CN103988768A

CN103988768A - 一种利用螺旋藻养殖废水水培蔬菜的方法

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Publication number: CN103988768A
Application number: CN201410238130.9A
Authority: CN
Inventors: 季祥; 蔡禄; 廖利民; 刘凯华
Original assignee: Inner Mongolia University of Science and Technology
Current assignee: Inner Mongolia University of Science and Technology
Priority date: 2014-05-30
Filing date: 2014-05-30
Publication date: 2014-08-20
Anticipated expiration: 2034-05-30
Also published as: CN103988768B

Abstract

本发明公开了一种利用螺旋藻养殖废水水培蔬菜的方法，包括以下步骤：对采集到的螺旋藻废水进行过滤、稀释、pH调节等处理；将预处理后的螺旋藻废水与标准全营养液进行对比，并添加植物生长所必需的微量元素制得螺旋藻废水营养液；将蔬菜种子浸泡于干净培养皿中，置于恒温光照培养箱中，待种子出芽；根据种子出芽状态，挑取生长状况良好的出芽种子，移种到霍格兰式营养液中进行幼苗培育；待幼苗长出，植株成形时，用塑料薄板和水槽进行螺旋藻废水培植；采收或移栽。本发明通过水培的方式利用螺旋藻养殖废水培植蔬菜，减少螺旋藻养殖废水直接排放所带来的环境污染，将废水变废为宝，减少水资源的浪费，充分实现螺旋藻废水的资源化利用，同时解决螺旋藻养殖废水的去向问题，也有利于螺旋藻企业的可持续发展。

Description

一种利用螺旋藻养殖废水水培蔬菜的方法

技术领域

本发明涉及一种利用螺旋藻养殖废水水培蔬菜的方法，属于废水资源化利用与无土栽培技术领域。

背景技术

近年来，螺旋藻作为一种纯天然的保健食品，深受大众的喜爱，螺旋藻养殖企业越来越多，产业规模也越来越大。地处鄂尔多斯市，库布其沙漠复地的螺旋藻养殖基地有着得天独厚的地理、环境、气候等条件，能够高产天然多糖的钝顶螺旋藻。然而，作为一种特色型产业，螺旋藻养殖业在其规模化养殖过程中由于螺旋藻的生物学特性与现有生产工艺的局限性，容易产生大量的螺旋藻废水。由于螺旋藻养殖过程中，培养基的配置需要较多的NaHCO₃、NaNO₃、NH₄HCO₃、NaCl、K₂SO4、KH₂PO₄、FeSO₄、EDTA等营养盐类，因此，螺旋藻养殖废水中的TN、HCO₃、Cl^-、Na⁺、全盐量等浓度较高，pH、TP、 SS、COD、BOD₅等指标严重超标。目前，螺旋藻的大规模养殖主要采用开放式的跑道池培养，其用水量大，培养基成分复杂，受外界因素影响较多，其中养殖废水主要来自于采藻废水、废弃培养基、池子冲刷水等。螺旋藻养殖废水如果不经任何处理而直接排放将会造成周边水体的富营养化以及土壤的盐碱化，危害当地养殖渔业和农业灌溉，从而影响螺旋藻规模化的可持续发展。因此，螺旋藻养殖废水的处置问题也成为当地螺旋藻养殖企业发展所面临的瓶颈之一。

水培（Water Culture）是继20世纪60年代农业绿色革命之后兴起的一种新的种植模式，是将植物根系固定在营养液液层中生长的一种无土栽培方法，具有清洁、环保、美观等特点。无土栽培是蔬菜生产技术上的一项重大革新，具有十分诱人的广阔发展前景。水培技术的关键是水培营养液的配制，营养液替代土壤向植物提供所需的养分及相关条件，如植物生长所必需的水分、营养元素以及氧气、温度等生长条件，促使植物能够正常生长并完成整个生命周期。目前，水培应用大多见于花卉种植中，而应用于蔬菜、水果类的实例还比较少。

