综述：从危机到机遇：扩大生物絮团技术在南亚和东南亚的应用，保障后疫情时代的食品与营养安全

《Water Security》：From crisis to opportunity: Expanding biofloc technology for post-pandemic food and nutritional security in South and Southeast Asia

　　

摘要
生物絮团技术 (BFT) 是一项新兴创新技术，它利用水体系统中的悬浮微生物聚集体来促进水产养殖、废水管理和可持续食品生产。该技术最大限度地减少换水，提高饲料利用率，降低生产成本，改善水质，并增强生物安全性，同时支持循环资源利用和环境韧性。在东南亚，水产养殖是食品和营养安全的基石，BFT 已变得越来越重要，特别是在缓解诸如 COVID-19 疫情等外部冲击方面。本综述旨在探讨 BFT 在东南亚的采用和应用情况，特别关注印度的发展潜力，并评估其与可再生能源、水培技术和气候智慧型农业实践相结合，以实现可持续集约化。本研究综合了微生物生物技术、数字监控工具和集成多营养层次实践的最新进展，考察了这些进展如何将 BFT 的应用范围从水产养殖扩展到生物废物增值、营养回收和功能性饲料生产。BFT 显示出巨大的潜力，可提高资源有限地区的水产养殖效率，减少生态足迹，并提高出口竞争力。鉴于淡水渔业已贡献了东南亚近三分之一的水产养殖产量，扩大 BFT 的应用在应对不断增长的全球粮食需求方面具有巨大前景。通过将微生物创新与粮食安全和管理废物框架相结合，BFT 成为了一种变革性解决方案，用于构建具有韧性、可持续且经济可行的水产食品系统，使其对于确保南亚、东南亚及更广泛地区的水产养殖未来具有高度相关性。

引言
全球食品系统正面临着人口增长、气候变化、淡水短缺、环境退化以及 COVID-19 疫情持续引发的社会经济动荡所带来的日益增加的压力。随着世界人口在 2050 年将接近 100 亿，对营养密集型食品的需求将成比例上升，生产系统必须同时具备可持续性和稳健性。水产食品已占世界人均动物蛋白摄入量的约五分之一，并且继续是必需氨基酸、omega-3 脂肪酸、维生素和矿物质的重要来源，特别是在中低收入国家。因此，可持续水产养殖如今已成为全球粮食安全、营养、农村生计和气候韧性政策的核心 [1]。

亚洲负责全球超过 90% 的养殖水产食品，而东南亚是增长最快的水产养殖地区之一，这得益于当地需求的增长、出口导向和良好的气候条件。罗非鱼、鲶鱼、鲤鱼、巴沙鱼和淡水虾的淡水养殖提供了区域食品和营养安全，但快速的集约化导致了用水量增加、富含营养的废水排放、疾病爆发、饲料依赖和生产成本上升，这威胁到了该行业的长期可持续性 [[2], [3]]。根据东南亚渔业发展研究中心 (SEAFDEC) 的数据，该地区占全球渔业产量的五分之一，其中水产养殖占 54.2% [4]。因此，它在满足未来水产食品需求方面发挥着关键作用。该行业由数百万中小规模养殖户主导，因此极易受到供应链、劳动力、饲料和种苗分发以及市场准入中断的影响。这些脆弱性在 COVID-19 疫情中暴露无遗，疫情扰乱了该地区的国内营销、国际贸易和出口导向的海产品价值链 [5]。这些限制共同造成了一种对生产系统的迫切需求，即这种系统对外部投入的依赖性较小，并且对社会经济冲击具有更强的韧性。

识别出的解决此问题最有希望的方案之一是生物絮团技术 (BFT)。BFT 最大限度地减少换水并增加原位营养回收，将溶解性氮废物转化为微生物生物量，提高饲料转化率，增强生物安全性，并大幅减少环境排放 [[2], [6], [7]]。常驻微生物群持续吸收氨和其他溶解性氮，从而保护水质。产生的微生物蛋白是配方饲料的额外营养来源，从而降低了饲料成本。常驻微生物群对机会性病原体的竞争排斥减少了对抗生素的需求，并提高了整个系统的生物安全性 [[8], [9], [10], [11], [12], [13], [14], [15]]。这些特性使 BFT 特别适合那些面临缺水、土地限制和环境恶化的高人口密度地区。

