水质的氮循环

水质的氮循环

在养殖水体中，有机污染物包括氮、碳、磷、硫4种主要物质，而后3者形成的产物在氧气充足的条件下对鱼类的影响程度不是很大，当氮以分子氨态或亚硝酸盐氮态存在时，却会对水生动物产生很强的神经性毒害。当前以强饲为特征的集约养殖方式加大了水体有机氮物质分解转化的负荷，微生物分解环节严重受阻，从而成为水体系统循环过程的制约瓶颈与顽结，造成水体富营养化甚至污染，引发出诸多病害、药残、食品隐患等问题。水体系统的氨氮循环及污染治理已成为世界性关注的环境问题和研究热点。

1 养殖水体内氨氮循环与脱氮过程

1.1 水体氮素的来源构成

集约养殖水体氮素的来源主体为饵料残剩物和粪便排泄物的分解，其次为老化池塘底泥沉积物氨化分解，再次为施肥积累。养殖生产包括自然再生产过程与经济再生产过程，然而传统的养殖方式片面追求产量经济效益，强化水体系统外的能量物质的投入。过量的投饵，形成大量有机代谢废物的沉积，致使水体系统的分解环节受抑制，造成硝化反应难以通畅完全进行，自净能力减弱，产生多种有机酸及氨氮、亚硝酸盐、硫化氢、甲烷等中间有毒有害产物同时，这些中间有毒产物也可再由含氮化合物通过反硝化细菌还原而返复积累。

自然状态下水体氮素的来源：①一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；②鱼类等水生动物的最终代谢产物主要为氨态氮（NH3），其次为尿素和尿酸；③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NH3－N的形式释放

到水体中；④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。

1.2 养殖水体生态系统的生物组成

消费者、分解者、生产者是养殖水体生态系统的生物组成部分。其特点是：①消费者：鱼虾类养殖动物为整个生态系统的核心，数量多、投饵量大，产生大量的排泄物和残饵；②分解者：微生物的数量与种类较少，大量的有机物无法及时分解，经常处于超负荷状态，水质恶化；③生产者：藻类数量少，无法充分利用有机物降解产生的营养盐类，导致NH3-N

和-N等有害物质积累以至污染。因此，这种片面强调消费者，而忽视分解者和生产者的生态系统是极为不平衡的，常使其循环过程存在两处“瓶颈”梗阻。

1.3 水体物质循环的中间部位

即有机物的生物分解转化环节,水中有机物在异养微生物的作用下，第一阶段是碳氧化阶段，初步被分解出的产物是二氧化碳（CO2）和氨态氮，氮物质大部分以NH4+·NH3的形式释放出来。在自然条件下（温度为20℃），一般有机物第一阶段的氧化分解可在20d内完成。第二阶段是氨物质的硝化过程，在亚硝化细菌的作用下氨（NH4+·NH3）被氧化成亚硝态氮（NO3--N）；在硝化细菌的作用下再进一步被氧化成植物生长所需要的硝态氮

（NO3--N）。在20℃自然条件下，第二阶段的氧化分解需百日才能最终完成。当水体缺氧时，另有一类反硝化细菌可以把硝酸盐（NO3-）还原为亚硝酸盐（NO3-），再还原为氨氮或

游离氨或氮气，失去营养作用，成为植物不能直接利用的氮。这种游离氨或氮气由水体界面逸入空气的过程称为脱氮效应。在交换性较差的水体中，硝酸盐被还原的趋势增大，NH3－N 浓度积累再度升高。在养殖环境中毕竟水体溶氧还达不到被完全消耗的状态，仅在底泥过厚的无氧状态时部分被反硝化出的氮气溶入水体，于是此过程的脱氮逸氮能力是有限的，水体与底泥氨氮的总量常会居高不下。

