在零水交换的罗非鱼（Oreochromis niloticus）养殖系统中，淡水贻贝（Sinanodonta woodiana）通过原位生物修复技术对生物絮体进行资源回收

《Aquacultural Engineering》：In-situ bioremediation and resource recovery of bioflocs by the freshwater mussel (Sinanodonta woodiana) in the zero-water-exchange tilapia (Oreochromis niloticus) culture systems

　　

肖静伦|徐圆圆|陈秀宝|徐慧敏|席晨|薛俊仁|邱丽萍|李丹丹|方龙翔|刘竹萍|高宇航|宋超|孟顺龙|范丽敏

中国南京农业大学无锡渔业学院，无锡214081

摘要

生物絮凝技术（BFT）能够改善低换水或零换水水产养殖中的氮素控制，但过量的悬浮固体仍然是一个关键的工程限制因素。本研究评估了淡水贻贝（Sinanodonta woodiana）作为糖蜜驱动的BFT系统中原位生物固体控制组分的潜力，该系统用于养殖吉非特罗非鱼（Oreochromis niloticus）。共有18个300升的水族箱被分为六组，进行为期54天的实验：不添加糖蜜的罗非鱼单养（C组）、糖蜜与罗非鱼的比例为15:1（ML组）和20:1（MH组）、不添加糖蜜的罗非鱼-贻贝共养（CS组），以及糖蜜与罗非鱼的比例为15:1（MLS组）和20:1（MHS组）的罗非鱼-贻贝共养（n = 3组）。添加糖蜜促进了生物絮凝体的积累并降低了无机氮浓度，但增加了浊度和可沉淀固体。与仅添加糖蜜的处理组相比，贻贝共养组可沉淀生物絮凝体的体积减少，且浊度和总磷含量也较低。在养殖的中后期阶段，组合处理组对总氨氮和亚硝酸盐的去除效果更为稳定。稳定同位素分析表明，营养物质可能在鱼类和贻贝之间重新分配，而不仅仅是生物絮凝体的直接吸收。各处理组之间的罗非鱼生长情况没有显著差异，而贻贝的软体重量从CS组的2.44%增加到了MHS组的6.20%。这些结果表明，S. woodiana能够减轻固体负荷，并将部分悬浮颗粒物质转化为可收获的生物量，支持其在淡水BFT系统中作为低能耗固体调节和资源回收组分的潜力。

引言

生物絮凝技术（BFT）通过外部碳的添加提高了C:N比，从而促进了异养微生物对无机氮的快速吸收，并将其转化为微生物蛋白质（Khanjani, 2025）。在这种机制下，BFT可以在低换水条件下改善水质并增加系统内的生物量生产（Saha et al., 2022, Khanjani et al., 2024）。多项研究证实，像罗非鱼这样的杂食性鱼类可以在BFT系统中摄取和利用生物絮凝体（Crab et al., 2012, Green et al., 2019）。

然而，固体管理仍然是BFT工程应用中的主要瓶颈之一。随着养殖时间的延长，总悬浮固体（TSS）和可沉淀固体持续增加（Li et al., 2025; Soaudy et al., 2023）。这可能会增加浊度和氧气需求，甚至导致养殖动物的鳃部损伤和压力。针对吉非特罗非鱼（Oreochromis niloticus）在BFT系统中的研究表明，在零换水条件下，高水平的可沉淀固体（例如≥74 mL/L）可能对生长和健康指标产生负面影响（Manduca, L.G. et al., 2020）。因此，通常需要通过沉淀、底部排水或泡沫分离来控制固体（Gaona et al., 2016, Liu et al., 2022）。然而，这些人工絮凝体控制方法不仅增加了设备和管理成本，还降低了资源利用效率，因为生物絮凝体会从系统中被去除。

在这种情况下，引入如S. woodiana这样的滤食性生物来从生物絮凝体中回收营养物质，符合IMTA（集成多营养级利用）的概念（Nederlof et al., 2022, Troell et al., 2009），是一种与BFT理念相契合的生态工程策略。滤食性生物如双壳类动物可以从水柱中去除细小颗粒、藻类和细菌，从而提高水的透明度并改变颗粒和营养物质的命运（Daviot et al., 2025）。同时，鱼-贻贝共养已经显示出改善营养利用和产品多样性的潜力，表明引入滤食性生物可以改变系统中的物质循环途径并增加产品价值（Tang et al., 2015）。

