有效微生物(EM)在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用及機(jī)理

蔣海濱，蔡 娟，肖玉冰，馮 騫

(1. 寧波市環(huán)境局環(huán)境工程技術(shù)評估中心，浙江寧波 315010;2. 浙江省環(huán)境保護(hù)科學(xué)設(shè)計(jì)研究院，浙江杭州 310007 3. 河海大學(xué)淺水湖泊綜合治理與資源開發(fā)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京 210098;4. 河海大學(xué)環(huán)境學(xué)院，江蘇南京210098)

有效微生物(effective microorgan，EM)是日本琉球大學(xué)比嘉照夫教授等［1，2］于20 世紀(jì)80 年代初研制的微生物復(fù)合制劑。該制劑由光合細(xì)菌、乳酸菌、酵母菌和放線菌等［3］5 科10 屬80 余種有益微生物，按科學(xué)比例混合發(fā)酵培養(yǎng)而成，因其微生物種群豐富、數(shù)量巨大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、性能穩(wěn)定，自研制成功以來在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)等諸多領(lǐng)域得到了較為廣泛的研究和應(yīng)用。相關(guān)研究證實(shí)科學(xué)使用EM 制劑，不僅有助于環(huán)境中有效微生物的生長，促進(jìn)特定功能菌群的生長、繁殖和代謝，實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的改善(如分解有機(jī)物、消除惡臭、降低氨氮及硫化氫濃度等)，還能保持或恢復(fù)微生物群體的生態(tài)平衡，增強(qiáng)植物的抗病力和免疫力。

水產(chǎn)養(yǎng)殖是農(nóng)副業(yè)生產(chǎn)的重要組成部分［4］。在水產(chǎn)養(yǎng)殖的過程中，未經(jīng)處理的養(yǎng)殖廢水排入周邊水體，會導(dǎo)致受納水體水質(zhì)惡化，而高密度養(yǎng)殖造成餌料、藥物過量使用，也會加劇養(yǎng)殖水體環(huán)境的惡化，造成水產(chǎn)品患病或死亡、降低產(chǎn)品品質(zhì)、影響食用安全［5］。因此，保障養(yǎng)殖水體水質(zhì)，改善養(yǎng)殖產(chǎn)品質(zhì)量，就成為水產(chǎn)養(yǎng)殖中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。EM 作為一種高密度的微生物復(fù)合制劑，不含任何化學(xué)有害物質(zhì)，投加到水體中能夠調(diào)節(jié)微生物菌群結(jié)構(gòu)，在凈化水質(zhì)的同時改善水產(chǎn)品質(zhì)量，因而在水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域也得到了一定的應(yīng)用［6-8］。但目前關(guān)于EM 在水產(chǎn)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用，多集中于投加效果的評估，對水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域應(yīng)用EM 的主要影響因素尚未有效總結(jié)和歸納，也未能清晰闡明EM 在水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中的作用機(jī)理。鑒此，本文擬在收集國內(nèi)外相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，通過水產(chǎn)養(yǎng)殖中EM 應(yīng)用的對比，探討EM 在水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中的作用機(jī)理，分析水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域應(yīng)用EM 的主要因素及影響，為EM 在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用提供指導(dǎo)。

1 EM 在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的作用機(jī)理

在水產(chǎn)養(yǎng)殖的過程中，餌料、水生動物的排泄物及動植物尸體等，會隨著養(yǎng)殖時間的增長而在養(yǎng)殖水體中逐漸累積。這些污染源沉降到底泥后，在缺氧條件下會由底泥中的微生物發(fā)酵分解，產(chǎn)生氨氮、硫化氫、有機(jī)酸、胺類等物質(zhì)，引起水質(zhì)惡化。與此同時，惡化的水體環(huán)境又打破了原有的生態(tài)平衡，使浮游植物及水生植物失去功效，破壞了食物鏈，能量從餌料直接流向養(yǎng)殖生物，給有害細(xì)菌、病毒的大量繁殖創(chuàng)造了有利的條件，增大了水產(chǎn)品的患病率。養(yǎng)殖系統(tǒng)惡化示意圖如圖1 所示。

圖1 養(yǎng)殖系統(tǒng)惡化示意圖Fig.1 Deterioration of Aquaculture Farming System

在水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中應(yīng)用EM，既能夠改善水質(zhì)、恢復(fù)食物鏈，還能增強(qiáng)養(yǎng)殖生物的抗病力、提高成活率。

