复合有益微生物制剂及其在水产养殖业中的应用
为使水产养殖水体中的各种有毒有害物质都能得到一定程度的降解或消除，近年来，多种类的有益微生物复合制剂的应用也越来越广泛，许多水产科技人员也在此方面进行了大量研究，并取得了较好成果。研制和应用复合微生物制剂的目的，是针对水产养殖系统中复杂多变的环境控制为出发点，想通过利用微生物高新技术手段，产生并应用微生态制剂来快速和彻底地降解养殖池塘中的有害物质，抑制藻类及真菌等的繁殖和生长，消除致病微生物或抑制其滋生。保持养殖水体的微生态平衡，提高水产养殖动物的抗病能力；或将复合微生物制剂添加到渔用饲料中，以增加营养和调节水产动物体内的微生态平衡，增强机体的抗病性。这对于发展无公害水产养殖业或生产绿色水产品产业是有重大意义的。
一、复合有益微生物及其分类
复合有益微生物制剂又称复合微生菌、复合微生物制剂等，它是复合有益微生物制剂的一大类群，目前又可分为菌种复合微生物、中草复合微生物和其它复合微生物等。此类微生物的种类繁多，分类依据也不统一，还没有一个规范的分类标准，市售产品的商品名更多种多样，命名很不规范。此处仅以较为通俗的方法加以分类，以便于介绍。
1．菌种复合微生物制剂
指由3种以上特定功能的微生物按合理配伍而成的复合微生物制剂。
2．中草复合微生物制剂
指由1种以上中草药用作微生物培养或发酵过程中的营养基质，并与其代谢产物共同组成的复合微生物制剂。
3．其它复合微生物制剂
指由1种以上单菌种微生物和对该菌种微生物不具抑制作用的其它特定物质，包括微量元素等按合理配伍复配而成的复合微生物制剂。
二、复合有益微生物的作用机理
(一)养殖池塘水体微生态系统的基本特点
1．池塘中微生物的呼吸
水产养殖池塘中微生物的呼吸可分为好氧呼吸、厌氧呼吸和兼性呼吸三大类。池塘水体和土壤中微生物的代谢活性是池塘动力学的重要因子。微生物在氧化有机质为二氧化碳时，利用分子氧为最终电子和氢受体，这个过程通常称为好氧呼吸。池塘底栖微生物群落对氧的利用可能比氧从上面的水体穿过土壤还快，这会导致厌氧条件的形成和在代谢过程利用有机化合物或氧化的无机化合物，而不是分子氧作为电子和氢受体的微生物群落的发育，这个过程通常称为厌氧呼吸。而介于上述两者之间的称为兼性呼吸。
2．池塘氧化还原反应和氧化还原电位
池塘养殖中的氧化—— 还原反应是很重要的一种电化学反应过程。因为许多影响土壤条件、水质和水产养殖动物产量的生物学过程都有生物学介入的氧化线性还原。光合作用是一个著名的还原反应，二氧化碳中的无机碳被还原成碳水化合物中的有机碳，同时俘获能量。微生物的好氧呼吸是一个氧化反应，有机质中的碳被氧化成二氧化碳，并释放能量。根据微生物在呼吸中所用的电子受体，可以对池塘底层土壤进行垂直分层，以氧化为最终电子受体的薄薄的好氧层之下，土层内在呼吸中作为电子受体或氧化剂的物质依次为硝酸、铁和锰、硫酸、二氧化碳。
微生物厌氧呼吸的副产物是可溶性的有机化合物、二氧化碳、氨、亚硝酸盐、氮气、亚铁、亚锰、硫化氢、氢和甲烷。这些物质通过扩散、渗透和沉淀搅动在土壤剖面中转移和进入土壤上方的水体。有些还原物质如硫化氢，对水生动物具有很高的毒性。
氧化还原电位是化学系统中氧化或还原程度的一种指标。测定池塘底层土壤的氧化还原电位可作为池塘水体或土壤条件的指标。
