墨瑞鱈循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)不同生物濾池深度對生物膜微生物群落的影響

張龍，劉云鋒，曲克明，胡光春，陳世波，朱建新

（1.全國水產技術推廣總站，中國水產學會，北京 100125；2.中國水產科學研究院黃海水產研究所，山東 青島 266071；3.安徽長江漁業(yè)漁歌股份有限公司，安徽 蕪湖 241000；4.青島卓越海洋集團有限公司，山東 青島 266400）

墨瑞鱈（Macculochella peelii）又名鱈鱸、澳洲龍紋斑、蟲紋鱈鱸或蟲紋石斑，屬于鱸形目、鱸科、鱈鱸屬，原產于澳大利亞東南部莫瑞河流域。墨瑞鱈不但肉質細膩、味道鮮美、少刺，而且魚體富含蛋白質和DHA、EPA 等不飽和脂肪酸等，具有較高的營養(yǎng)價值。墨瑞鱈自1999 年引進中國臺灣馴養(yǎng)，此后在大陸有多家企業(yè)進行苗種繁育和養(yǎng)殖，如青島七好科技股份有限公司、江蘇中洋集團股份有限公司、浙江港龍漁業(yè)股份有限公司等。通過養(yǎng)殖生產實踐證明：墨瑞鱈具有生長速度快、抗病力強、適應性強、餌料轉化率高的優(yōu)點。目前，墨瑞鱈在中國的養(yǎng)殖模式主要有池塘養(yǎng)殖和工廠化養(yǎng)殖兩種。其中，范慧慧等[1]（2019）開展了池塘內循環(huán)流水養(yǎng)殖墨瑞鱈試驗。李西雷等[2]和郭正龍等[3]則分別對墨瑞鱈工廠化苗種培育技術和墨瑞鱈工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖技術進行了研究。但目前尚缺乏對墨瑞鱈工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖期間的生長性能、養(yǎng)殖水體水質變化以及生物濾池內生物膜微生物多樣性的研究。本研究通過高通量測序技術分別對循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)生物濾池底層和表層固定床生物填料表面生物膜微生物多樣性進行檢測，以期為提升墨瑞鱈工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的穩(wěn)定性和生物膜處理的效率提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗設施與養(yǎng)殖生物

試驗用循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)主要是由8 個長7.0 m、寬7.0 m、深1.1 m，有效養(yǎng)殖水體49 m3的養(yǎng)殖池和水處理系統(tǒng)組成，養(yǎng)殖池底均勻分布4 根長度4 m、管徑2 cm 的納米充氣管，采用羅茨風機和液氧進行增氧，控制養(yǎng)殖期水體溶氧質量濃度在6.0 mg/L 以上；養(yǎng)殖池上方棚頂設有采光口，光照度控制在1 000～1 500 Lx。水處理系統(tǒng)由轉鼓式微濾機（1.3 kW，南京雅億環(huán)境科技有限公司）、蛋白分離器（0.55 kW，青島海興智能裝備有限公司）、變頻式離心泵（5.5 kW，南通銀河水泵有限公司）、生物濾池（容積180 m3水體）、增氧池（陶瓷納米曝氣板，蘇州益品德環(huán)境科技有限公司）和紫外消毒器（2.5 kW，青島海興智能裝備有限公司）組成。采用三級生物濾池，一級位固定床生物濾池，填料為聚乙烯毛刷，二三級為移動床生物濾池，填料為PVC 多孔環(huán)。養(yǎng)殖用水取自地下深井水，經沉淀過濾處理后使用。墨瑞鱈苗種由安徽長江漁業(yè)漁歌股份有限公司從澳大利亞進口的仔魚培育成的大規(guī)格幼體，試驗初期平均體質量為36.20 g/尾。

1.2 試驗設計

試驗初期放養(yǎng)密度為200 尾/m3，在養(yǎng)殖過程中，墨瑞鱈投喂商品魚專用配合飼料，每天投喂兩次，分別為上午6:00 和下午18:00，日投喂量約占魚體總重的1.2%～1.5%，具體投喂量視魚類攝食和養(yǎng)殖水體水質情況而定。日補水量10%左右，補充點設在泵池。平均規(guī)格在200 g/尾以下，日循環(huán)頻次控制在12 次/d 左右，平均規(guī)格大于200 g/尾時，日循環(huán)頻次提升至18 次/d。

