【摘 要】
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水产养殖中氨和亚硝酸盐含量增加会导致水质恶化,进而影响水生生物的生长,甚至致其死亡。目前多使用生物法去除氨和亚硝酸盐,在处理过程中氨氧化微生物（Ammonia oxidizing microorganisms,AOM）,包括氨氧化细菌（Ammonia oxidizing bacteria,AOB）和氨氧化古菌（Ammonia oxidizing archaea,AOA）将氨转化为亚硝酸盐;亚硝酸盐
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水产养殖中氨和亚硝酸盐含量增加会导致水质恶化,进而影响水生生物的生长,甚至致其死亡。目前多使用生物法去除氨和亚硝酸盐,在处理过程中氨氧化微生物（Ammonia oxidizing microorganisms,AOM）,包括氨氧化细菌（Ammonia oxidizing bacteria,AOB）和氨氧化古菌（Ammonia oxidizing archaea,AOA）将氨转化为亚硝酸盐;亚硝酸盐氧化细菌（Nitrite oxidizing bacteria,NOB）进一步将亚硝酸盐转化为硝酸盐。由于通过该过程能够将对水生生物毒性较高的氨和亚硝酸盐转化为相对低毒性的硝酸盐,因此在水产养殖中应用广泛。硝化微生物具有自养、代时长和附着生长等特性,提供合适的生物膜载体可供其生长繁殖。优质的生物膜载体有比表面积大、成本低、微生物易附着、密度较小等特性。与此同时,载体上附着生长的氨氧化微生物与亚硝酸盐氧化细菌数量比例要适宜,否则会导致养殖水体出现氨和亚硝酸盐峰值浓度,从而对水生生物产生危害。本研究选取聚氨酯作为硝化微生物附着载体,通过改性、理化因子控制等方法,确定聚氨酯生物膜在不同条件下的培养过程以及适宜的保存方法,考察了聚氨酯生物膜在凡纳滨对虾养殖中的应用效果以及使用过程中生物膜活性、细菌群落结构变化情况。通过研究得到如下结论:（1）通过聚氨酯载体改性和培养条件调控优化自养硝化生物膜的培养过程,结果表明,CS-PVA-GA改性聚氨酯、溶解氧6-8mg/L和曝气比2h/15min三种条件下硝化功能建立时间均短于对照组,经过9d可完成自养硝化生物膜挂膜过程,最终氨氧化速率和亚硝酸盐氧化速率分别为7.2mg.g-1.h-1、9.15mg.g-1.h-1、8.1mg.g-1.h-1和5.25mg.g-1.h-1、4.8mg.g-1.h-1、5.55mg.g-1.h-1。（2）考察常温常态、常温真空、冷藏常态和冷藏真空4种保存方式下聚氨酯生物膜氨氧化速率和亚硝酸盐氧化速率变化情况。结果表明,冷藏真空条件下氨氧化活性最高,其第12月氨氧化速率为初始的36.93%,其次为冷藏常态保存;而常温真空条件下亚硝酸盐氧化活性最高,其第11月亚硝酸盐氧化速率为初始的13.03%,其次为常温常态保存。（3）将自养硝化生物膜聚氨酯应用于凡纳滨对虾养殖系统水质净化,结果表明,添加聚氨酯生物膜可有效去除养殖水体中NH4+-N及NO2--N。经过60d养殖过程,实验组NH4+-N和NO2--N浓度均呈低水平波动-上升-下降-低水平波动趋势,NH4+-N浓度始终低于0.06mg/L,NO2--N平稳时期始终低于0.5mg/L,NH4+-N/NO2--N浓度均在对虾养殖安全范围内,而对照组NH4+-N、NO2--N浓度在养殖期间均呈上升趋势并始终高于实验组;NO3--N含量均呈现上升趋势,实验组NO3--N浓度（36.84±3.235mg/L）始终高于对照组（7.96±3.639mg/L）。（4）分别在养殖系统运行7d、20d、40d、60d、90d时取聚氨酯填料样品进行生物膜活性测定,结果表明,随着养殖周期进行,氨氧化速率呈先下降后逐步增加的趋势,而亚硝酸盐氧化速率逐渐降低,养殖周期结束时聚氨酯生物膜氨氧化速率和亚硝酸盐氧化速率分别为0.31 mg.g-1.h-1、0.04 mg.g-1.h-1。（5）采用实时荧光PCR定量方法测定了不同养殖阶段聚氨酯生物膜内氨氧化古菌、氨氧化细菌和亚硝酸盐氧化细菌数量,结果表明,随着养殖周期进行,硝化微生物数量呈下降-上升-下降的趋势,氨氧化古菌数量比AOB和NOB高1～4个数量级。（6）高通量测序结果表明,样品中优势菌门均为变形菌门、拟杆菌门、浮霉菌门、放线菌门,但其占比存在差异;属水平上5个样品的微生物群落呈现显著差异,丰度最高的菌属分别为Nitrococcus、Pseudomonas、Pseudomonas、Mariniradius、microscillaceae。
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