CN101575144B - 水体生态修复方法 - Google Patents
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Abstract
一种水体生态修复方法，包括以下步骤：(a)：驯化一种浮游动物，使其可以摄食富营养水体中的蓝藻污染，成为食藻虫，和(b)：将食藻虫投放到被蓝藻污染的富营养水体中，其中该食藻虫摄食水体中的蓝藻，从而净化水体，修复水下生态平衡，形成水体生态自净。
Description
技术领域
本发明涉及一种生态修复方法，尤其是一种富营养水体生态修复方法，将食藻生物放入被蓝藻或绿藻污染的水域，通过吞噬水域中的蓝绿藻，可以修复被蓝藻或绿藻污染的水域。
背景技术
蓝绿藻之所以爆发，是因为人类的各种生产活动，向河流，湖泊等水体排放氮，磷营养物质，在湖泊生态自净能力遭到破坏的情况下，氮，磷等营养物质不断在水体中大量积累，导致单细胞藻类，特别是蓝藻(主要是铜绿微囊藻)泛滥成灾，严重污染水质的结果。蓝藻细胞大多具有很发达的藻胶层，而且细胞外面被一层厚厚的多糖类物质所包围，这些藻胶和多糖类物质几乎不能被任何高等动物的消化酶所分解。因此，蓝藻生物的出现，几乎成了食物链和生物链的盲端。国内外许多环保和生物方面的专家采用高等动物包括鱼类治理蓝藻污染，均未获得理想的结果。
毋庸置疑，向水中加入化学除草剂和藻类絮凝剂可以很快杀死，沉淀藻类。化学处理是解决藻类污染最方便的解决方法，但在生态学上，这是最坏的方法，因为化学药品和它们的分解产物会通过生物链最终积累到人体内。重要的是，化学处理并不能消除营养过多这一基本问题，一旦化学药品被分解，稀释，藻类的大量繁殖就会再次发生，需要持续不断的化学处理。
当溶解氧高时，磷酸盐常常结晶形成不溶解的化合态；而当溶解氧偏低时，磷酸盐就会发生大量的溶解。因此，充气增氧的方法可以减少磷酸盐的溶解度而大大抑制藻类繁殖。在生物综合治理的过程中，水体增氧是十分有益的。但是，单一增氧也不能解决水体原来的养分含量过多的问题，营养的长距离再循环导致藻华仍然不可避免。
微生物制剂能够改良水体和底质淤泥中的微生物，并进行有机质及营养元素的良性分解和矿化，使一些营养元素以惰性形式暂时稳定下来，其结果类似于充气增氧的方法。值得注意的是，微生物的存在本身就决定于培养环境，并要求有绝对优势的种群，一般微生物治理只能保持15-30天的良好工作状态，一旦条件改变(包括气候，底质，各种水质状态如：溶解氧，酸碱度，温度)，这些微生物制剂就得不断添加，否则污染的爆发可能会更加严重。
藻类营养丰富，分解迅速，可制成优良的有机肥料。但打捞藻类所需网目太小，含水量又太高，从商业的观点看，打捞的费用高于有机肥料的价值。
众所周知，水上植物(如水葫芦，水花生，水浮莲，还包括水上蔬菜，水上花卉等)的确能够吸收水体中的养分，但它们封锁水面，遮盖阳光，引起部分水下生物和泥底生物，特别是沉水植物的死亡，继而引起底泥中营养盐的大量溶解，它们的弊端远远大于它们带来的好处。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种水体生态修复方法，将食藻生物放入被蓝藻或绿藻污染的水域，通过吞噬水域中的蓝绿藻，可以修复被蓝藻或绿藻污染的水域中的水下生态。
本发明的另一个目的是提供一种驯化浮游生物的方法，使该浮游生物可以吞噬水域中的蓝绿藻，从而可以修复被蓝藻或绿藻污染的水域中的水下生态。
本发明的另一个目的是提供一种富营养水体生态修复方法，通过生物链能量传递的方式将水中的氮、磷等营养盐富集到高等动植物体上，再通过捕捞水产品转移上岸，达到彻底提出水中营养的目的，最终实现生态系统良性循环和自净。
本发明的另一个目的是提供一种水体生态修复方法，该方法可以迅速净化严重污染和持续污染的水域，使其达到水体的生态平衡。
