(yǎng)微生物自身成分的過程。在生物絮團(tuán)體系中，水體中的氨氮轉(zhuǎn)化成異養(yǎng)細(xì)菌的生物量，與硝化作用相比異養(yǎng)氨轉(zhuǎn)化消耗更少的溶解氧，表現(xiàn)出異養(yǎng)氨轉(zhuǎn)化較硝化作用的優(yōu)勢(shì)。此外，異養(yǎng)細(xì)菌的生長(zhǎng)速度約是硝化細(xì)菌等自養(yǎng)細(xì)菌的10 倍。生物絮團(tuán)對(duì)氨氮的異養(yǎng)氨化明顯高于硝化反應(yīng)。傳統(tǒng)的水產(chǎn)養(yǎng)殖中，水體中的碳主要來源于光合作用和飼料，這些碳無法滿足異養(yǎng)微生物生長(zhǎng)所需，而且，水體中的氮經(jīng)常會(huì)由于殘餌和養(yǎng)殖動(dòng)物排泄物處于較高水平，若此時(shí)添加額外碳源，異養(yǎng)微生物就會(huì)同化水體無機(jī)氮轉(zhuǎn)化為自身蛋白，同時(shí)作為食物被水生動(dòng)物攝食，并能夠凈化養(yǎng)殖水體。

三、生物絮團(tuán)的組成及其核心物質(zhì)？

生物絮團(tuán)是養(yǎng)殖水體中以一樣微生物為主，經(jīng)生物絮凝作用結(jié)合水體中有機(jī)質(zhì)、原生動(dòng)物、藻類、絲狀菌等形成的絮狀物。該絮狀物由以菌膠團(tuán)、絲狀細(xì)菌為核心，附著微生物胞外產(chǎn)物胞外聚合體，和包內(nèi)產(chǎn)物聚-β- 羥基丁酸酯，多聚磷酸鹽，多糖類等，以及二價(jià)的陽離子，附聚的異養(yǎng)菌、消化菌、脫氮細(xì)菌、藻類、真菌、原生動(dòng)物等生物形成的絮團(tuán)。有研究表明生物絮團(tuán)的干物質(zhì)中，粗蛋白質(zhì)的含量超過50%，粗脂肪含量為2．5%，纖維含量為4%，灰分為7%，是雜食性和濾食性魚類較好的餌料。

（一）生物絮團(tuán)具體應(yīng)用關(guān)鍵控制技術(shù)

1、生物絮團(tuán)控制

在生物絮團(tuán)養(yǎng)殖系統(tǒng)，允許廢物顆粒在水體中存在，甚至在充分曝氣的條件下通過有機(jī)碳源來促進(jìn)有機(jī)顆粒物和生物絮團(tuán)的積累（Browdy et al., 2012）。在水體混合充分的狀態(tài)下，生物絮團(tuán)和有機(jī)顆粒會(huì)達(dá)到很高的水平。生物絮團(tuán)養(yǎng)殖系統(tǒng)通常的懸浮有機(jī)顆粒物管控水平應(yīng)低于1000mg/L或者更多時(shí)候低于500mg/L。懸浮顆粒物濃度在200～500mg/L范圍內(nèi)，足夠以維持系統(tǒng)功能良好運(yùn)轉(zhuǎn)，并在水呼吸不過量耗氧下有效控制水體氨氮水平。在跑道式生物絮團(tuán)養(yǎng)殖系統(tǒng)中研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)懸浮顆粒物濃度在100～300mg/L之間，養(yǎng)殖對(duì)蝦的攝食活性最佳（Ray et al., 2011）英霍夫錐形管常用來簡(jiǎn)單監(jiān)測(cè)反映生物絮團(tuán)密度（生物絮團(tuán)沉降體積BFV：一定時(shí)間內(nèi)的沉降的懸浮顆粒物體積）（Ray et al., 2011）。在鋪膜的生物絮團(tuán)養(yǎng)殖池中，生物絮團(tuán)沉降體積在10～15mL/L范圍內(nèi)，對(duì)養(yǎng)殖對(duì)蝦是比較合適的。隨著生物絮團(tuán)密度的增大，水體耗氧需求也相應(yīng)的增大（Browdy et al., 2012）。因而，生物絮團(tuán)密度必須維持一個(gè)盡可能低的適宜范圍，以保證系統(tǒng)功能的正常運(yùn)轉(zhuǎn)（水質(zhì)調(diào)控尤其是控制氨氮濃度），這樣才不需要額外增加充氣強(qiáng)度和消耗更多的電力。另外，相對(duì)低的生物絮團(tuán)密度也減少了水體中光照強(qiáng)度的遮蔽，從而使得微藻類光合作用得以正常進(jìn)行，并為水體補(bǔ)充一定的溶解氧濃度。因此，零水交換養(yǎng)殖系統(tǒng)中過量的生物絮團(tuán)和懸浮顆粒物需要定期移除，依據(jù)養(yǎng)殖系統(tǒng)的構(gòu)造，選擇的方式有中央排污管道、沉降池以及泡沫分選器等（Browdy et al., 2012）。

