《Aquaculture International》：Importance of biofilms in water quality management in aquaculture systems—a review
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本文是一篇关于生物膜在水产养殖系统水质管理中作用的综述。生物膜（由表面微生物群落组成）能改善水质、增强养殖生物生长和抗病能力。文中详细探讨了生物膜维持水质的机制及基于生物膜的可持续水产养殖实践潜力，值得一读。
### 生物膜在水产养殖系统中的重要地位
在水产养殖领域，生物膜可不是一个陌生的概念。生物膜是微生物群落附着在各种表面形成的集合体，别看它 “貌不惊人”，却在水产养殖系统中扮演着举足轻重的角色。它就像一位默默守护的 “隐形卫士”，时刻维护着养殖环境的稳定和健康。
生物膜对水质的改善作用
- 减少溶解固体：微生物，尤其是与生物膜紧密相关的细菌，在减少水中溶解固体方面发挥着关键作用。这些溶解固体如果积累过多，会对养殖生物的生存环境造成压力，影响它们的生长和健康。而生物膜中的细菌就像一个个小小的 “清洁工”，通过一系列复杂的生理过程，将这些溶解固体转化为无害或者更易于被水体生态系统利用的物质，从而降低水中溶解固体的含量，让水体更加清澈、适宜养殖生物生存。
- 降低病原体数量：水产养殖中，病原体是养殖生物健康的一大威胁。生物膜中的微生物能够通过多种方式抑制病原体的生长和传播。有些细菌可以产生具有抗菌活性的物质，直接抑制或者杀死病原体；还有些细菌能够与病原体竞争生存空间和营养物质，让病原体 “无处容身”“无食可吃”，从而有效减少养殖水体中病原体的数量，降低养殖生物患病的风险。
生物膜参与营养循环
在水产养殖系统的营养循环过程中，生物膜也扮演着不可或缺的角色。养殖水体中含有各种营养物质，如氮、磷等。生物膜中的微生物能够利用这些营养物质进行生长和代谢，同时又会将一些代谢产物重新释放到水体中。例如，硝化细菌是生物膜中重要的成员之一，它们能够将水体中的氨氮（NH4+ -N）转化为亚硝酸盐氮（NO2? -N），再进一步转化为硝酸盐氮（NO3? -N）。这个过程不仅可以去除对养殖生物有毒害作用的氨氮，还能将氮元素转化为更稳定的形式，为浮游植物等提供可利用的营养，促进水体生态系统的良性循环。
基于生物膜的技术在循环水养殖系统中的应用
循环水养殖系统（Recirculating Aquaculture Systems，RAS）是一种高效、环保的养殖模式，而基于生物膜的技术在其中更是发挥着关键作用。在 RAS 中，养殖水体需要不断循环利用，这就对水质处理提出了很高的要求。生物膜技术通过在特定的载体表面培养生物膜，让水流经过这些载体时，生物膜中的微生物能够对水体进行净化处理。与传统的水质处理方法相比，生物膜技术具有很多优势。它是一种更加生态友好的方式，不会引入过多的化学药剂，减少了对水体生态系统的负面影响；而且生物膜一旦形成，就能够持续发挥作用，降低了养殖成本，提高了养殖效益。
生物膜维持水质的机制
- 物理吸附作用：生物膜具有较大的比表面积，就像一块超级 “海绵”，能够通过物理吸附的方式将水体中的一些杂质、有机物和微生物吸附到其表面。这种物理吸附作用可以快速降低水体中污染物的浓度，起到初步净化水质的作用。
- 生物化学反应：生物膜中的微生物能够进行各种各样的生物化学反应。除了前面提到的硝化作用，还有反硝化作用、有机物的分解等。反硝化细菌可以将硝酸盐氮（NO3? -N）转化为氮气（N2）释放到大气中，进一步去除水体中的氮元素；而一些异养细菌则能够分解水体中的有机物，将其转化为二氧化碳（CO2）、水（H2O）等无害物质，维持水体的生态平衡。
- 群体感应机制：生物膜中的细菌之间存在着一种特殊的交流方式 —— 群体感应（Quorum Sensing，QS）。通过群体感应，细菌能够感知周围环境中同类细菌的数量，并根据这个信息来调节自身的生理活动。当生物膜中的细菌数量达到一定程度时，它们会通过群体感应机制协调行动，增强对有害物质的降解能力，更好地维持水质。
生物膜与可持续水产养殖
随着人们对环境保护和可持续发展的关注度不断提高，可持续水产养殖成为了未来的发展方向。生物膜在可持续水产养殖中具有巨大的潜力。首先，生物膜技术能够有效减少养殖废水的排放，降低对周围水环境的污染，符合可持续发展的理念。其次，利用生物膜改善水质，可以为养殖生物提供更加健康、稳定的生长环境，提高养殖生物的品质和产量，增加养殖经济效益。此外，基于生物膜的养殖模式还可以减少化学药物和抗生素的使用，降低养殖产品中的药物残留，保障消费者的健康。
综上所述，生物膜在水产养殖系统水质管理中具有重要的作用，无论是改善水质、参与营养循环，还是在基于生物膜的技术应用和可持续养殖发展方面，都展现出了巨大的潜力。未来，随着对生物膜研究的不断深入，相信生物膜在水产养殖领域会发挥更加重要的作用，为水产养殖业的可持续发展提供更有力的支持。
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