3．能利用氧化态无机物替代分子氧作为电子受体的池塘微生物
许多池塘中的微生物都具有利用氧化态无机物替代分子氧化为电子受体的能力。利用硝酸作为电子受体的细菌能够水解复杂的化合物，并将其水解的产物氧化为二氧化碳。硝酸被还原成亚硝酸、氨、氮或氧化合物。许多水解细菌还具有发酵的能力。在硝酸还原反应现象出现的地带，一部分有机碳彻底氧化成二氧化碳，一部分转化为有机发酵产物。
铁和锰还原细菌利用氧化铁和氧化锰作为氧化剂，其方式与硝酸还原细菌还原硝酸一样。它们攻击有机发酵产物，并氧化成二氧化碳。亚铁(Fe2+)和还原锰(Mn2+)作为发酵副产物释放。
硫酸还原细菌和甲烷产生细菌不能水解的复杂有机物或通过水解活性分解简单碳水化合物和氨基酸。它们只能利用短链脂肪酸和发酵细菌产生的简单乙醇作为有机碳源。发酵产物向下转移到硫酸还原带，细菌利用硫酸作为氧化剂，将发酵产物氧化成二氧化碳。硫化物作为副产物释放。
发酵产物也可向下移动到甲烷产生带。在多数甲烷形成的一般反应中，简单有机分子被发酵，二氧化碳被作为电子(氢)受体利用。
4．池塘氧化还原电位与微生物分布
随着氧化还原电位的下降，微生物的分布依次为：硝化细菌、反硝化细菌、铁还原细菌、硫酸还原细菌、甲烷产生细菌。
(二)池塘微生物与物质循环
1．池塘微生物与氮循环
在水域生态系统的氮循环过程中，固氮微生物将氮气(N2)还原为氨，并用于氨基酸合成。氨基酸用于合成蛋白质。固氮微生物死亡后，它们的残体变成含有机氮的有机物质。氮的固定不是水域生态中氮的唯一来源，大气中电的作用产生硝酸通过雨水进入水域生态系统。在水产养殖的生态系统中，有机氮以粪便和饲料的形式应用，无机氮以化学肥料的形式添加。
微生物对水体有机物的分解将有机氮转化为氨(NH3)或铵(NH4 )。这一过程称为有机氮的矿化作用。当有机氮被矿化为无机氮或应用氨肥时，在氨(NH3)和铵(NH4 )之间会建立起一个pH值和温度依赖的平衡。
NH3+H <=>NH4
在多数水体的pH值范围内(5～8)，矿化的氮90％以上是铵。氨氮是指氨和铵的总称。水体中大量的氨氮被微生物或植物吸收转化为有机氮，也会被硝化作用氧化成硝酸。硝化作用的第一步由亚硝化单胞菌属的化能自养菌将铵氧化成亚硝酸盐：
NH4 +1／202--．NO2．+2H +H20
硝化作用的第二进制步由硝化杆菌属的化能自养细菌将亚硝酸转化为硝酸：
NO2。+l／2O2--0NO3。
硝化作用是一个耗氧和产酸的过程，这个过程是影响养殖池塘水质动力学中的重要因素。
水体中的硝酸起源于雨水、硝酸性肥料和硝化作用。硝酸可以被植物和微生物吸收、还原成氨和组合到蛋白质中。硝酸也可通过脱氮作用而从水体中消失。脱氢反应都发生在厌氧条件下。完成这些转化的微生物利用氧化的无机化合物而不是分子氧作为呼吸中的最终电子和氢受体。
2．池塘微生物与碳循环
在水域生态系统中的碳循环过程中，在池塘水体、生物和有机物之间存在着碳和氧的平衡。白天，池塘水体中用于光合作用的二氧化碳的消耗速度大于生物呼吸过程中释放出来的二氧化碳，引起二氧化碳浓度下降；夜间则相反，光合__作用停止，水体补充的来自生物呼吸的二氧化碳。溶解氧浓度的高低与二氧化碳浓度成反向关联：白天光合作用所产生的氧气大于生物呼吸所消耗的氧气，水体中的溶氧浓度上升；夜间没有光合作用而产生氧气，无法补充生物呼吸所消耗的氧气，溶氧浓度下降。没有在呼吸中消耗的有机化合物组成植物和动物能量，最终变成有机物质。有机物质在池塘的底部积累。有机物质作为底栖鱼类的饵料生物的营养来源是有益的，但过多的有机物积累会出现对氧的消耗过大，这种消耗对水质有不良影响。而异养微生物可将多余的有机物通过好氧呼吸分解为二氧化碳。
