摘 要：采用光合菌剂及枯草芽孢杆菌复合菌等微生物和小球藻对沼液进行净化处理，将沼液转化为养殖用水后，投放3组不同组合比例的罗非鱼、鳙鱼、鲢鱼、鲶鱼、草鱼，研究微生物+小球藻组合对沼液的净化效果及不同鱼类组合的养殖效果。结果表明，微生物+小球藻处理模式能较好地将沼液进行净化，并将鱼塘水质维持在较高水平，养殖期间各试验塘水质指标波动范围为：溶解氧6.1～10.6 mg·L-1，pH值7.8～8.9，NH4+ 0.28～0.72 mg·L-1，NO2- 0～0.01 mg·L-1，PO42- 24.5～70.0 mg·L-1；16%罗非鱼+2%鳙鱼+2%鲢鱼+80%鲶鱼组合的养殖公顷产值较高。说明微生物+小球藻类可将沼液转化为鱼类的养殖用水，鱼养殖效果良好。
关键词： 沼液；微生物；小球藻；净化；水产养殖；鱼；水质
中图分类号：S811.6 文献标识码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2018.05.006
Abstract： Biogas slurry was purified and treated as a resource by microorganism （the complex bacteria of photosynthetic bacteria and bacillus subtilis） and Chlorella， and then changed to be aquaculture water. Three groups of tilapia， bighead， silver carp， catfish， grass carp with different proportion were put into the fishponds for researching the effects of purification and fish culture on biogas slurry by microorganism and Chlorella. The results showed that microorganism and Chlorella could purify the biogas slurry effectively and kept the fishpond water quality on healthy level for long time. The indicators of fishpond water quality in the culture time were that DO 6.1～10.6 mg·L-1， pH 7.8～8.9， NH4+ 0.28～0.72 mg·L-1，NO2- 0～0.01 mg·L-1，PO42- 24.5～70.0 mg·L-1. The group got the higher production value with the proportion of 16% tilapia， 2% bighead， 2% silver carp， 80% catfish. Biogas slurry can be purified by microorganism and Chlorella effectively and has good effect on culture.
Key words： biogas slurry； microorganism； Chlorella； purify； aquaculture； fish； water quality
隨着环境保护的要求越来越高，粪污的资源化利用是畜牧业健康持续发展需解决的重要问题，长期以来，我国规模化养殖场解决粪污资源化的主要途径是将粪尿发酵成沼气，用于发电和供暖。粪尿发酵成沼气，实现了大部分粪尿的资源化，但沼气发酵残留的沼液依然含有大量的有机物质，不能直接排放，粪污资源化不彻底，畜牧养殖环境污染问题依然突出。
