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生物净水栅（biological water purification grid）——以聚酯(Polyethylene Terephthalate，PET）为材质通过缠绕成结而形成线性附着基质作为微生物附着的载体，微生物在其表面不断地聚集、生长、繁殖，逐渐形成一层结构复杂的生物膜。近年来，依托于包括净水栅在内的各种基质或载体而发展起来的生物膜技术广泛地应用于污水处理中，而在养殖水体调控上的应用才刚刚开始。经过前期调查，本文将以PET为材质的三种生物净水栅应用于对虾养殖池塘，通过跟踪观察生物膜形成过程及性质分析筛选净水效果最好的生物净水栅，通过监测养殖过程中水生态因子和对虾生长情况，探讨生物净水栅对虾塘养殖生态环境的影响，并进一步采用分子生物学方法比较不同水体、沉积物及虾肠道之间微生物群落组成及多样性，以探讨生物净水栅对养殖环境及虾肠道微生物群落组成的影响。生物净水栅的应用有助于降低生产成本，减少病害发生，提高池塘养殖效益，成为绿色生态养殖的一个有效途径，为水产养殖业可持续发展提供理论依据。 本文的主要研究结果如下： 1、2015年4月4日至2015年6月13日，开展了生物膜附着过程实验。本实验选取PET材质的3种不同形状的生物净水栅来进行生物膜附着过程实验。实验结果表明，生物膜的附着过程大体分为3个阶段：发展阶段，水体环境微生物附着生物净水栅表面过程；成熟阶段，生物净水栅表面附着微生物迅速增长和缓慢增长并逐渐形成成熟生物膜的过程；稳定阶段，部分生物膜脱落后趋于稳定的过程。实验期间，Biofilm-3生物膜浓度和膜上叶绿素a含量平均分别为42.00μg·cm-2、2.76μg·cm-2，均分别显著高于Biofilm-1和Biofilm-2（p＜0.05）。生物膜上有机物质积累以Biofilm-3最多，干物质和无灰分干物质含量平均分别为362.24mg·g-1和216.65mg·g-1，Biofilm-3膜上干物质含量也显著高于Biofilm-1和Biofilm-2（p＜0.05），Biofilm-3膜上无灰分干物质含量极显著高于Biofilm-1和Biofilm-2（p＜0.01）。Biofilm-3膜上总菌数平均为10.56×109ind.·g-1，高于Biofilm-1和Biofilm-2（p＞0.05）。Biofilm-3膜上弧菌数平均为12.03cfu·g-1，显著低于Biofilm-1和Biofilm-2(p＜0.05）。3种生物膜性质参数表明，以Biofilm-3更适合应用于虾塘养殖。 2、分别于不同池塘设置实验组（添加Biofilm-3生物净水栅）和对照组（未添加任何生物净水栅），于2015年6月23日至2015年12月12日定期采集虾池养殖水（一周一次）、浮游植物（三个月一次）、沉积物（两周一次）及对虾（一周一次）样品，分析生物净水栅对虾塘养殖生态环境及凡纳滨对虾生长情况的影响。实验结果表明，较养殖初期（6月23日至8月15日）相比，养殖末期（10月17日至12月12日）实验池水体氨氮、硝氮、亚硝氮浓度分别下降了38.59％、43.66%、64.14%。实验池和对照池浮游植物平均丰度为3.62×108cells·L-1、5.17×108cells·L-1，实验池浮游植物的Shannon-Wiener指数和均匀度指数分别高于对照池8.70%、6.45%（p＞0.05）。在养殖效果方面，实验池凡纳滨对虾的平均体长、体重极显著高于对照池6.13%、16.67%（p＜0.01），实验池单位面积饲料用量极显著低于对照池15.44%（p＜0.01）。生物净水栅对虾塘养殖生态环境的影响主要表现在以下几个方面：（1）生物净水栅的使用有效地降低了养殖水体中无机氮等营养盐含量；（2）在添加生物净水栅的池塘内，其浮游植物多样性指数和均匀度指数要高于对照池，提高了池塘生态系统结构的稳定性；（3）生物净水栅放置于池塘内，促进了凡纳滨对虾生长，减少了饲料用量，并且不需投药，有效地降低了养殖成本，提高了池塘养殖效益。 3、采用Illumina Miseq高通量测序技术和生物信息学分析手段，采集生物膜、水体、沉积物和虾肠道样品，分析比较有无生物净水栅条件下水体、沉积物、虾肠道微生物群落组成及多样性的差异，以探讨生物净水栅对养殖环境及虾肠道微生物群落组成的影响。实验结果表明，有生物净水栅池塘水体（T_Water）样品的Shannon指数为4.25，高于无生物净水栅水体（C_Water）样品的4.12，有生物净水栅池塘虾肠道（T_Intestine）样品的Shannon指数为2.04，高于无生物净水栅池塘虾肠道（C_Intestine）样品的1.80。可见，生物净水栅应用于虾塘养殖，提高了水体和虾肠道微生物物种丰富度。在细菌组成上，生物膜（Biofilm）样品（44.94%）、T_Water样品（51.92%）均以蓝细菌门（Cyanobacteria）为最优势细菌门类，有生物净水栅池塘沉积物（T_Sediment）样品（34.20%）、C_Water样品（32.19%）、无生物净水栅池塘沉积物（C_Sediment）样品（33.71%）则以变形菌门（Proteobacteria）为最优势细菌门类。在有益微生物方面，芽孢杆菌属（Bacillus）和乳球菌属（Lactococcus）在T_Sediment中出现的比例分别为26.21%和17.54%，均高于在C_Sediment中出现的比例。另外，在Biofilm样品（4.89%）和T_Intestine样品（1.06%）中鉴定出红杆菌属（Rhodobacter），而在C_Intestine样品中未鉴定出红杆菌属。硝化螺旋菌属（Nitrospira）作为Biofilm特有的有益菌属，占Biofilm样品细菌总数的8.01%。可见，虾塘中铺设生物净水栅增加了虾肠道内有益菌的种类和比例。