Effect of probiotics on breeding of Litopeuaeus vannamei
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摘要:
实验研究了在凡纳滨对虾育苗中添加益生菌(芽孢杆菌、光合细菌或芽孢杆菌+光合细菌)对水体中pH值、H2S、COD、NH4+-N、NO2--N和幼体成活率的影响。结果表明：光合细菌对提高水体的pH值有一定作用，而芽孢杆菌对pH值无显著影响；益生菌能显著降低水体中的H2S、NH4+-N和NO2--N含量，其中光合细菌去除H2S和NO2--N的效果略优于芽孢杆菌，而芽孢杆菌去除NH4+-N的能力比光合细菌强；实验中COD均在较适宜范围，益生菌对COD无显著影响。5 mg · L-1芽孢杆菌和1 mg · L-1芽孢杆菌+10 mg · L-1光合细菌能显著提高育苗成活率。在实验中，1 mg · L-1芽孢杆菌+10 mg · L-1光合细菌的综合效果最佳，芽孢杆菌和光合细菌具有协同作用。
Abstract:The experiment was conducted to determine the effect of the supplement of probiotics (Bacillus sp., photosynthetic bacteria, and Bacillus sp. + photosynthetic bacteria) on pH, H2S, chemical oxygen demand, ammonia-N, nitrate-N and survival rate in breeding of Litopenaeus vannamei. The results showed that photosynthetic bacteria had some effect on preventing low pH occur but Bacillus sp. did not show similar function; the concentration of H2S, ammonia-N, or nitrate-N was significantly decreased by the supplement of probiotics. Photosynthetic bacteria eliminated H2S and nitrate more strongly while Bacillus sp. eliminated ammonia-N more effectively. However, the use of probiotics had no obvious effect on COD, which concentrations were harmless to larvae in this experiment. The survival rate of larvae was significantly increased by the supplement of 5 mg · L-1of Bacillus sp. and 1 mg · L-1 of Bacillus sp. together with 10 mg · L-1 of photosynthetic bacteria. Considering the integrated effect on water quality and survival rate, we conclude that the optimum treatment was 1 mg · L-1 of Bacillus sp. together with 10 mg · L-1 of photosynthetic bacteria in this experiment. It seems that the effect can be enhanced by using Bacillus sp. and photosynthetic bacteria together.
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Keywords:
- probiotics /
- Bacillus sp. /
- photosynthetic bacteria /
- water quality /
- Litopenaeus vannamei /
- healthy breeding
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随着社会经济的进步和人类活动的日益频繁，大量的废污水被排入到河口地区，使这一地区及其邻近海域的生物耗氧(BOD)及总氮含量(TN)等普遍超标[1]，并面临着日益严重的富营养化威胁。近年的研究结果表明，水体的富营养化过程可对其他污染物的迁移转化产生显著的影响，其中包括潜在的重要因子，如在水体内的滞留时间，沉积物埋藏及食物网结构等[2-4]。珠江有八大入海门口，珠江河口区水域面积极大，是南海北部陆源污染物的主要受纳水体。目前，针对珠江河口区溶解无机氮(DIN)、活性磷酸盐(PO43--P)含量变化以及富营养化状况的研究报道主要集中于局部门口以及伶仃洋海域[5-9]，但对整体的八大门口进行连续同步观测的研究不多。本文对珠江八大门口水域的DIN及PO43--P的含量变化特征、营养化程度的现状进行分析研究，为防治该水域的赤潮研究提供重要的基础资料，并为海洋环境保护政策与行动的宏观决策提供科学依据。