在粪污资源化利用模式中，猪—鱼模式历史悠久。以往通常的做法是利用新鲜的猪粪养鱼，但未经处理的猪粪养鱼存在鱼体感染沙门氏菌并传染给人类的风险[1]，而沼液经过厌氧发酵，杀灭了大量的寄生虫卵和有害病菌，可大大降低塘鱼的发病率[2]，且沼液发酵过程中微生物代谢产生的氨基酸类、B 族维生素类、抗生素类等生物活性物质，可促进鱼体的生长，增强鱼体的抗病能力，提高成活率[3]。此外，沼液中丰富的速效氮、速效磷、速效钾[4]，对浮游植物的生长十分有利，而浮游植物及以浮游植物为食的浮游动物是鱼类的良好食饵。但淡水养殖对水质的要求较高，直接利用沼液养殖或沼液投入量过大，存在水质变差导致养殖生物死亡的风险[5]。因此，沼液的投放量及沼液入塘后水质的处理和控制是沼液有效转化为养殖资源的关键。
本研究利用微生物及藻类对沼液进行净化和资源化处理，并进行不同鱼组合的水产养殖，以探究微生物+藻类处理模式对沼液的净化和资源化效果及模式，探寻畜禽粪污高效资源化利用的途径。
1 材料和方法
1.1 试验塘水质调控物品
微生物为枯草芽孢杆菌及光合菌等复合菌（品牌：鱼保）；小球藻；水质调节剂为有机酸、尿素、蒙脱石、水福星、石粉、硫代硫酸钠、绿水、磷酸铵；沼液来源于广西柯新源原种猪有限责任公司。
1.2 试验分组及水产养殖生物的投放
试验于2016年3—10月在广西壮族自治区畜牧研究所传统鱼塘进行，鱼塘分别编号为1号、2号、3号，鱼塘面积分别为5 336，10 005，10 005 m2，水深1.0～1.5 m，投放体质量约10～50 g的鲶鱼、鳙鱼、罗非鱼、草鱼、鲢鱼。各试验塘水产养殖动物投放量如表1所示。
1.3 沼液投放及试验塘水质调节
试验塘用水和沼液的pH值以及NH4+，NO2-，PO42- 含量较高，其中，沼液的NH4+，PO42- 含量分别高达290.0，3 320.0 mg·L-1。沼液入塘会大大提高试验塘水的pH值和NH4+，NO2-，PO42- 含量，不符合养殖用水的水质要求。本试验采用微生物+小球藻处理沼液入塘后的水质，在水质调节期大约每隔7 d投放一次鱼保，前期投放9～12 g·m-2，中后期每次6 g·m-2，中期投入0.75 g·m-2的小球藻和0.75 g·m-2的尿素，以将沼液转化为养殖用水。试验期间，不定期进行水质监测及调控。本试验为期185 d，0～62 d为水质调节期（第45 天加入沼液），63～185 d为养殖期，根据鱼塘水质状况，每天不定时以抽排方式投放沼液，平均每天投放沼液149.25 kg·hm-2，累计投放20 895 kg·hm-2。
在微生物+小球藻处理前，先将鱼塘干塘，进行7 d的消毒处理。测定鱼塘用水及沼液的溶解氧，pH值，NH4+，NO2-以及PO42- 的背景值，测定结果如表2所示。
随后引水入塘，投放沼液并进行鱼塘水质调节（表3）。（1）采用沸石粉物理吸附降低鱼塘水的氨氮；（2）投入微生物制剂鱼保（光合细菌和枯草芽孢杆菌复合菌），利用微生物制剂将氮磷吸收转化为菌体蛋白，培养浮游动物，作为鱼的饵料；（3）加入小球藻加快对氮磷吸收；（4）适时加入有机酸调整pH值，加入腐植酸钠进行底质改良。每天由管道引入沼液，平均每天投入149.25 kg·hm-2，循环（1）和（2）步骤以达到沼液转化为水产养殖用水。
1.4 养殖管理
养殖期间，补充投放精品料、下脚料、制粒料、海杂鱼、预混料、粉料、精粒料进行喂养，每隔30 d监测水质一次，以监控试验塘水质情况，保证鱼的正常生长。养殖期间，每隔7 d观察水质状况一次，并根据试验塘水质状况，投放鱼保，每次6 g·m-2。养殖150 d。
1.5 数据分析
水质调节期，定期测定试验塘水质；试验结束后，统计鱼的产量。采用Excel进行数据分析。
2 结果与分析
2.1 微生物+藻类模式对沼液的净化效果
2.1.1 溶解氧 试验用塘水溶解氧浓度在2.5～3.0 mg·L-1，而施用的沼液溶解氧浓度为0。由图1-A可知，在水质调节期，投入鱼保之后，溶解氧的浓度迅速上升，并长期维持在10 mg·L-1以上，最高浓度达到15.6 mg·L-1；引入沼液之后，溶解氧的浓度有所下降，但仍保持在10 mg·L-1左右；养殖期间，溶解氧的浓度维持在6.1～10.6 mg·L-1，均维持在较高水平。根据《国家渔业水质标准》的要求，渔业用水溶解氧的浓度在连续24 h中，必须有16 h以上大于5 mg·L-1，其余任何时候不得低于3 mg·L-1。微生物+藻类组合模式能有效提高和维持沼液入塘水溶解氧的浓度，符合《国家渔业水质标准》的要求。