每天定時采樣分析記錄水溫、溶氧、pH、鹽度、氨氮、亞硝酸鹽和硝酸鹽指標并記錄投喂量，記錄試驗開始和結束時試驗用魚的體長、體質量等生物學指標。試驗結束時取采集固定床表層和底層生物填料樣品，對其微生物群落進行檢測。

1.3 分析方法

1.3.1 水質分析

水溫、溶氧、pH 和鹽度采用YSI 水質分析儀（OH，USA），NH4+-N 利用靛酚藍分光光度法、NO2--N利用鹽酸萘乙二胺分光光度法進行檢測。

1.3.2 墨瑞鱈生長性能參數(shù)

體長、體質量分別使用游標卡尺、電子天平和電子稱測量，墨瑞鱈的特定增長率（SGR，%/d）、存活率（SR，%）以及飼料轉化率（FCR）計算公式如下：

特定增長率（SGR，%/d）

存活率（SR，%）

飼料轉化率（FCR，%）

式中，W1—魚體終體質量，g；W0—魚體初始體質量，g；t—試驗天數(shù)，d；S1—養(yǎng)殖開始魚體數(shù)量，尾；S0—養(yǎng)殖末期魚體數(shù)量，尾；Wf—飼料利用干重，kg；Wi—魚類增加總質量，kg。

1.3.3 微生物高通量測序

使用細菌基因組DNA 提取試劑盒提取生物填料表面DNA，利用帶有Barcode 的特異性引物（515F 和806R）對提取的生物填料基因組DNA 的16S V4 區(qū)進行PCR 擴增。在PCR 產物通過瓊脂糖凝膠電泳檢測后，使用DNA PCR-Free Sample Preparation Kit 建庫試劑盒進行文庫構建。若文庫合格，使用HiSeq 2500 PE250 進行上機測序。下機數(shù)據(jù)在截取Barcode 和引物序列后，使用FLASH 1.2.7 軟件對樣品Reads 進行拼接，得到原始數(shù)據(jù)（Raw Tags）[4]；利用Qiime 1.9.1 軟件對Raw Tags 進行過濾處理，得到高質量Tags 數(shù)據(jù)（Clean Tags）[5,6]；Clean Tags 序列通過（UCHIME Algorithm）與數(shù)據(jù)庫（Gold database）進行比對[7]，去除其中的嵌合體序列[8]，得到有效數(shù)據(jù)（Effective Tags）。使用Uparse v7.0.1001 軟件將所有Effective Tags 聚類（97%）成為操作分類單元（Operational Taxonomic Units，OTUs）[9]；通過Mothur 方法與SILVA 的SSUr-RNA 數(shù)據(jù)庫OTUs 對比進行物種注釋[10,11]。通過香農指數(shù)（Shannon index）確定生物填料表面細菌生物多樣性。使用Origin.8 軟件對水樣細菌相對豐度（門和屬）進行作圖。

2 結果與分析

2.1 循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)墨瑞鱈生長性能

墨瑞鱈在循環(huán)水養(yǎng)殖過程中未出現(xiàn)疾病和大量死亡的狀況，生長性能指標見表1。經過35 d 循環(huán)水養(yǎng)殖生產試驗，墨瑞鱈體質量由36.20 g 增長至71.25 g，增重率為97.31%，初始放養(yǎng)密度由7.24 kg/m3增加至12.65 kg/m3，特定生長率為1.93%/d，存活率和飼料轉化率分別達到88.79%和73.61%。

表1 循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)墨瑞鱈生長性能Tab.1 Performance parameters of Macculochella peeli in recirculating aquaculture system

2.2 循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)養(yǎng)殖水體水質變化

在墨瑞鱈循環(huán)水養(yǎng)殖試驗期間，養(yǎng)殖水體水溫在（28.0±1.0）℃，溶解氧始終控制在5.0 mg/L 以上，pH 隨著養(yǎng)殖的進行整體呈現(xiàn)下降的趨勢，由試驗初期7.71 降至試驗末期7.22（圖1）。

圖1 墨瑞鱈循環(huán)水養(yǎng)殖水體pH 變化Fig.1 pH variations of aquaculture water in recirculating aquaculture system with Macculochella peeli during the experiment