2、投入C/N比平衡控制

在生物絮團(tuán)系統(tǒng)構(gòu)建過程中，投入的C/N比是控制氨氮濃度的主要因素（Ebeling et al., 2006, Hargreaves,2006）。一般地，含30%～35%粗蛋白的飼料含有較低的C/N比，約為9～10。提高比至12～15，將會(huì)有利于異養(yǎng)菌同化氨氮過程。在養(yǎng)殖系統(tǒng)中提高C/N比的方法主要有兩種：一是往養(yǎng)殖水體中添加有機(jī)碳源，一是使用低蛋白含量的配合飼料。補(bǔ)充有機(jī)碳源后，異養(yǎng)菌可以迅速地同化吸收氨氮，而且這一過程較微藻的光合吸收過程更穩(wěn)定可靠。用于添加的有機(jī)碳源主要考慮如下因素：一是可以被最快利用的，簡(jiǎn)單的碳水化合物，例如葡萄糖、蔗糖等。其優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)應(yīng)答快，不足之處是，需要不斷的添加，以保證基本需要和循環(huán)利用。二是復(fù)合的碳水化合物，例如淀粉、木薯粉、谷物粉等。它需要首先為微生物分解為小分子，才能被利用。優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定、持久，不足之處是反應(yīng)慢，需要的時(shí)間長(zhǎng)。在生物絮團(tuán)養(yǎng)殖系統(tǒng)構(gòu)建之初，一般需要快速反應(yīng)，因此最好使用簡(jiǎn)單的糖類。必須注意的是，要想通過異養(yǎng)菌同化過程來實(shí)現(xiàn)氨氮的完全控制，必須持續(xù)不斷地添加大量的外源有機(jī)碳源，尤其是在飼料蛋白越高的條件下，添加量越大。一般地，對(duì)于1kg的30%～38%蛋白飼料，對(duì)應(yīng)的需要添加0.5～1.0kg的糖。當(dāng)然，在有其它氨氮轉(zhuǎn)化途徑存在的條件下，可以適當(dāng)減少有機(jī)碳源的添加量，因?yàn)槌掷m(xù)地添加有機(jī)碳源也會(huì)帶來一些弊端。有機(jī)碳源會(huì)極大地促進(jìn)異養(yǎng)細(xì)菌的增殖，形成大量的細(xì)菌污泥，如果不加以控制，會(huì)影響?zhàn)B殖對(duì)蝦的生長(zhǎng)存活。而且，系統(tǒng)需要投入更多的溶解氧來滿足大量微生物呼吸需求，以及額外的能量來保持生物絮團(tuán)呈懸浮狀態(tài)。因此，必須及時(shí)從系統(tǒng)中移除和處理過多的絮團(tuán)顆粒，以防系統(tǒng)的崩潰。一般地在系統(tǒng)中硝化類細(xì)菌發(fā)展成熟并達(dá)到穩(wěn)定后，就可以停止有機(jī)碳源的添加，此時(shí)不會(huì)導(dǎo)致水質(zhì)的不穩(wěn)定和氨氮、亞硝酸鹽氮的激增。一旦有機(jī)碳源停止添加后，系統(tǒng)自然地會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)橐宰责B(yǎng)細(xì)菌為主導(dǎo)的氨氮轉(zhuǎn)化過程。硝化細(xì)菌懸浮系統(tǒng)建立起來后，就不用考慮有機(jī)碳源的添加或投入C/N比問題。這種策略強(qiáng)調(diào)通過利用生物絮團(tuán)中附著的硝化類細(xì)菌的硝化作用來控制氨氮?；旌铣浞值酿B(yǎng)殖系統(tǒng)在沒有有機(jī)碳源添加下自然地傾向于通過這一途徑來控制氨氮，只是在這一過程中，會(huì)消耗大量的堿度（碳酸氫根離子）。當(dāng)然，生物絮團(tuán)系統(tǒng)內(nèi)氨氮轉(zhuǎn)化的三種途徑都會(huì)消耗堿度，而以硝化作用過程占據(jù)大部分。反過來講，通過提高養(yǎng)殖水體的堿度，會(huì)適度地加速自養(yǎng)菌的生長(zhǎng)增殖以及硝化過程。因而，間斷地潑灑生石灰或碳酸鈉對(duì)于維持硝化細(xì)菌懸浮系統(tǒng)是必須的。

