CN102659296A - 利用白腐菌控制湖泊植物淤积的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于解决草型湖泊植物促淤累积，提供了一种微生物原位修复加速底泥植物残体分解的抑草控淤技术和方法。白腐菌剂控制湖泊植物淤积，通过木质素降解，达到加速湖泊底泥的生物分解。通过微生物手段控制湖泊水生植物的生物淤积，具有较强的可操作性和广泛的应用性。此发明避免了二次污染的产生，对湖泊生态系统的生态恢复具有重要作用。

Description

利用白腐菌控制湖泊植物淤积的方法
本发明属于环境生态学领域，具体涉及一种利用白腐菌剂控制湖泊植物残体淤积的方法，能够经济高效的减缓湖泊沼泽化进程。
背景技术
随着经济的高速发展，我国湖泊沼泽化发展迅速，50年来，平均每年有近20个天然湖泊因沼泽化消失，湖泊沼泽化已经成为严重威胁我国生态环境最重要的社会和环境问题之一。2000年，国家重点治理的东太湖，无沼泽化湖区面积显著减少，由1959年的90％降至23.9％，沼泽化综合指数由1959年的1.47增加到2.41；对即将承担国家调水工程调蓄任务的南四湖25个样点进行调查，除4个样点无沼泽化表征，2个样点为轻度沼泽化外，其它样点中6个中度沼泽化，12个重度沼泽化，1个极重度沼泽化，沼泽化呈加速发展的趋势；白洋淀已先后发生10多次干淀现象，鱼类已由40种下降到33种，沼泽化趋势十分严重。
水生植物大量生长而导致的湖泊快速沼泽化被认为是草型湖泊的主要环境问题。湖泊沼泽化是湖泊衰老消亡的最后阶段，表现为水生植物的大量生长，对于已经凸显沼泽化趋势的湖泊或水域，如果不进行适当的植物残体降解干预或清淤，生物有机残体不断积聚，湖泊沉积层增厚，湖泊生态系统水深变浅，湖面逐渐萎缩。植物死亡后残体沉积于湖底，生物填平作用明显，加速了底泥中有机物的累积速度。有机物的不断累积，导致大量N、P营养物质富集，对湖泊生态系统的水域安全带来严重影响，这一系列问题直接威胁到湖泊湿地的各项生态功能，严重制约了区域环境与经济的可持续发展，因此，治理湖泊沼泽化势在必行。
当前，国内外广泛采用机械收割和人工清淤等技术措施来减缓草型湖泊的生物促淤问题。公开号为201004818Y的新型实用专利公布了一种滚刀式的水草收割机，具有尺寸小，运行灵活，操作方便，收割效率高，无二次污染等特点。然而机械和人工清淤并没有从改善生态系统食物链，从环境可持续性角度来遏制沼泽化的发生过程。人工打捞仅仅解决了近期残体淤积情况，并没有从科学的角度，运用生物手段来解决植物残体的堆积状况。公开号为CN101898836A的发明专利通过向富营养化水体中投放复合酶制剂对底泥中的污染物进行转移、转化及降解，从而起到对底泥污染物削减的作用，具有原位治理、生物环保的特点。公开号为CN102276124A的发明专利涉及一种微生物清淤剂，以多孔沸石颗粒为载体，通过互相转化代谢，不仅能够在富氧水域发挥净水作用，还能够在低氧甚至缺氧环境(如水底淤泥)以及咸水水域(如海湾)发挥生物分解转化能力。然而这些发明仅仅局限于底泥中污染物的去除作用，而针对于湖泊沼泽化，水生植物残体淤积的微生物去除却未见报道。大量研究结果表明，不同水生植物间的分解率差异大于外界条件影响导致的差异，其中木质素浓度和C/N最能反映植物残体分解的速率。木质素是凋落物中难分解的主要成分，其结构较为复杂不易被酶催化，被认为是限制植物分解率的主要因子。公开号为CN1654644A的发明公布了一种利用白腐菌处理城市生活垃圾的方法，此发明利用白腐菌较强的产木质素降解酶的能力和污染物的吸附固定能力，此法提高了堆肥效率和堆肥品质。公开号为CN101586097A的发明提供了一种白腐菌预处理稻草秸秆提高产纤维素酶菌株酶活力的方法，来提高纤维素酶菌株酶活力，可以有效降低纤维素酶的生产成本。本方法采用白腐菌剂应用于水生植物过度生长导致底泥植物残体大量淤积的草型湖泊，借助白腐菌产木质素降解酶的能力和对重金属的强吸附能力，改善植物体内重金属的累积和加速植物残体的分解过程。