本发明的另一个目的是提供一种水体生态修复方法，该方法不会对生态造成新的二次污染和任何负面的影响。
为了实现上述目的，本发明提供了一个水体生态修复方法，包括以下步骤：
(a)驯化一种浮游动物，使其可以摄食被污染水体中的蓝藻，成为食藻虫，和
(b)将食藻虫投放到被蓝藻污染的水体中，其中该食藻虫摄食被蓝藻污染的水体中的蓝藻，从而净化水体，修复水体生态平衡。
本发明的这些目的，特点，和优点将会在下面的具体实施方式，附图，和权利要求中详细的揭露。
具体实施方式
本发明为一种水体生态修复方法，包括以下步骤：
(a)驯化一种浮游动物，使其可以摄食被污染水体中的蓝藻，成为食藻虫，和
(b)将食藻虫投放到被蓝藻污染的水体中，其中该食藻虫摄食被蓝藻污染的水体中的蓝藻，从而净化水体，修复水体生态平衡。
我们都知道，没有现有的浮游生物可以摄食蓝藻，所以在步骤(a)中，一种浮游动物被驯化成可以摄食蓝藻的食藻虫。其中步骤(a)中的浮游动物在本方法最佳实施例中为大型溞(Daphnia magna)。步骤(a)包括以下步骤：(a1)采用特定配方投喂驯化大型溞，改良大型溞肠道微生物组成，达到能够消化蓝藻的能力
步骤(a)还包括以下步骤：(a2)采用特定配方投喂驯化大型溞，增强它野外稳定性使其达到具备长期在大水面生存和控制蓝藻的能力。步骤(a)还包括以下步骤：(a3)增强大型溞的抗蓝藻毒性功能，使其达到能够长期在有毒蓝藻水体的长时间生存能力。
其中步骤(a)还包括步骤：(a4)采用特定配方投喂驯化大型溞，改良大型溞的个体大小。野外大型溞种群平均大小2-4mm，通过驯化后平均个体提高到4-6mm，个体变大后滤食口径变大，大大提高了吞食小团状蓝藻的能力。
在本发明步骤(a)中，将驯化后的大型溞称为“食藻虫”，经过驯化，提纯，复壮，最后实现食藻虫甚至可以单一消化吸收蓝藻。
值得指出的是，食藻虫摄食消化水体蓝藻后，可以产生弱酸性的排泄物，降低水体中的PH值，并抑制水体蓝藻的生长，因为水体蓝藻爆发需要较高的PH值。实验证明食藻虫排出一种酸性代谢物，把蓝藻暴发后的碱性水质(酸碱度PH8.0-9.5)，降低为正常水质酸碱度PH6.5-8.0，进一步抑制蓝藻的再暴发。
在本发明步骤(b)中，本方法采用食藻虫(驯化的大型溞)的投放密度为2-100个/升水，或每亩5-10公斤；本方法采用食藻虫(驯化的大型溞)的水体密度达到60-100个/升水，吃蓝藻能力达到最强；本方法采用食藻虫(驯化的大型溞)吃蓝藻后，水体透明度可以从30-50cm提高到100-150cm。
应用食藻虫治理水域环境污染，既不需巨资的硬件建设，也不需大量的电能，更不需任何化学药品试剂等，这种方法完全依靠生物与生物之间食物链接关系，形成生态系统良性循环，能源主要靠太阳能和少量的电能增氧维持。仅在前期启动时需要一定的投入，启动后，还可以依靠自身产生的效益来维持一定的运行。
本发明为一种水下生态修复方法，还包括以下步骤：(c)在水底种植沉水植物。其中沉水植物包括水下森林物种和水下草皮物种。
本方法采用的沉水植物中的冬季水下森林主要物种是：菹草，学名Potamogeton crispus。本方法采用的沉水植物中的夏季水下森林主要物种是：苦草，学名Vallisneria spiralis、刺苦草，学名Vallisneria spinulosa、水车前，学名Ottelia alismoides、马来眼子菜，学名Potamogeton malaimus、蓖齿眼子菜，学名Potamogeton pectinatus、微齿眼子菜，学名Potamogetonmaackianus、梅花藻，学名Batrachium trichophyllum、狐尾藻，学名Myricphyllum spicatum。
