CN107117717A - 一种基于微生物固持技术和农田灌溉技术净化沿海水产养殖水体的湿地系统 - Google Patents

一种基于微生物固持技术和农田灌溉技术净化沿海水产养殖水体的湿地系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于微生物固持技术和农田灌溉技术净化沿海水产养殖水体的湿地系统，包括微生物菌剂、农田湿地系统和水产养殖水体，利用微生物的胞外多肽、微生物菌体的附着功能，将水产养殖水体中大量的粪便、饲料残渣、游离态的氮素离子等污染物质固持浓缩，通过灌溉，依托农田湿地系统，将形成的“菌体‑代谢物‑污染物”复合体进行有效的截留，污染物截留效率可达93％。该系统能够有效地处理沿海水产养殖水体，减少近海生态环境的污染，同时能够为农业提供水资源，具有很好的应用前景。

Description

一种基于微生物固持技术和农田灌溉技术净化沿海水产养殖 水体的湿地系统
技术领域
本发明涉及一种基于微生物固持技术和农田灌溉技术净化沿海水产养殖水体的湿地系统，属于微生物技术领域。
背景技术
随着社会物质生活质量的提高，居民饮食中水产品的需求量逐年增加。由于沿海地区地多、污染少，大量水产养殖产业聚集在在沿海地区。因此，每年水产养殖过程中的换水，产生大量的污染物，导致近海水体环境恶化。
近年国家将“生态文明建设”和“生态红线保护”纳入社会体系建设，将生态环境保护纳入社会经济发展综合考量，因此，必须加大对沿海水产养殖水体的处理。
由于养殖水体水量巨大，相对于工业污水的点源、高浓度特性，养殖水体污染物浓度较低，处理十分困难。常见采用微生物净化污水的方法，将污染物分解或者絮凝沉降到养殖塘体底部，但是污染物还存在于养殖塘底，随时可以翻塘上涌，因此，原位微生物净化养殖水体的技术受到大量的限制。湿地灌溉净化、氧化塘、土壤过滤等技术，可以将污水中污染物分离出来，但是湿地、氧化塘或者过滤土地，需要占用大量的土地，而且处理污水周期较长，所以采用生态湿地处理水产养殖污水的方法也有很大的局限性。
采用微生物及其代谢物固持水产养殖水体中粪便、游离态氮素离子、饲料残渣、微生物形成大的复合体，再依托农田湿地实现对污染物复合体的截留，能够高效实现水产养殖水体的净化。
迄今为止，没有发现涉及本发明主题的文献报道。
发明内容
目的：为了实现近海生态环境的保护，实现水产养殖业的可持续发展，依托生物技术和农田生态湿地净化技术，实现沿海水产养殖水体的净化，本发明提出一种基于微生物固持技术和农田灌溉技术净化沿海水产养殖水体的湿地系统。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明提出了一种基于微生物固持技术和农田灌溉技术净化沿海水产养殖水体的湿地系统，包括微生物菌剂、农田湿地系统和水产养殖水体，通过利用微生物菌剂固持水产养殖水体中的粪便、游离态氮素离子、饲料残渣、微生物形成大的复合体，再依托农田湿地系统实现对污染物复合体的截留，实现水产养殖水体的净化。
优选地，所述微生物菌剂通过解淀粉芽孢杆菌IAE菌株制备而成，固持水体污染物的微生物菌剂有效菌落形成单位(cfu)≥5×108cfu g-1，多聚谷氨酸量≥20g L-1。
所述的解淀粉芽孢杆菌IAE的菌种保藏号为CCTCC NO：M2013086，Bacillusamyloliquefaciens IAE，2013年3月15日保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏地址为武汉市武昌珞珈山。
水产养殖水体换水前通过弥雾机设备将微生物菌剂均匀的喷布于养殖塘体水面，当水体中微生物菌剂沉降30～50cm的时候，开始排放底层水体，夜间排放底层水体，白天从上层补充水。
优选地，水产养殖水体换水前，将微生物菌剂用稀释500～1500倍，通过弥雾机将菌剂均匀的喷布于养殖塘体水面，每亩塘面使用微生物菌剂10～50L。
所述农田湿地系统由水稻或者小麦农田组成，灌溉水量为不影响作物生长的最大灌水量和最长蓄水时间。
具体地，所述微生物菌剂通过如下方法制备得到：
1)将解淀粉芽孢杆菌IAE接种到液体发酵培养基，制得解淀粉芽孢杆菌IAE发酵液；
2)步骤1中的发酵液、玉米芯粉、碳酸钙、乙酸按照体积质量比100∶10～20∶5～10∶10～15(v∶w∶w∶v)粉彻底混匀，低温保存，获得的产品即为具有固持水产养殖水体污染物的微生物菌剂。
优选地，发酵生产的条件为：初始pH范围为6.5-7.2，培养温度35-37℃，溶氧通气量范围为30～100％，120-180rpm，发酵18h，获得解淀粉芽孢杆菌IAE发酵液；解淀粉芽孢杆菌发酵培养基，以配制1L培养基为例：葡萄糖67g，谷氨酸钠72g，(NH4)2SO47.1g，NaCl 2.2g，K2HPO42g，MnSO40.25g，MnSO40.03g，自来水1000ml，pH值自然，115℃灭菌30min。
