水質(zhì)的氮循環(huán)

徐先生

水質(zhì)的氮循環(huán)

在養(yǎng)殖水體中，有機(jī)污染物包括氮、碳、磷、硫4種主要物質(zhì)，而后3者形成的產(chǎn)物在氧氣充足的條件下對魚類的影響程度不是很大，當(dāng)?shù)�以分子氨態(tài)或亞硝酸鹽氮態(tài)存在時(shí)，卻會(huì)對水生動(dòng)物產(chǎn)生很強(qiáng)的神經(jīng)性毒害。當(dāng)前以強(qiáng)飼為特征的集約養(yǎng)殖方式加大了水體有機(jī)氮物質(zhì)分解轉(zhuǎn)化的負(fù)荷，微生物分解環(huán)節(jié)嚴(yán)重受阻，從而成為水體系統(tǒng)循環(huán)過程的制約瓶頸與頑結(jié)，造成水體富營養(yǎng)化甚至污染，引發(fā)出諸多病害、藥殘、食品隱患等問題。水體系統(tǒng)的氨氮循環(huán)及污染治理已成為世界性關(guān)注的環(huán)境問題和研究熱點(diǎn)。
1 養(yǎng)殖水體內(nèi)氨氮循環(huán)與脫氮過程
1.1 水體氮素的來源構(gòu)成
    集約養(yǎng)殖水體氮素的來源主體為餌料殘剩物和糞便排泄物的分解，其次為老化池塘底泥沉積物氨化分解，再次為施肥積累。養(yǎng)殖生產(chǎn)包括自然再生產(chǎn)過程與經(jīng)濟(jì)再生產(chǎn)過程，然而傳統(tǒng)的養(yǎng)殖方式片面追求產(chǎn)量經(jīng)濟(jì)效益，強(qiáng)化水體系統(tǒng)外的能量物質(zhì)的投入。過量的投餌，形成大量有機(jī)代謝廢物的沉積，致使水體系統(tǒng)的分解環(huán)節(jié)受抑制，造成硝化反應(yīng)難以通暢完全進(jìn)行，自凈能力減弱，產(chǎn)生多種有機(jī)酸及氨氮、亞硝酸鹽、硫化氫、甲烷等中間有毒有害產(chǎn)物同時(shí)，這些中間有毒產(chǎn)物也可再由含氮化合物通過反硝化細(xì)菌還原而返復(fù)積累。
自然狀態(tài)下水體氮素的來源：①一些固氮藻類及固氮細(xì)菌能把大氣層中的氮?dú)廪D(zhuǎn)變?yōu)橛行У�；②魚類等水生動(dòng)物的最終代謝產(chǎn)物主要為氨態(tài)氮（NH3），其次為尿素和尿酸；③藻類細(xì)胞自溶與有機(jī)碎屑沉積物的礦化作用，使以顆粒狀結(jié)合著的有機(jī)氮以NH3－N的形式釋放到水體中；④地面涇流及域外污水串用帶來的氮的污染問題也愈加突出，等等。對自然狀態(tài)的氮素來源構(gòu)成及轉(zhuǎn)化過程應(yīng)清楚把握和準(zhǔn)確運(yùn)用，才能不悖其水體物質(zhì)轉(zhuǎn)化循環(huán)規(guī)律，達(dá)到健康高效生態(tài)養(yǎng)殖的目的。
1.2 養(yǎng)殖水體生態(tài)系統(tǒng)的生物組成
    消費(fèi)者、分解者、生產(chǎn)者是養(yǎng)殖水體生態(tài)系統(tǒng)的生物組成部分。其特點(diǎn)是：①消費(fèi)者：魚蝦類養(yǎng)殖動(dòng)物為整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的核心，數(shù)量多、投餌量大，產(chǎn)生大量的排泄物和殘餌；②分解者：微生物的數(shù)量與種類較少，大量的有機(jī)物無法及時(shí)分解，經(jīng)常處于超負(fù)荷狀態(tài)，水質(zhì)惡化；③生產(chǎn)者：藻類數(shù)量少，無法充分利用有機(jī)物降解產(chǎn)生的營養(yǎng)鹽類，導(dǎo)致NH3-N和-N等有害物質(zhì)積累以至污染。因此，這種片面強(qiáng)調(diào)消費(fèi)者，而忽視分解者和生產(chǎn)者的生態(tài)系統(tǒng)是極為不平衡的，常使其循環(huán)過程存在兩處“瓶頸”梗阻。
1.3 水體物質(zhì)循環(huán)的中間部位