鄂尔多斯螺旋藻养殖基地所特有的环境条件，固然适于螺旋藻的大规模养殖，但其大规模养殖水源的紧缺，养殖废水的去向等问题同样亟待解决。螺旋藻养殖废水中含有丰富的N、P、K等营养元素可供农作物生长，而且养殖废水中含有丰富的微量元素也能够刺激农作物的良好生长。因此，可以通过水培的方式利用螺旋藻养殖废水培植农作物，减少螺旋藻养殖废水直接排放所带来的环境污染，将废水变废为宝，减少水资源的浪费，充分实现螺旋藻废水的资源化利用，同时解决螺旋藻养殖废水的去向问题，也有利于螺旋藻企业的可持续发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种螺旋藻养殖废水资源化利用的方法，对高含盐量和营养元素的螺旋藻废水进行处理，用于蔬菜种植，减少螺旋藻废水排放所带来的污染。本发明是基于蔬菜水培技术，利用螺旋藻养殖废水来无土栽培蔬菜，充分合理的利用螺旋藻养殖废水，降低螺旋藻养殖的成本，并收获水培农作物。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种利用螺旋藻养殖废水水培蔬菜的方法，其包括以下步骤：

1、螺旋藻养殖废水的预处理：对采集到的螺旋藻废水进行过滤、稀释、pH调节等处理；

2、植物营养液的制备：将1中预处理后的螺旋藻废水与标准全营养液进行对比，并添加植物生长所必需的微量元素；

3、种子萌发：将蔬菜种子浸泡于干净培养皿中，置于恒温光照培养箱中，待种子出芽后准备育苗；

4、育苗：根据种子出芽状态，挑取生长状况良好的出芽种子，移种到霍格兰式营养液中进行培育；

5、选取幼苗，固定栽培：待幼苗长出，植株成形时用塑料薄板进行固定，置于盛满螺旋藻废水营养液水槽中培植；

6、采收或移栽。

具体操作步骤：

1、螺旋藻养殖废水的预处理：

① 过滤：将螺旋藻废水原液通过80-200目过滤网进行过滤，去除水中残渣或大颗粒物质，待用。过滤网规格可根据废水采集情况而定。如水面表面复杂较多，沉淀较多时则需要进行过滤处理。

② 稀释：将步骤①中过滤后收集到的废水，采用自来水进行10-50稀释倍处理。其中稀释的倍数视螺旋藻废水原液以及培植作物而定。由于螺旋藻废水原液总盐度高达1000mg/L以上，超过农田灌溉水标准，因此对于耐盐性不强的作物培植前需要进行合适的稀释处理。

③ pH调节：将经步骤②稀释处理后的水样，用盐酸进行pH调节至6.5-7.5，具体pH值视培植作物而定。螺旋藻废水原液pH值高达10，不适宜植物的生长，因此，根据作物的生长习性，将螺旋藻废水pH调节至植物生长的适宜条件。

2、营养液的制备：

此步骤涉及到的标准全营养液为霍格兰式（Hoagland）营养液，其具体配制见表1，霍格兰式（Hoagland）营养液配方。

表1霍格兰式营养液配方

表2铁盐溶液配方

表3微量元素液配方

根据上述霍格兰式全营养液配方，向经过预处理的螺旋藻废水中补加适量微量元素，制得螺旋藻废水培养液，待用。

3、种子萌发：

选取待种植的蔬菜种子，将种子分散、均匀的浸泡于培养皿中，采用蒸馏水进行浸泡，水温20-40℃，水量不宜过多；大约10-12个小时后，可将培养皿中的水澄出，在培养皿底部铺上两张大小合适并且润湿的滤纸；将经过浸泡后的种子均匀的分散于滤纸上，盖上一层纱布，并放置于25℃恒温光照培养箱中，观察其变化，随时向培养皿中补加少许蒸馏水，防止种子干瘪；待3-5天，种子出芽，长出约3-4cm长的细芽时，准备移植，进行下一步育苗培养。

4、育苗：

取若干250mL规格的三角瓶，盛装步骤2中的霍格兰式营养液200-250mL，待用（营养液具体盛装体积视种子出芽长度和盛装容器所定）；准备若干长约10cm,宽约5cm的长方形薄纱布，待用；将恒温光照培养箱中的出芽种子小心取出，挑取生长状况良好的出芽种子，一颗一颗插入薄纱布的空隙中，每块纱布大约插上4-6颗出芽种子；用玻璃棒小心翼翼的将插上出芽种子的纱布导入盛装有全培养液的三角瓶中，使营养液体没过种子芽，但不能将种子完全浸没，以免影响幼苗生长；完成上述步骤，将三角瓶置于室温、向阳的地方进行培养，观察，并每天补加营养液，使芽始终浸没在营养液中，待10-15天，出芽种子即长成幼苗。