因此，根据我国湖泊沼泽化的现状，通过微生物手段控制湖泊水生植物的生物淤积，具有较强的可操作性和广泛的应用性。此发明避免了二次污染的产生，对湖泊生态系统的生态恢复具有重要作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够间歇性调控目标区湖底植物残体淤积程度的微生物处理方法，提出湖泊沼泽化的抑草控於菌剂，实现湖泊沼泽化的微生物生态治理。通过抑草控於菌剂降解湖泊底泥中植物残体淤积的主要成分木质素，打破湖泊底泥植物残体淤积增高的状况，控制草型湖泊沼泽化趋势。该方法从根本上遏制了植物残体的大量淤积，打破了过去人为打捞为主的清於方式，对草型湖泊沼泽化的生物修复起到了积极的作用。
本发明的特征在于：抑草控於菌剂选择对木质素有强烈降解能力的白腐菌，白腐菌可以强烈吸附湖泊底泥中的重金属，降低水生植物对金属元素的吸收累积；白腐菌可以有效的降解木质素，加速底泥的生物分解，是目前降解芳香族化合物能力最强的微生物。同时，白腐菌对于湖泊富营养化引起的COD、BOD升高，起到一定的抑制作用。该微生物处理技术主要应用于植物凋落以后，在不影响湖泊原有生态功能下，进行植物残体淤泥处理，此方法使用材料为环境友好型的农业废物，投资省，运行可靠，不会产生二次污染。
本发明与以往的抑草控淤技术相比，其益处在于：立足于植物生长的凋落阶段，不影响原有生态功能，采用微生物手段去除底泥中植物残体，对湖泊生态系统的演变具有积极的作用。白腐菌作为高效、低耗、广谱、适用性强的微生物，通过分泌木质素降解酶控制植物残体的分解速率，从根源上解决了草型湖泊沼泽化的环境问题。
具体实施方式
以下详细说明本发明的原理和实施方式：
开展湖区实地调研，在水生植物过度生长的水域应用该技术。考察该区域的水体污染程度、植物淤积程度、沼泽化程度，同时结合历年底泥淤积层厚度和植物生长速度，选择施加抑草控於菌剂的最佳用量以及施加抑草控於菌剂的最佳位置。
抑草控於菌剂：将白腐菌孢子悬浮液用基础培养基稀释后与芦苇碎屑混合，分装、培养、干燥即制成菌剂。本发明采用的白腐菌为黄孢原毛平革菌(Phanerochaetechrysosporium)，来源于中国微生物菌种保藏管理委员会，编号为ACCC-30414.
一、抑草控於菌剂制备方法：
芦苇碎屑制备：选择健康生长的芦苇茎杆，洗净，磨碎成芦苇碎屑，备用。
菌种复活：在超净工作台上，首先用浸过70％酒精的脱脂棉擦净安瓿管，用酒精灯将安瓶管顶端加热，使安瓶管顶端使玻璃开裂，并敲下开裂的安瓿管的顶端，用无菌吸管吸取0.3-0.5ml适宜的无菌水，滴入安瓿管内，轻轻振荡，使冻干菌体溶解呈悬浮状。取0.1-0.2ml菌体悬浮液，移植于适宜的固体土豆培养基上，放入30℃恒温培养箱内培养。
菌悬液制备：菌种培养5-6d，待培养基上全长满孢子，用接种环刮取一环孢子，溶入已灭菌的无菌水中，搅拌，使抱子在无菌水中均匀分散，形成白腐菌孢子悬液。
液体培养：吸取1ml孢子悬液接种于200ml基础培养液中，于37℃恒温摇床培养150r/min，至菌液明显浑浊后，以平板计数法记得菌种数量约为106Cfu/ml。
菌剂制备：将含菌种数量约为106cfu/ml悬浮液用基础培养基稀释后与芦苇碎屑混合，其中基础培养基与芦苇碎屑的重量百分比为1∶1-3，混合后含水量在40-60％，30℃下培养8-10天，最后采用40-50℃烘箱干燥1天，即制成菌剂。基础培养基成分：葡萄糖10g/L，酒石酸铵0.37g/L，KH2PO4 3.0g/L，MgSO4·7H2O 1.0g/L，CaCl2·2H2O 0.05g/L，维生素B14mg/L，Tween80 0.5g/L，微量元素7ml/L。微量元素组成：氨基乙酸0.586g/L，MgSO4·7H2O3.0g/L，NaCl 1.0g，FeSO4·7H2O 100mg/L，CoCl2·6H2O 0.254g，CaCl2 10mg/L，ZnSO4·7H2O100mg/L，CuSO4·5H2O 10mg/L，KAl(SO4)2 1mg/L，H3BO3 10mg/L，Na2MoO4 10mg/L。
二、抑草控於菌剂施入方法：
装袋：沸石、活性炭、抑草控於菌剂按照1∶1∶3比例混合，依据沼泽化程度，装入尼龙网袋，束紧。
施入时间：温度较高的夏季，湖泊水温25-30摄氏度为宜。