1. 样品采集与分析方法
1.1 样品的采集
为详尽了解珠江河口DIN及PO43--P的含量变化特征，于2003~2005年每年的3月与8月，在珠江河口的八大入海口设8个监测点进行样品的采集，每次对表层进行采集。各站点经纬度及地理位置见表 1、图 1。
表 1 采样站点地理坐标Table 1. Location of sampling stations采样站位
sampling station北纬
north latitude东经
east longitude虎门 Humen(S1) 22°47′42″ 113°36′47″ 蕉门 Jiaomen(S2) 22°36′30″ 113°35′34″ 洪沥门 Honglimen(S3) 22°36′30″ 113°35′34″ 横门 Hengmen(S4) 22°35′01″ 113°33′50″ 磨刀门 Moudaomen(S5) 22°09′40″ 113°25′05″ 鸡啼门 Jitimen(S6) 22°04′21″ 113°16′19″ 虎跳门 Hutiaomen(S7) 22°12′07″ 113°05′59″ 崖门 Yamen(S8) 22°12′10″ 113°05′25″ ![]()
图 1 珠江口调查站位分布S1. 虎门；S2. 蕉门；S3. 洪沥门；S4. 横门；S5. 磨刀门；S6. 鸡啼门；S7. 虎跳门；S8. 崖门Figure 1. Distribution of sampling stations in Pearl River EstuaryS1. Humen; S2. Jiaomen; S3. Honglimen; S4. Hengmen; S5. Modaomen; S6. Jitimen; S7. Hutiaomen; S8. Yamen1.2 分析方法
水样温度、盐度、pH、溶解氧用仪器现场测定，PO43--P、亚硝酸盐氮(NO2--N)、硝酸盐氮(NO3--N)和氨氮(NH4+-N)的测定按《水和废水监测分析方法》[10]进行，非离子氨的测定按照《地面水环境质量标准非离子氨换算方法》[11]进行。
2. 结果与分析
2.1 DIN含量的变化特征
2.1.1 时间变化
珠江门口水域2003~2005年的年DIN平均含量分别为2.348、3.546、2.345 mg·L-1，各门口8月DIN含量均比当年3月略有下降，且2004年变化幅度在3年中最大(图 2)。在2004年的盐度检测时发现，各门口盐度范围在0.2~11.8，除横门外，其它门口的盐度均比另2年同期升高2~8倍。这是由于珠江河口作为典型的咸潮区，2004年初珠江三角洲受咸潮影响是近20年比较严重的一次，3月又逢枯水期，使得各门口盐度均升高。经相关分析及线性回归分析，珠江河口区水域DIN与盐度具有相关关系，相关系数为0.806(P < 0.01)；而且盐度取决于蒸发、降水、径流及外海高盐水入侵，因此，咸潮对珠江河口区水域DIN含量的影响极其重要。同期资料显示，2004年珠江地区降水量比2003年减少30%[12]，降水量减少的直接后果是：(1)地表水减少，污染物稀释能力下降；(2)珠江水位下降咸潮上溯，使原本应排入大海的污染物无法及时排出，致使DIN含量急剧升高，影响水质。
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图 2 珠江八大门口DIN含量的时间变化Figure 2. Temporal variation of DIN content of the eight channels2.1.2 水平分布
2003~2005年珠江八大门口DIN平均值为2.746 mg·L-1，东4门口(S1~S4)DIN平均值为2.763 mg·L-1，西4门口(S5~S8)DIN的平均值为2.730 mg·L-1(图 3)。各门口DIN均含量范围在1.986~5.070 mg·L-1之间，均超海水水质四类标准[13]。虎门(S1)、鸡啼门(S6)DIN含量较高，是含量较低的横门(S4)、磨刀门(S5)的1.38~1.72倍。珠江八大门口在2004年受到咸潮影响DIN含量总体有所上升，虎门的DIN含量为3年间平均值的1.74倍。S1~S5随地理位置南移DIN含量呈下降的趋势(图 4)，这是由于珠江河口所处形状为喇叭口状，虎门位于喇叭口的顶部，在这里由于海水的流入以及河水的流出形成对冲，致使河水中的营养物质堆积，而后余流自北向南流出，S2~S5门口中的河水随海水流动而流出[14]。
