循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)（RAS）以其節(jié)水和環(huán)境友好的特點(diǎn)，已成為滿足全球海鮮需求的重要可持續(xù)養(yǎng)殖模式。這些系統(tǒng)的核心在于其生物過濾器中的微生物“小世界”——復(fù)雜生物膜構(gòu)成的生態(tài)系統(tǒng)，它們肩負(fù)著將魚類代謝產(chǎn)生的有毒氨氮轉(zhuǎn)化為無害硝酸鹽的重任。然而，這個(gè)維持系統(tǒng)穩(wěn)定的微生物世界并非固若金湯。為了控制病原微生物、保障魚類健康，養(yǎng)殖者常常會(huì)使用消毒劑，其中過氧化氫（H?O?）因其強(qiáng)氧化性和環(huán)境友好的降解特性而被廣泛應(yīng)用。但“投鼠忌器”的困境隨之而來：H?O?在殺滅病原的同時(shí)，是否會(huì)誤傷對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定至關(guān)重要的有益微生物，特別是承擔(dān)氨氮去除任務(wù)的關(guān)鍵功能菌群？這一問題在海水RAS中尤為突出，相關(guān)研究非常有限。大多數(shù)前人研究聚焦于H?O?對(duì)淡水RAS硝化效率或水質(zhì)的影響，對(duì)于其在海水RAS中對(duì)整個(gè)微生物生態(tài)系統(tǒng)，特別是生物膜與水相微生物群落差異響應(yīng)的理解，尚屬空白。因此，精準(zhǔn)評(píng)估H?O?的生態(tài)影響，平衡其消毒效益與維護(hù)微生物群落完整性，成為了RAS可持續(xù)運(yùn)營亟待解決的關(guān)鍵問題。

為探究這一問題，由中國海洋大學(xué)的研究人員開展了一項(xiàng)系統(tǒng)性的研究，并將成果發(fā)表于《Aquaculture Reports》期刊。他們以養(yǎng)殖六線魚（Hexagrammos otakii）幼魚的海水RAS為模型，設(shè)置了對(duì)照組以及低（5 mg/L）、中（15 mg/L）、高（30 mg/L）三種濃度的H?O?處理組，通過四次周期性投加來模擬實(shí)際消毒操作。研究在特定時(shí)間點(diǎn)（如投加前后）同步采集了生物濾器載體上的生物膜樣本和養(yǎng)殖水體樣本，深入解析了H?O?對(duì)整個(gè)系統(tǒng)微生物王國的影響。

研究人員主要運(yùn)用了微生物生態(tài)學(xué)的核心分析技術(shù)。他們通過16S rRNA基因擴(kuò)增子測序技術(shù)，對(duì)采集的水體和生物膜樣品中的微生物DNA進(jìn)行分析，從而全面描繪了微生物群落的組成與結(jié)構(gòu)。在數(shù)據(jù)分析階段，他們計(jì)算了Shannon指數(shù)和Chao1指數(shù)來衡量群落的α多樣性（即群落內(nèi)的物種多樣性和豐富度），并運(yùn)用主坐標(biāo)分析（PCoA）和基于Bray-Curtis相似性的PERMANOVA分析來評(píng)估β多樣性（即不同樣本間群落結(jié)構(gòu)的差異）。通過對(duì)測序數(shù)據(jù)的生物信息學(xué)分析，他們得以在科、屬水平上追蹤關(guān)鍵微生物類群，特別是氨氧化細(xì)菌（AOB）和亞硝酸鹽氧化細(xì)菌（NOB）以及潛在病原菌Vibrionaceae的動(dòng)態(tài)變化，并將這些微生物變化與監(jiān)測的水質(zhì)參數(shù)（如氨氮、亞硝酸鹽氮濃度）進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

研究結(jié)果揭示了H?O?對(duì)RAS微生物群落深刻而復(fù)雜的影響。

高濃度H?O?（30 mg/L）的投加顯著降低了微生物的α多樣性。在生物膜中，Shannon多樣性指數(shù)從初始的4.84顯著下降至實(shí)驗(yàn)?zāi)┢诘?.47；Chao1豐富度指數(shù)也呈現(xiàn)類似下降趨勢。水體微生物的豐富度同樣受到抑制。這表明高劑量H?O?對(duì)生態(tài)系統(tǒng)層面的微生物多樣性造成了普遍壓力。