成员国在采用路径上的多样性，从马来西亚、泰国和越南的工业化、技术密集型虾类养殖，到菲律宾和其他发展中国家快速扩张的小农户和社区主导系统，使得东南亚成为评估 BFT 的天然实验室。印度虽然位于南亚，但由于在“蓝色革命”框架下通过总理渔业资源计划 (PMMSY) 推动的政策驱动型 BFT 快速扩张，提供了一个重要的比较案例，该计划明确鼓励生物絮团系统以提高产量、水资源利用效率和农村收入。综合来看，南亚和东南亚的经验提供了一个有用的平台，用于比较技术创新、政策设计和采用方法，得出可转移至其他资源受限国家的经验教训。

BFT 与精准水产养殖、人工智能、基于传感器的监控、自动曝气、实时水质评估和预测模型的结合放大了其重要性，允许持续监测微生物和环境动态，并进行适应性管理以降低生产风险和提高资源利用效率 [[16], [17]]。

该技术的重要性远远超出了生产力的提升，与几项可持续发展目标密切相关：SDG 2（零饥饿），通过增强食品和营养安全；SDG 6（清洁饮水和卫生设施），通过高效用水生产和减少水污染；SDG 12（负责任的消费和生产），通过营养回收和废物最小化；SDG 13（气候行动），通过低碳足迹、气候韧性食品生产；以及 SDG 14（水下生物），通过保护水生生态系统免受富营养化和营养物富集。因此，BFT 展示了微生物生物技术在一个生产系统中同时增强食品生产、环境可持续性和水安全的潜力。在印度背景下，这种相关性与“发达印度 2047" (Viksit Bharat 2047) 的愿景一致，该愿景将水安全、可持续基础设施、技术创新和气候韧性资源管理作为实现发达国家地位的支柱。近期的政策分析表明，改善水治理和资源利用效率在此进程中至关重要 (www.orf.org [18]; PIB, 2026 [19]; The Hindu, 2026 [20])。随着水产养殖在印度和东南亚持续增长，淡水保护、提高营养利用效率、减少污染和增强农村生计的技术将成为国家粮食安全和可持续发展议程中越来越不可或缺的部分，使 BFT 成为一项完全符合这些优先事项的技术干预措施。

BFT 的微生物生态学、营养、生产性能和工程设计已被彻底综述，但 BFT 在东南亚后疫情时期的食品和营养安全、水安全、社会经济韧性及可持续发展中的作用受到的关注相对较少。近年来在微生物组工程、循环生物经济、数字水产养殖和精准管理方面的快速进展尚未转化为一个连贯的框架。本综述旨在通过翻译最近的科学进展为研究人员、政策制定者、行业利益相关者和发展机构提供可操作的指导，从而弥合这一差距。BFT 研究始于 21 世纪初，但 COVID-19 疫情是一个改变游戏规则的因素；供应链、劳动力、运输和海产品市场的中断导致全球对稳健、资源高效生产系统的兴趣。因此，本综述采取后疫情视角，主要关注 2020-2026 年期间描述的科学、技术和政策发展，但也选择性地使用 2020 年之前的文献来阐明 BFT 的概念和工程基础，并提供对该技术通过近期进展在传统集约化水产养殖之外扩展的视角。

基于这些多学科方面，当前综述旨在 (i) 评估 BFT 对南亚和东南亚食品及营养安全的贡献；(ii) 检查其在水高效水产养殖系统内的环境、经济和贸易效益；(iii) 批判性地评估其更广泛采用的科学、技术和政策障碍；(iv) 比较南亚各国 BFT 的状况与印度的州际比较视角；以及 (v) 确定新兴研究优先事项。它将最近的科学发展与区域发展优先事项结合起来，协助为水安全、气候韧性和环境可持续的水产养殖提供基于证据的决策。

章节片段
材料与方法
本综述通过系统综合同行评审的科学文献、机构报告、政策文件和特定行业出版物，评估了 BFT 在东南亚和印度的粮食安全、经济发展和可持续水产养殖中的作用 (图 1)。

文献收集与选择：使用包括 Scopus、PubMed、Google Scholar 和 ScienceDirect 在内的数据库进行了全面的文献检索，涵盖来自...的出版物。