3、水體堿度調(diào)節(jié)

水體堿度對(duì)維持生物絮團(tuán)系統(tǒng)功能也很重要。堿度反映了水體的緩沖能力，表現(xiàn)在外源添加酸或堿時(shí)pH的波動(dòng)幅度。生物絮團(tuán)系統(tǒng)需要保持足夠的堿度，一方面養(yǎng)殖動(dòng)物和微生物呼吸產(chǎn)生大量的二氧化碳融入水體中會(huì)中和一部分堿度，另外一方面微生物過程尤其是硝化作用會(huì)消耗大量的堿度。一旦堿度降到很低，pH值會(huì)緊隨著急劇下降，不但影響?zhàn)B殖魚蝦的生長(zhǎng)存活，也會(huì)抑制細(xì)菌微生態(tài)功能的發(fā)揮。微生物生態(tài)功能的失衡會(huì)導(dǎo)致氨氮、亞硝酸鹽氮的積累，并引起水質(zhì)的惡化，進(jìn)而嚴(yán)重影響?zhàn)B殖魚蝦的攝食、生長(zhǎng)和存活。堿度可以通過定期地添加碳酸氫鈉來保持合適的水平范圍100～150mg/L，其它的堿性化合物也可以使用，如碳酸鈉、氫氧化鈣。在集約化的自養(yǎng)菌主導(dǎo)的生物絮團(tuán)養(yǎng)殖系統(tǒng)中，每投喂1kg的飼料大約需要添加0.25kg的碳酸氫鈉。當(dāng)然，在實(shí)際養(yǎng)殖操作過程中，至少每周定期的進(jìn)行堿度監(jiān)測(cè)，并依據(jù)需要來確定添加量。

4、曝氣和攪拌

水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境中，需要充分曝氣和攪動(dòng)，從而提供足夠的水體混合強(qiáng)度。生物絮團(tuán)中異養(yǎng)細(xì)菌的生長(zhǎng)需要充足的氧氣，所以需要不停的曝氣。緩慢的攪拌，可以增加水體當(dāng)中細(xì)菌團(tuán)塊相互碰撞的頻率，從而促進(jìn)了細(xì)菌的絮凝; 而強(qiáng)烈的攪拌可能會(huì)導(dǎo)致湍流，增加了水體中的剪切力，這不僅會(huì)導(dǎo)致絮體尺寸變小，而且也會(huì)使己經(jīng)形成的絮體再次分散到水體中。因此，需要根據(jù)養(yǎng)殖對(duì)象的需要確定生物絮凝體的大小，進(jìn)而確定適宜的水體混合強(qiáng)度和攪拌速度。有研究表明養(yǎng)殖池內(nèi)0.5-5mm 的有機(jī)懸浮物，可以使對(duì)蝦增長(zhǎng)提高53%，而大于5mm，僅增長(zhǎng)36%，而少于0.5μm的有機(jī)顆粒，包括溶解態(tài)的有機(jī)物并不對(duì)對(duì)蝦生長(zhǎng)起作用(Avnimelech, 2012)。生物絮團(tuán)系統(tǒng)中主要的功能單位是生物絮團(tuán)，生物絮團(tuán)中大量的異養(yǎng)細(xì)菌需要消耗大量的氧氣，此外養(yǎng)殖動(dòng)物也需要消耗一定氧氣，所以在應(yīng)用生物絮團(tuán)技術(shù)的過程中需要有充足的氧氣。生物絮團(tuán)是由大量的異養(yǎng)細(xì)菌聚合而成的，充分的曝氣有利于異養(yǎng)細(xì)菌的聚集，加速生物絮團(tuán)的形成，而持續(xù)的曝氣使絮團(tuán)懸浮于水體中，這樣有利于減緩絮團(tuán)的墮化，一旦曝氣停止，絮團(tuán)會(huì)很快沉積在池底，長(zhǎng)時(shí)間的沉積最終導(dǎo)致絮團(tuán)的死亡，導(dǎo)致水質(zhì)的惡化，因此，持續(xù)的曝氣是極其重要的，盡可能保證養(yǎng)殖水體有充足的氧氣。

