生物絮凝 - 电化学系统对水质、鱼类性能及微生物多样性的影响研究

为解决传统水产养殖水质恶化等问题，研究人员开展生物絮凝 - 电化学系统（BES）对尼罗罗非鱼养殖的研究。发现 BES 可提升氮磷去除效率，100mA 组无显著生长影响，200mA 组抑制生长，还改变微生物组成。为可持续养殖提供参考。

　　

水产养殖作为全球重要的蛋白质生产方式，正面临野生渔业资源衰退与环境压力加剧的双重挑战。传统养殖模式中，残饵与代谢废物导致水体氨氮（TAN）、亚硝态氮（NO₂^--N）、磷酸盐（PO₄^3--P）等污染物积累，不仅威胁养殖动物健康，还引发周边水域富营养化。生物絮凝技术（BFT）虽能通过微生物絮体转化氮磷污染物，但长期运行易受水质波动影响，且硝酸盐（NO₃^--N）和磷酸盐的持续积累问题尚未根本解决。与此同时，电化学水处理技术在污染物去除方面展现出高效性，但其对养殖鱼类生长性能及微生物群落的影响机制仍不明确。

为探索可持续水产养殖新模式，国内研究团队针对尼罗罗非鱼（Oreochromis niloticus）开展了生物絮凝 - 电化学系统（BES）的应用研究。该研究成果发表于《Aquacultural Engineering》，旨在通过整合生物絮凝与微电流电解技术，优化水质管理、提升污染物去除效率，并系统评估该技术对鱼类生长、健康及微生物生态的影响。

研究采用的关键技术方法包括：

1. 生物絮凝 - 电化学耦合系统构建：在 100L 圆柱养殖池中设置钛基金属氧化物阳极与钛阴极，施加 0、100、200mA 直流微电流，构建不同电流强度的 BES。
2. 水质参数监测：定期检测 TAN、NO₂^--N、NO₃^--N、PO₄^3--P、总磷（TP）等指标，评估氮磷去除效率。
3. 鱼类生长与健康评估：测定特定生长率（SGR）、饲料转化率（FCR），分析鳃和肝脏的氧化应激指标，评估肠道消化酶活性。
4. 微生物组学分析：通过高通量测序技术，对比不同处理组水体与肠道微生物的组成、丰度及多样性差异。

水质参数变化与污染物去除

研究表明，电解作用显著提升了氮磷污染物的去除效率。在 100mA 组中，水体 TAN 浓度始终低于 0.16mg/L，NO₂^--N 峰值浓度显著降低，PO₄^3--P 和 TP 浓度从第 6 天起显著低于对照组（p < 0.05）。然而，各处理组 NO₃^--N 浓度无显著差异，提示 BES 对硝酸盐的去除效果有限。200mA 组在养殖后期（第 31 天起）总氮（TN）浓度显著下降，表明较高电流强度可能通过强化电解反应促进氮素转化。

对罗非鱼生长性能的影响

电流强度对鱼类生长呈现双重作用：100mA 组的 FCR 和 SGR 与对照组无显著差异（p > 0.05），表明该强度下 BES 对生长无负面影响；而 200mA 组 FCR 显著升高、SGR 显著降低（p < 0.05），说明过高电流可能通过应激反应或能量代谢干扰抑制生长。进一步分析显示，BES 处理组肠道消化酶活性增强，鳃和肝脏的氧化应激指标（如丙二醛含量）维持在较低水平，表明适度电流可改善消化功能且未引发显著氧化损伤。

微生物群落结构的改变

电解作用显著重塑了水体与肠道微生物组成。在门水平上，放线菌门（Actinobacteriota）和拟杆菌门（Bacteroidota）在处理组中的丰度显著增加，这两类菌群与宿主免疫增强及营养循环效率提升密切相关。水体中，电解促进了具有脱氮除磷功能的菌群（如硝化细菌、聚磷菌）的富集；肠道内，有益菌的增殖可能通过改善肠道微生态促进营养吸收。微生物多样性分析显示，100mA 组的菌群丰富度和均匀度最佳，提示该条件下微生物生态更稳定。

研究结论与意义
本研究证实，生物絮凝 - 电化学系统（BES）通过微电流电解与生物絮凝的协同作用，有效提升了水产养殖水体的氮磷去除效率，且 100mA 电流强度下可在维持罗非鱼生长性能的同时改善水质。电解诱导的微生物群落重构（如放线菌门和拟杆菌门丰度增加）可能是提升系统效能的关键机制。然而，过高电流（200mA）对鱼类生长的抑制作用表明，BES 的实际应用需优化电流参数。该研究为可持续水产养殖提供了一种高效、环境友好的水质管理技术，同时为微生物介导的污染物转化与宿主健康调控机制提供了新视角。未来研究可进一步探索电流 - 微生物 - 宿主互作的分子机制，以优化 BES 的工程应用参数。