鱼菜共生实验

实验人员：苏可颜（组长）、刘黎明、薛筱涵、李文韬、段雯昕

课题一：探究生存环境对硝化细菌降解氨氮效率的影响

1.准备足量自来水将其置于通风处晾晒2-3天

2.准确量取4L处理后的自来水

缓慢滴入12滴鱼粪浓缩液 同时用搅拌棒充分搅拌均匀

进行水体氨氮与亚硝酸盐的检测：

使用鱼粪稀释液反复冲洗测试试管3-5次

使用滴管量取5mL待测水样 缓缓注入已预处理好的测试试管中

向测试试管中滴加5滴1号试剂 轻轻摇匀

再滴加5滴2号试剂 使试剂与水样充分混合

静置测试试管于水平桌面上5分钟后 将测试试管刻度面紧贴于比色卡的空白处 读取所测水样的氨氮含量

另取装有5mL待测水样的测试试管 滴加5滴亚硝酸盐试剂

静置测试试管5分钟后 比色读数

搭建培养系统

鱼菜共生研究日志

鱼菜共生系统构建与运行稳定性初布了解

通过阅读与学习，我初步了解了有关鱼菜共生课题的起源历史原理与应用。鱼菜共生是一种新型的复合耕作体系，它把水产养殖与水耕栽培这两种原本完全不同的农耕技术，通过巧妙的生态设计，达到科学的协同共生，从而实现养鱼不换水而无水质忧患，种菜不施肥而正常成长的生态共生效应。其原理为鱼的排泄物积累使水中氨氮增加，该水体被输送到水培系统，细菌将氨氮分解为亚硝酸盐，硝化细菌再分解为硝酸盐，硝酸盐被植物吸收用作生长。通过阅读学校发的小蓝本，我了解了三个课题内容：探究生存环境对硝化细菌降解氨氮效率的影响、探究硝化细菌对鱼菜共生系统中植物生长的影响、探究鱼菜共生系统中硝化细菌对水环境稳定性和植物生长的影响，册子上给出了详细的操作步骤与数据记录表格。同时经过在课题网平台上的网课学习，我学习了怎样提出问题、发散思考、实验流程、如何分工、团结合作等问题，以此为基础，我完成了对实验整体的总规划与组内成员的分工。8月26日晚我已经准备好足量自来水进行晾晒处理用于实验。

通过实验已知硝化细菌建立硝化系统需要可以附着的细菌屋与充足的氧气，我们通过用滤材搭建细菌屋，用水泵给硝化细菌提供氧气，当鱼菜共生投入大规模生产时，鱼菜共生系统又是怎样的？我们查阅资料，发现中国各地有多处鱼菜共生农业生产点，世界上也有不少国家建立了大型鱼菜共生农场。在鱼菜共生生产中，鱼池与种植槽通过砾石床连接，微生物在基质表面富集，氧气由水泵供给。山西长治的项目采用此模式，使鲈鱼养殖密度达传统土塘的 20 倍，蔬菜产量提升 5 倍。随着科技的进步，智能化技术正逐渐融入鱼菜共生系统。传感器可以实时监测水体的温度、pH 值、溶解氧含量、氨氮浓度等关键指标，将数据传输到控制系统。在喀喇沁左翼蒙古族自治县鱼菜共生科技示范园，就采用了人工智能算法控制鱼菜共生系统运转，实现了 “循环、数据、云端、有机” 的一体化管理，成为东北首家规模化鱼菜共生智慧工厂。这种智能化管理不仅提高了系统的稳定性和生产效率，还降低了人工成本，充分体现了高科技在农业生产中的应用。可以看出鱼菜共生的应用与前景广阔，并进一步研究硝化系统在实际应用中的运作。

我认为对于一个鱼菜共生系统，应该从营利性经济性、投资成本（氮的吸附率、饲料转化率、水资源利用效率、能量转化效率）、生物产量（存活率、比生长率）、生物产品质量、可持续性、自动化智能化集约化程度、因地制宜结合实际程度、绿色环保等方面评估。