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图 3 2003~2005年各门口DIN平均含量比较Figure 3. The variation of DIN of eight channels in 2003~20052.1.3 珠江八大门口DIN组成特征
珠江八大门口3年调查数据显示，就DIN的组分而言，除2004年3月鸡啼门及崖门NH4+-N占DIN比例较高之外，其余历次DIN均以NO3--N为主，约占60%左右，NO2--N含量最低，通常低于10%(图 5)。调查还显示各门口DIN组分含量存在差异，NH4+-N含量介于0.044~3.034 mg·L-1，大部分门口水质超过地表水水质三类标准[15]，有的甚至超过五类水质标准(鸡啼门、崖门于2004年3月)，仅有2003年8月蕉门、洪沥门、磨刀门达到地表水一类水质标准；虎门、鸡啼门中NH4+-N平均值分别为1.027、1.318 mg·L-1，为四类水体；各门口非离子氨含量范围为0.009~0.088 mg·L-1，超标率为65%(以渔业水质标准[16]评价)，其中虎门超标率为67%、蕉门为83%、洪沥门为17%、横门为67%、磨刀门为33%、鸡啼门为100%、虎跳门为83%、崖门为67%。研究发现，3年来各门口非离子氨含量呈上升趋势。
2.2 PO43--P含量的变化特征
珠江口各门口2003~2005年PO43--P含量变化见表 2。
表 2 珠江八大门口PO43--P含量变化Table 2. The variation of PO43--P of the eight channels mg·L-1时间 time S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 2003.3 0.0018 0.0013 0.0063 0.0160 未检出 未检出 未检出 未检出 2003.8 0.0072 0.0025 未检出 未检出 未检出 未检出 0.0043 未检出 2004.3 0.0023 0.0010 未检出 0.0071 未检出 未检出 0.0010 未检出 2004.8 0.0005 0.0000 0.0001 未检出 未检出 0.0024 0.0010 未检出 2005.3 0.0061 0.0131 0.0080 0.0050 未检出 0.0023 0.0015 未检出 2005.8 0.0001 0.0028 未检出 未检出 未检出 0.0018 0.0001 未检出 从表 2看出，八大门口PO43--P含量均很低，而且大部分站位监测结果为未检出。各门口PO43--P含量与站位地理位置无关，但仍可看出东4门口比西4门口高；丰水期(8月)各门口PO43--P均含量范围为0~0.0026 mg·L-1，平均值为9.50×10-4 mg·L-1；而枯水期(3月)，各门口PO43--P均含量范围为0~0.0094 mg·L-1，平均值为0.0030 mg·L-1(图 6)。虽然珠江各门口PO43--P含量在枯水期比丰水期明显高出很多，但仍保持较低水平，低于海水水质一类标准(0.015 mg·L-1)。说明径流带来的PO43--P在珠江口水域承受范围之内。
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图 6 各门口枯水期与丰水期时PO43--P含量比较Figure 6. Comprison of the content of PO43--P of the channels between low-flow period and high-flow period2.3 珠江口水域富营养化程度的现状
由于大量的工农业废水及生活污水的排放，给河口区以及附近海域带来极为严重的影响，而这些废水又是造成水体富营养化物质的主要来源。珠江河口也因为大量DIN的输入，加剧了富营养化程度。据报道，在过去的20年里，珠江河口区水体中BOD和TN的平均值至少增加了0.4 mg·L-1，不仅使珠江成为一条污染严重的河流，也使珠江口水域的富营养化程度升高[1]。
根据营养状态指数法[17]：E=COD×DIN×PO43--P×106/4 500，各门口3年来枯水期(3月)E的均值为12.3006，丰水期(8月)E的均值为2.8508，E值皆大于1，而且枯水期时的富营养化比丰水期时要严重的多；3年来，除磨刀门和崖门外，其余各门口的E的均值很大，分别为虎门12.1788、蕉门17.9165、洪沥门3.7156、横门9.9244、鸡啼门2.6636、虎跳门3.5918，可见各门口富营养化均很严重，而且均属于N超标富营养化型，与上述评价结果一致。
从近年来大量监测资料表明，珠江口生态系统始终处于不健康水平。水体呈严重富营养化状态，营养盐失衡，几乎全部水域无机氮含量劣于四类海水水质标准，是海域水质面临的最主要问题，而且咸害和生活污水已经成为珠江口的重要污染因素。
3. 结论
(1) 珠江河口水域DIN含量严重超标，而PO43--P相对缺乏，使得浮游植物的生长受到磷酸盐供应的限制，水域富营养化严重，枯水期情况比丰水期更甚。各门口E值均大于1，蕉门甚至达到17.9165。
