天津市处于环渤海经济发展的重要地位,近年来,通过政策引导和政府的大力扶持,海水养殖产业逐渐步入快速发展期,但中小型养殖企业仍存在生产模式相对落后、生产效率低、对环境资源依赖程度高、能耗及环境污染压力大等诸多弊端。因此,为响应国家节能减排号召,研发简约高效、环保节能、健康安全的养殖模式,对于加速产业供给侧结构性改革,提质增效,渔民增收,推动建设都市型渔业具有重要的现实意义。天津独特的地热资源带动了集约型工厂化养殖产业的飞速发展,使循环水养殖工艺实现了节能、降耗,但水处理量却相应增大,其中有机污染监测预警和循环水系统中微生物群落结构及功能研究成为提升尾水处理技术的关键问题。因此,发展工厂化养殖尾水处理新技术、研发节能节水、生态环保等工艺,可为天津渔业实现绿色健康可持续发展提供基础保障。本文主要采用总有机碳分析仪实时监测循环养殖海水中TOC含量的周年变化规律,为预警有机物的污染程度提高数据,分析影响TOC时空分布特征的主要环境因素,为进一步探索循环养殖海水中TOC的生物有效性提供科学依据。同时,结合循环系统水质情况、放养密度、病害防治、日常管理、高效优化的养殖设备等方面,针对多级生物滤池中水体及生物填料上的生物膜微生物群落多样性及功能预测进行初步研究,为今后建立尾水处理新技术、循环系统微生态制剂研发等方面提高数据积累。实验结果如下:1.不同养殖品种TOC含量的周年变化规律。采用快速、精准的总有机碳分析仪,定期监测半滑舌鳎、大菱鲆和石斑鱼养殖水体中TOC的含量。具体结果如下:大菱鲆养殖水体中TOC含量的周年变化规律依次为:秋季>夏季>春季>冬季。半滑舌鳎养殖水体中TOC含量的周年变化规律依次为:秋季>夏季>春季>冬季。石斑鱼养殖水体中TOC含量的周年变化规律依次为:夏季>秋季>春季>冬季。其中,大菱鲆养殖水体中TOC含量的周年变化规律与半滑舌鳎养殖水体中TOC含量的周年变化规律相似。2.不同养殖品种TOC含量与主要环境因子的相关性分析。主要采取CCA分析法,综合分析TOC含量和养殖水体中菌落个数与环境因子(温度、pH、DO、COD、氨氮、亚硝酸氮)之间的相互关系。结果表明,分析显示:DO、pH和温度是影响大菱鲆养殖水体中TOC含量变化的主要环境因子。DO和温度是影响半滑舌鳎养殖水体中TOC含量变化的主要环境因子。氨氮、pH和温度是影响石斑鱼养殖水体中TOC含量变化的主要环境因子。其中,温度是影响大菱鲆、半滑舌鳎和石斑鱼养殖水体中TOC含量变化的共同的环境因素。3.循环系统中多级生物滤池微生物多样性的研究。采用分子生物学方法,针对不同生物滤池水体和生物膜的细菌多样性进行高通量测序,结果表明:所有样品的细菌主要隶属于27个门,其中变形菌门(Proteobacteria)为优势门类。9个生物膜样品中优势门类前三的细菌门类依次为:变形菌门(Proteobacteria),占细菌总数的49%~66%,浮霉菌门(Planctomycetes),占比5.6%~11.7%和拟杆菌门(Bacteroidetes),占比15%~36%。而9个生物滤池中的水体样本中的前三细菌门类是变形菌门(Proteobacteria),占比为66%~80%,蓝细菌门(Cyanobacteria),占比5.7%~10.2%和拟杆菌门(Bacteroidetes),占比5.9%~10.1%。在循环水养殖系统生物滤池中,所有的样品中均有硝化螺旋菌门(Nitrospirae),该菌主要起到去除氨氮和亚硝酸盐的作用。通过比较研究发现,生物膜上的细菌物种含量明显少于水体中的细菌物种(P<0.05),但是微生物多样性高于养殖水体(P<0.05)。4.循环系统中多级生物滤池微生物群落功能的研究。通过聚类分析和PCoA分析表明,生物膜和生物滤池中水体细菌群落组成存在较大差异(P<0.05),其细菌群落功能也存在一定的差异性(P<0.05)。通过对KEGG数据库进行比对,一级预测功能中共获得6类生物代谢通路功能;二级预测中获得10个子功能;三级预测中发现所有样品均具有氮代谢功能,且生物膜样品氮循环功能较相应的养殖水体强。