探究环境对硝化细菌降解氨氮效率的影响研究日志

一、实验研究背景与原理

1. 实验研究背景

通过阅读与学习，我们初步了解了有关鱼菜共生课题的起源历史原理与应用。鱼菜

共生是一种新型的复合耕作体系，它把水产养殖与水耕栽培这两种原本完全不同的农耕

技术，通过巧妙的生态设计，达到科学的协同共生，从而实现养鱼不换水而无水质忧患，

种菜不施肥而正常成长的生态共生效应。其原理为鱼的排泄物积累使水中氨氮增加，该

水体被输送到水培系统，细菌将氨氮分解为亚硝酸盐，硝化细菌再分解为硝酸盐，硝酸

盐被植物吸收用作生长。

2. 实验原理

硝化细菌是化能自养菌，可通过两步反应降解氨氮：第一步由亚硝化细菌将 NH₄⁺

转化为 NO₂⁻，第二步由硝化细菌将 NO₂⁻转化为 NO₃⁻；在不同的生存环境（如有无额

外氧气供应、是否存在细菌屋等载体）下，硝化细菌的生长繁殖状况以及酶的活性会受

到影响。通过检测水体中氨氮和亚硝酸盐的含量变化，就能反映出硝化细菌在不同环境

下降解氨氮的效率。

二、实验器材与药品

pH + 亚硝酸盐 + 氨氮试剂组合套装、鱼粪浓缩液、气泵、硝化细菌、气泵石头、

鱼缸管三通、300mL 烧杯、500mL 烧杯、培养杯、细菌屋、3mL 滴管、搅拌棒、水、剪

刀、纸盒、保鲜膜

三、实验步骤

（1）鱼粪稀释液的配制

准备足量的自来水将其置于通风处晾晒 2 - 3 天，以此去除水中可能存在的氯气等

有害物质。用量具准确量取 4L 处理后的自来水，倒入合适的容器中。缓慢滴入 12 滴鱼

粪浓缩液，同时用搅拌棒充分搅拌均匀，从而模拟出因鱼类生活活动而导致水体中氨氮

浓度升高的环境。

（2）水体氨氮与亚硝酸盐的检测

完成鱼粪稀释液配制后，立即使用亚硝酸盐 + 氨氮试剂组合套装对水体中的氨氮

与亚硝酸盐含量进行检测。需详细记录各项数据，并对检测场景拍照留存，以便后续分

析参考。为了实验效果更加明显，若首次检测得到的氨氮值未达到 1.5mg/L，可根据实

际情况酌情增加鱼粪浓缩液的添加量。

① 氨氮检测操作步骤

a. 预处理：使用鱼粪稀释液反复冲洗组合套装中的测试杯 3 - 5 次，确保测试杯内

壁无杂质残留，避免对检测结果产生干扰。

b. 水样取样：使用滴管量取 5mL 待测水样，缓缓注入已预处理好的测试杯中。

c. 试剂添加：向测试杯中依次滴加 5 滴 1 号试剂，轻轻摇匀后，再滴加 5 滴 2 号

试剂，使试剂与水样充分混合。

d. 静置反应：盖好测试杯盖子，轻轻晃动测试杯，使杯内液体混合均匀，随后将测

试杯放置在水平桌面上，静置 5 分钟，确保化学反应充分进行。

e. 比色读数：5 分钟后，将测试杯的刻度面紧贴于比色卡的空白处，仔细对比测试

杯内液体颜色与比色卡上的标准颜色，从而准确读取所测水样的氨氮含量（单位： mg/L）。

② 亚硝酸盐检测操作步骤（详细参考试剂盒内说明书）

a. 预处理：使用待测水样多次冲洗测试杯，保证测试杯的清洁度。

b. 水样取样：同样使用滴管量取 5mL 待测水样，注入处理好的测试杯内。

c. 试剂添加：测试杯中滴加 5 滴亚硝酸盐试剂。

d. 静置反应：盖好测试杯盖子，轻轻摇晃测试杯使液体混合均匀，静置 5 分钟，让

化学反应充分完成。

e. 比色读数：5 分钟时间到后，将测试杯的刻度面紧贴比色卡的空白处，将测试杯

内液体颜色与比色卡上的标准颜色进行仔细比对，进而得出所测水样的亚硝酸盐含量

（单位：mg/L）。

注意事项：亚硝酸盐检测剂的试剂 2 不要提前配制，仅在第一次使用前进行配制，

所有试剂均需要在阴凉避光处保存。

（3）培养系统搭建

① 用量具量取 400mL 提前配制好的鱼粪稀释液，缓慢且平稳地注入每个培养杯中，

按照表 1 设置实验组。需要添加硝化细菌的组则用滴管滴入 3 滴硝化细菌液并搅拌，需

要额外增加氧气的组则利用氧气泵增加氧气，需要添加细菌屋（为硝化细菌提供附着生

长的场所）的组则放置 20 个清洗干净的细菌屋。为便于区分各实验组，使用记号笔在

对应的瓶身清晰标注组别编号、日期及关键参数等信息，确保标记内容完整、准确且易

于识别。

完成后用保鲜膜将 5 个培养杯口覆盖上，并用剪刀戳 2 个直径 1cm 的口透气。

②将气泵与三通接头进行连接。将三通接头的另外两个分支接口分别与通向各个需

要充氧培养杯的软管连接。避免软管出现缠绕、打折等情况，以保证氧气能够顺畅地输

送到各个培养杯中。

③ 完成培养系统搭建后，将气泵 USB 端口连接电源，为需要充氧的培养杯提供持

续稳定的氧气供应。观察各个培养杯中气泡的产生情况和出气量是否一致。若发现某个

培养杯的出气量与其他缸存在明显差异，可使用夹子等工具，轻轻捏住培养杯相连的软

管，通过调节软管的挤压程度来控制出气量，确保各培养杯的充氧条件基本一致，保证变量相同。