不同栽培基质的新型解耦水产养殖系统中的微生物动态与系统性能

《Aquaculture International》：Microbial dynamics and system performance in novel decoupled aquaponics with different cultivation substrates

水培鱼菜共生系统中不同基质对微生物群落及系统性能的影响研究。通过比较椰糠、椰壳炭、生物炭和医学石四种基质，发现生物炭（6mm）能维持稳定pH、减少有机物沉积，显著提升氨氧化古菌（29%）和硝化螺旋菌丰度，促进樱桃番茄增重；椰糠因高COD导致营养流失和微生物过度增殖，但支持氢细菌等菌属；医学石氮含量高但硝化效果次优。微生物组成与环境参数（EC、pH）显著相关（p=0.02-0.04），红外光谱显示椰糠纤维素官能团降解。

　　

摘要

鱼菜共生结合了水产养殖和水培技术，以实现养分循环和环境可持续性。然而，优化微生物相互作用和基质特性对于提高系统效率仍然至关重要。本研究评估了四种基质（包括椰壳纤维、椰壳活性炭、生物炭和医疗石）对鱼菜共生系统性能及微生物群落动态的影响，该系统用于养殖鲫鱼（Carassius auratus）和樱桃番茄（Lycopersicon esculentum）。研究内容涵盖了物理化学参数、植物和鱼类生长情况、微生物群落结构以及基质化学变化等方面的综合分析。结果表明，与椰壳基质相比，生物炭基质能够维持更稳定的pH值，降低可溶性有机物的积累，并增强硝化作用（氨氧化古菌（Thaumarchaeota，29%）和Nitrospira的丰度）。椰壳纤维的化学需氧量（COD）较高，会促进微生物繁殖，从而消耗出水中的养分并影响植物生长；其丰富的纤维素则为Hydrogenedentes、Proteobacteria和Fibrobacteres等微生物提供了良好的生长环境。医疗石中的总氮含量具有显著优势，因为其中含有较高比例的Nitrospirae。冗余分析显示微生物群落组成与环境参数之间存在显著相关性，尤其是在电导率（EC）和pH值方面（属水平上p?=?0.02，门水平上p?=?0.04）。傅里叶变换红外光谱分析表明，椰壳纤维中的纤维素相关官能团随时间逐渐减少，基于椰壳的处理方法与基于生物炭的基质相比，纳米古菌（Nanoarchaeota）和多营养菌门（Omnitrophicaeota）的相对丰度更高。综合分析表明，6毫米厚的生物炭具有更高的芳香性、结构稳定性和抗微生物分解能力，从而促进了最佳的微生物多样性，其中樱桃番茄的鲜重增长最为显著。