5、选取幼苗，固定栽培：

固定栽培前准备好用于植株固定的塑料薄板和用于水培的水槽。固定塑料薄板和水槽可自行制作或者购买市面上已出售的，其规格视培育植株而定；选取生长状态良好的幼苗，使用宽约2cm的海绵绳沿幼苗根部上方绕茎缠2-3圈，并将其固定于塑料薄板中，置于盛满螺旋藻废水营养液的水槽中培养，培养期间需要补加蒸发的水分。

6、采收或移栽：

根据植株水培的生长情况，选择合适时期进行采收或移栽。对于生长状况不良的植株可以选择移栽，重培；对于需要收获较多果实类的蔬菜，不宜长期在水培条件下继续生长，因为随着果实的生长会对塑料薄板增加压力，容易因操作不当而导致植株的倒伏状，以免造成不便，此时可向土壤中进行移栽；采收或移栽时可将整珠植物连根收获，以待后续加工。

本发明的有益效果在于:通过水培的方式利用螺旋藻养殖废水培植蔬菜，减少螺旋藻养殖废水直接排放所带来的环境污染，将废水变废为宝，减少水资源的浪费，充分实现螺旋藻废水的资源化利用，同时解决螺旋藻养殖废水的去向问题，也有利于螺旋藻企业的可持续发展。

附图说明：

图1是本发明实施例一鄂尔多斯地区螺旋藻养殖废水对番茄生长情况的影响。

图2是本发明实施例二鄂尔多斯地区螺旋藻养殖废水对油麦菜生长情况的影响。

图3是本发明实施例三鄂尔多斯地区螺旋藻养殖废水对绿菊生长情况的影响。

具体实施方式：

以下实施例用于说明本发明，便于更好的理解本发明，但不用于限制本发明。本实施例中所涉及的实验技术为本领域技术人员所熟知的常用技术，实验材料和试剂，如未特别说明，均为市售商品。

植物在逆环境生长或衰亡时，由于体内活性氧代谢加强而使植物细胞中的H₂O₂累积。H₂O₂可以直接或间接地氧化细胞内核酸、蛋白质等生物大分子，并使细胞膜遭受损害，从而加速细胞的衰老和解体。过氧化氢酶（CAT）可以清除H₂O₂，过氧化物酶（POD）催化过氧化氢氧化酚类的反应，是植物体内重要的酶促防御系统之一。因此，植物细胞中CAT与POD的活性与植物的生长密切相关。以下实施例均采用高锰酸钾滴定法测定CAT活性，并随后用分光光度计测定POD活性。

实施例1：利用鄂尔多斯地区螺旋藻养殖废水培植番茄。

番茄，别名西红柿、洋柿子，属茄目，茄科，番茄属。果实营养丰富，具有特殊风味，有减肥瘦身、消除疲劳、增进食欲、提高对蛋白质的消化、减少胃胀食积等功效。番茄喜温，白天适宜的温度为25～28℃，夜间16～18℃。

按照具体操作步骤将出芽较好的种子经过全营养液培育成幼苗，并选取三株长势相近的幼苗移栽至水槽中，分别用霍格兰式全营养液，预处理过的螺旋藻废水营养液与未经任何处理的螺旋藻废水培养液进行培植，置于相同室温和自然光照条件下，培养、观察15-20天。培养期间保持对各组植株培养环境条件的相同以及蒸馏水的补加。

表4：鄂尔多斯地区螺旋藻养殖废水对番茄生长情况的影响

培养液名称	根长(cm)	茎长(cm)	叶长(cm)	叶片数(片）	干重(10^-2g)	CAT[mg/(g·min)]	POD[mg/(g·min)]
								霍格兰式全营养液	20.7	9.7	6	23	22.6	8.49	6.4
螺旋藻废水10-20倍稀释，pH6.0-6.5	20.5	9.6	5.9	23	20.3	9.08	5.8
								螺旋藻废水原液，pH9.0-10.0	10.3	6.7	3	10	2.80	0	0

如表4和图1所示，鄂尔多斯地区螺旋藻养殖废水未经任何处理直接用于植物的培养，植物后期基本处于凋亡状态，其CAT和POD基本失活，而螺旋藻废水经过10-20倍稀释及pH调节至6.0-6.5处理后，完全适于番茄的培植，其长势良好，且生长效果与霍格兰式全营养液培养的对照组相当。因此，经过预处理的鄂尔多斯地区螺旋藻养殖废水能够用于茄科，番茄属类的蔬菜种植。