2.1.2 pH值 试验用塘水pH值在8.8～9.1，沼液pH值为9.4，二者均偏碱性。由图1-B可知，在水质调节期，加入沸石粉、有机酸、鱼保之后，鱼塘水的pH值明显下降，加入沼液之后，鱼塘水的pH值略有升高，且在养殖期间，鱼塘水的pH值维持在7.8～8.9。《国家渔业水质标准》淡水养殖pH值的标准为6.5～8.5，养殖水产生物安全生活的pH值范围为6.5～9.0，最适宜的pH值范围为7.0～8.5，pH值高于9.5或低于5都会直接导致养殖水产生物死亡。微生物+藻类组合模式能将沼液入塘后的养殖用水平稳维持在适宜的范围内，符合《国家渔业水质标准》的要求。
2.1.3 NH4+ 试验用塘水NH4+的浓度在5.6～10 mg·L-1，沼液的浓度高达290.0 mg·L-1。由图1-C可知，微生物+藻类水质调节方案能明显降低NH4+的浓度。在水质调节期，试验塘水NH4+的浓度迅速下降，加入沼液后，NH4+浓度仍在下降，在养殖期一直保持在0.28～0.64 mg·L-1的低浓度范围内。
2.1.4 NO2- 试验用塘水NO2-的浓度在0.03～0.04 mg·L-1，沼液NO2-的浓度为0。由图1-D可知，在水质调节期，试验用塘水NO2-的浓度波动较大，最高浓度升高到0.14 mg·L-1，而后迅速下降，在养殖期，NO2-的浓度一直保持在0～0.01 mg·L-1的低浓度范围内。
2.1.5 PO42- 试验用塘水PO42-的浓度在200～273 mg·L-1，沼液PO42-的浓度高达3 320 mg·L-1。由图1-D可知，在水质调节先期PO42-的浓度平缓下降，后期下降迅速，在养殖期，PO42-的浓度保持平稳，浓度在24.5～83.0 mg·L-1。
综上所述，养殖期内，各试验塘水质指标波动范围为：溶解氧6.1～10.6 mg·L-1，pH值7.8～8.9，NH4+ 0.28～0.72 mg·L-1，NO2- 0～0.01 mg·L-1，PO42- 24.5～70.0 mg·L-1，說明微生物+藻类模式能较好地将沼液转化为鱼的养殖用水，并将沼液养殖用水水质维持在较高水平。
2.2 沼液养殖效果
养殖结束后，统计各试验塘水产品质量，并根据中国水产养殖网2016年下半年及2017年上半年公布的市场价格，计算各试验塘产值，结果如下：1号塘收获罗非鱼1 650 kg，鳙鱼2 630 kg，鲢鱼0 kg，鲶鱼8 075 kg，总计12 355 kg，总产值117 930元，公顷产值987.67元·hm-2；2号塘收获罗非鱼2 974 kg，鳙鱼2 543 kg，鲢鱼840 kg，草鱼7 733 kg，总计收获14 090 kg，总产值148 412元，公顷产值662.91元·hm-2；3号塘收获罗非鱼1 426 kg，鳙鱼2 155 kg，鲢鱼0 kg，鲶鱼0 kg，草鱼3 889 kg，总计7 470 kg，总产值81 392元，公顷产值363.55元·hm-2。从收获的鱼产量上看，35%罗非鱼+5%鳙鱼+3%鲢鱼+57%草鱼组合的养殖产量较高；但从当年的公顷产值上看，16%罗非鱼+2%鳙鱼+2%鲢鱼+80%鲶鱼的组合较高。沼液经过微生物藻类处理之后，可有效用于鱼类养殖。
3 结论与讨论
3.1 沼液促进鱼生长机制及鱼品种的搭配
沼液养鱼主要基于2条食物链，一是自养型食物链，水体中的浮游植物直接吸收沼液中的无机养分，通过光合作用大量繁殖，直接被滤食性鱼类摄食，或经浮游动物摄食后，再被鱼类摄食。浮游植物的生长主要受水体C∶N∶P的影响，其生长良好的C∶N∶P为50∶10∶1，沼液的N，P元素含量较高，且多数为速效氮和速效磷，非常适合浮游生物的生长；二是异养型食物链，鱼类直接摄食沼液，沼液经过厌氧发酵之后，原料中的大分子物质被微生物降解成鱼类可直接吸收的营养物质，如氨基酸及微量元素，当饵料不足时，滤食性和草食性鱼类可以直接摄食少量沼液，同时施用沼液使得水体中的细菌等微生物大量繁殖，在加速沼液分解的同时，鱼类也可直接摄食沼液中的细菌或以细菌为食的浮游动物和底栖小动物[6]。研究证明，施用猪粪或者猪粪配合饲料施用可明显提高鱼塘沉积物中异养细菌的数量[7]。沼液的投放量、沼液的分解效率、浮游植物、细菌、鱼的品种及搭配是这2条食物链高效运转的关键因素。在实际生产中，常用的方式是添加细菌等微生物及藻类，以加快沼液的分解，增加鱼类的饵料。