生物絮团框架
基于废物处理机制，区分了两种主要的 BFT 框架：(i) 原位生物絮团系统和 (ii) 异位生物絮团系统。在原位框架中，生物絮团直接在养殖池内与养殖生物体一起发育，允许持续的营养回收和微生物聚集体的直接消耗。相比之下，异位系统将养殖水分流至悬浮生长生物反应器，如序批式反应器 (SBR) 或膜生物反应器。

为什么是生物絮团？
通过重用蛋白质，生物絮团框架克服了与高物种负荷密度和低过滤极限相关的问题，如水质下降和疾病爆发风险增加。在传统框架中，只有约 25% 的饲料蛋白质含量被养殖物种利用。通过将铵转化为滤食性动物可消耗的微生物蛋白质，生物絮团框架可以使这一数字增加 2 倍，为水产养殖户节省大量投资。

生物絮团技术的经济表现与成本效益视角
BFT 的经济可行性一直是其在全球实施的主要动力，特别是在水产养殖受到饲料价格上涨、淡水可用性、环境法规和土地使用限制挑战的地方。与传统水产养殖不同，传统水产养殖的利润依赖于连续换水和大量的外部饲料投入，BFT 是一个循环生产系统，回收原位营养物，提高饲料利用效率，并在水...的同时减少需求。

南亚和东南亚 BFT 采用情况的比较分析
BFT 在南亚和东南亚的传播显示出多种区域路径，这反映了社会经济目标、政策干预、技术能力和投资水平的差异，而不是技术传播的简单模式。可以大致识别出三种相互关联的采用模式：政策驱动的扩张、工业生物安全商业化和基层生计驱动的采用。这些模式在实施规模上有所不同，但在印度也是如此：一种政策驱动和区域多元化的生物絮团技术采用模式
印度见证了南亚最全面政策领导的 BFT 扩张，生物絮团技术通过政府倡议从一种实验性水产养殖技术转变为快速发展的商业生产系统。虽然该地区大多数国家要么见证了工业商业化，要么见证了来自基层的农民主导扩散，但印度的 BFT 采用遵循了一条独特的发展路径，具有强有力的政府支持、机构能力建设...

讨论
本综述工作表明，BFT 已从一种替代性集约化水产养殖实践演变为一个综合生产系统，能够同时提高资源利用效率、环境可持续性、生物安全性和农场盈利能力。近期的全球综述也得出了类似的结论，确定 BFT 是通过微生物营养回收、减少换水和增强...实现可持续水产养殖最有前景的创新之一。

局限性与未来方向
本综述主要基于来自东南亚和印度的 BFT 证据，这可能限制了研究结果在其他气候、社会经济和监管情况多样的地区的普遍性。除了 BFT 的技术、环境和经济优势外，报告还确定了一些需要进一步研究的主要困难。其中包括系统生产力的季节性变化、气候敏感性、物种特异性反应以及对专家...的需求。

结论
生物絮团技术已被认为是东南亚和印度最有前景的可持续水产养殖系统之一，具有提高生产效率、减少环境影响和增加经济回报的特点。BFT 减少了许多与传统水产养殖相关的问题，包括高效的营养回收、较少的换水、改善的饲料利用和改善的生物安全性，同时支持粮食安全、环境可持续性和...的发展。

CRediT 作者贡献声明
Sourav Kundu：写作 – 审阅与编辑，写作 – 原创草稿，可视化，验证，软件，资源，方法论，调查，形式分析，数据管理，概念化。Ayan Biswas：写作 – 原创草稿，可视化，验证，软件，资源，方法论，形式分析，数据管理。Arka Mondal：写作 – 审阅与编辑，可视化，验证，方法论，形式分析，数据管理。

Subhadeep Das Gupta：写作 – 审阅与编辑，写作 –
利益冲突声明
作者声明，他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系，这些因素可能被认为会影响本论文中报告的工作。
致谢
作者谨向印度政府水资源部旗下的国家恒河清洁任务（NMCG）提供进行研究所需的资金表示衷心感谢。作者感谢 Basab Kumar Sardar 先生在稿件修订过程中提供的技术支持。
Sourav Kundu | Ayan Biswas | Arka Mondal | Subhadeep Das Gupta | Basanta Kumar Das
印度农业研究委员会中央内陆渔业研究所，西孟加拉邦加尔各答巴拉克波尔，邮编 700120，印度