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高效、环保的循环水养殖模式是未来水产养殖的必然发展选择,在海水循环水养殖系统中生物滤池实际运行时常出现启动慢、耗时长等问题,影响循环水养殖系统的可靠性和稳定性。循环水养殖系统平均化负荷设计忽略了鱼类污染物排放变化规律,导致养殖水体存在氨氮和亚硝酸盐氮超标的风险。针对以上问题,本文从海水淡水环境中生物膜生长、填料表面修饰、成熟填料接种和变速流调控等方面研究了硝化生物生长特征和关键作用因子以及水体循环优化和调控措施。论文主要结果如下：(1)海水环境中当亚硝酸盐氮浓度分别不小于100mg/L和12mg/L时氨氧化菌(AOB)和亚硝酸盐氧化菌(NOB)活性分别受到抑制,淡水环境中AOB没有受到明显抑制,而NOB抑制浓度不小于50mg/L；游离亚硝酸(FNA)对海水和淡水环境中NOB活性的完全抑制浓度分别不小于0.05mg/L和0.21mg/L。海水环境中NOB以Nitrobacter为主而淡水环境则以Nitrospira为主,盐度可能降低了Nitrospira对基质的竞争能力。然而海水生物膜生物量和胞外聚合物(EPS)蛋白质组成含量明显高于淡水生物膜含量,此点与总有机碳(TOC)和荧光光谱检测(3D-EEM)结果一致,这种现象源于硝化生物膜对盐度环境的适应机制。(2)表面修饰填料可在25d内建立完全硝化能力,早于普通空白填料(35d)；修饰填料能够明显地促进NOB在生物膜生长早期定殖过程,避免亚硝酸盐氮积累,减轻游离亚硝酸(FNA)对AOB和NOB的生长抑制。修饰填料表面物质组分变化研究发现修饰填料表面作用物质为蛋白质和多糖,这些大分子物质为生物膜生长提供潜在的有机物源和空间结构。(3)利用成熟填料接种生物滤池,接种量越大(如10～15%接种比例)生物滤池启动越快,越早形成完全硝化能力。然而新生物膜生长(如硝化能力、胞外聚合物(EPS)组分、细菌丰度等)更易被成熟生物膜抑制,这是由两者之间基质竞争引起的。硝化生物膜生长过程主要产生3种高丝氨酸内脂(AHL) (C4-HSL C8-HSL和3OC8-HSL),后两者可能促进硝化生物膜生长,因此在充足基质的基础上投加人工AHL是促进生物膜快速生长的途径之一。(4)罗非鱼摄食后12h内0～4h和8～12h为氨氮排放低谷期(4.2～4.7mg/(h*kg)),4～8h为氨氮排放高峰期(11～12mg/(h*kg));低循环率下无机氮浓度高于高循环率对应浓度,排放高峰期总氨氮(TAN)为3.26-3.37mg/L,亚硝酸盐氮(NO2-N)为1.32～1.45mg/L,超出罗非鱼健康生长限制浓度(TAN≤3mg/L,N02--N≤1 mg/L)。变速流通过增加氨氮排放高峰期内循环流量明显地降低了高峰期氨氮和亚硝酸盐浓度(TAN:2.03～2.24mg/L,NO2--N:0.56～0.62mg/L),方法易于实现、成本低,为系统水质调控和低成本养殖技术提供参考。