循环水养殖系统中不同培养基质对Babylonia areolata水环境影响及生长性能的研究

为解决循环水养殖系统(RAS)中营养盐利用效率低和CO2排放问题，研究人员开展Chlorella vulgaris在RAS水体和生物源CO2条件下的培养实验。结果表明，C. vulgaris在18-19°C低温下仍保持高生长速率(μmax达0.95)，可去除98-100%磷酸盐和82-99%硝酸盐，硫限制条件下脂质含量提升至18% DW。该研究为RAS系统整合微藻培养提供了关键技术支撑。

　　

随着全球水产养殖业的快速发展，循环水养殖系统(RAS)因其节水和环境友好特性成为重要发展方向。然而RAS运行中产生的大量营养盐废水和CO₂排放问题亟待解决，传统处理方法成本高昂且资源利用率低。微藻培养技术因其卓越的营养盐捕获能力和CO₂固定效率，被视为实现RAS系统循环经济的潜在解决方案。但现有研究多关注高温条件下微藻培养，对低温RAS系统的适配性研究存在明显空白。

芬兰自然资源研究所(Natural Resources Institute Finland)的研究团队针对这一技术瓶颈，在《Aquacultural Engineering》发表了创新性研究成果。该研究系统评估了Chlorella vulgaris在低温RAS环境中的生长特性和生物质价值，通过四组对照实验揭示了培养基质、CO₂浓度和光照强度的协同作用机制。

研究采用倒置漏斗式光生物反应器培养系统，结合荧光法监测细胞密度，运用气相色谱-质谱联用技术(GC-MS)分析脂肪酸组成。实验设计包含：比较RAS水体与标准培养基(MWC)的差异；考察不同CO₂浓度(400ppm vs 600-1100ppm)的影响；探究光强(40-50 vs 90μmol m^-2 s^-1)的作用；以及通过调节N:P比和硫限制诱导脂质积累。

材料与方法

研究使用CCAP 211/11B株系C. vulgaris，在1.5L倒置瓶式光生物反应器中培养。RAS水体经27μm筛网预处理，CO₂来源于虹鳟养殖系统废气(600-1100ppm)。采用荧光法换算细胞密度，通过GC-MS分析脂肪酸甲基酯，并测定稳定碳同位素比值(δ¹³C)追踪碳源利用。

结果

3.1 生长性能

C. vulgaris在18-19°C低温下仍实现0.95的最高比生长速率，细胞密度达100×10⁶ cells mL^-1。高光强(90μmol m^-2 s^-1)使生物量提升至800mg L^-1，RAS废气利用使δ¹³C值降低12‰。

3.2 营养盐去除

磷酸盐去除率接近100%，硝酸盐去除率82-99%。高光强与RAS废气协同使总氮去除率提升至95%，显著优于对照组。

3.3 生物质特性

硫限制使脂质含量提升至18% DW，但N:P比调节未达预期效果。脂肪酸组成显示，高光强使单不饱和脂肪酸18:1ω9占比提高，多不饱和脂肪酸降低。

讨论与结论

该研究首次证实C. vulgaris在低温RAS系统中可实现高效营养盐回收与生物质生产的双重目标。创新性地发现：1) RAS废气虽仅含0.1% CO₂，但足以支撑微藻碳需求；2) 硫限制策略比传统氮限制更适用于RAS水体；3) 脂肪酸组成可通过光强调控定向优化。

研究成果为发展"鱼-藻共生"系统提供了关键技术参数：最佳光强90μmol m^-2 s^-1，硫限制诱导脂质积累，以及RAS废气的最佳利用方式。尽管碳供应仍是规模化的限制因素，但该研究为RAS系统的环境足迹降低和附加值提升开辟了新途径，对推动水产养殖业可持续发展具有重要意义。