在墨瑞鱈養(yǎng)殖試驗過程中，養(yǎng)殖水體NH4+-N和NO2--N 質量濃度變化如圖2 所示。其中，NH4+-N質量濃度變化：在試驗開始至第10 d，NH4+-N呈現(xiàn)上升的趨勢，其質量濃度升高至1.86 mg/L；第10～35 d，NH4+-N 變化趨于穩(wěn)定，其質量濃度在0.70～1.86 mg/L 之間波動。NO2--N質量濃度變化：在試驗開始至第10 d，NO2--N呈現(xiàn)上升的趨勢，其質量濃度升至0.52 mg/L；第10～11 d，NO2--N 有了一個急劇升高，其質量濃度由0.52 mg/L 升至3.12 mg/L，這主要是由養(yǎng)殖生產中飼料投喂量增加所致；第11～13 d，NO2--N質量濃度有一個快速下降的過程，自3.12 mg/L 降至0.90 mg/L，這主要是通過增加養(yǎng)殖水體換水量進行調節(jié)的；第13～20 d，NO2--N質量濃度在0.54～1.14 mg/L 間波動；第20～23 d，NO2--N 質量濃度再次呈現(xiàn)快速上升的趨勢，最高升至5.00 mg/L；第23～28 d，NO2--N 呈現(xiàn)下降的趨勢，最低下降至1.20 mg/L；第28～35 d，NO2--N整體呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢，最低降至0.25 mg/L。

圖2 墨瑞鱈循環(huán)水養(yǎng)殖水體中NH4+-N 和NO2--N 質量濃度變化Fig.2 Variations of ammonia and nitrite concentrations of aquaculture water in recirculating aquaculture system with Macculochella peeli during the experiment

2.3 循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)生物膜微生物分析

2.3.1 微生物OTU 韋恩圖分析

圖3 為不同深度固定床生物填料微生物OTU韋恩圖。上層固定床生物填料OTU 較多，為2 088，其特異的OTU 數(shù)目為822，每個OTU 被認為可代表一個細菌物種，說明上層固定床生物填料表面微生物種類高于底層固定床生物填料表面微生物種類。

圖3 不同生物濾池深度固定床生物填料微生物OTU 韋恩圖Fig.3 Microorganism OTU venu diagram of the fixed bed biofill in different biofilter depth（A and B）

2.3.2 微生物豐度和多樣性分析

在群落生態(tài)學中，通過樣品的多樣性分析（Alpha 多樣性）可以反映微生物群落的豐度和多樣性。表2 中Alpha 多樣性指數(shù)主要包括計算群落豐度的ACE 和Chao1 兩個指數(shù)，以及計算群落多樣性的Shannon、Coverage 和Simpson 3 個 指 數(shù)。表2 中Coverage 值均在0.98 以上，數(shù)值較高，說明樣品文庫覆蓋率高，數(shù)據(jù)可靠。根據(jù)測序公司提供的結論報告可得，Simpson 指數(shù)值越大，說明群落多樣性越低；而Shannon 值越大，說明群落多樣性越高。在表2 中，上層固定床生物填料表面微生物Shannon 指數(shù)的變化范圍為4.08～4.17，平均值為4.12；底層固定床生物填料表面微生物Shannon 指數(shù)的變化范圍為4.06～4.27，平均值為4.16。底層固定床生物填料微生物Shannon 指數(shù)較高，說明底層固定床生物填料表面微生物生物多樣性高于上層固定床生物填料表面微生物生物多樣性。同時，底層固定床生物填料表面Simpson 指數(shù)較小，與Shannon 指數(shù)表示結果一致。

表2 不同深度生物濾池固定床生物填料Alpha 多樣性指數(shù)統(tǒng)計Tab.2 Statistics of the microbial Alpha diversity index in fixed bed biofill with different biofilter depth

圖4 為不同深度生物濾池固定床生物填料Shannon 指數(shù)箱式對比圖。底層固定床生物填料表面微生物Shannon 指數(shù)箱式圖的中位數(shù)和盒子位置均較高，即底層固定床生物填料表面微生物多樣性低于上層固定床生物填料表面微生物多樣性，結果與Shannon 指數(shù)結果一致。Chao1 指數(shù)反映微生物群落豐度，Chao1 數(shù)值越大，表示樣本物種豐度越大，上層固定床生物填料表面微生物Chao1 較小，說明其物種豐度最小，ACE 指數(shù)反映的趨勢與Chao1 指數(shù)類似。

圖4 不同生物濾池深度固定床生物填料微生物Shannon指數(shù)箱式對比Fig.4 Comparison of Shannon index of total filter media in fixed bed biofill with different biofilter depth

