水平基质与过滤系统对凡纳滨对虾（Litopenaeus vannamei）循环水养殖系统生产性能及水质的影响研究

为优化循环水养殖系统（RAS）中凡纳滨对虾的生产效率与水质管理，研究人员对比了清水型（CW）与混合型（HY）RAS及水平基质的作用。结果表明，HY系统结合水平基质（HY-WS）显著提升虾个体重量（7 kg·m-3）、存活率及生长速率，并降低TAN（总氨氮）和亚硝酸盐浓度，而CW系统因臭氧干扰硝化细菌导致水质恶化。该研究为RAS设计提供了成本效益与生态平衡兼顾的解决方案。

　　

随着全球水产消费需求的激增，传统养殖模式面临资源消耗与环境污染的双重压力。循环水养殖系统（RAS）因其节水、可控性强等优势成为研究热点，但如何平衡高密度养殖与水质稳定仍是难题。尤其对凡纳滨对虾（Litopenaeus vannamei）这类高经济价值物种，现有RAS技术中清水型（CW）系统依赖高成本过滤设备，而生物絮团（BFT）系统虽成本低却存在微生物管理难题。更棘手的是，高密度养殖导致虾类生长抑制和存活率下降，而人工基质的应用效果在既往研究中结论不一——垂直基质可能引发虾苗缠绕死亡，水平基质的理论优势缺乏实证支持。

针对上述问题，肯塔基州立大学可持续水产发展实验室（SADL）的研究团队设计了一项创新实验。他们通过对比清水型（CW）与混合型（HY）RAS，结合水平基质的引入，系统评估了其对虾类生产性能和水质的影响。研究结果发表于《Aquacultural Engineering》，揭示了水平基质在优化RAS中的双重作用：既为虾提供生态位又增强生物过滤，同时警示了臭氧消毒对硝化细菌的潜在危害。

研究团队采用双因素实验设计，将系统类型（CW/HY）与基质（有/无）组合为四组处理，每组设4个重复。使用1 m³圆形养殖槽，投放初始均重1.3 g的虾苗（密度450尾·m^-3），持续监测53天。关键方法包括：1）水质多参数分析（TAN、NO₂-N等）；2）生物量测定与生长速率计算；3）微生物群落动态评估；4）臭氧暴露控制实验。

水质量化结果显示，HY系统因保留适度生物絮团，其TAN和亚硝酸盐浓度显著低于CW系统（P<0.05）。尤为意外的是CW-NS（无基质组）出现亚硝酸盐异常积累（高达4.8 mg·L^-1），研究者推测臭氧过量进入生物滤器导致硝化细菌死亡。而水平基质组（WS）在所有系统中均表现出更稳定的氮循环，证实其作为生物膜载体的价值。

生产性能数据更具突破性：HY-WS组实现单产7 kg·m^-3，较无基质组增产62%，且个体终重、存活率（89% vs 72%）和特定生长率（SGR）均显著提升（P<0.01）。值得注意的是，CW-WS组虽水质优于CW-NS，但生产指标仍不及HY-WS，说明单纯机械过滤无法替代生态化设计。

讨论环节深入剖析了水平基质的三重机制：1）扩大虾类活动表面积，减少种内竞争；2）作为硝化细菌定植载体，加速氨转化；3）通过物理遮蔽降低自残率。但研究也指出臭氧应用的临界点——当浓度超过0.1 mg·L^-1时，会不可逆损伤生物滤器功能。这一发现为RAS消毒工艺提供了精确参数。

该研究的实践意义在于确立了"适度过滤+生态基质"的HY系统优化路径。相比传统CW系统节省30%设备投入，同时规避了BFT系统的微生物失控风险。其提出的水平基质设计标准（孔径>2 mm、倾角<15°）已被美国多家养殖场采纳，助推了RAS技术向可持续、低成本方向的转型。未来研究可进一步探索基质面积与养殖密度的量化关系，以及臭氧-微生物互作机制。