群落結(jié)構(gòu)分析（β多樣性）顯示，無論是生物膜還是水體微生物群落，都因H?O?投加發(fā)生了明顯的時(shí)序性變化。PCoA圖和Bray-Curtis相似性分析共同表明，中、高濃度處理組的群落結(jié)構(gòu)與初始狀態(tài)發(fā)生了顯著偏離。一個(gè)關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)是，水體中的浮游微生物群落比生物膜群落對(duì)H?O?的擾動(dòng)更為敏感，表現(xiàn)出更低的長期相似性，說明生物膜結(jié)構(gòu)為其內(nèi)部微生物提供了更強(qiáng)的抗逆性和穩(wěn)定性。

在微生物組成上，Rhodobacteraceae和Flavobacteriaceae是生物膜和水體中的優(yōu)勢菌科。H?O?處理導(dǎo)致了部分菌科（如Rubritaleaceae, Hyphomonadaceae）的相對(duì)豐度變化，暗示了某些類群可能具備氧化脅迫抗性。更重要的是，研究觀察到潛在病原菌Vibrionaceae的豐度呈現(xiàn)濃度依賴性抑制。在對(duì)照組和低濃度組，Vibrionaceae始終存在；而在中、高濃度H?O?處理下，其相對(duì)豐度顯著下降，到實(shí)驗(yàn)第27天在高濃度組中甚至檢測不到。這證實(shí)了H?O?對(duì)特定病原相關(guān)類群具有清除潛力。

研究最關(guān)鍵的發(fā)現(xiàn)之一，是H?O?對(duì)硝化功能菌群的不均衡影響。盡管氨氧化細(xì)菌（AOB，如Nitrosomonas）的相對(duì)豐度在所有組中均保持較低且緩慢下降，但亞硝酸鹽氧化細(xì)菌（NOB）卻受到了劇烈抑制。其中，占主導(dǎo)地位的NOB類群Candidatus Nitrotoga在高濃度H?O?暴露下數(shù)量銳減。這種AOB與NOB響應(yīng)敏感度的差異，直接關(guān)聯(lián)到水質(zhì)變化：中、高處理組的水體中出現(xiàn)了亞硝酸鹽氮（NO₂-N）的積累，而氨氮（TAN）濃度相對(duì)穩(wěn)定。這清晰地表明，H?O?脅迫可能破壞了硝化過程的第二步，導(dǎo)致亞硝酸鹽這一中間有毒產(chǎn)物無法被有效轉(zhuǎn)化。

在討論與結(jié)論部分，研究者綜合以上結(jié)果，強(qiáng)調(diào)了在RAS中應(yīng)用H?O?所面臨的“平衡藝術(shù)”。一方面，研究肯定了H?O?，特別是中高劑量，在抑制潛在病原菌（如Vibrionaceae）方面的有效性，這為其作為生物安保工具提供了支持。另一方面，研究也敲響了警鐘：H?O?，尤其是高濃度重復(fù)投加，會(huì)降低微生物多樣性，并可能通過選擇性抑制NOB（如Candidatus Nitrotoga）而破壞硝化功能的平衡，導(dǎo)致亞硝酸鹽積累，從而威脅魚類健康和系統(tǒng)穩(wěn)定。生物膜微生物群落相較于水體群落展現(xiàn)出了更強(qiáng)的韌性，這提示生物濾器本身具有一定的緩沖能力。

綜上所述，這項(xiàng)研究的重要意義在于，它首次在海水RAS中系統(tǒng)揭示了H?O?對(duì)“水相-生物膜”雙相微生物生態(tài)系統(tǒng)的差異化影響，并精準(zhǔn)指出了其對(duì)硝化功能菌群（特別是NOB）的選擇性壓力這一關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。研究結(jié)論指出，低劑量（約5 mg/L）的H?O?周期性應(yīng)用可能是一種在病原控制和微生物群落穩(wěn)定之間取得平衡的有效策略。然而，劑量窗口非常狹窄，超過15 mg/L即可能引發(fā)不利的生態(tài)和水質(zhì)后果。因此，未來的RAS管理實(shí)踐中，必須根據(jù)系統(tǒng)特異性條件（如有機(jī)物負(fù)荷、生物濾器設(shè)計(jì)）審慎制定H?O?的使用策略，避免“一刀切”的消毒方式，在保障生物安全的同時(shí)，悉心維護(hù)那個(gè)支撐整個(gè)系統(tǒng)循環(huán)的、看不見的微生物世界。