"基于下流式悬挂海绵-上流式污泥床系统的尼罗罗非鱼-羽衣甘蓝鱼菜共生系统性能评估及氮循环优化研究"

为解决鱼菜共生系统中硝酸盐积累导致的水质恶化问题，研究人员创新性地将下流式悬挂海绵(DHS)反应器与上流式污泥床(USB)反应器耦合，构建了DHS-USB鱼菜共生系统。该系统实现了80.8%±20.5%的硝酸盐去除率，尼罗罗非鱼特定生长率达6.11%/天，羽衣甘蓝氮利用效率达88.3%，为可持续农业提供了高效水处理方案。

　　

在全球水资源短缺和可持续农业需求迫切的背景下，鱼菜共生系统因其水循环利用和养分回收优势备受关注。然而，这类系统长期面临硝酸盐积累的难题——高浓度硝酸盐会损害鱼类健康，导致鳃部和脑组织病变，而低浓度又难以满足果蔬生长需求。传统生物滤器虽能处理氨氮，但对硝酸盐的调控效率有限，这使得鱼菜共生系统的生产效能和可持续性大打折扣。

为破解这一困局，日本长冈技术科学大学的Limin Teng团队在《Water Science and Engineering》发表创新研究。他们巧妙地将两种先进生物反应器结合：下流式悬挂海绵(DHS)反应器负责高效硝化，上流式污泥床(USB)反应器专攻反硝化，构建出DHS-USB耦合系统。该系统以尼罗罗非鱼(Oreochromis niloticus)和羽衣甘蓝(Brassica oleracea)为模型生物，通过微生物群落调控实现了氮循环的精准管理。

研究采用的关键技术包括：1）DHS-USB系统构建（含40L水产养殖槽、30L水培槽和生物反应器）；2）水质参数监测（pH、溶解氧DO、氨氮NH₄⁺-N等）；3）16S rRNA基因测序分析微生物群落；4）生长性能评估（鱼类特定生长率SGR、饲料转化率FCR及蔬菜形态指标）。

水质调控表现惊艳

系统在50天运行中展现出卓越的稳定性：DHS反应器仅需9分钟水力停留时间(HRT)即可将氨氮控制在0.5±0.6 mg/L；USB反应器硝酸盐去除率高达80.8%±20.5%，出水浓度仅0.5±1.0 mg/L。特别值得注意的是，系统无需添加碱性药剂即可维持pH 8.1±0.3，这得益于USB反应器中乙酸钠提供的碳源在反硝化过程中同步调节了酸碱平衡。

生物生长指标亮眼

尼罗罗非鱼在第16-30天展现出6.11%/天的爆发式生长，饲料转化率优化至1.31 g/g。羽衣甘蓝在45天时茎长达到4.1±1.2 cm，根系发达（12.2±6.0 cm），单株叶片数6.3±2.0片。氮平衡分析揭示系统整体氮利用效率(NUE)达88.3%，远超传统系统（番茄41.3%，辣椒83.5%）。

微生物群落揭秘

通过高通量测序发现：DHS反应器中硝化菌群动态演变显著，第30天时硝化螺旋菌(Nitrospira)占比0.92%，亚硝化单胞菌(Nitrosomonas)占0.26%；USB反应器内反硝化菌群以红环菌科(Rhodocyclaceae)为主（32.9%），其中Azospira属丰度达10.0%。特别有趣的是，在好氧的DHS反应器中仍检测到假单胞菌(Pseudomonas)和盐单胞菌(Halomonas)等兼性厌氧反硝化菌，暗示了同步硝化反硝化的潜在机制。

这项研究为鱼菜共生系统提供了革命性的解决方案：DHS-USB组合不仅解决了硝酸盐积累的行业痛点，更通过微生物群落调控实现了88.3%的氮利用效率。其创新价值体现在三方面：1）工艺设计上首次将DHS的高效氧传递与USB的污泥保留特性结合；2）证实1%海绵体积比是最佳生物载体配比；3）揭示了水产-植物-微生物三方互作的分子机制。未来通过扩大系统规模、延长观测周期，该技术有望在都市农业和循环经济领域发挥更大价值。