2.3.3 功能微生物群落組成分析

圖5 為門水平下不同深度固定床生物填料微生物豐度圖。由圖5 可知，門水平上層固定床生物填料微生物主要包括：變形菌門（Proteobacteria）69.55%、疣微菌門（Verrucomicrobia）14.03%、浮霉菌門（Planctomycetes）6.07%；底層固定床生物填料微生物主要包括：變形菌門（Proteobacteria）59.43%、疣微菌門（Verrucomicrobia）21.04%、浮霉菌門（Planctomycetes）9.56%。通過比較發(fā)現(xiàn)，變形菌門在二者之中均占大多數(shù)，為主要的優(yōu)勢菌門，但是上層固定床生物填料表面變形菌門占比較高，表明生物濾池上層環(huán)境更有利于變形菌門的生長繁殖。

圖5 不同生物濾池深度固定床生物填料微生物在門水平下的群落結構分布Fig.5 Community structure distribution of microbes of the fixed bed biofill under the phylum level in different biofilter depth

圖6 為綱水平下不同生物濾池深度固定床生物填料微生物群落結構分布。由圖6 可知，γ-變形菌綱（Gammaproteobacteria）40.82%、α-變形菌綱（Alphaproteobacteria）20.67%、疣微菌綱（Verrucomicrobiae）13.76%在上層固定床生物填料微生物綱水平中占優(yōu)勢；γ-變形菌綱（Gammaproteobacteria）28.58%、α-變形菌綱（Alphaproteobacteria）27.73%、疣微菌綱（Verrucomicrobiae）20.87%在底層固定床生物填料表面微生物綱水平中同樣占有優(yōu)勢。盡管生物濾池上層和底層固定床生物填料微生物優(yōu)勢菌綱相同，但是各個優(yōu)勢菌綱的相對豐度也有所差別。其中，上層固定床生物填料γ-變形菌綱相對豐度高于底層固定床生物填料γ-變形菌綱相對豐度，而α-變形菌綱和疣微菌綱則是相反，上層固定床生物填料疣微菌綱、α-變形菌綱的相對豐度高于底層固定床生物填料疣微菌綱、α-變形菌綱的相對豐度。

圖6 不同生物濾池深度固定床生物填料微生物在綱水平下的群落結構分布Fig.6 Community structure distribution of microbes of the fixed bed biofill under the class level in different biofilter depth

圖7 為屬水平下不同生物濾池深度固定床生物填料微生物群落結構分布。由圖7 可知，表層固定床生物填料在屬水平優(yōu)勢菌屬：不動桿菌屬（Acinetobacter）27.65%、黃 體菌屬（Luteolibacter）12.54%、羅氏桿菌屬（Rhodobacter）5.75%；底層固定床生物填料在屬水平優(yōu)勢菌屬：黃體菌屬（Luteolibacter）18.94%、氣單胞菌屬（Arenimonas）8.2%、不動桿菌屬（Acinetobacter）6.76%、金黃色葡萄菌屬（Sandaracinobacter）6.47%。數(shù)據(jù)表明，不動桿菌屬在固定床上層的相對豐度高于在底層的相對豐度，而黃體菌屬正好相反，在底層的相對豐度較高。

圖7 不同深度固定床生物填料微生物在屬水平下的群落結構分布Fig.7 Community structure distribution of microbes of the fixed bed biofill under the genus level in different biofilter depth

表3 為不同生物濾池深度固定床生物填料硝化細菌的相對豐度。由表3 可知，在上層固定床生物填料亞硝化單胞菌屬（Nitrosomonas）、硝化螺旋菌屬（Nitrospira）的相對豐度分別為0.06%～0.11%、2.02%～2.40%；在底層固定床生物填料亞硝化單胞菌屬（Nitrosomonas）、硝化螺旋菌屬（Nitrospira）的相對豐度分別為0.03%～0.06%、1.35%～2.23%。由上可知，亞硝化單胞菌屬在上層固定床生物填料相對豐度高于在底層生物填料相對豐度，而硝化螺旋菌屬在不同生物濾池深度固定床生物填料相對豐度差距不大。

表3 不同深度生物濾池固定床生物填料硝化細菌相對豐度/%Tab.3 Abundance of the nitrifying bacteria in fixed bed biofill with different biofilter depth