    即有機(jī)物的生物分解轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié),水中有機(jī)物在異養(yǎng)微生物的作用下，第一階段是碳氧化階段，初步被分解出的產(chǎn)物是二氧化碳（CO2）和氨態(tài)氮，氮物質(zhì)大部分以NH4+·NH3的形式釋放出來。在自然條件下（溫度為20℃），一般有機(jī)物第一階段的氧化分解可在20d內(nèi)完成。第二階段是氨物質(zhì)的硝化過程，在亞硝化細(xì)菌的作用下氨（NH4+·NH3）被氧化成亞硝態(tài)氮（NO3--N）；在硝化細(xì)菌的作用下再進(jìn)一步被氧化成植物生長所需要的硝態(tài)氮（NO3--N）。在20℃自然條件下，第二階段的氧化分解需百日才能最終完成。當(dāng)水體缺氧時(shí)，另有一類反硝化細(xì)菌可以把硝酸鹽（NO3-）還原為亞硝酸鹽（NO3-），再還原為氨氮或游離氨或氮?dú)�，失去營養(yǎng)作用，成為植物不能直接利用的氮。這種游離氨或氮?dú)庥伤�體界面逸入空氣的過程稱為脫氮效應(yīng)。在交換性較差的水體中，硝酸鹽被還原的趨勢增大，NH3－N濃度積累再度升高。在養(yǎng)殖環(huán)境中畢竟水體溶氧還達(dá)不到被完全消耗的狀態(tài)，僅在底泥過厚的無氧狀態(tài)時(shí)部分被反硝化出的氮?dú)馊苋胨�體，于是此過程的脫氮逸氮能力是有限的，水體與底泥氨氮的總量常會(huì)居高不下。
1.4 轉(zhuǎn)化的過程
    從含氮有機(jī)物到氨氮所用的時(shí)間較短，從氨態(tài)氮到亞硝酸鹽時(shí)間也不算長，由于硝化細(xì)菌繁殖速度較慢，從亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化到硝酸鹽需要時(shí)間就相對長一些。轉(zhuǎn)化過程的快慢和自凈平衡的能力取決于水體溫度、溶氧和有益菌群數(shù)量的三大因素。在養(yǎng)殖生產(chǎn)中，如果系統(tǒng)達(dá)到一定的自凈平衡狀態(tài)，水體氮循環(huán)會(huì)比較正常，三態(tài)氮會(huì)一直維持在穩(wěn)定狀態(tài)。但傳統(tǒng)的養(yǎng)殖方式，忽視分解者和生產(chǎn)者的地位與作用，加速了水體環(huán)境惡化頻度而傳統(tǒng)的病害防治意識(shí)，又片面定勢微生物的致病作用，定期或反復(fù)濫用殺菌消毒劑及抗菌素，在把病菌撲滅的同時(shí)，也把系統(tǒng)中為數(shù)眾多的有益菌類（系統(tǒng)正常狀態(tài)時(shí)，有益菌群占95%以上，條件致病菌占4%,而有害菌不到1%）統(tǒng)統(tǒng)殺滅,浮游植物也遭受到殃及或同被撲滅，光合作用再度減弱，產(chǎn)氧與供氧機(jī)能更為不足，進(jìn)而又會(huì)造成浮游動(dòng)物大量死亡分解與氨氮物質(zhì)的重復(fù)積累，勢必造成硝化過程受阻，這就是水中氨氮和亞硝酸鹽含量高的主要原因。然而，部分有害致病微生物往往是抗性極強(qiáng)，不易撲滅，反而又容易復(fù)發(fā)侵襲致病，造成養(yǎng)殖水體環(huán)境惡性的循環(huán)狀態(tài)。
2 氨氮在水中的存在形式與毒性
    氮在自然界存在的形式有9種之多，在水體中變化較大，一般在pH值7～8的常溫狀態(tài)時(shí)，有機(jī)氮物質(zhì)約占60%，氨態(tài)氮可占35%，其它以硝態(tài)氮的形式存在。但在高溫季節(jié)有機(jī)腐敗物質(zhì)積蓄較多的養(yǎng)殖水體中，氨態(tài)氮等有害物質(zhì)的含量與作用就會(huì)相應(yīng)增加。
2.1 分子氨及其毒性
    氨氮（NH3－N）是水體中無機(jī)氮的主要存在形式，通常氨主要以NH4+離子狀態(tài)存在，并包括未電離的氨水合物（NH3·H2O）。用一般的化學(xué)分析方法（奈氏試劑法）測定的氨的含量，實(shí)際上是離子氨（NH4+、也稱銨離子）和分子氨（NH3、也稱非離子氨）二者的總和。其二者的含量主要取決于水的pH值和水溫程度。pH值增加，分子氨（NH3）的比率增大，隨水溫的升高也稍有增加。pH值接近10時(shí)幾乎都以分子氨（NH3）的形式存在。
