林文輝老師詳談池塘里的那些事兒（緒）

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　　池塘里的那些事兒（36）

　　
　　溫度與分層
　　
　　池塘中的水溫與太陽輻射和氣溫有關。水溫密切地跟隨著氣溫。所以，水溫一般可以根據季節和地理位置來預測。很重要的一點是，在給定位置某一特定期間的氣溫可能偏離常規，水溫也可能偏離。
　　
　　水的持熱能力很大。水的比熱是統一的，即1克水升高1度需要1 卡的熱量。當光線穿過水體時太陽能量被吸收，水被加熱。光能隨深度按指數的形式被吸收，所以多數熱量在水的上層被吸收。尤其是在池塘里，由于溶解的有機物質和顆粒物質的濃度高，相對于渾濁度較低的水體來說，渾濁度高的水體大大地提高了能量的吸收。熱從上層水體向下層水體的轉移很大程度上依賴于風的混合作用。
　　
　　水的密度與水的溫度有關。由于接近水體表面的熱吸收更快，以及暖和的水的密度比冷水小，池塘和湖泊會形成熱分層。當上層和下層水體的密度差大到風力不能將它們混合時就出現分層。概括來說，在春季解凍后和冬季末，在沒有冰覆蓋的湖泊或池塘，水柱的溫度相對均勻。在陽光明媚的日子里，盡管熱在水面被吸收，但風的混合作用沒有阻力，整個水柱循環并升溫。隨著春季的推移，表層水體受熱的速度大于通過風力的混合作用將熱由上層向下層擴散的速度，最終導致上層的水體比下層的水體暖和得多，而且風速往往隨著天氣的暖和而下降，已經沒有足夠的力量將兩層水體混合。上層稱為變溫層，下層稱為均溫層。在變溫層和均溫層之間有一個溫度差異顯著的水層被稱為變相層。不過，更常用“躍溫層”來描述中間層。在湖泊方面，躍溫層被定義為隨著深度的增加溫度下降的速度至少1℃╱米的水層。躍溫層在水面下的深度則隨著天氣條件而變動。但大多數湖泊在秋季到來之前分層不會消失。在秋季期間，氣溫下降，表層水體的熱散失到空氣中，最終上下層之間的密度差下降到風力的混合作用引起整個湖泊的水體循環并使分層消失。
　　
　　水產養殖的池塘更淺、更渾濁，更能抵抗風力，而且表面積比湖泊小。常規溫水池塘的平均深度很少超過2米，面積很少大于幾公頃。然而，在無風、陽光充足的日子里，由于渾濁條件導致表層水迅速升溫，即使是非常淺的池塘也會形成顯著的溫度分層。躍溫層的傳統定義對池塘并不適用，因為甚至在冬天，溫度梯度往往超過1℃╱米水深。在池塘溫度分層期間，躍溫層的溫度變化最大，所以很容易辨認。
　　
　　分層的穩定性是由將整個水體混合至溫度一致所需要的能量而決定的，所需能量越大，分層越穩定。水產養殖的池塘往往相對比較小而淺，分層不像大水體那么穩定。強風可能提供足夠的能量，導致完全對流，或冷而大的降雨進入暖和的變溫層引起對流使分層消失。由于浮游生物藻華的消失導致加熱層變深也會引起完全混合。
　　
　　水體分層是池塘諸多問題的  根源：分層導致水體底層還原物質所形成的氧債積累，如果氧債所需要的氧氣大于水體溶解氧的總和，一旦由于某種原因在短時間內消層，將導致整個池塘無完全缺氧而全軍覆沒，如果這種消層是由降雨引起的，俗稱“白撞雨”；分層導致底層有毒物質產生，引起養殖動物慢性或急性中毒，對蝦的偷死可能與底層有毒物質有關；分層導致溶解氧低的底層水體中大量病原微生物生長，是導致魚病發生的重要因素；分層導致植物營養素得不到及時周轉，不能回到上層供透光層的浮游植物生長，是導致浮游植物老化的重要因素；分層同時也是導致藍藻暴發的重要因素。因此，池塘水體上下溫差的管理是水質管理、病害預防、生態穩定的關鍵。

