我国对虾养殖产业发展迅速,其规模与产量已多年居世界第一,然而粗放式的养殖模式制约了对虾养殖业的可持续发展。针对现有凡纳滨对虾养殖模式中存在的问题,本研究构建一种凡纳滨对虾内循环养殖模式,该养殖模式充分利用养殖池空间,将筛选的高效基质内置于养殖池,利用其生物膜净化水质,从而使养殖池具有养殖和水质净化双重功能,具有占地面积小、工艺简单、养殖池空间利用率高、环境友好、无需换水等优点。主要研究内容包括:(1)高效基质的筛选;(2)内循环凡纳滨对虾养殖系统的构建及运行效果;(3)聚氨酯生物膜中微生物群落结构与功能变化。通过研究得到如下结论:(1)选取丝瓜络、PVA凝胶、聚氨酯、人工水草、PC滤材、珊瑚骨、玻璃纤维7种基质作为生物膜载体,比较其硝化功能建立过程。结果表明,硝化功能建立时间长短与基质材料性能以及基质表面具有硝化功能微生物的生长特性有关,丝瓜络和珊瑚骨的氨氮去除效果优于其它基质,聚氨酯、玻璃纤维次之,各系统氨氮降解至检测不出的时间分别为5d、7d、6d、8d、8d、5d、6d;丝瓜络、珊瑚骨单位体积氨氧化强度高于其他基质,分别为1.31 mg/L·d-1·L-1和1.2mg/L·d-1·L-1,聚氨酯次之,为1.01 mg/L·d-1·L-1;7种基质亚硝酸盐氮降低至检测不出的时间分别为8d、13d、10d、16d、19d、9d、11d;各系统亚硝酸盐氧化活性分别为2.17mg L-1d-1、0.87 mg L-1d-1、1.32 mg L-1d-1、0.58 mg L-1d-1、0.39 mg L-1d-1、1.45 mg L-1d-1、0.91 mg L-1d-1,丝瓜络系统亚硝酸盐氧化活性最强,珊瑚骨和聚氨酯次之。实验结果分析可知,人工基质硝化系统的建立效果依次为丝瓜络>珊瑚骨>聚氨酯>玻璃纤维>PVA凝胶>人工水草>PC滤材。(2)实验通过逐级提高系统氨氮初始浓度来强化各系统的硝化功能的建立,分别按氨氮初始浓度为20mg/L、30mg/L、40mg/L进行3个阶段的实验,计算氨氧化强度和系统48h氨氮去除率。系统最终建立后氨氧化强度较初期分别增加了9.3、6.04、7.56、4.2、4.5、8.46和7.39 mg/L·d-1,48h氨氮去除率分别增加了49.2%、50.1%、48.6%、42.8%、40.1%、47.3%、41.5%。由实验结果得知,逐级增加系统氨氮初始浓度可加强系统硝化能力。(3)构建两个有效体积为2m3的内循环凡纳滨对虾养殖系统,1#为高密度养殖系统,2#为低密度养殖系统,均选用聚氨酯基质用于凡纳滨对虾标苗和养殖实验水质调控。结果表明,各养殖系统氨氮浓度均在在0.15 mg/L以下,1#、2#氨氮浓度峰值分别为0.15mg/L、0.1mg/L,都控制在安全浓度以内;各系统亚硝氮浓度前期整体呈缓慢上升趋势,养殖后期亚硝氮有所轻微波动,1#、2#亚硝氮峰值浓度分别为0.89mg/L、1.08mg/L,基质对养殖水体的控制起到了较好的效果;养殖系统中的硝氮浓度呈现缓慢上升趋势,实验结束1#系统硝氮浓度为13.56mg/L,略高于2#系统11.23mg/L,各系统总磷最终升高,最终浓度分别为5.11mg/L、5.19mg/L,过程中呈先下降后升高的趋势,系统总磷的浓度控制在合理范围内。实验结果可知,聚氨酯基质对凡纳滨对虾养殖系统水质的调控起到了显著的效果,加强了养殖系统的硝化能力,有利于凡纳滨对虾的生长。(4)分别在实验养水阶段、标苗阶段、分苗养殖阶段结束时,提取系统聚氨酯人工基质表面生物膜进行高通量测序。在整个实验养殖周期微生物门水平构成上,三段养殖期共检测出23个门,养水阶段检测出11个门,标苗阶段检测出18个门,分苗后养殖阶段检测出20个门。整个养殖周期中主要优势菌门均为变形菌门、拟杆菌门、放线菌门、浮霉菌门和芽单胞菌门。在养殖三个阶段中变形菌门均超过了50%,其作为优势菌门在整个养殖周期内,其次是拟杆菌门在养殖三个阶段中占比介于10.27%～35.55%之间,各阶段优势菌门种类相同但占比也不一,菌门占比的不同影响着系统水质的调控以及对虾的生长。在纲水平构成上,三个阶段共检测出43个纲,各阶段检出纲数分别为16、17、18个,其中共有菌纲为8个;α-变形菌纲、拟杆菌纲、β-变形菌纲、γ-变形菌纲和放线菌纲为主要优势菌纲,占比总和均超67%,在养殖期间还检出芽孢杆菌纲、红杆菌门、等纲水平中的微生物,同样对降解水中的有机物、凡纳滨对虾的生长起到促进作用。在属水平构成上,整个养殖周期检出具有硝化功能的类群有3种,其中具有氨氧化功能的有亚硝化单胞菌属和亚硝化球菌属,具有亚硝酸盐氧化功能的有硝化螺旋菌属,各个阶段中检出具有有机质分解和对虾益生作用的属种占比不一,其中芽单胞菌属、微囊藻毒素降解菌属和红杆菌属为全部或多数系统共有属种。