3 討論

3.1 在循環(huán)水養(yǎng)殖條件下墨瑞鱈的生長性能

魚類養(yǎng)殖密度、生長率和存活率是影響魚類最終收獲產量的直接因素，而魚類生長存活又受光照、攝食、養(yǎng)殖水環(huán)境等諸多因素共同影響[12]。當養(yǎng)殖水體惡化時，如氨氮和亞硝酸氮濃度過高，會對魚類的生長存活造成負面影響，從而降低魚類養(yǎng)殖產量[13]。為此，本研究選用循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)改善養(yǎng)殖水體水質，為魚類的快速生長提供了保障。本研究表明：規(guī)格為36.2 g 墨瑞鱈經過35 d 循環(huán)水養(yǎng)殖試驗體質量可以達到71.25 g，其增重率為97.31%，特定生長率為1.93%/d，飼料轉化率為73.61%，存活率為88.79%。在墨瑞鱈工廠化養(yǎng)殖生產過程中，規(guī)格為502 g 墨瑞鱈經過6 個月養(yǎng)殖可生長至1 596 g，特定生長率為0.61%/d，飼料轉化率為57%，均低于本試驗墨瑞鱈的特定生長率和飼料轉化率，這也許與放養(yǎng)密度、試驗周期、飼料類型及管理方法不同有關[3]。本研究墨瑞鱈初始放養(yǎng)密度（7.24 kg/m3）較低，養(yǎng)殖周期較短（僅35 d）,養(yǎng)殖水體水質較好，以上因素在一定程度上均有可能上促進了墨瑞鱈的快速生長。因此，在墨瑞鱈循環(huán)水養(yǎng)殖過程中，選擇合適魚種放養(yǎng)密度和保持良好養(yǎng)殖水體水質是保證魚類快速生長和產量增收的關鍵。

3.2 在循環(huán)水養(yǎng)殖條件下墨瑞鱈養(yǎng)殖水體水質變化

近年來，為滿足人們對健康水產品日益增加的需求，水產養(yǎng)殖的生產規(guī)模和集約化養(yǎng)殖程度不斷提升，使得單位養(yǎng)殖水體內水產養(yǎng)殖生物放養(yǎng)密度和養(yǎng)殖產量逐年提高。放養(yǎng)密度提高通常伴隨著人工配合飼料的大量投喂，造成養(yǎng)殖水體水質惡化（溶解氧較低、氨氮和亞硝酸氮較高）速度加快，從而對養(yǎng)殖生物生長存活產生不利影響[14]。當前，在魚類工廠化養(yǎng)殖過程中，養(yǎng)殖生產企業(yè)主要通過換水的方式改善養(yǎng)殖水體水質。這不僅僅造成養(yǎng)殖水資源極大浪費，而且導致養(yǎng)殖周圍水域被污染。為此，本研究應用循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)改善養(yǎng)殖水體水質，控制養(yǎng)殖水體pH、溶解氧、氨氮和亞硝酸氮質量濃度。研究表明，循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)通過將提高系統(tǒng)循環(huán)量（每天8～12 個循環(huán)）和高效增氧（液氧）相結合的方式使養(yǎng)殖水體溶解氧始終控制在6.0 mg/L以上，極大提高養(yǎng)殖水體溶氧使用效率。在試驗過程中，pH 整體呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢，與史磊磊等[15]研究結果相一致。這主要是因為在循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)生物濾池內固定床彈性填料表面培養(yǎng)生物膜的過程中，在促進養(yǎng)殖水體硝化反應發(fā)生的同時，有大量氫離子產物產生，進而導致系統(tǒng)運行中養(yǎng)殖水體pH 下降。