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　　池塘里的那些事兒（37）

　　
　　水文。
　　
　　水產養殖的池塘有3種基本類型：集雨區池塘、挖掘池塘和筑堤池塘。集雨區池塘是在地形允許儲水的自然水道上筑堤而成的。一般的情況是，這種類型池塘的堤壩是建造在形成集雨區隘口的兩個小山之間。集雨區池塘可能只有徑流水供應，或可能是徑流水、溪水和地下水混合而成。挖掘池塘是在地上挖坑而形成的，在地下水位接近地面的地方水源可能是地下水；也可以建造在低洼地以便用地表水灌注；或使用井水。在筑堤池塘里的水是被“關”在由堤壩圍起來的區域內的。幾乎沒有徑流水進入筑堤池塘，所以，只能用井水、水庫水、溪水或河口水灌注。
　　
　　一個池塘不可能只靠直接進入池塘的雨水來灌注并維持水位。而且，雨水也并不總是可靠，兩次大到足以形成徑流水的降雨之間的時間可能很長。完全依靠徑流水灌注的集雨區池塘在比較干燥的月份，甚至不是在顯著的干燥季節的潮濕氣候的月份里水位可能很低。水產養殖的池塘需要相對穩定的水位，最好有水源能迅速重新灌滿池塘。過度的水位下降會由于破壞產卵區、底棲生物、餌料生物和引起密度過高而對魚類有不良影響。在長期的干燥期間，溶解的物質會濃縮，而在潮濕期間，溶解的物質會被稀釋。如果池塘排水捕魚，但又不能迅速回水，會失去部分或全部生長季節。當然，在大多數情況下，大量水流快速沖刷池塘并不理想，這會帶走浮游生物和營養物質。
　　
　　當然，如果人為排水、水交換或取池塘中的水使用；或集雨區池塘的水源是由井水供應；或一個圍堤池塘擁有一個比常規大得多的集雨區，則水的收支預算方程需要調整。
　　
　　降水量的測定方法是眾所周知的，池塘的蒸發量可以用皿蒸發來測定，庫存差異可以通過水深的變化來測定，地表徑流量可采用曲線數字技術進行估計，如果有溪水流入池塘，可以采用攔河堰或水道來估計。在沒有降雨、沒有人為加水或排水的日子里每天水位變化量和池塘蒸發量之間的差異，是滲漏量最佳的估算方法。
　　
　　我國有許多水庫養殖，包括網箱養殖。由于水庫往往牽涉到農業用水，因此，還必須考慮農業用水。曾經出現過有些水庫被承包后，養殖戶沒有考慮到農業用水問題，導致水庫水位太低，造成水體太小而全軍覆沒。而河道或水道網箱養殖由于水庫放水導致網箱被沖垮或上游不放水導致下游網箱水質惡化幾乎每年都有報道。

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　　池塘里的那些事兒（38）

　　
　　微生物的生態功能
　　
　　一般認為“植物合成、動物消費、微生物分解，是地球生物圈生生不息的基本物質循環模式。微生物是自然界的還原者，將各種有機廢物分解、礦化，釋放出礦物質和能量，使自然界物質得以循環”。其實，任何異養生物都是還原者。例如，魚蝦攝食餌料生物，一部分餌料生物的能量被同化，一部分餌料生物被異化，被異化的部分就是被還原，回歸自然。也就是說，食物鏈的每一個節點，同時存在著同化作用和異化作用（即礦化作用）。
　　
　　同樣，微生物在利用分解有機物所釋放的能量，將有機物質礦化，同時也將一部分能量合成自身物質用于生長，使部分能量和物質（能量的載體）再進入生物鏈。
　　
　　如果說植物或藻類的光合作用是生態系統光合食物鏈的開端：
　　
　　16NH4+ 92CO2 + 92H2O + 14HCO3 + H2PO4 → C106H264 O110N16P + 106O2
　　
　　那么，我們也可以認為，微生物的生物合成（生長）是生態系統腐生食物鏈的開端：
　　
　　NH4+ 7.08CH2O + HCO3 + 2.06O2 → C5H7NO2 + 6.06H2O + 3.07CO2
　　
　　就水生生態系統而言，光合食物鏈和腐生食物鏈都進入基本食物鏈的物質循環：藻類和微生物→原生動物→浮游動物→小型動物→大型動物→微生物→藻類……，如此往復循環。
　　
　　在天然水體中，生態系統的物質循環和能量流動是由光合作用從外部輸入能量，物質是內部循環。因而驅動生態系統的能量流動和物質循環是以藻類的光合食物鏈為主；而在池塘養殖中，除了藻類的光合食物鏈外，飼料的投入是能量與物質同時輸入，由于養殖動物對飼料的轉化率比較低，還有大部分養殖動物未消化吸收和轉化的物質不僅需要通過微生物進行礦化還原（即凈化），同時微生物本身也作為有機營養物進入腐生食物鏈。因此，微生物可以說是池塘養殖，尤其是高產（高飼料投入）池塘的基礎生態系統的基礎。這也是“低產養藻，高產養菌”的道理所在。
　　
　　因此，了解微生物生態，尤其是了解細菌及細菌之間的相互關系，以及腐生食物鏈的結構和組成，是將來池塘養殖高產、可控、生態的基礎。