本方法采用的沉水植物中的冬季水下草皮主要物种是：伊乐藻，学名Elodea Canadensis。本方法采用的沉水植物中的夏季水下草皮主要物种是：轮叶黑藻，学名Hydrilla verticillata、轮藻，学名Chara、小茨藻，学名Najas minor、茨藻，学名Najas major、金鱼藻，学名Ceratophyllumdemersum。
本方法采用的冬季沉水植物(水下森林和水下草皮)覆盖率为25-30％，可根据水源污染情况做适度调整。本方法采用的夏季沉水植物(水下森林和水下草皮)覆盖率为40-60％，可根据水源污染情况做适度调整。
水体蓝藻减少消失后，水体透明度增加，阳光可以进入水底，促进水体水底沉水植被的生长。本方法采用驯化的食藻虫不但能吃蓝藻，还能吞食水中所有悬浮物质：包括其它藻类、有机碎屑、悬浮状细菌和泥沙，大幅度提高水质透明度，甚至水清见底，让阳光射入深层水底。因此本方法采用食藻虫引导沉水植物(犹如：水下森林和水下草皮)快速生长获取足够阳光，大量转化富营养。
应用食藻虫处理水域蓝绿藻污染，一旦建立“食藻虫——水下森林”共生生态，就十分容易进行水下观赏植物的种植和造景，不但可以净化水质，还可以建设五光十色的美妙水下自然景观。
值得指出的是，食藻虫吃藻类后的代谢产物，含有丰富的中间碳，是沉水植物光合作用的重要碳源。因此本方法采用食藻虫引导沉水植物(犹如：水下森林和水下草皮)超出想象地迅速重建和恢复。本方法采用食藻虫促进沉水植物(犹如：水下森林和水下草皮)的迅速重建和恢复，沉水植物比自然生长快2-5倍。
逐步优化“水下森林和水下草皮”的不同品种和种植面积，形成春、夏、秋、冬自我生态更替，全年竟争性替代单细胞藻类进行水下光合作用，释放出大量的溶解氧，吸收掉水体中过多的氮、磷等富营化物质，形成水域生态初步自净，并产生它感作用长期抑制单细胞藻类的生长。
在步骤(c)“水下森林和水下草皮”建立后，本发明中一种水体生态修复方法，包括以下步骤：(d)再向水体中泼洒经过驯化筛选的、能与食藻虫共生的有益微生物。
由食藻虫携带有益微生物向底泥扩散，促进底泥氧化还原电位升高，促使水生昆虫和水生底栖生物的大量滋生，在共生系统作用下，形成底泥营养物质的封存和生态链自净。
该有益微生物，广泛分布于沉水植物(犹如：水下森林和水下草皮)的根、茎、叶等组织上，水体中有益微生物净化水质的脱氮、降磷效率可提高3-10倍。促进沉水植物(犹如：水下森林和水下草皮)的健康快速生长。帮助水体中有益微生物的水质净化功能迅速强大。
在步骤(d)中，修复或重建后的水下生态系统中，水体富营养氮元素在沉水植物根、茎、叶、脉等毛孔中附着的各种微生物作用下，约80-89％被脱氮作用转化为氮气(N2)进入空气；只有约10-15％的氮元素通过光合作用转化为水草本身的蛋白质。修复或重建后的水下生态系统中，水体富营养磷元素在沉水植物根、茎、叶、脉等毛孔中附着的各种微生物吸附矿化作用下，约70-76％被矿化成惰性状态的磷酸钙(沉降于高氧化态淤泥中)；只有约20-25％的磷元素通过光合作用转化为水草本身的有机活性物质。
食藻虫技术结合特定驯化的微生物，可以使水质透明度保持3-4个月以上，直到“水下森林”恢复后，各种水生动植物调节平衡，水质透明度就可以几年、几十年地持续下去。
本发明为一种水体生态修复方法，还包括以下步骤：(e)放入螺，贝，鱼，虾类等高级水生动物的至少一种。食藻虫和沉水植被可以被鱼、虾、螺、贝等高级水生动物吃掉。