在水產養(yǎng)殖過程中，養(yǎng)殖水體氨氮和亞硝酸氮質量濃度過高會對養(yǎng)殖生物生長存活、呼吸代謝、生理生化、功能基因表達等方面造成負面影響[13,16-18]。在楊先明等[19]研究中，墨瑞鱈集約化養(yǎng)殖水體氨氮和亞硝酸鹽氮質量濃度要求分別控制在2.9 mg/L和0.24 mg/L 以下；郭正龍等[3]研究表明，墨瑞鱈集約化養(yǎng)殖水體氨氮和亞硝酸鹽氮質量濃度則是要求分別控制在1.93 mg/L 和0.019 mg/L 以下。然而，在本研究中，循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)氨氮和亞硝酸氮質量濃度分別控制在1.86 mg/L 和5.00 mg/L 以下，遠遠高于上述研究，這種試驗結果的差異可能主要與生物膜培養(yǎng)方式、養(yǎng)殖水環(huán)境等因素不同有關[12]。本研究在墨瑞鱈循環(huán)水養(yǎng)殖期間通過負荷掛膜的方式培養(yǎng)生物膜，節(jié)省了生物膜預培養(yǎng)時間，降低了系統(tǒng)運行成本，但在一定程度上也加大了養(yǎng)殖水體氨氮和亞硝酸氮濃度急速升高的風險。根據(jù)本試驗數(shù)據(jù)可知，氨氮和亞硝酸氮質量濃度均呈現(xiàn)升高后下降的趨勢。其中，氨氮質量濃度先上升，亞硝酸氮質量濃度后上升，而氨氮質量濃度下降較快，亞硝酸氮質量濃度下降較慢。這也許表明循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)在生物膜培養(yǎng)過程中，養(yǎng)殖水體殘餌糞便經氨化作用所形成的氨氮可以在硝化細菌的作用下快速轉換成亞硝酸氮，而亞硝酸氮轉化為硝酸氮則需要相對較長的時間，即說明亞硝酸氮氧化細菌生長較慢,且亞硝化氮氧化細菌比氨氧化細菌更敏感[20]。在試驗某個階段內氨氮和亞硝酸氮質量濃度出現(xiàn)較高的狀況，這主要是由于循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的生物膜未培養(yǎng)成熟，養(yǎng)殖水體的硝化反應不能完全進行，從而導致了氨氮和亞硝酸氮的累積，這主要是由于硝化細菌是極為敏感的，易受到水體高氨氮和亞硝酸氮濃度、低溶解氧（＜0.1 mg/L）、pH 等因素抑制[21,22]。在生產實踐中面對循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)氨氮和亞硝酸氮質量濃度較高的問題，建議養(yǎng)殖生產者采用降低餌料投喂量、增加養(yǎng)殖水體換水量或系統(tǒng)循環(huán)量的方式減少養(yǎng)殖水體水質變化對魚類生長存活的影響。

3.3 不同生物濾池深度固定床生物填料微生物群落多樣性及群落結構分布

在循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中生物處理是保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行的重要組成環(huán)節(jié)，而生物濾池內固定床生物填料快速掛膜是養(yǎng)殖廢水高效處理的關鍵。因此，探究生物濾池內空間上生物膜微生物種類和生物多樣性對提高循環(huán)養(yǎng)殖系統(tǒng)利用效率和優(yōu)化循環(huán)水系統(tǒng)設計具有重要意義。本研究發(fā)現(xiàn)，生物濾池上層固定床生物填料生物膜群落多樣性高于底層固定床生物填料群落多樣性，這可能是由生物濾池底層溶解氧濃度較高，促進好氧性細菌生長繁殖所造成的。當前，循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)生物膜微生物主要可以分為異養(yǎng)細菌和自養(yǎng)細菌（主要是硝化細菌）兩類。有研究表明，異養(yǎng)細菌固氮效率是高于硝化細菌，這是因為異養(yǎng)細菌的生長率和生物量比硝化細菌的高10 倍，因而異養(yǎng)細菌在生物膜菌落組成中具有顯著優(yōu)勢[23]。在本研究中，循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)生物膜微生物在門水平主要以變形菌門（Proteobacteria）、疣微菌門（Verrucomicrobia）、浮霉菌門（Planctomycetes）為優(yōu)勢菌門，其中變形菌門（Proteobacteria）占據(jù)絕對優(yōu)勢，相對豐度最高，與楊小麗等（2013）、藺凌云等（2017）相吻合[24,25]。在變形菌門中，γ-變形菌綱（Gammaproteobacteria）和α-變形菌綱（Alphaproteobacteria）在生物膜微生物群落中占有優(yōu)勢，相對分度分別為29.18%～45.78%和24.93%～29.11%。而在藺凌云等（2017）研究中，β-變形菌綱是生物填料表面相對豐度最高的優(yōu)勢菌綱，這也許與水產養(yǎng)殖種類、養(yǎng)殖水環(huán)境和生物填料類型等因素不同有關[25,26]。γ-變形菌綱不動桿菌屬（Acinetobacter）在生物濾池上層固定床彈性填料上相對豐度最高，屬常見水體中的土著微生物，生長于20～30℃好氧環(huán)境中，廣泛存在于土壤、水生環(huán)境以及魚類養(yǎng)殖廢水中，在淡水硝化反應器和轉鼓式反硝化反應器內也有發(fā)現(xiàn)，具有附著的性質，有利于生物膜在生物填料表面的附著[27,28]。α-變形菌綱羅氏桿菌（Rhodobacter）在生物濾池上層固定床彈性填料上也具有較高的相對豐度，可生長于淡水和海水中，在之前海水硝化反應器和反硝化流化床反應器研究中均有所發(fā)現(xiàn)[29]。疣微菌門（Verrucomicrobia）疣微菌綱（Verrucomicrobiae）黃體桿菌屬（Luteolibacter）在生物濾池底層固定床彈性填料上相對豐度最高，屬異養(yǎng)型反硝化細菌，廣泛存在于土壤和水生環(huán)境中，這也許表明生物濾池底層環(huán)境有利于促進反硝化細菌的生長[30]。γ-變形菌綱氣單孢菌屬（Arenimonas）在生物濾池底固定床彈性填料上也具有較高的相對豐度，可生長于3～40℃不同鹽度的水生環(huán)境中，尤其廣泛存在于魚類養(yǎng)殖廢水中[31]。