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　　池塘里的那些事兒（39）

　　
　　奇妙的微生物
　　
　　自然界一切含有化學能的物質幾乎都有微生物能加以利用！即使是人工合成的物質，如塑料，短短的幾十年內，自然界都已經進化出擁有分解、利用塑料酶系的微生物。可以說，微生物無所不能，只有你沒想到的，沒有它做不到的。
　　
　　生物進化的方向是獲能最大化、效率最大化。而獲能的目的是用于繁殖。這是生命的本質，微生物尤為如此。
　　
　　水生生態系統中的微生物尤其微妙。共生與協同作戰，使得盡管單一個微生物是那么脆弱，那么嬌氣，但只要它們長在一塊，就非常堅韌，非常頑強。
　　
　　微生物因為太小，它們獲得營養的方式是通過擴散而不是“吃”進入。所以，對于環境中的大分子營養素，如蛋白質、脂肪、淀粉或甚至纖維素等，微生物只有先分泌水解酶和消化酶，將這些物質分解成可以直接通過擴散而吸收的氨基酸、單糖或更小的物質。
　　
　　由于微生物的這種體外消化的特點，在一個水生生態中，只要有一種微生物能分泌蛋白酶，將水體中的蛋白質分解成氨基酸，那么，周圍的其它微生物都可以一起分享。這就使得缺乏蛋白酶的微生物能夠得以在環境中生存。
　　
　　盡管自然界大多數微生物能力很低，只能做一點點“工作”，但由于它們的協同作用，使得大家都可以生存。如果把一種物質的降解過程看成是一條流水線，微生物就是每個“崗位”上的工人。例如，蛋白質的礦化：有的微生物分泌蛋白酶，先將蛋白質卸成幾大塊——多肽；有的微生物分泌多肽酶，將肽分解成氨基酸；有的微生物將氨基酸分解為氨和脂肪酸；有的微生物將脂肪酸分解為二氧化碳；有的微生物將氨轉化為亞硝酸；有的微生物將亞硝酸轉化為硝酸；有的微生物將硝酸轉化為氮氣。這樣，經過大伙兒的協同作用，將蛋白質最終礦化為氮氣和二氧化碳。
　　
　　微生物的這種協同作用，使得微生物世界看起來又是一個非常有“組織”的團體。
　　
　　一個生態系統，必須含有生命活動所需要的所有物質和酶系。但是，對于單一一個微生物而言，借助于微生物的這種共享與協同機制，它又可以非常的不完善。因此，水生生態系統中的絕大多數微生物是難以單獨生存的，也就是通常所說的——不可培養。
　　
　　有人說，自然界98%的微生物是不可培養的。我認為，對于水生生態系統來說，可培養的微生物更少。可以說，我們對水生生態系統中的微生物的認識，連皮毛都談不上！
　　
　　如果把池塘比喻成一個人，那么，池塘里的微生物就如人的細胞。雖然我們吃飯可以養活身上的所有細胞，但大多數細胞基本上沒辦法單獨培養。池塘里的微生物也一樣，大多數微生物也無法單獨培養。

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　　池塘里的那些事兒（40）

　　
　　微生物的種類
　　
　　按能量與碳源來源分類
　　
　　化能異養菌（氧化還原物質獲得能量，將有機碳同化為細菌物質，如枯草芽孢桿菌）
　　
　　光能異養菌（俘獲太陽輻射能為能量，將有機碳同化為細菌物質，如紫色非硫細菌）
　　
　　化能自養菌（氧化還原物質獲得能量，將無機碳同化為細菌物質，如硝化細菌）
　　
　　光能自養菌（俘獲太陽輻射能為能量，將無機碳同化為細菌物質，如紅硫細菌）
　　
　　按電子受體分類
　　
　　好氧菌（以氧氣作為最終電子受體，如枯草芽孢桿菌）
　　
　　厭氧菌（以有機小分子或無機氧化物作為最終電子受體）
　　
　　以有機小分子做電子受體，如乳酸桿菌
　　
　　以氮氧化物做電子受體，如脫氮桿菌
　　
　　以鐵氧化物做電子受體，如鐵還原菌
　　
　　以錳氧化物做電子受體，如錳還原菌
　　
　　以硫氧化物做電子受體，如脫硫桿菌
　　
　　以二氧化碳做電子受體，如沼氣產生菌
　　
　　兼性好氧菌（有氧時以氧氣為最終電子受體，無氧時以無機氧化物作為最終電子受體）
　　
　　按形態分類
　　
　　球菌（如葡萄球菌、鏈球菌）
　　
　　桿菌（如芽孢桿菌、大腸桿菌）
　　
　　弧菌（如溶血弧菌、霍亂弧菌）
　　
　　螺旋菌（如鉤端螺旋菌、幽門螺旋菌）
　　
　　按著色結果分類
　　
　　革蘭氏陽性菌（革蘭氏染色顯陽性，如金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌）
　　
　　革蘭氏陰性菌（革蘭氏染色顯陰性，大腸桿菌、肺炎桿菌）
　　
　　按培養方式分類
　　
　　可培養細菌
　　
　　不可培養細菌
　　
　　還有一些以特征命名的，如能產乳酸的細菌都稱為乳酸菌；能形成芽孢的桿菌，都稱為芽孢桿菌。