3．池塘微生物与磷循环
在水体生态系统中，磷通常是调节浮游植物产量的重要营养素。水体中的磷存在于矿物质和有机物中。池塘水体中的磷浓度与池塘土壤中所含的磷之间存在着一种平衡。但在水域生态系统中对于植物生产力的最佳比例而言，磷的天然浓度通常较低。
包含在有机物质中的磷在微生物的作用二释放出来。释放出来的一部分磷被植物吸收，其余部分为Fe3+、A13+、Ca2+土壤胶体反应，并固定在土壤中。
4．池塘微生物与铁循环
铁、锰、锌、铜、钻等金属离子对植物和动物的正常生长发育而言所需要的浓度很低，而浓度稍微高一点会引起中毒。池塘土壤中的这些金属化合物种类很多，但它们的溶解度随着水体的pH值上升而显著下降；池塘底质的土壤中阳离子微量元素的溶解度太低时，就不能满足动植物生长发育的需要。但在因微生物分解有机物所造成氧耗竭和低氧化还原电位的池塘中底质中，铁可在还原细菌的作用下，从氧化高铁和磷酸高铁化合物而转化为比三价铁更容易溶解的氧化亚铁和磷酸亚铁化合物，由此可增加池塘水体中的可溶性铁和磷，以满足动植物正常生长发育的需要。
5．池塘微生物与硫循环
硫以各种矿物的形态存在于池塘底质中，也存在于池塘水体和有机物中。其无机形态高度可溶，可以被微生物和化学过程从一种原子状态转化为另一种原子状态。一个生态系统中硫的循环类似于氮，但硫在有机物中的含量低于氮。
大气中的硫起源于火山活动，很多硫是通过含硫化合物燃烧而加入到大气中的。硫可以被植物直接从大气中吸收并组合到有机物中。硫也可以在大气中被氧化成硫酸和在雨水中到达地表。
有机物在土壤中分解后，硫以硫化物的形态被释放(矿化物)，硫化物在氧存在的情况下被氧化为硫酸。硫化物的氧化可以通过简单的化学反应发生，但在有微生物介入时，其反应速度会快得多。硫酸在土壤中可溶性较高，能被植物和微生物吸收。在池塘厌氧的底质中，硫酸也会替代氧化被微生物作为氢受体。如硫酸可能被还原为亚硫酸，亚硫酸被还原为次硫酸盐，次硫酸盐进一步还原为水合硫，水合硫再继续还原为硫化氢。
6．参与池塘物质循环的主要微生物种类及其分布
在池塘水体中，从水面下不同层面的物质循环与微生物分布集次为：氮循环：好氧微生物、碳循环：好氧微生物、磷循环：兼性厌氧微生物、铁循环：厌氧微生物、硫循环：厌氧微生物。
(三)池塘主要微生物茵群及其协同作用
池塘微生物菌群在生长过程中产生的有益物质及其分泌物质可以成为各自或相互生长的基质，通过这种共生增殖关系，组成复杂而稳定的微生态系统。
1．光合细菌
光合细菌能为好氧性和兼氧性。如光合细菌和蓝细菌都属于独立营养微生物，菌体本身含60％以上蛋白质，且富含多种维生素，并产生辅酶Q，o抗活性病毒因子，能提高养殖动物体内酚氧化酶(PO)、超氧化物歧化酶(SOD)等促生长因子；它以光和热为能源，将水体中的硫氢和碳氢化合物中的氢分离出来，变有害物质为无害物质，并以植物根部的分泌物、土壤中的有机物、有害气体硫化氢及二氧化碳、氮为基质，合成糖类、氨基酸类、维生素类、氮素化合物、抗病毒物质和生理活性物质等，是改良水质和促进动植物生长的良好物质。