1.4 转化的过程

从含氮有机物到氨氮所用的时间较短，从氨态氮到亚硝酸盐时间也不算长，由于硝化细菌繁殖速度较慢，从亚硝酸盐转化到硝酸盐需要时间就相对长一些。转化过程的快慢和自净平衡的能力取决于水体温度、溶氧和有益菌群数量的三大因素。在养殖生产中，如果系统达到一定的自净平衡状态，水体氮循环会比较正常，三态氮会一直维持在稳定状态。但传统的养殖方式，忽视分解者和生产者的地位与作用，加速了水体环境恶化频度而传统的病害防治意识，又片面定势微生物的致病作用，定期或反复滥用杀菌消毒剂及抗菌素，在把病菌扑灭的同时，也把系统中为数众多的有益菌类（系统正常状态时，有益菌群占95%以上，条件致病菌占4%,而有害菌不到1%）统统杀灭,浮游植物也遭受到殃及或同被扑灭，光合作用再度减弱，产氧与供氧机能更为不足，进而又会造成浮游动物大量死亡分解与氨氮物质的重复积累，势必造成硝化过程受阻，这就是水中氨氮和亚硝酸盐含量高的主要原因。然而，部分有害致病微生物往往是抗性极强，不易扑灭，反而又容易复发侵袭致病，造成养殖水体环境恶性的循环状态。

2 氨氮在水中的存在形式与毒性

氮在自然界存在的形式有9种之多，在水体中变化较大，一般在pH值7～8的常温状态时，有机氮物质约占60%，氨态氮可占35%，其它以硝态氮的形式存在。但在高温季节有机腐败物质积蓄较多的养殖水体中，氨态氮等有害物质的含量与作用就会相应增加。

2.1 分子氨及其毒性

氨氮（NH3－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（NH3·H2O）。用一般的化学分析方法（奈氏试剂法）测定的氨的含量，实际上是离子氨（NH4+、也称铵离子）和分子氨（NH3、也称非离子氨）二者的总和。其二者的含量主要取决于水的pH值和水温程度。pH值增加，分子氨（NH3）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。

分子氨（NH3）与离子氨（NH4+）在水中可以相互转化，但它们是性质不同的两类物质。水合氨（NH3·H2O）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。任何一边液体的pH值发生变化时，生物表面两边的未电离NH3的浓度就会发生变化。NH3总是从pH值高的一边渗入到pH值低的一边。如NH3从组织液中排出这是正常的生理排泄现象；相反，若鱼类等生物长期生活在含NH3量较高的水体中，不利于体内氮废物的排泄，再若NH3从水体渗入组织液内，就会形成血氨中毒。NH4+不能渗过生物表面，因此它对生物无明显的毒害。关于氨的毒性，以前常以总氨（NH3+NH4+）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。养殖水域中离子氨允许的最高浓度为每升5mg氮，而分子氨在每升0.2～1mg氮浓度时,就对大多鱼类产生危害,为此, 养殖水域中分子氨浓度允许的最高值仅为每升0.1mg氮。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。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。

2.2 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是通过生物的呼吸，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0.1mg/l,就会对养殖生物产生危害。

2.3 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（60mg/l）、时间较长时，也有一定的危害。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它形式带走，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。如在20世纪90年代我国的养鳗、养鳖及部分虾蟹育苗产业大起大落，长期难以摆脱困境，与水体有机物质转化不畅、自然生境模仿不成功等因素有直接的关系。

我国渔业水质标准中规定分子氨浓度≤0.02mg/l，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0.02～0.2mg/l的，仍在鱼类可忍受的安全范围内。肥水鱼塘氨氮总量(以氮计算)正常范围认为是0.05～0.15mg/l，超过0.3mg/l时就构成污染，超过0.5mg/l时对鱼类的毒性较大。

2.4 综合因子的毒性效应

养殖水体溶氧低、氨氮和亚硝盐氮浓度高三者协同作用，是诱发式导致鱼类等水体生物中毒、发病、死亡的主要因素，此外，其它因素也不可忽视。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6.5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－、NO3-等转变为毒性很强的H2S、CO2、HCN（氰化物）等物质形式，增强各种有害因子的协同效应。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，既使能被解救出来的个体，2～3d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。