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　　池塘里的那些事兒（41）

　　
　　微生物的吃喝拉撒（1）
　　
　　世間任何生物都需要新陳代謝，微生物也不例外。微生物由于個體小，結構簡單，沒有專門用于攝取營養的器官。因此，微生物的營養物質的吸收以及代謝產物的排出都是依靠細胞膜的功能來完成的。
　　
　　大分子的營養物質（如蛋白、脂肪和多糖）需要由微生物分泌的胞外酶事先水解成可溶性小分子才能吸收。
　　
　　根據微生物周圍存在的營養物質的種類和濃度，按照細胞膜上有無載體參與、運送過程是否消耗能量以及營養物是否發生變化等，將微生物對營養物質的吸收方式分為：
　　
　　被動擴散、促進擴散、主動運輸和基團轉位四種方式。
　　
　　被動擴散：簡單擴散，當細胞外營養物質的濃度高于細胞內的營養物質濃度時，存在濃度差異，營養物質自然從高濃度的地方（胞外）向低濃度的地方（胞內）擴散，當胞內外的營養物質濃度達到平衡時，擴散便停止。
　　
　　用這種方式運輸的物質有：水、二氧化碳、乙醇和某些氨基酸。
　　
　　特點：(1)擴散是非特異性的，速度取決于濃度差、分子大小、溶解性、pH、離子強度和溫度等；(2)不消耗能量；(3)不需要載體蛋白，不能逆濃度梯度進行，運輸速度慢。
　　
　　缺點：很難滿足微生物的營養需要，沒有選擇性。
　　
　　促進擴散（或稱協助擴散）：利用營養物質的濃度差進行。需要細胞膜上的酶或載體蛋白的可逆性結合來加速運輸速度。即載體在膜外與高濃度的營養物質可逆性結合，擴散到膜內在將營養物質釋放。
　　
　　特點：(1)動力來源于濃度差；(2)不消耗能量，不能逆濃度運輸；(3)需要載體蛋白參與，能提前達到平衡；(4)被運送的物質不發生結構變化；(5)運送的物質具有選擇性或高度專一性。
　　
　　主動運輸：在提供能量和載體蛋白協助的前提下，將營養物質逆濃度梯度運送。此為微生物新陳代謝的主要運輸方式。
　　
　　特點：(1)消耗代謝能；(2)可逆濃度運輸；(3)需要載體蛋白參與，但運輸后不改變結構；(4)被運送的物質具有高度的立體專一性。
　　
　　能量來源：好氧微生物來自呼吸能，厭氧微生物來自化學能，光合微生物來自光能。
　　
　　主動運輸的營養物質有：無機離子、有機離子和一些糖類（如葡萄糖、蜜二糖）。
　　
　　基團轉位：一種即需要載體，又消耗能量，并且轉運前后營養物質發生分子結構變化的運輸方式。
　　
　　特點：(1)消耗代謝能；(2)可逆濃度運輸；(3)需要載體蛋白參與；(4)運輸后會改變分子結構；(5)被運送的物質具有高度的立體專一性。
　　
　　主要用于運送：葡萄糖、果糖、甘露糖、核苷酸、丁酸和腺嘌呤等。
　　
　　

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　　池塘里的那些事兒（42）

　　

　　微生物的吃喝拉撒（2）

　　同化與異化
　　
　　微生物吃東西的目的是用于生長。當然，要生長就得合成新細胞的建筑材料，因此，必須消耗能量。微生物的能量來源主要有化能和光能，對于池塘養殖來說，主要來自化能。也就是說，微生物吸收的營養素有一部分用于燃燒產生能量，我們稱為“異化”；一部分用來合成產生細胞物質，我們稱為“同化”。如果我們想培養微生物作為天然飼料，我們當然希望同化效率越高越好，如果我們是利用微生物進行污水處理，我們則希望同化效率越低越好。
　　
　　生命進化的方向是提高效率！生命越高等，同化效率也就越高。盡管細菌的生命形態比較原始，同化效率不是很高。但是，它們能夠生存到今天，至少在同類中，它們的同化效率是最高的了。提高同化效率的根本手段就是提高異化過程的產能效率！也就是說，你的爐灶要比別的微生物先進，燒了同樣數量的木材，得到的能量比別的微生物多。
　　
　　提高異化產能效率的關鍵，是電子受體！氧作為電子受體的氧呼吸產能效率比有機物作為電子受體的厭氧呼吸產能高。所以，酵母菌在有氧的條件下絕不用有機物做電子受體。從電子受體的角度看，產能效率的順序是：氧呼吸>氮呼吸>錳、鐵呼吸>硫呼吸>碳呼吸。
　　
　　微生物的“節約原則”。微生物吸收營養，用于生長（對于微生物而言，生長就是繁殖）。要生長就得合成構成細胞的物質，而且每種物質需要多少數量，都能十分精確地控制。例如，微生物繁殖一代需要100個甘氨酸，它絕不會合成101個！這是殘酷的物種競爭中進化出來的。因為如果你多合成了，說明你的效率就低一些，在競爭中就可能被淘汰！
　　
　　微生物如何控制“產量”的？這就牽涉到基因的表達與控制了。例如，微生物要繁殖，需要100個甘氨酸，就要啟動甘氨酸合成的機器。首先，控制中心下達指令，啟動甘氨酸合成生產線（基因上的啟動子活化），開始合成甘氨酸（基因表達），當合成的甘氨酸數量滿足繁殖需要（100個），控制中心就下達指令，關閉甘氨酸合成生產線。
　　
　　當然，有些微生物“斷電開關”壞了，關不了了！甘氨酸會一直生產下去，如果細胞體內甘氨酸大量積累，這個微生物就活不下去了。如果這個微生物的細胞膜上剛好有個“洞”，能把多余的甘氨酸處理掉（排出細胞外），這個微生物還能活下來，當然，繁殖速度就大幅度降低了，在自然界也就沒有什么競爭力了。
　　
　　目前所有氨基酸發酵工業利用的就是這個原理。要么篩選自然界自己搞壞“斷電開關”的微生物，要么利用現在先進的基因敲除技術直接把微生物的“斷電開關”基因敲掉（也就是通常說的工程菌）。當然，這種微生物必須嚴格在無菌條件下培養，因為任何普通微生物的生長速度都比它快。
　　
　　所以，要明白，當我們以微生物細胞為目標時，我們要提高同化效率（如用葡萄糖通過谷氨酸桿菌生產味精，投入同樣數量的葡萄糖，產生的味精越多越好）；如果我們是利用微生物進行“魚蝦生活污水處理”，我們應當盡可能提高異化效率（污水處理廠微生物同化的“產品”就是活性污泥，是另一種形式的污染物，所以，對于污水處理而言，同化效率越低越好，也就是污泥越少越好）！由于微生物是比較古老的，同化效率比較低，因此，用微生物進行魚蝦生活污水處理才是正確的（目前水產養殖污水處理方式五花八門，大家可以據此給予判斷，以免被忽悠）。

