纯纳米氧泡增强型生物絮团系统对罗非鱼氮循环的优化机制及可持续水产养殖应用

本研究针对传统生物絮团技术(BFT)在氮循环效率和水质稳定性上的不足，创新性引入纯纳米氧泡(PNOBs)系统，通过56天实验证实BFT-PNOBs能将溶解氧(DO)提升至7.72 mg/L，使NH4 + 浓度降低至0.63 mg/L，氮转化效率提高至58.47%，最终使尼罗罗非鱼终末体重达57.13g。该研究为高密度可持续水产养殖提供了新技术路径。

　　

水产养殖业正面临严峻的氮污染挑战。在高密度养殖系统中，残饵和鱼类排泄物会产生大量氨氮(NH₄
⁺
)，传统解决方式依赖频繁换水，这不仅浪费资源，还会造成周边水体富营养化。生物絮团技术(BFT)虽能通过微生物群落转化氮废物，但存在溶解氧(DO)不足、硝化效率低等问题。印尼布拉维贾亚大学的研究团队创新性地将纯纳米氧泡(PNOBs)技术与BFT结合，在《Chemosphere》发表的研究揭示了这种新型系统如何重塑氮循环动力学。

研究采用对比实验设计，设置BFT-PNOBs和传统BFT两组系统，持续监测56天。关键技术包括：1) 使用产氧量5L/min的医用级氧浓缩器生成93%纯度氧气；2) 通过纳米气泡发生器实现氧泡粒径控制；3) 动态监测NH₄
⁺
、NO₂
^-
、NO₃
^-
等氮形态；4) 采用碳氮平衡模型分析转化效率。

【Nano pure oxygen bubble system】
PNOBs系统使DO均值达7.72 mg/L，较BFT提升15.7%。氧浓缩器通过分子筛吸附氮气，产生93%纯度氧气，纳米气泡发生器将氧泡直径控制在200-300nm，显著延长水中停留时间。

【Dissolved oxygen (DO)】
BFT-PNOBs的DO稳定性显著优于BFT，波动幅度减少42%。第36天出现8.4 mg/L峰值，对应NH₄
⁺
转化率提升27%，证实氧浓度与硝化效率呈正相关。

【Kinetics on the biofloc system】
二级动力学模型显示，BFT-PNOBs中NH₄
⁺
→NO₂
^-
转化速率常数k₁
提高1.8倍。当DO>7 mg/L时，硝化菌群丰度增加35%，推动58.47%的氮转化为微生物蛋白或N₂
。

【Conclusion】
该研究证实PNOBs通过三重机制优化氮循环：1) 提升DO促进硝化；2) 稳定C/N比在13.99增强微生物同化；3) 加速NH₄
⁺
→N₂
路径。最终使罗非鱼增重18.8%，饲料系数降低0.21。这种技术突破为发展零换水养殖提供了可能，据测算可减少氮排放41.2%，具有显著的生态和经济价值。

讨论部分指出，PNOBs对微生物群落结构的调控仍需深入解析，特别是其对亚硝酸盐氧化菌(NOB)的选择性富集作用。未来研究可结合宏基因组技术，进一步阐明纳米氧泡与氮循环关键酶活性的分子互作机制。