循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)生物處理的關鍵是生物濾池中生物膜的培養(yǎng)，即培養(yǎng)生物膜上的硝化細菌。按照硝化細菌的功能而言，可以將硝化細菌分為氨氧化細菌和亞硝酸氮氧化細菌。一般來說，亞硝化單胞菌（Nitrosomonas）、亞硝化球菌屬（Nitrosococcus）、亞硝化螺旋菌屬（Nitrosospira）是氨氧化細菌（AOB）中最常見的菌屬，而硝化螺旋菌屬（Nitrospira）和硝化桿菌屬（Nitrobacter）是亞硝酸鹽氧化細菌（NOB）中最常見的菌屬。在本研究中，亞硝化單胞菌屬和硝化螺旋菌屬在墨瑞鱈循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)生物填料上均被發(fā)現(xiàn)，在生物填料生物膜上亞硝化單胞菌屬、硝化螺旋菌屬的相對豐度為0.03%～0.11%和1.35%～2.71%。在Bartelme 等（2017）有關淡水硝化反應器微生物群落的研究中，亞硝化單胞菌屬相對豐度＜1%,硝化螺旋菌屬相對豐度2%～5%，與本試驗結果基本一致[32]。在Huang 等（2016）有關不同循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)（海水）生物濾池細菌群落的基因組學研究中，發(fā)現(xiàn)亞硝化單胞菌屬和硝化螺旋菌屬在浸入式生物濾池相對豐度分別為0.1%～0.5%和1.6%～1.9%，其硝化螺旋菌屬的相對豐度與本試驗結果相近[33]。綜上所述，在循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)生物膜上亞硝化單胞菌屬相對豐度一般低于硝化螺旋菌屬相對豐度，即氨氧化細菌相對豐度低于亞硝酸氮氧化細菌相對豐度。但二者相對豐度又要低于異養(yǎng)細菌的相對豐度，這主要與細菌的生長類型有關，硝化細菌屬于自養(yǎng)類型，生長速度較慢，且細菌的生物量較少[21]。雖然硝化細菌生物膜微生物群落中相對含量較低，但是在高效凈化養(yǎng)殖水體水質方面發(fā)揮著至關重要的作用。

3.4 結論

循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的應用不僅提高了墨瑞鱈的生長性能（特定生長率、飼料轉化率），而且改善了養(yǎng)殖水體水質（溶解氧、氨氮和亞硝酸氮質量濃度）。墨瑞鱈循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)生物膜在門水平的優(yōu)勢菌門為變形菌門、疣微菌門、浮霉菌門，在綱水平的優(yōu)勢菌綱為γ-變形菌綱、α-變形菌綱、疣微菌綱。墨瑞鱈循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)不同生物濾池深度生物膜屬水平優(yōu)勢菌屬有所不同，生物濾池上層生物膜優(yōu)勢菌屬是不動桿菌屬、黃體菌屬、羅氏桿菌屬，生物濾池上層生物膜優(yōu)勢菌屬是黃體菌屬、氣單胞菌屬、不動桿菌屬、金黃色葡萄菌屬。墨瑞鱈循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)生物膜中硝化細菌為亞硝化單胞菌和硝化螺旋菌，其相對豐度分別為0.03%～0.11%和1.35%～2.71%。