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　　池塘里的那些事兒（43）

　　微生物的吃喝拉撒（3）
　　
　　前面我們說過微生物吃喝的方式。而微生物幾乎什么都能吃。任何天然物質，只要有能量可以利用，它們都不放過。那么，在自然界，誰給微生物提供食物？
　　
　　(1) 動植物的有機分泌物，尤其是藻類胞外分泌物；一般來說，藻類在生長過程中也會分泌一些物質，有些是與外界進行物質交換，而更多的是當部分營養素缺乏時，光合作用的產物不能有效地用于生長，多余的有機物質就會分泌到環境中。一般情況下，對數期之前的藻類胞外分泌物主要是用于物質交換，而對數期過后的藻類由于生長速度降低，胞外分泌物就會增加。據報道，藻類的胞外分泌物占光合作用總產物的不到5%到大于95%。有過培藻經歷的技術人員都知道，大面積培藻后期經常會出現雜菌數量增加。池塘也一樣，藍藻暴發后期微生物密度也會增加。不同的藻類的胞外分泌物結構不同，與之相適應的微生物也不同。藻類多樣性豐富，微生物種群多樣性也豐富，藻類單一，微生物多樣性就會降低。
　　
　　(2) 動植物排泄物中的可溶性物質；
　　
　　(3) 動植物的尸體；
　　
　　在養殖的池塘里，人工投入飼料，溶解和散失的飼料有機成分是微生物的重要營養來源。因此，投多少飼料，長多少細菌是必然的，不讓微生物生長，那誰來幫你凈化水質？池塘長什么微生物，取決于飼料成分和供氧條件以及溫度、鹽度、pH等因素。物競天擇、適者生存是池塘微生物的生存法則，不是你加什么微生物就能長什么微生物的。
　　
　　餓極了，狗也會跳墻！饑餓狀態下，微生物也會主動進攻！
　　
　　溶藻菌：正常情況下，健康的藻類是不會被微生物“吃掉”的。但是，當營養缺乏和營養素不平衡時，微生物就會產生分泌物。如果，這種分泌物恰好能溶解藻類，微生物就能大吃特吃了，我們稱這些微生物為溶藻細菌。
　　
　　致病菌：同樣如果微生物的分泌物對動物有毒，就會引起動物中毒死亡，微生物又有東西吃了，我們稱這類微生物為病原菌。
　　
　　其實，自然界大多數病原微生物都是條件致病菌。
　　
　　需要說明的是，自然界那些可沉降的有機物質（如動植物尸體）都會沉到池塘底部，向外擴散速度很慢。溶解并均勻分散到水體里面，供懸浮于水中的微生物吃喝的并不多，主要是藻類胞外分泌物。

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　　池塘里的那些事兒（44）

　　
　　微生物的吃喝拉撒（4）
　　
　　微生物吃喝了，總要拉撒的，我們稱之為代謝產物或分泌物。但拉的和撒的是不同的。拉的我們稱為代謝終產物，撒的我們稱為胞外分泌物。
　　
　　微生物拉了些什么呢？有些微生物吸收葡萄糖，只能部分利用，剩下的就拉出來里。如酵母在有氧狀態下拉二氧化碳，無氧狀態下拉乙醇；乳酸菌吃了葡萄糖，拉乳酸。特別由于是厭氧微生物三羧酸循環不完善，不能將有機物都徹底礦化為二氧化碳，可以說，微生物拉的產物應有盡有，如甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、正丁醇、琥珀酸、酒石酸、……、只要你能想到的，都有微生物能拉出來！
　　
　　當然，一種微生物的代謝終產物又是另一種微生物的“食物”，這就構成了錯綜復雜的微生物生態系統，最終把所有有機物都礦化成無機鹽，回歸自然。
　　
　　微生物胞外分泌物有幾大類：
　　
　　第一類是胞外酶，用于水解和消化大分子營養物。目前微生物胞外酶領域已成為海洋生態學的研究熱點，眾多學者對不同類型環境中的各類胞外酶活性展開了廣泛研究，如海水、半堿水、海洋沉積物中的葡萄糖苷酶、乳糖苷酶、氨基酸、蛋白水解酶、磷酸酶、硫酸酯酶、幾丁質酶、脂肪酶等。這是微生物為了生存、生長必須預先付出的。欲取先予，想收獲就得先付出，連微生物都懂得這個“做菌”的基本道理！
　　
　　第二類是用來爭奪地盤的，當微生物可利用的營養素不足時，為了保護地盤，消除異己，微生物會分泌一些物質，去殺滅或抑制別的微生物，這些物質我們稱之為抗菌素。
　　
　　第三類是各種其他物質。當由于環境中某些營養素不足，微生物同化的物質不能有效地用于生長，只能分泌出去。很多時候，這些分泌物只是一些多糖類、或具有絮凝作用的黏多糖（引起水體發黏）。有些時候，這些分泌物“恰好”有生物活性，會引起某些其他生物毒性，如能溶解藻類（溶藻菌）、能引起動物中毒（肉毒桿菌）等等。

