生物絮团养殖系统（BFT）中，较低的曝气强度会产生更大、更简单的絮团物，而较高的曝气强度则可增强DHA积累。
南美白对虾（Litopenaeus vannamei）是全球水产养殖产量最高的虾类。养殖技术的进步带来了更高的养殖密度，但也增加了水产养殖废物以及超出安全阈值的氨和亚硝酸盐水平，削弱了虾的免疫力，并可能造成重大经济损失。为了解决这些问题，应该改进养殖模式。
生物絮团技术 (BFT) 是一种先进且可持续的水产养殖方法，利用微生物群落来改善水质、回收营养物质并支持养殖水生物种的生长和健康。尽管有这些见解，但关于曝气对BFT中微生物动态的具体影响的全面研究仍然有限。
曝气对于提供生物絮团中需氧和兼性厌氧微生物代谢过程所需的溶解氧至关重要。充足的曝气系统支持多样化且活跃的微生物群落，微生物群落负责水中有机物的分解，以及富含蛋白质和脂质的生物絮团物的形成。尽管之前已经记录了曝气强度对南美白对虾养殖生物膜内硝化过程的影响，但曝气强度对微生物群落的影响（与水生物种的营养补充和水净化有关）需要进一步澄清。
本讨论了评估BFT系统中曝气强度的关键作用及其对微生物群落结构、水体的影响的研究。
> 一、研究设置： <
在这个为期两个月的实验中，使用了三个通气强度组（V75：流速75升/分钟；V35：流速35升/分钟；V10：流速10升/分钟），每个种流速有4个小组。使用12个装满海水的40升水箱来培养生物絮团物。为了模拟养殖环境并维持生物絮团的生长，将120尾南美白对虾幼苗被分配到12个池中。通过每天添加葡萄糖和南美白对虾配制饲料（体重的3%）分别作为碳源和氮源来维持生物絮团，将碳氮比始终保持在20:1。
整个实验过程中没有进行换水，每个水箱中蒸发损失的水每周由淡水补充。利用带有气石和控制阀的中央气泵来控制每次处理的曝气强度。为了量化空气流量，将单独的商用旋转流量计连接到每个测试装置的曝气入口，并根据实验方案进行调整以提供指定的流量，所有实验组在两个月的实验期间都接受持续曝气，以及标准饲养支持。
> 二、结果与讨论： <
1、结果表明，各实验组的水质参数波动均在南美白对虾养殖可接受的范围内。絮团体体积（FV）表示水体中生物絮团体所占的总体积，是衡量系统内生物絮团体密度和聚集情况的关键指标。它有助于监测微生物生物量和可用营养物质之间的平衡，确保微生物生长和代谢活动的最佳条件。在本研究中，FV与通气强度呈正相关，在V75组中显示最高值。其他研究也出现类似的结果。高FV值通常表明微生物群落强大可以有效利用和回收系统内的养分，有助于改善水质和整体系统稳定性。
图1：不同曝气强度对水质参数的影响。
2、在BFT系统中，好氧异养细菌主要消耗有机物并有助于颗粒的聚集，在生物絮团物的形成和稳定中发挥着至关重要的作用。我们发现高通气强度 (V75) 支持需氧异养细菌的生长和活性，与低通气强度组相比，显示出形成更多絮团物的趋势。这可能是因为高通气强度增加了氧气的利用率，从而加速了细菌的新陈代谢，支持有效的氧化还原反应，并增强了好氧细菌的酶活性，最终促进了其生长和繁殖。然而，高水平的曝气强度（V75 和 V35）可能会导致絮团物分解，进而导致絮团物尺寸减小。
3、生物絮团物的结构不仅包括尺寸，还包括复杂程度，它决定了絮团物在水中的沉降速度和被水生动物捕获的概率。二维分形维数（模式中复杂性细节的理性统计指数）是生物絮团物结构复杂性的关键指标。研究表明，曝气强度会影响二维分形维数，从而影响养殖物种捕获生物絮团物的能力。
在本研究中，V75组的二维分形维数稳定，但V35和V10组的二维分形维数下降，表明由于曝气强度较低，生物絮团物的结构复杂性降低。这种减少可能是由于曝气强度较低时水湍流较少。平静的环境可以减少絮团颗粒之间的碰撞和相互作用的频率，从而降低较大颗粒破碎成较小颗粒的可能性。
此外，不同的曝气强度会显着影响气泡的尺寸、分布和上升速度。较低的曝气速率会产生较少、较大的气泡，而较高的曝气速率会由于流速增加而产生较小、较多的气泡。这些变化会影响水产养殖系统中的氧传输效率、生物絮团形成和整体水环境。未来，评估曝气对气泡尺寸的影响及其对生物絮团体形成的影响对于优化絮团体结构、适应各种水生物种及其不同生命阶段的需求至关重要。
图2：不同曝气强度组微生物群落的组成和丰度。 (A) 门级； (B) 班级级别； (C) Genusevel； (D) 物种级别； (E) 物种水平细菌分类群丰度的热图。
4、研究结果表明，高曝气量可有效降低硝酸盐和亚硝酸盐浓度，将水平维持在可持续虾类养殖的最佳范围内。我们的结果强调了微生物毒性测试对于理解硝化、反硝化和厌氧氨氧化过程的重要性非常重要。这些测试可以为有毒化合物或环境压力源，如何影响生物絮团系统中的氮代谢提供有价值的见解。在未来的研究中纳入此类评估将有助于优化微生物效率，并改善水产养殖系统的氮管理。
5、生物絮团是南美白对虾的额外营养来源，提供脂肪酸等必需营养素，支持生长、免疫功能和整体健康。在这项研究中，生物絮团中粗蛋白、脂质和多不饱和脂肪酸（PUFA）的含量在三种处理中没有明显差异。然而，二十二碳六烯酸 (DHA) 含量变化很大，在V75处理中观察到最高值。
增强的曝气为DHA合成过程提供了必要的氧气，支持DHA的合成，并最终导致观察到的DHA水平增加。有趣的是，曝气强度并没有明显影响生物絮团物中其他脂肪酸的水平，并且这种现象背后的潜在机制仍不清楚。可能的解释是这些脂肪酸的生物合成途径可能对氧气利用率的变化不太敏感。
6、不同群体微生物群内基因的功能揭示了几乎相同的代谢活动，突出了微生物群落对不同曝气强度的响应的相似性。这项研究的结果表明BFT微生物群内持续有氧呼吸和能量产生。因此，调节生物絮团技术可以在维持其净化水体功效的同时，为水产养殖物种提供必需的营养物质，从而产生生态和经济优势。
> 三、研究观点： <
曝气强度会影响生物絮团的特性，较低的强度会产生更大、更简单的絮团物，较高的强度会增强DHA的积累。但无论曝气水平如何，生物絮团技术都能有效降低氨和亚硝酸盐浓度。与氮代谢和蛋白质合成相关的微生物功能在所有曝气条件下保持一致，确保稳定的生物絮团性能。
我们的研究强调了优化南美白对虾养殖曝气策略和有效水产养殖废物管理的重要性。未来的研究应该探索曝气对微生物群落的影响，并将这些见解与性能指标相结合。这项研究的结果为对虾和罗非鱼的养殖提供了宝贵的见解，但还需要进一步评估其对其他水产养殖物种的适用性。
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