1.1 改善水質(zhì)

EM 擴(kuò)散到養(yǎng)殖水體中，可以很好地分解殘余餌料、養(yǎng)殖生物排泄物以及動植物尸體等，使之轉(zhuǎn)化為二氧化碳或甲烷同時用于生長和繁殖［9］;通過固氮、光合、硝化反硝化等作用有效地將氨氮、硫化氫等［10］有害物質(zhì)合成自身物質(zhì)，降低BOD、COD、N、P，去除臭味，提高水體透明度等，達(dá)到凈水功效。另外分解產(chǎn)生的小分子無機(jī)物可以促進(jìn)浮游植物、水生植物等的光合作用或抑制一些有害微生物的好氧分解活動從而間接地起到增加水中溶解氧的作用。EM 水質(zhì)凈化過程如圖2 所示。

圖2 EM 水質(zhì)凈化示意圖Fig.2 Water Purification Effect of EM

邢華等［11］使用EM 進(jìn)行直投處理養(yǎng)殖廢水，48 h 后透明度提高148.48%，DO 提高240%。黃永春［12］用EM 處理養(yǎng)蝦水體，DO 提高11.0%，COD降低8.0%，氨氮含量降低20.7%，亞硝酸氮含量降低10.0%。此外，在中華絨螯蟹、鰻鱺、石龜?shù)龋?3］特種水產(chǎn)品的養(yǎng)殖中應(yīng)用EM 的嘗試也證實(shí)，EM 能有效改善水體中pH 和DO，降低氨氮、亞硝酸氮等有害物質(zhì)的含量，在不換水或少換水的情況下即可保持養(yǎng)殖池的良好環(huán)境。

1.2 恢復(fù)食物鏈

EM 將有機(jī)物等分解成小分子無機(jī)物可以促進(jìn)單細(xì)胞藻類的繁殖。水體中的浮游植物特別是浮游單細(xì)胞藻類(綠藻、硅藻等)利用EM 分解排泄物、殘餌以及動植物殘?bào)w等有機(jī)物轉(zhuǎn)變的簡單化合物及無機(jī)元素作為自己的營養(yǎng)物質(zhì)，在EM 的理化和高效化的作用下繁殖起來。而單細(xì)胞藻類及EM 菌團(tuán)可以作為浮游動物的餌料，養(yǎng)殖生物又可以浮游動物、浮游植物及EM 菌團(tuán)為食，從而在養(yǎng)殖系統(tǒng)中形成以浮游動植物、養(yǎng)殖生物等為主體的食物鏈，擴(kuò)大了養(yǎng)殖生物的餌料來源，恢復(fù)了食物鏈，使生態(tài)系統(tǒng)保持穩(wěn)定。EM 恢復(fù)食物鏈如圖3 所示。

圖3 EM 恢復(fù)食物鏈?zhǔn)疽鈭DFig.3 Food Chain Restoration by EM

1.3 改善養(yǎng)殖產(chǎn)品質(zhì)量

EM 可以增強(qiáng)養(yǎng)殖生物的抗病力、提高成活率。一方面，EM 在生長過程中可以合成提高免疫力的生理活性物質(zhì)(如乳酸桿菌等)，從而提高養(yǎng)殖生物抗體水平或巨噬細(xì)胞的活性，刺激免疫系統(tǒng)增強(qiáng)。另一方面，EM 本身為有益微生物群體，其形成優(yōu)勢種群后，快速繁殖，通過競爭機(jī)制或產(chǎn)生具有抑菌、殺菌作用的抗生素，抑制有害菌的生長，減少發(fā)病率，提高成活率。

EM 可以提高養(yǎng)殖生物對飼料的利用率和擴(kuò)大飼料來源，促進(jìn)養(yǎng)殖生物的生長。一方面EM 能很好分解飼料中的粗纖維、木質(zhì)纖維等物質(zhì)，使之更容易被養(yǎng)殖生物吸收消化，從而提高飼料的消化吸收率，降低飼料系數(shù)。另一方面，菌體本身就含有較多的優(yōu)良蛋白質(zhì)、豐富的維生素、氨基酸組成和生長促進(jìn)因子，養(yǎng)殖生物食用菌體后可以更好地生長;通過食物鏈的恢復(fù)，浮游動植物可以為養(yǎng)殖生物提供豐富的餌料，從而使得餌料來源擴(kuò)大。