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　　池塘里的那些事兒（45）

　　
　　水產養殖的本質
　　
　　池塘養殖的目的是賺錢，任何沒錢賺的養殖模式再好也沒有意義。盡管大多數養殖者來說，都明白這個道理，但至于養殖是怎么賺錢的，核心是什么，卻不是每個水產從業人員都明白。
　　
　　那么，養殖為什么能賺錢？通過什么方式賺錢？這就必須了解養殖的本質。養殖的本質是“蛋白轉化”！比方說，我們進行對蝦養殖，其本質是將對蝦飼料中的蛋白轉化為對蝦蛋白。例如，對蝦飼料價格為8000元/噸，蛋白含量為40%，則對蝦飼料蛋白的價格為20元/公斤。假設對蝦的價格為36元/公斤，蛋白含量為18%，則對蝦蛋白的價格為200元/公斤。
　　
　　也就是說，養殖的本質是將低值的蛋白轉化為高值的蛋白。從中賺取差價。當然飼料蛋白還有一個轉化率的問題。例如，飼料蛋白的轉化率為40%，則飼料蛋白成本為20/40%=50（元/公斤）。
　　
　　那么，水質管理的本質，就是根據投入的飼料提供所需要的氧氣，并將沒有轉化成魚蝦蛋白的飼料部分（殘餌和魚蝦的代謝物，即魚蝦的大小便）處理干凈。如果不處理干凈，池塘水體中就會積累有機物質和氨氮，當這些物質積累到一定程度，池塘水質就會惡化，魚蝦就會生病甚至死亡。
　　
　　也就是說，水質管理的本質就是“魚蝦生活污水處理”。
　　
　　很明顯，投入到池塘的飼料不變成魚蝦蛋白，就會變成有毒有害的物質。因此，提高飼料利用率是減少池塘污染、維持水質穩定，減少魚蝦病害的關鍵措施。
　　
　　那么，飼料帶來了什么污染？如何處理？
　　
　　飼料為魚蝦提供了兩個最基本的東西，一個是用于活動、消化、吸收以及合成肌體成份的能量（有機碳），另一個是組成肌體的蛋白（有機氮）。魚蝦吃了飼料之后，不能消化吸收的部分，成為糞便，排出體外。消化吸收的部分，一部分通過氧化，產生能量，另一部分用于生長。
　　
　　因此，養殖人員必須清楚所使用的飼料中，有多少氮和碳能轉化為魚蝦蛋白，有多少氮和碳需要處理。同時，也要知道自己的池塘以及設備能承受多少飼料投入，這樣，才能科學設計自己池塘的養殖模式。

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　　池塘里的那些事兒（46）

　　
　　飼料的屬性
　　
　　養殖的本質是蛋白質轉化，所以，衡量一種飼料的技術水平就是蛋白轉化率。因此，無論飼料配方添加什么成份，目標都是圍繞提高蛋白轉化率的。
　　
　　生物界各種生物之間形成一個錯綜復雜的食物網，一種生物捕食或攝食其它生物以獲得能量和生長物質的同時，其自身往往又作為其它生物的“食物”。組成生物的主要成份是蛋白質、脂肪和碳水化合物（植物，動物除了血糖、肝糖元外，碳水化合物含量很少）。其中蛋白質平均含碳52%、含氮16%；脂肪平均含碳76.7%；碳水化合物平均含碳44.4%（葡萄糖含碳40%）。
　　
　　飼料中所含的物質，如果不轉化成魚蝦肌體，必然就成了廢物，污染池塘。因此，飼料中所含的一切物質，非利即弊。但是，一般養殖人員關心的是飼料的價格、飼料系數和營養成份，即關心的只是“利”的一面，很少了解“弊”的一面。
　　
　　飼料首先作為一種能量載體，必須在氧的配合下才能充分釋放能量。也就是說，任何進入池塘的有機碳，如果不轉化為魚蝦肌體，就必須用氧氧化為二氧化碳，否則池塘就會積累有機物質，或者說，會“缺氧”。
　　
　　那么，每公斤飼料投入到池塘，需要同時提供的溶解氧可以按如下方程計算（克氧/公斤飼料）：
　　
　　［O2］=（飼料碳含量（克/公斤）- 魚蝦碳含量（克/公斤）/飼料系數）/碳原子量X氧分子量
　　
　　例如，某品牌對蝦飼料含碳50%（雖然不同飼料碳含量有所不同，但大多在50%左右），蛋白質含量為40%，飼料系數為1.2。假設活體對蝦碳含量為15%，則該飼料投入到池塘后，每公斤飼料所需要的氧量為［（500 - 150/1.2）/12X32 =］1000克。
　　
　　此外，飼料中的蛋白質不可能全部轉化為魚蝦蛋白，沒有轉化為魚蝦蛋白的飼料蛋白最終都會轉化為氨氮。飼料的氨氮產量可以用下列方程計算（克氮/公斤飼料）：
　　
　　［NH3-N］=（飼料蛋白含量（克/公斤）- 魚蝦蛋白含量（克/公斤）/飼料系數）X 蛋白質氮含量
　　
　　假設活體對蝦蛋白質含量為18%，則每公斤上述飼料投入到池塘后產生的氨氮量為［（400 - 180/1.2）X 16 =］40克。
　　
　　飼料的基本屬性是池塘養殖規劃最重要的參數。也就是說，養殖人員要十分清楚每天投入到池塘的飼料需要多少氧氣，會產生多少氨氮，才能對水質管理作出科學合理的決策。