分子氨（NH3）與離子氨（NH4+）在水中可以相互轉(zhuǎn)化，但它們是性質(zhì)不同的兩類物質(zhì)。水合氨（NH3·H2O）能通過生物表面滲入體內(nèi)，滲入的數(shù)量決定于水與生物體液pH值的差異。任何一邊液體的pH值發(fā)生變化時(shí)，生物表面兩邊的未電離NH3的濃度就會(huì)發(fā)生變化。NH3總是從pH值高的一邊滲入到pH值低的一邊。如NH3從組織液中排出這是正常的生理排泄現(xiàn)象；相反，若魚類等生物長期生活在含NH3量較高的水體中，不利于體內(nèi)氮廢物的排泄，再若NH3從水體滲入組織液內(nèi)，就會(huì)形成血氨中毒。NH4+不能滲過生物表面，因此它對生物無明顯的毒害。關(guān)于氨的毒性，以前常以總氨（NH3+NH4+）的濃度表示，然而在pH值等水質(zhì)條件不同時(shí)，即使總氨量一樣，毒性也可能相差很大，而用分子氨濃度表示毒性，就更為確切。養(yǎng)殖水域中離子氨允許的最高濃度為每升5mg氮，而分子氨在每升0.2～1mg氮濃度時(shí),就對大多魚類產(chǎn)生危害,為此, 養(yǎng)殖水域中分子氨濃度允許的最高值僅為每升0.1mg氮。滲進(jìn)生物體內(nèi)的分子氨（NH3），將血液中血紅蛋白分子的Fe2+氧化成為Fe3+,降低血液的載氧能力，使呼吸機(jī)能下降。氨主要是侵襲粘膜，特別是魚鰓表皮和腸粘膜，其次是神經(jīng)系統(tǒng)，使魚類等水生動(dòng)物的肝腎系統(tǒng)遭受破壞；引起體表及內(nèi)臟充血，嚴(yán)重的發(fā)生肝昏迷以致死亡。即使是低濃度的氨，長期接觸也會(huì)損害鰓組織，出現(xiàn)鰓小片彎曲、粘連或融合現(xiàn)象。
2.2 亞硝酸鹽及其毒性
    亞硝酸鹽是硝化反應(yīng)不能完全進(jìn)行的中間產(chǎn)物，此時(shí)，水體溶氧缺乏，水性偏酸，加重了亞硝酸鹽的毒性。此外在秋冬季節(jié)，池塘水溫的突然變化，也會(huì)阻礙硝化細(xì)菌的作用，使亞硝酸鹽的濃度增高。亞硝酸鹽的作用機(jī)理主要是通過生物的呼吸，由鰓絲進(jìn)入血液，與血紅蛋白結(jié)合形成高鐵血紅蛋白。血紅蛋白的主要功能是運(yùn)輸氧氣，而高鐵血紅蛋白不具備這種功能，從而導(dǎo)致養(yǎng)殖生物缺氧，甚至窒息死亡。一般情況下,當(dāng)水體中亞硝酸鹽濃度達(dá)到0.1mg/l,就會(huì)對養(yǎng)殖生物產(chǎn)生危害。
2.3 硝酸鹽氮及其危害
    一般認(rèn)為硝酸鹽對水生動(dòng)物沒有不良影響，其實(shí)在水體硝酸鹽的濃度較高（60mg/l）、時(shí)間較長時(shí)，也有一定的危害。較高濃度的硝酸態(tài)氮，如果不能及時(shí)被微生物或植物吸收轉(zhuǎn)化為其它形式帶走，一直會(huì)處于三態(tài)氮的動(dòng)態(tài)循環(huán)中，一旦水體溶氧不足，隨時(shí)都會(huì)轉(zhuǎn)入反硝化過程，又以氨氮、亞硝酸鹽的形式危害水生動(dòng)物。溫室大棚缺乏光照的育苗與養(yǎng)殖水體，排污換水不及時(shí)氨氮不易脫離出水體，誘發(fā)出種種病害，致使太多的養(yǎng)殖與育苗生產(chǎn)不成功或失敗。如在20世紀(jì)90年代我國的養(yǎng)鰻、養(yǎng)鱉及部分蝦蟹育苗產(chǎn)業(yè)大起大落，長期難以擺脫困境，與水體有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化不暢、自然生境模仿不成功等因素有直接的關(guān)系。