（二）應(yīng)用實(shí)例

位于中美洲的比利茲水產(chǎn)養(yǎng)殖場(chǎng)（Belize Aquaculture Farm）可能是當(dāng)時(shí)生物絮團(tuán)技術(shù)商業(yè)化應(yīng)用得最為成功的案例，其采用1.6公頃的鋪膜池塘生產(chǎn)了大約11～26噸公頃茬的對(duì)蝦產(chǎn)量（Browdy et al., 2001）（見圖1）。隨后在全世界范圍內(nèi)，有規(guī)模的對(duì)蝦池塘養(yǎng)殖所采用的生物絮團(tuán)技術(shù)基本上都來自于比利茲水產(chǎn)養(yǎng)場(chǎng)的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。而在80年代的美國，Serfling等人實(shí)現(xiàn)了生物絮團(tuán)技術(shù)的首次商業(yè)化應(yīng)用，他在加利福尼亞州太陽養(yǎng)殖場(chǎng)設(shè)計(jì)了首個(gè)生物絮團(tuán)養(yǎng)殖系統(tǒng)，并進(jìn)行了羅非魚的規(guī)模化養(yǎng)殖（Serfling, 2006）。此后，Avnimelech等人在以色列集中研究了生物絮團(tuán)技術(shù)在羅非魚封閉式集約化養(yǎng)殖中的應(yīng)用，而美國的沃德爾海水養(yǎng)殖中心（Waddell Mariculture Center）也開展了生物絮團(tuán)技術(shù)在凡納濱對(duì)蝦封閉式集約化養(yǎng)殖中的應(yīng)用（Browdy et al., 2001;Avnimelech, 2007）。進(jìn)入21世紀(jì)，美國馬里蘭州、佛羅里達(dá)州、夏威夷州和德克薩斯州等地方的多個(gè)研究所又都相繼開展了生物絮團(tuán)技術(shù)在室內(nèi)跑道式養(yǎng)殖池中的應(yīng)用，采用的是超高密度養(yǎng)殖模式。其中，應(yīng)用最成功的當(dāng)屬馬里蘭州的Marvesta養(yǎng)殖場(chǎng)，在～570m3的室內(nèi)跑道池內(nèi)產(chǎn)出了45噸的新鮮對(duì)蝦（Emerenciano et al., 2013）。

五、普通養(yǎng)殖戶能否應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)？該如何應(yīng)用到它？

普通用戶最好經(jīng)過學(xué)習(xí)以后才應(yīng)用該技術(shù)，否則容易出問題，因?yàn)樯镄鯃F(tuán)系統(tǒng)耗氧厲害，容易缺氧死亡。當(dāng)然，也可以簡(jiǎn)單在水體中應(yīng)用一些糖蜜、葡萄糖等物質(zhì)來降低一些水中氨氮和亞硝酸鹽。

六、生產(chǎn)中應(yīng)用生物絮團(tuán)能達(dá)到什么效果？

生物絮團(tuán)技術(shù)( Biofloc Technology，BFT) 是當(dāng)前比較先進(jìn)的水產(chǎn)養(yǎng)殖技術(shù)之一（Crabet al., 2012），具有凈化水質(zhì)、減少換水量、提高飼料利用率的作用（Chamberlain et al., 2001；Hariet al., 2004），在以色列、美國、泰國、印度及巴西等國家的對(duì)蝦及羅非魚養(yǎng)殖上取得較大成功（Emrenciano et al., 2013）。此外，有研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)（Crab et al., 2010），BFT 具有生物防治作用，可明顯增強(qiáng)養(yǎng)殖對(duì)象的抗病能力，并提高存活率。

七、據(jù)了解，有反應(yīng)說生物絮團(tuán)在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用并不是很理想。其中的原因是什么？生物絮團(tuán)是否只是一個(gè)概念？這些年的實(shí)際應(yīng)用效果如何？

生物絮團(tuán)技術(shù)目前無法有效推進(jìn)的關(guān)鍵仍然是受限于成本太高，主要是電費(fèi)成本，理論上維持生物絮團(tuán)的正常生存需要24小時(shí)不間斷增氧，這對(duì)于大多數(shù)模式而言均有難度；在這，用碳源平衡氮素，而且比例要求碳氮比12～15，碳源增加的成本也是一筆不菲的費(fèi)用，這是最起碼也是繞不過的一道障礙，再加上該技術(shù)相對(duì)以往的技術(shù)難以掌握，有反應(yīng)說生物絮團(tuán)在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用并不是很理想也是很可以理解的事情。

生物絮團(tuán)是新概念，理解之后還要結(jié)合實(shí)際才能有價(jià)值，否則也只能僅僅是個(gè)概念。整體來講，這些年的實(shí)際應(yīng)用效果不如想象的好，也是因?yàn)樯厦嬲f的原因。

未完待續(xù)。。。