所述的采用耳罗卜螺，学名Radix auricularia。本方法中有效刮食沉水植物叶子表面附着的尘土和积累的有机碎屑，维持沉水植物(水下森林和水下草皮)获取更多光线和健康生长。本方法采用“虫-草”共生水质净化系统，提高底泥(淤泥)的氧化还原电位，促进底栖动物(包括水生寡毛类、螺类、贝类和水生昆虫幼虫等)的迅速生长繁殖；进一步帮助底泥(淤泥)物质和能量的快速转移。本方法采用“虫-草”共生水质净化系统引导底栖动物(包括水生寡毛类、螺类、贝类和水生昆虫幼虫等)生态修复，构建成“虫-草-螺-贝”共生水质净化系统，有效转化沉水植物(水下森林和水下草皮)老化产生的有机碎屑和底栖藻类，进一步促进水体中营养物质的食物链良性转移。
本发明为一种水体生态修复方法，还包括以下步骤：(f)合理捕捞鱼、虾、螺、贝等水产品，把水体水中的氮、磷营养物质从水体中转移上岸，形成水域食物链生态平衡，达到水域生态自净效果。
本发明为一种水体生态修复方法，还包括以下步骤：(g)放入凶猛鱼类，可以捕食螺贝鱼虾等，形成生物链维持生态平衡。
本发明为一种富营养水体生态修复方法，还包括以下步骤：(h)当有污染严重或持续污染的状况下，可以放入食藻虫作为应急调节，保证水体生态平衡。
食藻虫是最低级的初级消费者，处于食物链的底层，任何杂食性和肉食性的动物都可以以它作为基础饵料，因此，食藻虫很容易被消灭，不存在任何生物安全问题。应用食藻虫治理水域蓝绿藻污染，主要是通过生物链能量传递的方式将水中的氮、磷等营养盐富集到高等动植物体上，再通过捕捞水产品把富营养转移上岸，达到彻底提出水中营养的目的，最终实现生态系统良性循环和自净，因此，不存在二次污染。
经测定，食藻虫摄食蓝绿藻后本身也就富集了十分丰富的营养，其高级不饱和脂肪酸和多种氨基酸等活性物质含量是一般肉类食品的3倍，是一般蔬菜类食品的20倍，可以给鱼、虾、蟹和畜禽类动物提供最适口最全面的营养物质，甚至将来还可以开发成人类食品的动物性蛋白源，实现真正的化废为宝。
食藻虫的形体大小是藻类的几百倍，食藻虫把藻类吃掉后，十分容易捕捞，也可以直接给鱼、虾、螺、贝类吃掉；食藻虫营养十分丰富，不但可以做饲料，还可以给人类提供优质的蛋白源和生物保健药品。
采用本方法“食藻虫吃蓝藻引导水体生态修复”，实际上不仅仅是食藻虫吃掉藻类，而是由食藻虫控藻来引导水下各级生态从低级向高级大爆炸。
最后建立后续生态平衡调节、食藻虫控藻应急调节、生物种群优化等生态维护保养措施，使水质富营养下降、稳定到地表水III类左右(生活饮用水基本水源要求)的标准，水质透明度达到2米以上。
本方法水体生态修复效果能够保证水清见底，水质主要富营养指标可以达到国家地表水三类水质标准(饮用水源基本标准)(数据可由水质监测权威机构来测定)。对藻类、总氮、总磷和COD的去除率分别为99-100％、90-95％、80-90％、75-80％。除占水体主导自净功能的沉水植被得以恢复外，还可以恢复水生观赏植物睡莲、荷花等。进一步恢复了水体原有的部分土著水生昆虫，底栖蠕虫、寡毛类动物，底栖螺、贝类，以及部分水体鱼类。形成全面稳定的生态平衡，并建立后续生态平衡维护保养系统手段和操作规范。
通过上述实施例，本发明的目的已经被完全有效的达到了。熟悉该项技艺的人士应该明白本发明包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。
Claims (12)
1.一种水体生态修复方法，包括以下步骤：
(a)驯化一种浮游动物，使其可以摄食被污染水体中的蓝藻，成为食藻虫，所述的浮游动物为大型溞；和
(b)将食藻虫投放到被蓝藻污染的富营养水体中，其中该食藻虫摄食水体中的蓝藻，从而净化水体，修复水下生态平衡；
步骤(a)包括以下步骤：(a1)改良大型溞肠道微生物组成，达到能够消化蓝藻的能力；(a2)增强大型溞的野外稳定性，使其能够在野外大量生存并起到长时间控制蓝藻的作用；(a3)增强大型溞的抗蓝藻毒性功能，使其可以在有毒蓝藻的环境中生存；(a4)改良大型溞的个体大小，使其可以吞噬团状蓝藻。