    我國漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定分子氨濃度≤0.02mg/l，對魚類生長、繁殖等生命活動(dòng)不會(huì)產(chǎn)生影響。在養(yǎng)殖水體中分子氨濃度介于0.02～0.2mg/l的，仍在魚類可忍受的安全范圍內(nèi)。肥水魚塘氨氮總量(以氮計(jì)算)正常范圍認(rèn)為是0.05～0.15mg/l，超過0.3mg/l時(shí)就構(gòu)成污染，超過0.5mg/l時(shí)對魚類的毒性較大。
2.4 綜合因子的毒性效應(yīng)
    養(yǎng)殖水體溶氧低、氨氮和亞硝鹽氮濃度高三者協(xié)同作用，是誘發(fā)式導(dǎo)致魚類等水體生物中毒、發(fā)病、死亡的主要因素，此外，其它因素也不可忽視。水體pH值過高時(shí)，離子氨（NH4+）轉(zhuǎn)化為分子氨（NH3），其毒性增大。在pH值低于6.5時(shí)，水體呈酸性，酸性水能使魚類血液的pH值下降，造成血紅蛋白運(yùn)輸氧的功能發(fā)生障礙，致使魚組織內(nèi)缺氧，形成生理性缺氧癥。此時(shí)盡管水中溶氧量正常，魚仍然會(huì)浮頭呆滯，表現(xiàn)出缺氧狀態(tài)。若pH值過低時(shí)，水體中S2－、CN－、NO3-等轉(zhuǎn)變?yōu)槎拘院軓?qiáng)的H2S、CO2、HCN（氰化物）等物質(zhì)形式，增強(qiáng)各種有害因子的協(xié)同效應(yīng)。此現(xiàn)象在夏秋高溫高濕季節(jié)的密養(yǎng)水體會(huì)經(jīng)常發(fā)生，造成缺氧死魚，甚至可能導(dǎo)致整池魚蝦覆滅，既使能被解救出來的個(gè)體，2～3d內(nèi)也難以恢復(fù)正常生命活動(dòng)，持續(xù)呆滯懶動(dòng)，嚴(yán)重影響攝食和生長。
3 養(yǎng)殖水體氨氮物質(zhì)調(diào)控和利用技術(shù)
    氨氮物質(zhì)是養(yǎng)殖水體最主要的營養(yǎng)成分，適量施肥增加濃度，是培育浮游生物天然活餌、增加溶氧，保障健康高效養(yǎng)殖的便捷有效途徑，符合生態(tài)養(yǎng)殖發(fā)展模式；若氨氮積累過量，會(huì)直接影響?zhàn)B殖生物的生長，甚至還會(huì)出現(xiàn)急性氨中毒等重度危害現(xiàn)象。為達(dá)到高產(chǎn)高效目的，又不出現(xiàn)養(yǎng)殖損失，就要求熟練觀測水質(zhì)理化因子狀態(tài)與變化趨勢，主動(dòng)調(diào)節(jié)水質(zhì)，優(yōu)化餌料結(jié)構(gòu)，使養(yǎng)殖生物處于最優(yōu)的生存與生長環(huán)境，將傳統(tǒng)的“以魚為中心”轉(zhuǎn)移到“以水為中心”的觀念上來。
3.1 施肥要確保有效性和安全性
    有機(jī)肥要先稀釋溶化、殺蟲滅菌，少量多次地潑撒于表溫層水體，使硝化反應(yīng)得到充分進(jìn)行，以防NH3的過量積滯。水中溶氧不足時(shí)，不可直接潑撒揮發(fā)性強(qiáng)的銨態(tài)氮類肥料，如碳酸氫銨、硫酸銨、氨水等；對鹽堿底質(zhì)的池塘和用生石灰處理不久的水體，由于水的堿度、pH值偏高，要科學(xué)施肥，以免氨氮中毒危害，一般銨態(tài)氮類肥料用量每米水深每畝次不超過2.5kg。偏肥的水體，尤其是在高密度養(yǎng)殖中后期，老化混濁、多氮寡磷，偏高溫堿性的藍(lán)藻類植物會(huì)大量繁殖，此時(shí)的施肥應(yīng)以補(bǔ)磷抑氮為宜。混合潑撒時(shí)宜先磷后氮，并間隔一定時(shí)間。冬季也應(yīng)注意補(bǔ)磷補(bǔ)鈣，改善水質(zhì)理化條件。

sdhuang

了解氮循環(huán)才能控制住水中當(dāng)然氮，進(jìn)而控制水質(zhì)

蟲子的悲哀

水體中氮循環(huán)示意圖：

、、、隨意

蟲子的悲哀 發(fā)表于 2012-5-15 18:11
水體中氮循環(huán)示意圖：

五體投地

CGC發(fā)

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