揭秘水产养殖池塘的“隐形力量”：微生物网络如何影响产量和环境
更新时间：2025-06-26 11:58:28 来源/作者：深蓝牧渔
已审查的FSM中包含的营养输入源，n = 包含相应营养源的FSM数量。
每个水产养殖池塘的“心脏”都隐藏着一个看不见却至关重要的宇宙：一个复杂的微生物网络，它处理营养物质、生产饲料，并最终决定系统的健康和生产的成功。虽然水产养殖生产者关注的是他们添加的饲料，但天然食物网的力量往往被低估。最近发表的一篇综述深入探讨了数学模型如何揭示这一生态系统的秘密，并提供了优化生产、减少环境影响和提高盈利能力的工具。
了解细菌、浮游植物、营养物质与养殖鱼类或虾类之间的相互作用至关重要。这项研究由瓦赫宁根大学及研究中心和IPB大学的科学家发表，它转化了这项广泛研究的成果，该研究分析了1984年至2024年间开发的29个模型，旨在为建模科学如何改变水产养殖管理提供清晰的指导。
什么是农场规模模型？为什么它们至关重要？
农场规模模型 (FSM) 是一种数学工具，可以模拟池塘内随时间推移发生的各种过程。您可以将其视为养鱼场的虚拟实验室。它们可以帮助您量化投入物（例如饲料和肥料）的转化、消耗和累积过程。
根据研究，它们的主要好处是可以帮助任何生产者解答关键问题：
预测：如果我增加种植密度，水质会发生什么变化？
探索：如果我改变饲料配方会发生什么？
法规：在不损害环境的情况下实现产量最大化的最佳策略是什么？
池塘里看不见的主角：模型显微镜下的微生物
研究表明，尽管存在多种生物，但模型历来只关注少数几种。
浮游植物：研究最多的参与者
浮游植物是水产养殖模型中最常包含的微生物（在所分析的 29 个 FSM 中，有 25 个存在浮游植物）其作用有双重：
营养固定剂：消耗溶解在水中的无机营养物，例如氨氮（AGN）和磷，有效净化水质。事实上，该过程在降低氨方面可能比硝化作用更为重要。
食物链的基础：它是某些鱼类（如罗非鱼和鲤鱼）或浮游动物的直接食物，而浮游动物又被其他鱼类食用。
细菌的关键作用：被遗忘的回收者
令人惊讶的是，只有一小部分模型（29 个中的 5 个）明确地纳入了细菌的动态。这是一个关键的遗漏，因为细菌主要负责分解有机物（食物残渣、粪便）并将其转化回浮游植物可以重复使用的无机营养物。。
像许多模型那样假设细菌始终“可用”或处于稳定状态，可能会导致错误的结论。循环能力在很大程度上取决于碳的可用性，而碳的可用性往往会成为集约化系统的制约因素。
化学计量学的重要性（c:n:p）
该研究最具启发性的发现之一是需要考虑化学计量学，即生物体及其食物中碳 (C)、氮 (N) 和磷 (P) 等关键元素的比例。
大多数模型假设，如果有天然食物，鱼就能有效利用。然而，实际情况却更加复杂。鱼的营养需求是固定的（特定的碳氮磷比）。如果它摄取的天然食物（例如浮游植物）缺乏其中一种元素，无论食物多么丰富，鱼的生长都会受到限制。
该研究提出了一个清晰的例子：一条鱼可能会消耗大量富含碳的浮游植物，但如果它缺乏磷，那么实际的生长将取决于少量可用的磷，而不是丰富的碳。忽视这种营养不平衡会导致高估潜在生长和营养管理效率低下。
实际应用：计算池塘的真实承载能力
了解食物网使我们能够确定系统的承载能力：可以持续维持的最大动物密度。
该研究对生物絮凝系统中的尼罗罗非鱼进行了模拟案例研究。
基线情景：放养密度为 15 条鱼/平方米，系统运行良好，异养细菌（消耗有机物的细菌）稳定生长。
增加24%：通过将密度提高到124%（约18-19条鱼/平方米），系统仍能保持稳定。细菌持续生长，高效处理废物。
增加50%：然而，当密度增加到150%（约22-23条鱼/平方米）时，系统就会崩溃。鱼群消耗细菌的速度比细菌生长的速度快。细菌数量骤减，有机物未经处理就堆积起来，水质急剧恶化。
这个例子表明，承载能力不是线性的，食物网的平衡，特别是细菌的平衡，是池塘可持续极限的敏感指标。
结论及精准水产养殖展望
研究结论认为，尽管现有模型是有价值的工具，但仍有很大的改进空间，以提高其准确性和实用性。针对水产养殖模型的未来，主要建议如下：
结合细菌动力学：停止假设细菌处于稳定状态并开始明确模拟它们的生长和循环功能至关重要。
应用化学计量方法：未来的模型应该考虑 C：N：P 比率，以更准确地预测天然饲料如何实际促进养殖动物的生长。
适应性：这些知识不仅适用于鱼类养殖，也适用于虾类养殖，并根据特定的养殖条件进行必要的调整。
通过整合这些要素，农场规模模型将成为更强大的管理工具，使生产者能够优化饲料使用、降低成本，并以真正可持续和高效的方式运营。
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