综述：养殖规模模型中鱼类水产养殖的自然食物网

这篇综述系统回顾了1984-2024年间29个养殖规模模型（FSM），聚焦微生物食物网与养分动态的相互作用机制。文章阐明了浮游植物（Phytoplankton）、浮游动物（Zooplankton）和细菌在氮（N）、磷（P）、碳（C）循环中的关键作用，提出了通过调整饲料碳氮比（C:N）优化生物絮团（Biofloc）系统的承载力，为可持续水产管理提供了理论框架。

　　

自然食物网在鱼类养殖模型中的作用

养分输入途径

养殖系统中的养分主要来自饲料和肥料（占输入总量的99%），其中仅20%的碳（C）、45%的氮（N）和60%的磷（P）被鱼类保留。进水、气体交换（如N₂固定）和落叶等次要来源常被忽略，但CO₂输入可贡献19%的碳源。饲料残留物形成颗粒有机物（POM），而代谢废物则以溶解态养分进入水体。

食物网动态建模

浮游植物生长遵循米氏方程（Michaelis-Menten kinetics），最大生长率1-20天^-1，受氮（K_N=0.005-5 mg/L）和磷（K_P=0.00001-6 mg/L）限制。浮游动物通过摄食浮游植物和碎屑生长，同化效率30%-80%。细菌分为异养型（分解POM）和自养型（氧化NH₄⁺），其生长与底物浓度呈正相关。

环境限制因子

温度对微生物活动的调控呈钟形曲线，最适温度20-24°C；光照通过兰伯特-比尔定律计算，光饱和点影响浮游植物光合效率；溶解氧（DO）低于2 mg/L时显著抑制分解过程。

食物网与养分关联

浮游植物固定铵（NH₄⁺）和硝酸盐（NO₃^-），而细菌主导有机物矿化。当碳氮比（C:N）<12时，系统陷入碳限制，降低细菌对溶解有机碳（DOC）的摄取能力。

应用案例

在生物絮团系统中，125%的放养密度会导致异养细菌枯竭，使POM积累至383 mg/L。通过调整饲料C:N比至20，可缓解碳限制，提升系统承载力。

未来方向

当前模型多采用静态化学计量比（如Redfield比率106:16:1），未来需纳入动态元素比。建议结合近红外光谱快速测定饲料组分，通过公式C（%）=0.47×蛋白质+0.77×脂质+0.40×碳水化合物推算元素含量。

模型复杂度权衡

参数25-100的中等复杂度模型能平衡精度与实用性。细菌动态的引入可能改善预测误差，但需通过交叉验证确定最优参数规模。

该研究为优化水产系统提供了微生物-养分互作的理论基础，尤其强调了碳氮平衡在可持续养殖中的核心地位。