黃文芳等［14］發(fā)現(xiàn)使用EM 可使豐產(chǎn)鯽魚成活率提高12%。馬超［15］研究表明對蝦養(yǎng)殖中采用EM，對蝦成活率提高了23.08%，餌料系數(shù)下降9.4%，利潤提高16.11%，同時異養(yǎng)菌、弧狀菌等有害細(xì)菌分別減少40%、7.8%，光合菌和放線菌等有益微生物增加顯著;青蝦養(yǎng)殖池塘中應(yīng)用EM，每畝產(chǎn)量增加了15.9 kg，增幅達(dá)到46%，商品率達(dá)74.5%。劉國慶等［16］在水貂生產(chǎn)中，通過在飼料中添加EM 菌，將水貂死亡率降低至50%，體重提高了5%，飼料轉(zhuǎn)化率也提高了4.2%。黎建斌［17］在溫室石龜養(yǎng)殖中通過投加EM 菌劑使稚龜增重率最高達(dá)到了58.3%。黃博等［18］在羅非魚的養(yǎng)殖中，也得到了類似的結(jié)果，通過投加EM，羅非魚的成活率較對照組提高了12.75%，體重日均凈增量提高了56.25%，餌料用量降低了31.87%。

2 EM 在水產(chǎn)養(yǎng)殖應(yīng)用中主要影響因素

2.1 EM 原液與EM 發(fā)酵液的影響

在水產(chǎn)養(yǎng)殖中使用EM 時，可以選擇購買EM菌種，然后進(jìn)行復(fù)壯培養(yǎng)后獲得EM 發(fā)酵液，將發(fā)酵液稀釋后進(jìn)行投放;也可以選擇直接購買EM 菌液后稀釋到一定濃度進(jìn)行投放［19］。一般說來，在實(shí)際使用過程中，當(dāng)用量較大時，采用發(fā)酵稀釋液較為經(jīng)濟(jì);當(dāng)用量比較少時，一般將購買的EM 原液進(jìn)行稀釋后直接使用。

使用EM 發(fā)酵液相對于EM 原液來說，可節(jié)約成本。但是對于二者的使用效果并沒有進(jìn)行相關(guān)對比研究。根據(jù)對黃永春等［12，15］的工程實(shí)踐，比較EM 原液和EM 發(fā)酵液的處理效果如圖4(a)所示。由圖4(a)可知在水產(chǎn)養(yǎng)殖上使用EM 發(fā)酵液或EM 原液都能達(dá)到一定的改善水質(zhì)和促進(jìn)養(yǎng)殖生物生長的效果。EM 原液和發(fā)酵液對溶解氧、氨氮和產(chǎn)量的改善百分?jǐn)?shù)分別為11%、21%、9.3%和48%、57%、46%。從改善程度上來看，使用EM發(fā)酵液要比使用EM 原液效果好，這可能是由于商品EM 原液中的微生物活性不如發(fā)酵過的菌液，且商品EM 原液中實(shí)際活菌數(shù)與出廠時相比可能有所減少，從而導(dǎo)致使用效果有一定的差異［20］。因此，在實(shí)際應(yīng)用中采用EM 發(fā)酵液可達(dá)到更好的效果。

圖4 EM 在水產(chǎn)養(yǎng)殖上應(yīng)用的主要影響因素Fig.4 Main Influence Factors of EM Applying in Aquaculture

2.2 EM 投加方式的影響

EM 主要有兩種投加方式用于水產(chǎn)養(yǎng)殖:一是直投法，將EM 菌液全池潑灑;二是拌料投喂法，即將EM 與飼料拌合后進(jìn)行投喂。全池潑灑，對水質(zhì)(以氨氮為例)有較好的改善作用，而對養(yǎng)殖生物的促進(jìn)不大;拌料投喂對養(yǎng)殖生物的促進(jìn)作用明顯，伍莉等［12，14，21］對鯽魚養(yǎng)殖采用拌料投喂EM，凈增重提高55%左右。在水產(chǎn)養(yǎng)殖中采用全池潑灑和拌料投喂結(jié)合的方式，既能明顯改善水質(zhì)、減少換水次數(shù)，又能很好地促進(jìn)生長等，不同投加方式對養(yǎng)殖效果對比如圖4(b)所示。