3 养殖水体氨氮物质调控和利用技术

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。

3.1 施肥要确保有效性和安全性

有机肥要先稀释溶化、杀虫灭菌，少量多次地泼撒于表温层水体，使硝化反应得到充分进行，以防NH3的过量积滞。水中溶氧不足时，不可直接泼撒挥发性强的铵态氮类肥料，如碳酸氢铵、硫酸铵、氨水等；对盐碱底质的池塘和用生石灰处理不久的水体，由于水的碱度、pH值偏高，要科学施肥，以免氨氮中毒危害，一般铵态氮类肥料用量每米水深每亩次不超过2.5kg。偏肥的水体，尤其是在高密度养殖中后期，老化混浊、多氮寡磷，偏高温碱性的蓝藻类植物会大量繁殖，此时的施肥应以补磷抑氮为宜。混合泼撒时宜先磷后氮，并间隔一定时间。冬季也应注意补磷补钙，改善水质理化条件。

3.2 对老化水体要及时调节更新水质

在循环经济、节水控污的时代要求下，尤其要注重机械增氧，使水体上下层面交流，消除水体成层及氧债现象，促进有机腐败物质的分解及完全硝化反应，使阳光、营养元素与水资源都能得到充分地利用。在缺氧应急情况下还可使用增氧剂，常用的增氧剂有过氧化钙等

产品。

3.3 接种有益藻类除氮增氧增饵

利用有益藻类吸收水体内过剩的氨氮、CO2等物质，形成优势群体，即能抑制有害藻类生长，又能产生水体生物赖以需求的氧气，改善水体生态环境。这类有益藻主要有小球藻和螺旋藻等，蛋白质含量都在50%以上，是鱼类等养殖品种非常好的天然饵料。

3.4 水体氨氮浓度过高危害较重

发生急性氨中毒时，还可以对水体撒布粘土（活化性的）、沸石粉等物质，使粘土矿物的胶体粒子吸附、凝聚固定水体的氨氮、硫化氢等物质，使粒子周围的水体趋向于酸性，有一定的急救效果。这些矿物粒子可以补充多种微量元素，对氨氮物质还有储存和缓释作用。

3.5 施用生物活性较好的微生物制剂，加快有机物的碳氧化、硝化过程

养殖水体环境本身就是一个由多种微生物组成的动态平衡系统，有益菌和有害菌共存，在环境恶劣时有害菌的作用占优势，这就需要向水体添加有益微生物，通过大量繁殖成为优势种群来抑制有害病菌的生长，同时通过有益微生物的新陈代谢，可降低水中过剩的营养物质和其它有害物质。目前应用得较为广泛的是光合细菌（PSB），红螺菌科的光合细菌（球形红假单胞菌等）无论是在有光照还是无光照，有氧还是无氧的条件下都能通过其自身的新陈代谢，吸收和消耗水体中的大量有机有害物质，从而使水体得到净化。同类生物净水产品还有硝化细菌、酵母菌、放射菌、芽胞杆菌、双歧杆菌和乳酸菌等。除此之外，噬菌蛭弧菌是一类细菌寄生菌，有类似病毒的作用。它可寄生在多种有害细菌体内，通过噬菌蛭弧菌“寄

生”和裂解细菌的生物特性，消除水体中的大肠杆菌、嗜水气单胞菌等多种有害菌。噬菌蛭弧菌称得上是生物鱼药。

3.6 施用强氧化剂类物质

臭氧、二氧化氯、高铁酸盐类等产品，可易溶于水中迅速释放出大量的原子氧和多种氧化能力极强的活性基团，具有较强的降解水体有机废物、促进硝化反应、消除氨氮毒性的多种功能，还具有良好的絮凝除污作用，又是一类高效广谱性杀菌、除藻、消毒制剂，而且对水体不会造成二次污染。

3.7 氯离子可降解亚硝酸盐的毒性

研究表明氯离子（Cl-）可降解亚硝酸盐的毒性。这是由于亚硝酸离子（NO3-）和氯离子（Cl-）都需要通过鳃小板上的氯细胞才能进入鱼体， NO3-因Cl-在氯细胞吸位点上的竞争而增加了进入鱼体的难度，从而起到了降低亚硝酸盐毒性的作用。水体亚硝酸盐超标时，可泼洒适量的氯化钙、氯化镁、食盐等氯化物，增加氯离子的浓度，一般情况下，当水体的氯离子浓度是亚硝酸盐浓度的6倍时，即可以抑制亚硝酸盐对养殖生物的毒性。海水养殖较之淡水环境中的亚硝酸盐毒性危害要少，这与氯离子浓度多寡有相应的关系。