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水是猪群生长必不可少的重要元素，猪群饮水安全与猪群健康息息相关。
猪群饮水安全的风险主要有两种，一是水源，不同来源的水源，水质健康程度不同。当前养猪产业因为地理位置与成本因素，大部分猪场的水源为地表水或浅层地下水，水体容易受到污染。通过物理或化学方式对水源消毒可以有效降低水源中的病原微生物。二是猪场供水系统中的水管线路，尽管有效的水源消毒会降低病原微生物的污染，但并不能保证猪场水线中绝对的无菌，水源中残留的细菌或新生的细菌会长期在猪场水线中生存，并产生生物膜。
本期，跟大家聊聊猪场水线中生物膜的形成及危害。
01 生物膜长什么样子？
生物膜是附着在表面并产生保护性基质的复杂微生物群落，当细菌附着在潮湿环境中的表面会分泌一种胶状物质，这种物质可以附着在各种材料上，包括金属、塑料等，形成一种保护性基质，这种基质成为各种微生物（包括细菌、病毒、真菌和藻类）生存和繁殖的场所。
饮水系统中生物膜可分为：
1)细菌生物膜：以铜绿假单胞菌、嗜肺军团菌和各种大肠菌群为主；
2)真菌生物膜：通常由曲霉和念珠菌等真菌构成；
3)混合生物膜：细菌、真菌的组合，有时还有原生动物、病毒等，组成了水源微生物生态的多样性。
02 生物膜是怎么形成的？
生物膜的形成不是随机发生的，而是由一系列协调良好的事件驱动的，这些事件导致了一个结构化的微生物群落形成。
饮水系统中生物膜的形成和维持是一个受多种因素影响的复杂过程。
旅程从水中的浮游微生物开始。由于物理化学相互作用，这些微生物被吸引到管道、储罐或配件等表面，找到了固定点，尤其是在不锈钢、PVC或混凝土等材料上。这些材料表面具有独特的微观结构和化学性质，成为微生物粘附的温床。一旦被牢牢附着，微生物就开始分泌细胞外聚合物质（EPS）——一种富含多糖、蛋白质、核酸和脂质的基质。随着越来越多的微生物加入这个群落，微生物不断繁殖，生物膜逐渐形成一种具有水通道的异质结构，促进营养物质的分布和废物的清除。
饮用水系统中生物膜的形成：
1)自由漂浮的细菌附着在表面；
2)EPS的生产；
3)生物膜的生长；
4)从成熟的生物膜中释放自由漂浮的细菌。
03 什么因素促进了生物膜的形成？
在生物膜的微生物大都市里，相互作用十分活跃。微生物即参与合作，也参与竞争行为，塑造了微生物群落的结构。利用群体感应，微生物群落能够测量它们的种群密度并协调集体行为，确保生物膜能够熟练地应对环境挑战。例如适应营养供应的变化或抵抗引入的消毒剂。
生物膜不是统一的实体，它们表现出明显的空间异质性，各个区域在营养物质浓度、氧气水平、废物堆积（沉淀）、水流速度/温度、腐蚀等因素下，会使不同的菌群表现不同，从而增加了生物膜管理和根除的复杂性。
从科学的角度来看，生物膜的动态特性、适应性和弹性使其具有复杂性。给生产管理和操作带来了重大挑战。
➤ 水力动力学
水系统中的流体动力学在生物膜的发展中起关键作用。在由于障碍物、设计缺陷或系统复杂性导致水流量减少的区域，更适宜生物膜的发育。水流停滞会导致不同的营养梯度，低水流量区域可以富集必需的微生物营养素。此外，这些区域新生的生物膜不容易受到流水的机械破坏。猪场复杂的供水系统，特别是冗余管道、大型水池为微生物定植提供了有利的环境。
➤ 营养因素
猪场通常会通过饮水添加电解多维等营养物质，这些营养物质同时也会被微生物吸收。腐蚀引起的铁和锰等金属的释放是一把双刃剑。虽然某些微生物能够利用铁，将其转化为铁氢氧化物，但这一过程也会导致管道堵塞和水变色。
➤ 消毒悖论
在饮水系统中加入消毒剂，甚至高级氧化剂，目的是消灭微生物。然而，生物膜具有密集的EPS作为屏障，能够阻止有效的消毒剂渗透。长期暴露于亚致死剂量的消毒剂可以作为一种选择压力，促进耐药菌株的出现。因此，猪场对于水线消毒，应该选取对生物膜清除有效的产品，在水线消毒时也需要定期更换消毒药种类。
➤ 腐蚀
腐蚀是一种自然的电化学过程，可以在不经意间成为生物膜形成的帮凶。当金属氧化时，它们会形成带有凹坑和裂缝的不规则表面，是微生物附着和增殖的天堂。此外，腐蚀的副产品，如氧化铁或氧化锌，可以作为营养来源，细菌增殖富集会导致水质恶化。当前，新建猪场的饮水管线多采用PVC管，水线腐蚀问题可能较小，对于传统猪场或历史较久的猪场，若依然采用金属管线，尤其要重视腐蚀问题。
➤ 沉积
生物膜成熟过程中未被发现的催化剂，无论是来自管道侵蚀、外部污染还是天然泥沙的沉积物，都能深刻影响生物膜的动力学。当这些微粒沉淀下来时，它们通常会捕获有机和无机营养物质，为微生物活动创造肥沃的土壤。沉积物的物理性质提供了一个稳定的基础，是微生物附着的理想条件。在储存罐体或水池等基础设施中，水交换率较低，沉积物积聚可能会很大，导致密集的生物膜群落。
04 生物膜的危害，你知道吗？
➤ 蕴育病原微生物
生物膜可以藏匿致病微生物，如大肠杆菌。病原体的存在会增加水传播疾病的风险，对猪群健康构成直接威胁。当这些病原体被包裹在生物膜中时，它们通常对消毒剂更有抵抗力，使病原更难根除，从而影响饮水安全。某些真菌释放的代谢物会污染水的味道或气味，而其他真菌，如曲霉，可能对免疫功能低下的个体有害，病毒的存留会给猪群造成更大的健康影响。
➤ 影响供水系统效率和寿命
生物膜会堵塞管道、过滤器和其他水系统组件，降低流量和整体系统效率。随着时间的推移，会导致磨损增加，减少设备的使用寿命。猪场内饮水终端水压下降、水嘴损坏、饮水加药系统故障、管道破损等问题与生物膜的长期存在有很大关系。
➤ 耐化学性消毒
生物膜内的微生物通常比自由漂浮的微生物更耐消毒剂。这种对消毒的阻碍使生物膜控制具有挑战性性，使用传统的水处理方法可能效果甚微。消毒药长期使用，若不能有效杀灭病原微生物，甚至也可以促进更加耐药的菌株出现。
不同材质管道中的生物膜
当前，对于猪场饮水系统中生物膜的问题受到的关注度较少，也是容易被忽略的健康关注点。
某些高健康猪场，突发性猪群腹泻、胀气等问题导致猪群的损失问题可能会与猪群饮水安全有关。在通过水源消毒防控非瘟传播的同时，猪场也不能阻断水线中生物膜的形成，因此，猪场除了重视水源消毒安全，也要关注饮水系统中的生物膜问题。
你的猪场是否有水线中生物膜的困扰呢？你是否关注到水线中生物膜的问题呢？你有没有预防或清除水线中生物膜的好方法呢？欢迎大家共同探讨。（作者：李智）
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