(2) 3年间珠江河口水域各门口DIN含量均很高，2004年更甚，远远超过我国的海水水质四类标准。这是因为调查所设站点为珠江的入海口处，而此处的水质因子受到陆地及径流的影响比较大，导致浓度堆积，含量升高。另外，咸潮的肆虐、降雨量等均是影响水域DIN含量的重要因素，此外还受海平面上升、生产和生活用水增加等方面的影响。
(3) 该水域各门口间DIN含量差异较大，范围在1.986~5.070 mg·L-1之间。虎门、鸡啼门无机氮含量相对于其它门口偏高，横门、磨刀门则相对较低。各门口的PO43--P含量均较低，符合一类海水水质标准要求
(4) 该水域DIN含量与盐度具有相关关系，并且是咸潮事件的高发区，因此咸潮是影响该水域DIN含量的重要因素之一。
(5) 该水域在2004年初由于降雨量减少，导致各门口的NO2--N含量明显升高，水质污染程度更甚。
(6) 该水域非离子氨含量呈上升趋势，对渔业资源影响程度值得关注。
(7) 该水域处于河口咸淡水交汇地区，因此，定性水质的标准比较复杂，根据不同的标准对于富营养化的判断也有不同。目前国家还没有出台关于河口地区咸淡水水质分析及富营养化判断的标准及方法，这是今后值得研究的方向之一。
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图 2 实验过程中水体H2S含量变动情况
Figure 2. The variation of H2S concentrations during the experiment
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图 3 实验过程中水体COD含量变动情况
Figure 3. The variation of COD concentration during the experiment
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图 4 实验过程中水体含量NH4+-N变动情况
Figure 4. The variation of NH4+-N concentration during the experiment
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图 5 实验过程中水体NO2--N含量变动情况
Figure 5. The variation of NO2--N concentration during the experiment
表 1 益生菌使用量
Table 1 The dosage of probiotics in different treatment
mg · L-1 益生菌probiotics 实验组Ⅰgroup 1 实验组Ⅱgroup 2 实验组Ⅲgroup 3 实验组Ⅳgroup 4 对照组control 芽孢杆菌(利生健)Bacillus sp.(‘lishengjian’) 1 5 1 0 0 光合细菌photosynthetic bacteria 0 0 10 10 0 
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表 2 不同处理组各期幼体的成活率(平均值±SD)
Table 2 Influences of different treatments on survival rate of L.vannamei larvae (means±SD)
% 幼体期larval stage 实验组Ⅰgroup 1 实验组Ⅱgroup 2 实验组Ⅲgroup 3 实验组Ⅳgroup 4 对照组control Z1 90.0±0.0 90.0±0.0 90.0±0.0 90.0±0.0 90.0±0.0 Z2 80.0±0.0 80.0±0.0 80.0±0.0 80.0±0.0 80.0±0.0 Z3 80.0±0.0 80.0±0.0 80.0±0.0 80.0±0.0 75.0±7.1 M1 70.0±0.0b 70.0±0.0b 70.0±0.0b 70.0±0.0b 60.0±14.1a M2 55.0±7.1 60.0±0.0 55.0±7.1 55.0±7.1 42.5±17.7 M3 40.0±14.1 47.5±3.5 45.0±7.1 42.5±10.6 32.5±17.6 P1 32.5±11.0 37.5±3.5 37.5±10.6 27.5±10.6 17.5±3.5 P13 25.0±7.1ab 27.5±3.5b 32.5±10.6b 20.0±7.1ab 8.5±2.1a 注：同行数据上标字母不同者之间表示存在显著差异(P＜0.05)
Note: Means within rows with the different letter are significantly different(P＜0.05).
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