光合细菌的代谢物质可以被植物直接吸收，还可以成为其它微生物繁殖的营养成分。光合细菌如果增殖，会带动其它微生物的增殖。例如，VA菌根窗以光合细菌分泌的氨基酸为营养，菌根菌能分泌植酸酶和磷脂酶，因而，它既能溶解无机磷化合物，又能水解有机磷化合物，还能与固氮菌共生，使其固氮能力成倍提高。
2．酵母菌群
酵母菌为真核生物。它利用植物根部的分泌物、光合细菌合成的氨基酸、糖类及其它有机物产生发酵能力，合成能促进根部生长及细胞分裂的活性化物质，增强水体中脂肪酶的活性，以分解水体中的脂肪。酵母菌对于促进其它有益微生物如乳酸菌、放线菌等的增殖所需要的基质，提供重要的给养保障。此外，酵母菌产生的单细胞蛋白还是动物不可缺少的养分。
酵母菌在有氧条件下，将溶于水中的糖类(单糖和多糖)、有机酸作为酵母菌所需的碳源，供合成新的原生质及酵母生命活动能量之用，对糖类的分解可完全氧化为三氧化碳和水。在缺氧条件下，酵母菌利用糖类作为碳源，进行发酵和繁殖母菌体。因此，酵母菌能有效分解溶于水体中的糖类，迅速降低水体中的生物耗氧量，在池塘内繁殖出来的酵母也可作为养殖水生动物的饵料。
3．放线菌群
放线菌群为好气性菌群，又称弗兰克菌群，具有固氮作用。它从光合细菌中获取氨基酸、氮素等作为基质，产生出各种类抗生素物质、维生素及酶，可以直接抑制病原菌。在已知的放线菌中，半数以上发现拮抗性。产生抗生素物质的放线菌主要是链霉菌属的种类。它提前获取有害霉菌和细菌增殖所需要的基质，从而抑制它们的增殖，并为其它有益微生物的增列提供有益的生长繁殖环境。放线菌和光合细菌混合后的作用较单独使用放线菌的效果好得多。但放线菌难以分解壳素等具有降解作用，并容易被动植物所吸收，增强劝植物对各种病害的抵抗力和免疫力。放线菌也会促进固氮菌和VA菌根菌增殖。目前在水产养殖业中应用的主要是嗜热性放线菌，对于养殖水体中的氨氮降解及增加溶氧作用和稳定pH值均有较好效果，尤其中在甲鱼养殖温室中使用效果更佳。
4．发酵系丝状菌群
发酵性丝状菌群为厌氧性。以发酵酒精时使用的曲霉菌属为主体，它能和其它微生物并存。尤其对池塘底质中脂的生成有良好效果，能产生D-核工业糖以修复生物体内核糖核酸(RNA)。因为酒精生成能力强，可有效防止蛆和其它害虫的发生，并可消除恶臭味。
5．乳酸菌群
乳酸菌群为厌氧性菌群。它靠提取光合细菌、酵母菌产生的糖类形成乳酸。乳酸具有很强的杀菌能力，能有效抑制有机物的急剧腐败分解及有害物质如吲哚的产生。乳酸菌能够分解在常态下不易分解的木质索和纤维素，并使有机物发酵分解。乳酸菌还能抑制致病菌的增殖。
6．EM菌
EM菌为一类有效微生物菌群。有效微生物制剂即有效微生物菌群的英文(Efective microoganisms)缩写为EM。它是采用适当比例和独特的发酵工艺，将筛选出来的有益微生物混合培养，形成复合的微生物群落，并形成有益物质及其分泌物质，通过共生增殖关系组成了复杂而又相对稳定的微生态系统。由光合细菌、乳酸菌、酵母菌、放线菌等5科10属80余种有益菌复合培养而成的微生态制剂，是Et本琉球大学比嘉照夫教授等多年潜心研究的成果，产品于2O世纪80年代初投放市场。有益微生物菌群能快速降解、吸收和转化水体中的氮、磷和有机污染物，其形成优势种群后，能有效抑制有害微生物和有害藻类的生长繁殖。