施入位置，如图1将抑草控於菌剂施入植被淤积造成的沼泽化湖区沉积物表层，施入位置选择在划差区域。根据白腐菌剂呈圆形扩散的特点，采用两种施入方式：
A中心施入法，添加125g抑草控於菌剂，装袋施入10cm深的湖泊底泥表层。
B四角施入法，添加100g抑草控於菌剂，装袋施入20cm深的湖泊底泥表层。
A方法适用于沼泽化较为严重的湖泊，B方法适用于沼泽化程度较轻的湖泊。
在植物淤积残体中施加抑草控於菌剂，将加速底泥中植物残体的分解，有效控制生物残体淤积厚度，遏制了湖泊沼泽化进程，对湖泊生态系统的健康发展起到了积极的作用。
实施例1
针对白洋淀湖区沼泽化问题严重，利用本发明对该湖区的植物残体淤积进行治理。该湖区优势水生植物为挺水植物芦苇，芦苇大面积生长，呈轻度沼泽化，水深1-1.5m。分别将每200ml白腐菌孢子悬浮液(106cfu/ml)和300ml白腐菌孢子悬浮液(106cfu/ml)用70kg灭菌的基础培养基稀释后与85kg经高温蒸汽灭菌处理的芦苇碎屑混合均与，每4kg装一袋，分装置30℃培养箱培养10天，用45℃烘箱干燥24小时，备用。在7月份将抑草控於菌剂施入沼泽化湖泊底泥表层。分别测得施入一个月、二个月、三个月后芦苇残体淤积的分解情况，均设置不添加白腐菌剂的对照试验。白洋淀湖区不同时期底泥内水生植物残体分解率，如表1。
表1白洋淀湖区不同时期底泥内水生植物残体分解率
Figure BSA00000726222500041
完全分解时间＝1/分解系数。
a为温度在19.9℃，pH值为7.4时测得值；
实施例2
针对衡水湖沼泽化问题严重，利用本发明对该湖区的植物残体淤积进行治理。该湖区优势水生植物为芦苇和香蒲，香蒲大面积生长，呈中度沼泽化，水深1.2-1.8m。分别将每200ml白腐菌孢子悬浮液(106cfu/ml)和300ml白腐菌孢子悬浮液(106cfu/ml)用70kg灭菌的基础培养基稀释后与80kg经高温蒸汽灭菌处理的木屑混合均与，每4kg装一袋，分装置30℃培养箱培养10天，用45℃烘箱干燥24小时，备用。在7月份将抑草控於菌剂施入沼泽化湖泊底泥表层。分别测得施入一个月、二个月、三个月后芦苇残体淤积的分解情况，均设置不添加白腐菌剂的对照试验。衡水湖区不同时期底泥水生植物残体分解率，如表2。
表2衡水湖区不同时期底泥水生植物残体分解率
Figure BSA00000726222500051
完全分解时间＝1/分解系数。
a为温度在19.9℃，pH值为7.4时测得值；
实施例3
针对南四湖沼泽化问题严重，利用本发明对该湖区的植物残体淤积进行治理。该湖区沉水植物狐尾藻大面积生长，呈重度沼泽化，水深1.2-2m。分别将每200ml白腐菌孢子悬浮液(106cfu/ml)和300ml白腐菌孢子悬浮液(106cfu/ml)用70kg灭菌的基础培养基稀释后与70kg经高温蒸汽灭菌处理的木屑混合均与，每4kg装一袋，分装置30℃培养箱培养10天，用45℃烘箱干燥24小时，备用。在7月份将抑草控於菌剂施入沼泽化湖泊底泥表层。分别测得施入一个月、二个月、三个月后芦苇残体淤积的分解情况，均设置不添加白腐菌剂的对照试验。南四湖湖区不同时期底泥水生植物残体分解率，如表3。
表3南四湖湖区不同时期底泥水生植物残体分解率
Figure BSA00000726222500061
完全分解时间＝1/分解系数。
a为温度在19.9℃，pH值为7.4时测得值；

Claims (4)

1.一种利用白腐菌控制湖泊植物淤积的方法，其特征在于：应用于水生植物过度生长导致底泥植物残体淤积的草型湖泊，利用白腐菌产木质素降解酶的能力和对重金属的强吸附能力改善植物体内重金属的累积和加速植物残体的分解过程。
2.如权利要求1所述的利用白腐菌控制湖泊植物淤积的方法，其特征在于：依据植物残体淤积量的不同，采用四角施入法或中心施入法在湖泊沉积物表层添加白腐菌剂。
3.如权利要求1所述的利用白腐菌控制湖泊植物淤积的方法，其特征在于：抑草控於菌剂制备选择白腐菌剂和芦苇碎屑混合。
4.如权利要求1所述的利用白腐菌控制湖泊植物淤积的方法，其特征在于：在温度25-30摄氏度情况下，施加抑草控於菌剂。
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