实施例2，利用鄂尔多斯地区螺旋藻养殖废水培养油麦菜。

油麦菜，又名莜麦菜，属白花菜目，菊科，莴苣属，是以嫩梢、嫩叶为产品的尖叶型叶用莴苣，叶片呈长披针形，色泽淡绿、质地脆嫩，口感极为鲜嫩、清香、具有独特风味，含有大量维生素A、维生素B1、维生素B2和大量钙、铁、蛋白质、脂肪、等营养成分，是生食蔬菜中的上品，有“凤尾”之称。油麦菜耐热、耐寒、适应性强，耐寒性强，喜湿润，抗病虫害，品质甜脆，纤维少，生长适温20-25℃。

油麦菜水培营养液的制备：将螺旋藻废水原液稀释20-50倍并用盐酸调节pH至6.0-6.5制得。

按照具体操作步骤，将出芽较好的种子经过全营养液培育成幼苗，并选取三株长势相近的幼苗移栽至水槽中，分别用霍格兰式全营养液，预处理过的螺旋藻废水营养液与未经任何处理的螺旋藻废水培养液进行培植，置于相同室温和自然光照条件下，培养、观察15-20天。培养期间保持对各组植株培养环境条件的相同以及蒸馏水的补加。

表5鄂尔多斯地区螺旋藻养殖废水对油麦菜生长情况的影响

培养液名称	根长(cm)	茎长(cm)	叶长(cm)	叶片数(片）	干重(10^-2g)	CAT[mg/(g·min)]
							霍格兰式全营养液	13.5	2	10	7	10.5	7.86
螺旋藻废水20-50倍稀释，pH6.0-6.5	11	1.7	6.5	6	7.2	7.44
							螺旋藻废水原液9.0-10.0	5	2.3	5.2	3	4	0

如表5和图2所示，鄂尔多斯地区螺旋藻养殖废水经过20-50倍稀释及pH调节至6.0-6.5处理后，完全可以用于油麦菜的培植，油麦菜的长势良好，且生长效果与霍格兰式全营养液对照组差距不大，而未经任何处理的螺旋藻废水营养液对照组，植物后期趋于死亡，CAT活性全无。因此，鄂尔多斯螺旋藻养殖废水经过预处理后可以用于菊科，莴苣属类蔬菜的栽培。

实施例3，利用鄂尔多斯地区螺旋藻养殖废水培养绿菊。

绿菊，全名翠绿菊花菜，又名菊花叶，是生菜的一种，属菊目，菊科，莴苣属，是以野菊的嫩梢嫩叶来食用。菊花菜营养丰富，有清热解毒，调中开胃，降血压的功效。除含有蛋白质、多糖、纤维素和维生素、矿物质外，还含有黄酮类物质和挥发油，食之清凉，并且具有浓郁的菊花香味，风味独特，凉爽清口，很适合在炎热的夏天食用。绿菊性喜冷凉的气候，生长适温为15-20℃。

绿菊水培营养液的制备：将螺旋藻废水原液稀释10-20倍并用盐酸调节pH至6.5-7.5即得绿菊水培营养液。

按照具体操作步骤，将出芽较好的种子经过全营养液培育成幼苗，并选取三株长势相近的幼苗移栽至水槽中，分别用霍格兰式全营养液，预处理过的螺旋藻废水营养液与未经任何处理的螺旋藻废水培养液进行培植，置于相同室温和自然光照条件以及空气相对湿度适宜的室内，培养、观察15-20天。培养期间保持对各组植株培养环境条件的相同以及蒸馏水的补加。

表6鄂尔多斯地区螺旋藻养殖废水对绿菊生长情况的影响

培养液名称	根长(cm)	茎长(cm)	叶长(cm)	叶片数(片）	干重(10^-1g)	CAT[mg/(g·min)]	POD[mg/(g·min)]
								霍格兰式全营养液	13	0.5	14.3	7	2.3	8.63	5.78
螺旋藻废水10-20倍稀释，pH6.5-7.5	11	1	13	6	2.15	8.06	5.43
								螺旋藻废水原液，pH9.0-10.0	9.5	2.5	8.2	3	1.05	0	0

如表6和图3所示，鄂尔多斯地区螺旋藻养殖废水经过10-20倍稀释及pH调节至6.5-7.5处理后，完全可以用于绿菊的培植，绿菊的长势良好，且生长效果与霍格兰式全营养液对照组差距不大，而未经任何处理的废水营养液对照组中植株在生长后期几乎全部凋亡，CAT与POD活性为零。因此，本实例也很好的验证了鄂尔多斯地区螺旋藻养殖废水经过预处理后能够用于菊科，莴苣属类的蔬菜种植。