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　　池塘里的那些事兒（47）

　　
　　池塘的承載能力
　　
　　從事養殖的人，沒有不希望高產的。但是，一畝池塘能養多少魚蝦、能取得多少產量，誰說了算？
　　
　　決定池塘承載能力（或養殖密度）有兩個因素：一個是池塘的供氧能力和氮凈化能力，另一個是飼料的氧需要量和氮污染量。
　　
　　在沒有增氧設備的條件下，養殖產量受池塘供氧能力所限制；在氧不受限制的情況下，養殖產量受氮處理能力的限制。
　　
　　例如，我們使用含碳50%、蛋白40%、飼料系數1.2的飼料養殖對蝦。這種飼料的氧需要量為1000克/公斤，氨氮產量為40克/公斤。
　　
　　如果你的池塘每畝每天可供氧（包括光合作用、空氣中的氧氣擴散和水交換）為20公斤、氨氮處理能力為1000克（包括藻類生長、微生物生長、微生物脫氮和水交換），那么，你的池塘可以承載20公斤飼料。如果你的投餌率為蝦體重的2.5%，你的池塘可以承載［20/2.5%=］800公斤/畝的對蝦。（此時氨氮排放量為［20X40=］800可克，小于池塘的自凈能力，沒問題）。
　　
　　如果你將池塘的供氧能力提高到25公斤氧/天，你可以投入25公斤飼料，每畝可以承載1000公斤對蝦。此時氨氮的排放量剛好等于池塘的氮處理能力（25X40=1000）。
　　
　　也就是說，池塘的產量由養殖設備（供氧能力）和池塘氮處理能力所決定。如果你的養殖密度相應的投餌量超過了池塘的承載能力，要么耗氧因子積累（缺氧、產毒、病原滋生），要么氨氮積累（氨氮、亞硝酸高或藻類、細菌密度高），最終暴發病害。
　　
　　因此，想提高產量，減少病害，只能通過降低飼料污染和提高池塘供氧及氮處理能力來實現。這就是池塘水質養殖管理的關鍵。

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　　池塘里的那些事兒（48）

　　
　　源頭截污（1）
　　
　　池塘水質管理的本質是“魚蝦生活污水處理”。因此，盡可能減少源頭污染是池塘水質管理的重要措施之一。
　　
　　源頭污染包括池塘底質污染、水源污染以及無效飼料污染。
　　
　　池塘底質改良與修復。
　　
　　池塘底質對水質具有決定性的影響。如果將池塘比喻為一個茶壺，土壤就是茶葉。只有好的茶葉，才有可能泡出好的茶水。不同屬性的土壤，也就基本上決定了水質的屬性。
　　
　　除非遇上極端土壤（如酸性硫酸鹽土壤或鹽堿地），一般情況下很少刻意對池塘土壤進行改良。但是，應該根據池塘土壤環境條件要求進行定向修復。例如，池塘底部土壤偏瘦，在干塘處理時避免將有機物質清洗干凈，如果土層太淺，就應該合理保留。
　　
　　根據前人的研究，比較高產的池塘土壤的一些參數為：
　　
　　質地：壤土
　　
　　深度：15～20厘米
　　
　　有機質：1.5～2.5%
　　
　　鈣離子：200～300毫克/升
　　
　　pH：7.5～8.5
　　
　　硫不能大于0.75%
　　
　　池塘底部土壤的養殖后的修復主要是氧化——即干塘曬塘。尤其是高產池塘或對蝦池塘，根據上面土壤指標，合理使用碳酸鈣（不能用石灰）。有條件的情況下，最好能將表層15～20厘米的塘泥翻耕、破碎，徹底氧化。
　　
　　如果休耕時間長，還應該在池塘中開挖大約40～50厘米深，寬度根據土壤質地而定，只要邊沿不崩潰即可。排（抽）干水，提高土壤干燥深度，促進礦物和氨氮氧化，當土壤完全干燥后，溝里再進水濕潤土壤，兩三天后再抽干，如此重復，可最大程度去除土壤中的氨氮。
　　
　　池塘底部修復最關鍵的目的是調整pH、氧化礦物（清除氧債）和消除氨氮。以免將上一造的污染物遺留到下一造，形成連作障礙，導致“新塘旺三年”的后果。
　　
　　回水前將溝填平。