由圖4(b)可知將EM 進(jìn)行全池潑灑，EM 可于短時間內(nèi)在污染水體中迅速繁殖，EM 直接作用于水體，對污染物進(jìn)行高效分解，抑制病原微生物和有害物質(zhì)，調(diào)節(jié)生態(tài)環(huán)境，提高水中的溶解氧，促進(jìn)養(yǎng)殖生態(tài)系統(tǒng)中的正常菌群和有益藻類活化生長，保持水體生態(tài)平衡，從而改善水質(zhì);拌入飼料中進(jìn)行投喂，可直接增強(qiáng)養(yǎng)殖生物的吸收功能和防病抗病能力，促進(jìn)其健壯成長。因此，在水產(chǎn)養(yǎng)殖上，聯(lián)合使用全池潑灑和拌料投喂可以達(dá)到很好的改善水質(zhì)、提高養(yǎng)殖生物成活率、降低餌料系數(shù)的效果，提高效益。

2.3 EM 用量影響

2.3.1 飼料添加量

飼料添加量一般按EM 菌液重占飼料重的百分?jǐn)?shù)來確定。目前研究實(shí)踐中采用的添加量在1% ～8%范圍內(nèi)變化，但是大多數(shù)在2% ～6%范圍內(nèi)。根據(jù)對大口鲇、鯽魚以及羅非魚養(yǎng)殖的相關(guān)研究實(shí)踐［21，22］統(tǒng)計(jì)，可得投加量對養(yǎng)殖效果的影響，如圖4(c)所示。由圖4(c)可知隨著飼料添加量從2%增加至6%，養(yǎng)殖生物增重率提高的百分?jǐn)?shù)也相應(yīng)從1% ～12.8%增至11% ～82.7%，其中對鯽魚的促進(jìn)作用最為顯著。在三者的養(yǎng)殖中，EM 投加量從2% 增至4% 的改善效果的增長速率均要比從4%增至6%時的改善效果的增長速率大。故可認(rèn)為EM 飼料添加量在2% ～6%都是可以很好地促進(jìn)養(yǎng)殖生物生長的，綜合經(jīng)濟(jì)和效益兩方面，可以采用4%左右的飼料添加量。

2.3.2 全池潑灑量

養(yǎng)殖過程中用100 ～200 倍EM 原液稀釋液或500 倍發(fā)酵液稀釋液均勻潑灑水面，可以有效改善水質(zhì)。一般按每667 m2水面潑灑EM 的質(zhì)量計(jì)，為1 ～1.5 kg［19］，如圖4(d)所示。在羅非魚的養(yǎng)殖中，當(dāng)潑灑量為1.0、2.0 和3.0 kg/畝時，隨著投加量的增加，養(yǎng)殖生物生長促進(jìn)作用先增強(qiáng)而后穩(wěn)定，水體中氨氮改善效果反而有所降低，最佳投加量為1.0 ～2.0 kg/畝。因此，EM 投加量應(yīng)適當(dāng)，不宜過大，否則EM 菌過多，其生長繁殖過多消耗溶解氧，使得水質(zhì)變壞。適宜投加量為1 ～1.5 kg/畝，具體養(yǎng)殖生物和水質(zhì)不同，可適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整。投加周期可為每月2 ～3 次，水質(zhì)較差時可縮短投加周期。

3 總結(jié)與展望

EM 技術(shù)能起到很好的凈化水質(zhì)、改善養(yǎng)殖環(huán)境、提高養(yǎng)殖產(chǎn)量的作用;菌體本身來自大自然，與水體自然環(huán)境相容性較好，不會帶來二次污染，并且可減少抗生素濫用問題，對水產(chǎn)養(yǎng)殖具有積極意義。目前，對EM 的作用機(jī)制分析、應(yīng)用范圍和處理效果研究在不斷拓展。今后對EM 在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的研究重點(diǎn)應(yīng)綜合多方面因素(如水質(zhì)狀況、養(yǎng)殖生物生長情況、EM 與飼料的搭配比例、氣候條件等)來研究EM 的最佳作用條件，如最佳投加量、投加周期、投加方式等，使EM 中各種有益菌發(fā)揮最大性能。提高EM 處理效果(如EM 固化［23，24］和EM-水生植物強(qiáng)化系統(tǒng)［25］)的研究也可以促進(jìn)水產(chǎn)養(yǎng)殖健康持續(xù)發(fā)展。

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