鄂尔多斯地区螺旋藻养殖基地盛产闻名中外的高蛋白钝顶螺旋藻，其养殖规模为全国数一数二。然而，在螺旋藻生产过程中，不可避免的大量螺旋藻废水成批产生，其最终的去向问题不仅仅困扰当地养殖企业，影响养殖业的可持续发展，同时也对周边环境造成很大的影响。本发明中利用预处理的螺旋藻养殖废水水培农作物的方式可以很好的解决这个问题，将螺旋藻废水变废为宝，资源化利用，减少水资源的浪费，尤其是对于北方的城市来说，更具有重大意义：为螺旋藻养殖企业提供一条可行的废水处置途径，减少螺旋藻养殖废水的处理成本，解决企业废水的去向问题，有利于企业的可持续发展；将螺旋藻废水资源化，可用于蔬菜水培，农作物灌溉等，减少螺旋藻废水排放所带来的环境污染，同时解决北方农田灌溉水源紧缺等问题。

Claims

1.一种利用螺旋藻养殖废水水培蔬菜的方法，其特征在于：包括以下步骤：

①、螺旋藻养殖废水的预处理：对采集到的螺旋藻养殖废水进行过滤、稀释、pH调节处理；

②、植物营养液的制备：将预处理后的螺旋藻养殖废水与标准全营养液进行对比，并添加植物生长所必需的微量元素；

③、种子萌发：将蔬菜种子浸泡于干净培养皿中，置于恒温光照培养箱中，待种子出芽后准备育苗；

④、育苗：根据种子出芽状态，挑取生长状况良好的出芽种子，移种到螺旋藻养殖废水营养液中进行培育；

⑤、选取幼苗，固定栽培：待幼苗长出，植株成形时可用塑料薄板进行固定栽培；

⑥、采收或移栽。

2.根据权利要求1所述的一种利用螺旋藻养殖废水水培蔬菜的方法，其特征在于：所述步骤①，螺旋藻养殖废水的预处理采用80-200目过滤网进行过滤，自来水10-50倍稀释，盐酸调节pH至6.5-7.5。

3.根据权利要求1所述的一种利用螺旋藻养殖废水水培蔬菜的方法，其特征在于：所述步骤②，植物营养液的制备采用霍格兰式全营养液比对，并向预处理的螺旋藻养殖废水添加微量元素。

4.根据权利要求1所述的一种利用螺旋藻养殖废水水培蔬菜的方法，其特征在于：所述步骤③，种子萌发采用20-40℃蒸馏水浸泡种子，并于10-12小时取出，移至铺有两张润湿滤纸的培养皿上，并盖上纱布，放置25℃恒温光照培养箱中3-5天。

5.根据权利要求1所述的一种利用螺旋藻养殖废水水培蔬菜的方法，其特征在于：所述步骤④，育苗时挑取生长状况良好的出芽种子，插入长约10cm，宽约5cm的薄纱布的空隙中，每块纱布大约插上4-6颗出芽种子，并用玻璃棒将其导入盛装有全培养液的250mL三角瓶中，使营养液体没过种子芽，置于室温、向阳的地方进行培养 10-15天。

6.根据权利要求1所述的一种利用螺旋藻养殖废水水培蔬菜的方法，其特征在于：所述步骤⑤，选取生长状态良好的幼苗，使用宽约2cm的海绵绳沿幼苗根部上方绕茎缠2-3圈，并将其固定于塑料薄板中，置于盛满螺旋藻养殖废水营养液的水槽中固定培养15-20天，培养期间补加蒸发的水分。

7.根据权利要求1所述的一种利用螺旋藻养殖废水水培蔬菜的方法，其特征在于：所述步骤⑥，根据植株水培的生长情况，选择合适时期进行采收或移栽。

8.根据权利要求1-7所述的一种利用螺旋藻养殖废水水培蔬菜的方法，其特征在于：所述蔬菜为番茄属类的蔬菜。

9.根据权利要求1-7所述的一种利用螺旋藻养殖废水水培蔬菜的方法，其特征在于：所述蔬菜为莴苣属类的蔬菜。

10.根据权利要求1-9所述的一种利用螺旋藻养殖废水水培蔬菜的方法，其特征在于：所述螺旋藻养殖废水是鄂尔多斯地区的螺旋藻养殖废水。