2.如权利要求1所述的水体生态修复方法，其中步骤(b)中，食藻虫的投放密度为2-100个/升水。
3.如权利要求1所述的水体生态修复方法，还包括以下步骤：(c)在水底种植沉水植物。
4.如权利要求3所述的水体生态修复方法，其中沉水植物包括水下森林物种，其中水下森林物种包括以下物种中的至少一种：菹草，学名Potamogeton crispus、苦草，学名Vallisneria spiralis、刺苦草，学名Vallisneria spinulosa、水车前，学名Ottelia alismoides、马来眼子菜，学名Potamogeton malaimus、蓖齿眼子菜，学名Potamogeton pectinatus、微齿眼子菜，学名Potamogeton maackianus、梅花藻，学名Batrachium trichophyllum、狐尾藻，学名Myricphyllum spicatum。
5.如权利要求4所述的水体生态修复方法，其中沉水植物包括水下草皮物 种，其中水下草皮物种包括以下物种中的至少一个：伊乐藻，学名E1odea canadensis、轮叶黑藻，学名Hydrilla verticillata、轮藻，学名Chara、小茨藻，学名Najas minor、茨藻，学名Najas major、金鱼藻，学名Ceratophyllum demersum。
6.如权利要求3所述的水体生态修复方法，其中沉水植物覆盖率为25-60％。
7.如权利要求3所述的水体生态修复方法，还包括以下步骤：(d)放入有益微生物于水体中，其中该有益微生物可以与食藻虫共生。
8.如权利要求7所述的水体生态修复方法，还包括以下步骤：(e)放入高级水生动物，包括螺，贝，鱼，虾中的至少一种。
9.如权利要求8所述的水体生态修复方法，所述的螺采用耳罗卜螺，学名Radix auricularia。
10.如权利要求8所述的水体生态修复方法，还包括以下步骤：(f)合理捕捞所述的鱼、虾、螺、贝。
11.如权利要求8所述的水体生态修复方法，还包括以下步骤：(g)放入凶猛鱼类，可以捕食螺、贝、鱼、虾，形成生物链维持生态平衡。
12.一种驯化浮游动物的方法，使其可以摄食蓝藻，包括以下步骤：(a1)改良大型溞肠道微生物组成，达到能够消化蓝藻的能力；(a2)增强大型溞的野外稳定性，使其能够在野外大量生存并起到控制蓝藻的作用；(a3)增强大型溞的抗蓝藻毒性功能，使其可以在有毒蓝藻的环境中生存；(a4)改良大型溞的个 体大小，使其可以吞噬团状蓝藻。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20091111 Assignee: Shanghai Taihe Water Ecological Technology Co., Ltd. Assignor: He Wenhui Contract record no.: 2012310000131 Denomination of invention: Method for repairing water ecology License type: Exclusive License Record date: 20120727 |
|
| C35 | Partial or whole invalidation of patent or utility model | ||
| IW01 | Full invalidation of patent right |
Decision date of declaring invalidation: 20140910 Decision number of declaring invalidation: 23732 Granted publication date: 20120808 |