在实际水产养殖中，自养型食物链起主要作用，因此，在鱼品种的选择方面，主要投放与之相适应的滤食性鱼类、杂食性鱼类及草食性鱼类，如罗非鱼、鳙鱼、草鱼等。当沼液营养成分较高或补充饲料的情况下，大量的沼液可被杂食性鱼类直接摄食，缩短食物链，提高水体对沼液的吸纳能力。提高杂食性鱼类投放的比例，可获得较高的生产性能和经济效益，如当杂食性鱼类的投放比例提高到60%以上时，金华种猪试验场猪鱼联养场取得了最佳鱼产量和经济效益[6]。而本试验结果显示，杂食性鱼类投放比例为80%的试验组获得了最高的经济效益。
3.2 微生物+藻类对沼液的净化效果
沼液成分复杂，其中，氮、磷、钾成分含量丰富，而氮磷则为水体富营养化的限制因素，总氮大于0.5 mg·L-1，总磷大于0.01 mg·L-1，水体富营养化的可能性就非常高[8]。在水产养殖中，沼液投入过量，则会引起水体富营养化，造成水体溶解氧降低，危害鱼类的生长。降低沼液氮磷的浓度或控制沼液入塘后鱼塘水质，防止水体富营养化，是沼液鱼类养殖成功的关键。物理化学的方式对沼液有一定的处理能力，但处理效率较低，如常用的沸石对沼液中的总氮、氨氮、总磷、COD的去除率仅为4.76%，24.49%，18.95%，4.42%[9]。而微生物對沼液则有明显的处理效果。研究表明，光合菌剂、发酵菌剂及其复合菌剂可将沼液入塘后偏酸的水调至中性[10]；对沼液中的生物需氧量、总磷、粪大肠菌群的去除率分别达到61.5%，83.0%，99.0%，对化学需氧量、氨氮、全盐量的去除率分别达到54.9%，48.4%，31.8% [11]。而小球藻在6 000 lx光照强度下，对浓度为50%、初始pH值为6的沼液中的化学需氧量，生物需氧量、总氮、总磷的去除率分别达到了88.5%，91.2%，95.3%，87.6%[12]。经驯化后的耐高浓度沼液小球藻对猪场沼液的化学需氧量、悬浮物、氨氮、总磷（TP）的去除率分别为77.61%，91.00%，94.76%， 80.03%，处理结果低于国标规定的集约化养猪业水污染物最高允许日排放质量浓度[13]。在实际的水产养殖中，养殖环境比较复杂多变，单一的处理模式难以达到理想的效果，多种处理方式组合使用成为实际生产中的常见模式。在实际应用中，沼液的投放量、微生物藻类品种的选择及投放方式成为沼液转化的成鱼养殖用水的关键。而本研究表明，微生物+藻类的组合模式对沼液具有良好的净化效果，在养殖过程中，光合菌和枯草芽孢杆菌复合菌每7 d投放一次，每次6 g·m-2，中期配以0.75 g·m-2的小球藻及0.75 g·m-2的尿素可有效地将沼液转化为鱼类的养殖用水，并将沼液养殖用水水质维持在较高水平，养殖期间，鱼塘水质变化为：溶解氧6.1～10.6 mg·L-1，pH值7.8～8.9，NH4+ 0.28～0.72 mg·L-1，NO2- 0～0.01 mg·L-1，PO42- 24.5～70 mg·L-1。
3.3 沼液养鱼的经济效益及社会效益
面对越来越高的环保要求，沼液作为规模化养殖场必须处理的废弃物，其处理成为养殖场的负担。沼液用于鱼的养殖，一方面解决了养殖场沼液处置的问题，另一方面降低了鱼的养殖成本。沼液富含水生物能够利用的养分，其丰富的氮磷钾是微生物和藻类能够直接利用的良好的营养元素，投入光合菌和枯草芽孢杆菌能提高水体的光合作用及水体的溶解氧，改善水体的水质环境，同时，不断生长的小球藻又可以作为饵料直接为鱼利用，从而降低鱼养殖的饲料成本。研究表明，在不添加其他任何物质的情况下，每3 d投放一次牛粪发酵的沼液，125 d后，鱼的产量可达到4 826 kg·hm-2[14]。以1 000 kg沼液作为底肥，每天多泼撒沼液或沼渣 100 kg，鱼产量的增长率可达28%[15]。在沼—稻—鱼的模式中，累计施加64.24，67.47 kg·m-2沼液的稻田，鱼的产量分别比不施加沼液的稻田增产45.5%和49.8%，纯收入分别增加1 830.0，1 711.5元·hm-2 [16]。此外，沼液养鱼使发病率明显降低，经济效益比传统养鱼提高 10%～30%[17]。与常规法养鱼相比，沼液养鱼可节约40%的精料，鱼产量增加450 kg·hm-2以上[18]。
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