在欧、美、日本、印度尼西亚等国的水产养殖业上得到广泛应用，并创造了巨大经济效益。EM菌主要有4种剂型：[~pEMI(含全部的EM菌，也就是通常所说的EM)、EM2 (以放线菌为主)、EM3(以光合细菌为主)、EM4(以乳酸菌和酵母菌为主体)。除此之外，尚有衍生物EM5(由EMI+醋+酒精+糖蜜发酵而成，故又称EM发酵液)和EMx(又称SEX，用于医药)。EM菌中的有益微生物经固氮、光合等一系列分解和合成作用，可使水体中的有机物质形成各种营养元素，供自身及饵料生物的生长和繁殖，同时增加水体中的溶解氧含量，降低氨、硫化氢等有毒有害物质的含量，提高养殖水质的质量水平。
由上可见，各种有益微生物都能各自发挥重要作用，它们的协调合作能力支撑着其它微生物的活动，同时也利用其它微生物产生的物质来营养自身或参与中间反应，共同处于一个共生互利的作用，从而起到改善水产养殖水质和底质的作用。
(四)复合有益微生物对池塘水体氮循环细菌动态变化的影响
吴伟等人(2005)进行了复合微生物态制剂对池塘水体氮循环细菌动态变化的影响研究。试验采用最大可能数法分析了不同季节养殖池塘水体中的氨化细菌、亚硝化细菌、硝化细菌和反硝化细菌的种群数量。结果表明，在池塘水体中，各种氮循环细菌的分布规律为：氨化细菌的n(MPN)为春季(8．6×105)>夏季(8．5×lOs)>秋季(3．1×104)；亚硝化细菌为夏季(3．2×10s)>春季(6．4×103)>秋季(6．2×104)；硝化细菌正好相反，为春秋(2．4×106)>秋季(I．0×106)>夏季(7．6×105)；反硝化细菌为春季(4．5×106)>夏季(9．5 X 105)>秋季(6．2×104)，由春季到秋季逐渐降低1个数量级。使用活菌数为2×10Scfu／ml含量的枯草芽孢杆菌、施氏假单胞菌、水生假丝酵母和球形酵母的复合有益微生物制剂后，可以明显地提高池塘水体中氨化细菌、反硝化细菌和亚硝化细菌的数量，但对硝化细菌的影响不大。复合有益微生物制剂可使池塘水体中各种氮循环细菌在春季不同季节保持较为恒定的数量，最大限度地提高氮循环的速率和效能。试验同时还发现氨化细菌、反硝化细菌的数量与其相应作用的产气量呈显著的相关性(P<0．05)，说明两者可将水体中的氮素转化为NH3、N20或N2等不同的气体而从水体中逸出。研究结果表明，复合微生物制剂通过直接影响水体中的氮循环细菌数量而促使水体中的氮循环。
(五)复合微生物制剂对养殖水体的净化作用
陈秋红等人(2004)考察了复合微生态制剂对水产养殖水体的净化作用。方法是将实验室研制的复合微生态制剂MCB以不同的投放量加入到各试验池塘中，根据各池的溶氧、氨氮、亚硝酸盐、硫化物的变化情况与对照池比较。结果是施放复合微生态制剂的各试验池均比对照池的溶氧量明显增加，氨氮、亚硝酸盐、硫化物的含量明显降低；复合微生态制剂MCB的投放周期为lO天左右，最佳投放量为9m g／L。
MCB分别由一株产淀粉酶的枯草芽孢杆菌、一株产碱性蛋白酶的枯草芽孢杆菌及酪酸菌、乳酸菌，将上述菌种经分别培养后获得活菌体，配以辅料，制成复合微生态制剂MCB，制剂的活菌数量为20亿～4O亿个cfu／g。
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