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　　池塘里的那些事兒（49）

　　
　　源頭截污（2）
　　
　　土壤有機物質中腐殖質的重要性
　　
　　腐殖質定義：已死的生物體在土壤中經微生物分解而形成的有機物質。黑褐色，含有植物生長發育所需要的一些元素，能改善土壤，增加肥力。主要方法是幫助增加可以讓空氣和水進入的空隙，也同樣產生植物必須的氮，硫，鉀和磷。動植物殘體在微生物作用下形成簡單化合物的同時又重新合成復雜的高分子化合物。
　　
　　腐殖質是土壤有機質的主要組成部分，一般占有機質總量的50～70%。腐殖質的主要組成元素為碳、氫、氧、氮、硫、磷等。腐殖質并非單一的有機化合物，而是在組成、結構及性質上既有共性又有差別的一系列有機化合物的混合物，主要成分為腐植酸（Humic acid，HA），富里酸（fulvic acid, FA）和胡敏素（humin, HM）。其中HA溶于堿，但不溶于水和酸；FA既溶于堿，也溶于水和酸；而HM溶于稀堿，不溶于水和酸。能與水中的金屬離子離合，有利于營養元素向作物傳送，并能改良土壤結構，有利于農作物的生長。與金屬離子有交換、吸附、絡合、螯合等作用；在分散體系中作為聚電解質、有凝聚、膠溶、分散等作用。腐植酸分子上還有一定數量的自由基，具有生理活性。腐殖質不僅是土壤養分的主要來源，而且對土壤的物理、化學、生物學性質都有重要影響，是土壤肥力指標之一。
　　
　　目前，在水產養殖中腐殖質一般用于“解毒”，即作為有害重金屬的絡合劑，以及作為微量元素的緩釋劑使用。
　　
　　其實，腐殖質在土壤中，尤其是厭氧土壤中的真正意義在于腐殖質是微生物與可還原物質（氧化態鐵、氧化態錳、二價汞、硝酸等）在氧化還原的過程中充當介質（電子穿梭體）。也就是說，微生物氧化有機物質時在細胞內產生的電子，必須借助腐殖質的幫助，才能傳導到細胞外的電子受體中，腐殖質起著“導線”的作用。據報道，微量的腐殖質可以大幅度提高土壤微生物的呼吸活性。
　　
　　同樣，腐殖質的氧化還原也是土壤有機物質分解的重要介質。研究表明，在某些水淹土壤與淡水沉積物中，腐殖質呼吸直接導致80%以上的有機物質礦化，其貢獻超過硝酸鹽呼吸、硫酸鹽呼吸、產甲烷作用等其它厭氧代謝方式的總和。可見，腐殖質在提高土壤微生物活性、促進土壤有機物質分解、降低氧債方面的重要性。

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　　池塘里的那些事兒（50）

　　源頭截污（3）
　　
　　水源處理
　　
　　不是所有的水質（包括八大離子組成）都適合于養殖，尤其在江河湖海以及地下水普遍受到各種污染的今天，能擁有完全不受到包括有機污染、氮污染、重金屬污染，而水中八大離子又相對平衡的水源的養殖場幾乎微乎其微。
　　
　　傳統上，養殖水源采用生石灰處理，近代則采用氯制劑（漂白粉、強氯精）處理。雖然，兩種處理方法都能達到“消毒”、殺滅不良生物的作用，但在本質上卻有天壤之別！
　　
　　生石灰與氯制劑處理水源作用的比較
　　
　　作用 生石灰 氯制劑
　　
　　使用劑量 大 小
　　
　　消毒 有 有
　　
　　殺滅不良生物 有 有
　　
　　氧化作用 無 有
　　
　　與重金屬共沉淀 有 無
　　
　　與有機物質絮凝 有 無
　　
　　氨氮揮發 有 無
　　
　　低堿硬度水體
　　
　　可提高堿硬度 有 無
　　
　　高堿硬度水體
　　
　　可降低堿硬度 有 無
　　
　　促進土壤釋放
　　
　　微量元素 有 無
　　
　　促進土壤有機
　　
　　物質分解 有 無
　　
　　中和土壤酸度 有 無
　　
　　土壤改良作用 正 負
　　
　　產生氯胺 無 有
　　
　　藥物毒性殘留 無 有
　　
　　我們只是把生石灰看成是簡單的“消毒劑”，并采用氯制劑替代，是對生石灰作用的誤解。相信人類幾千年來，應該嘗試過各種各樣的處理方法，最后只留下生石灰這一措施，一定有它的道理。
　　
　　因此，水源處理最好還是回歸傳統，并在傳統的基礎上科學化。即先采用生石灰處理，然后再根據八大離子平衡原則，對水體進行合理調節。
　　
　　水源處理步驟：
　　
　　1、將水抽到沉淀池，根據水體屬性，用生石灰將水體的pH提高到10～11，保留20毫克鈣/升，靜置沉淀。
　　
　　2、待水體澄清后，抽入調節池并曝氣，待pH回落，檢測八大離子組成，根據養殖對象的需要，合理調整pH、硬度、堿度、鎂鈣比、鈉鉀比等。
　　
　　3、高精度水處理還需要過濾處理。

naturehu

學習了，非常有價值，通讀了一遍，感謝林老師的分享。

chenyushuicha

很好的文章,謝謝林老師無私奉獻此大作.

zhoushuangyan

chenyushuicha 發表于 2016-9-17 22:45
很好的文章,謝謝林老師無私奉獻此大作.

謝謝您的支持

pingwba

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malovo

非常實用，謝謝老師的大公無私