然而，关于贻贝在罗非鱼BFT系统中用于原位生物絮凝体利用的证据仍然有限。特别是缺乏将水质净化、固体周转和营养源重新分配整合到一个定量框架中的研究。因此，在本研究中，将S. woodiana引入糖蜜驱动的罗非鱼BFT系统中，以评估其作为原位生物固体控制组分的潜力。测量了水质、可沉淀生物絮凝体体积、微生物碳源利用、稳定同位素特征和生长反应，以评估系统层面的变化。本研究的目的不是量化完整的生物絮凝体质量流动、贻贝过滤速率、生物沉积或完整的N/P预算；而是提供了水族箱规模的证据，证明S. woodiana在减少悬浮固体和将部分颗粒物质转化为可收获生物量方面的潜在作用。

章节摘录

实验准备

实验在中国渔业科学院淡水渔业研究中心进行。共使用了18个矩形玻璃水族箱（尺寸为1.0 m × 0.6 m × 0.5 m），每个水族箱的体积为300 L。实验前，所有水族箱都进行了清洁和消毒，然后注入约240 L的自来水，并使用高功率空气泵连续通气10天。

选择了同一批次、大小相似（92.23 ± 5.19 g）的吉非特罗非鱼（Oreochromis niloticus）进行实验

图1显示，添加糖蜜明显改变了水生微生物对不同碳源的利用模式。贝叶斯模型表明，糖蜜显著增加了氨基酸底物的利用（PD = 99.0%，P < 0.05），也对酯类底物的利用有积极影响（PD = 94.3%）。相比之下，碳水化合物底物的利用则明显下降（PD = 92.3%）。其他底物组的利用情况也有类似的变化趋势

糖蜜改变了微生物的代谢功能并增强了生物絮凝体的形成潜力

糖蜜诱导的生物絮凝体形成是BFT系统中的基本过程，在先前的研究中已有充分记录。在这些系统中，添加易利用的有机碳可以提高C:N比，促进异养微生物对溶解无机氮的吸收，并将其转化为微生物生物量和颗粒生物絮凝体（Khanjani et al., 2025, Mahmoudi et al., 2025, Khanjani et al., 2024）。因此，本研究的目的不是重新验证这一机制，而是验证其是否

结论

本研究表明，S. woodiana作为糖蜜驱动的罗非鱼BFT系统中的生物固体控制组分具有潜力。添加糖蜜促进了生物絮凝体的形成并提高了无机氮的去除效率，但也增加了浊度和可沉淀固体。引入S. woodiana后，生物絮凝体的积累减少，浊度和总磷含量降低，表明可能存在一种通过滤食性生物调节悬浮颗粒物质的途径。

所有涉及吉非特罗非鱼（Oreochromis niloticus）和淡水贻贝（Sinanodonta woodiana）的实验程序均遵循中国渔业科学院淡水渔业研究中心的动物福利和实验指南。实验前对鱼类和贻贝进行了适应训练，并在整个养殖和采样过程中小心处理以减少压力。组织样本在麻醉后于冰水中收集

(Dilmi et al., 2021, GB 7493-1987, GB/T 11893-1989, HJ 535-2009, HJ 636-2012, HJ/T 346-2007, Li et al., 2025)

李丹丹：负责监督和软件工作。方龙翔：负责软件和资源管理。孟顺龙：负责方法学、数据分析及概念化。徐圆圆：负责监督和软件工作。范丽敏：负责写作、审稿与编辑、方法学、数据分析及概念化。陈秀宝：负责资源管理和项目协调。高宇航：负责数据可视化、软件应用和调查。宋超：负责项目协调和概念化。肖静伦：负责初稿撰写、软件应用、数据分析及数据整理。

本研究得到了江西省重点研发计划（20261BCF320022）、农业农村部与中国农业科学院联合支持的农业研究系统（CARS-46），以及中央公益性科研机构基础研究基金——长江渔业生态环境监测与修复创新团队项目（2023TD18）的资助。