随着居民消费结构的升级,水产养殖业近年来得到快速发展,随之产生的养殖场地匮乏、水资源的浪费和外排水体污染等环境问题已经迫在眉睫。“鱼-菌-藻”共生系统,作为一种新兴的循环水养殖模式,被认为是一种可持续的、生态友好的养殖模式,具有广阔的发展前景。掌握影响“鱼-菌-藻”共生系统性能的关键途径,提升系统的元素利用效率,从而强化“鱼-菌-藻”共生系统性能,具有重要的现实意义。本论文构建了实验室规模的“鱼-菌-藻”共生系统,向“鱼-菌-藻”共生系统中添加不同类型的碳源,利用元素平衡分析、荧光定量PCR等手段,解析了外加碳源对系统碳氮循环过程的影响及其作用机制;从系统性能、水质情况和温室气体排放等多个角度出发,全面评估了水体中抗生素的存在对“鱼-菌-藻”共生系统性能的影响。初步掌握了“鱼-菌-藻”共生系统的碳氮转化过程,提出了优化“鱼-菌-藻”共生系统性能的可行性建议,为优化系统的设计与运行奠定了理论基础。主要结论如下:(1)碳源的添加显著提升了菌藻生物量和藻类叶绿素浓度,但是对鱼类生产性能无明显作用。有机碳源(OC)和无机碳源(IC)的添加均可提升碳氮元素在菌藻中的分布,OC组和IC组的菌藻生物量分别比对照组增加9.6%和19.2%;OC组水体中氮素的分布显著下降,IC组水体中氮素的分布则无明显变化,但是IC组水体中的总碳浓度显著升高;OC组温室气体二氧化碳(CO2)和氧化亚氮(N2O)的释放显著增强,而IC对系统温室气体释放无显著影响。(2)外加碳源有利于“鱼-菌-藻”共生系统的水质长期保持良好状态。碳源添加组的氨氮维持在较低水平,而对照组在系统运行后期NH4+-N浓度显著增高;OC组NO3--N浓度显著低于IC组和对照组,这主要是由于有机碳的存在增强了微藻对含氮营养盐的吸收作用和光生物反应器的反硝化能力;荧光定量PCR结果显示:有机碳源提高了系统nirS丰度,强化了系统的反硝化进程;而IC组amoA丰度显著增加,有效提升了系统的氨氧化速率。但是,OC组良好的水质效果是以温室气体释放增加为代价的,其N2O和CO2的释放量分别是对照组的9倍和1.66倍。(3)抗生素的引入使得氮素和碳素更多的分布于鱼类和菌藻中,提升了系统的碳氮利用效率。抗生素通过增强鱼类肠道的酶活性增强了鱼类的摄食行为,使得鱼类生物量提升30.0%,并使菌藻生物量提升2.89倍;与对照组相比,抗生素的存在使系统的氮素利用率和碳素利用率分别提升了 31.5%和30.3%。HPLC-MS结果表明,“鱼-菌-藻”共生系统可以缓冲磺胺嘧啶带来的不利影响。输入系统中的磺胺嘧啶,超过98%被菌藻降解或光解,仅有少部分存在于水中,极少部分残留于鱼类和菌藻体内,且磺胺嘧啶残留浓度低于相关国家标准。但是,抗生素在不同程度上增加了系统中抗性基因sul-1、sul-2和intI-1的丰度,由此引发的环境生物风险需要慎重考虑。(4)抗生素对“鱼-菌-藻”共生系统的水质影响不大。虽然抗生素对AOB和NOB存在短期的抑制作用,使得系统中NO2--N浓度的峰值延迟出现,但是系统运行后期,NO2--N和NO3--N浓度与对照组维持同一水平,NH4+-N浓度虽然比对照组略有提高,但是没有显著差异。值得注意的是,抗生素组的总N2O释放量比对照组升高了 1 62.2%,抗生素引发的温室效应不容忽视。这可能是因为抗生素降低了nosZ丰度但提升了nirS的丰度,影响了反硝化过程的正常进行,导致N2O排放增多。