优选地，农田湿地系统的农田为长条形的农田，进水处为条田一端，出水处一端为小出水口；农田采用蓄水减排的模式，将水产养殖水体尽可能的多蓄于水稻田或者麦田中，同时增加蓄持时间，确保“菌体-代谢物-污染物”复合体被农田湿地系统截留。
优选地，所述水稻为采用直播技术播种的水稻，亩用种量大于3kg，种植后35天之后进行污水灌溉，水稻不使用孕穗肥或者施用孕穗肥后30天进行污水灌溉。
优选地，所述的湿地系统的条田长度大于1000m，宽度大于100m。
优选地，所述的湿地系统的条田进水端采用水渠漫灌，渠深20～50cm，宽度50～100cm；水渠上口一外沿与田埂同高，确保水不会流出农田，水渠上口另一外沿与田面齐平。
优选地，所述的湿地系统，所述条田出水口的口宽100～200cm，出水口比田面高10～25cm。
有益效果：本发明提供的一种基于微生物固持技术和农田灌溉技术净化沿海水产养殖水体的湿地系统，通过具有固持水产养殖水体污染物功能的微生物菌剂和农田湿地系统，实现水产养殖水体的高效净化，本发明的与常见的微生物净化菌剂或者生态湿地发明相比具有如下优点：
1)该发明利用微生物菌剂，能够快速将污水中污染物浓缩和固持，有利农田系统土壤和植物的吸附和附着作用对污染物复合体的截留。
2)大量污染物进入农田湿地系统，很快被作物同化吸收利用，由于农田系统的生物量巨大，其转化效率远高于常规的人工构建的生态湿地，确保水体净化速率的高效。
3)污水处理过程中，大量的污染物通过植物的同化作用，被植物利用，充分利用现有能源，实现资源节约型社会，同时实现对沿海生态环境的保护。
4)由于沿海人工开发，大量的植物、湿地被人工清除，对于沿海地区的动物生存、气候造成很大的影响。依托农业种植构建湿地能够为沿海地区动物提供食物、同时净化空气、调节气候等，有利于近海生态环境保护。
附图说明
图1基于微生物固持技术和农田灌溉技术净化沿海水产养殖水体的湿地系统设计图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。
本发明公开了一种基于微生物固持技术和农田灌溉技术净化沿海水产养殖水体的湿地系统，如图1所示，包括微生物菌剂、农田湿地系统和水产养殖水体，通过利用微生物菌剂固持水产养殖水体中的粪便、游离态氮素离子、饲料残渣、微生物形成大的复合体，再依托农田湿地系统实现对污染物复合体的截留，实现水产养殖水体的净化。
具体在应用时，首先制备微生物菌剂。
微生物菌剂采用解淀粉芽孢杆菌IAE制备，解淀粉芽孢杆菌IAE的菌种保藏号为CCTCC NO：M2013086。将解淀粉芽孢杆菌IAE接种到液体发酵培养基，制得解淀粉芽孢杆菌IAE发酵液；其发酵生产的条件为：初始pH范围为7.2，培养温度37℃，溶氧通气量范围为30～100％，120rpm，发酵18h，获得解淀粉芽孢杆菌IAE发酵液；解淀粉芽孢杆菌发酵培养基，以配制1L培养基为例：葡萄糖67g，谷氨酸钠72g，(NH4)2SO47.1g，NaCl 2.2g，K2HPO42g，MnSO40.25g，MnSO40.03g，自来水1000ml，pH值自然，115℃灭菌30min。发酵液、玉米芯粉、碳酸钙、乙酸按照体积质量比100∶15∶5∶10(v∶w∶w∶v)粉彻底混匀，低温保存，获得的产品即为具有固持水产养殖水体污染物的微生物菌剂。制备的解淀粉芽孢杆菌IAE菌剂有效菌落形成单位(cfu)为6×108cfu g-1，多聚谷氨酸量为22g L-1。
然后在水产养殖水体换水前，将微生物菌剂用稀释500倍，通过弥雾机将菌剂均匀的喷布于养殖塘体水面，每亩塘面使用微生物菌剂10L。在水体中微生物菌剂沉降50cm时候，开始排放底层水体，白天从上层补充水。
本实施例中农田湿地系统为水稻田，长条形的农田，长1000m，宽200m，进水处水渠深50cm，宽100cm，出水处一端为100cm宽出水口，出水口距田面高度10cm；采用蓄水减排的模式，将养殖污水尽可能的多蓄于水稻田中，同时增加蓄持时间，确保“菌体-代谢物-污染物”复合体被稻田湿地系统截留。灌溉期间为水稻抽穗期，农田土壤初始含水量为田间持水量的70％，蓄水上限为15cm，蓄水时间为72h。水产养殖污水进入农田湿地时，水体COD为361mg L-1，72h后测定农田湿地排水COD为25mg L-1，对于COD净化率为93％。
本发明利用微生物菌剂，能够快速将污水中污染物浓缩和固持，有利农田系统土壤和植物的吸附和附着作用对污染物复合体的截留。大量污染物进入农田湿地系统，很快被作物同化吸收利用，由于农田系统的生物量巨大，其转化效率远高于常规的人工构建的生态湿地，确保水体净化速率的高效。污水处理过程中，大量的污染物通过植物的同化作用，被植物利用，充分利用现有能源，实现资源节约型社会，同时实现对沿海生态环境的保护。由于沿海人工开发，大量的植物、湿地被人工清除，对于沿海地区的动物生存、气候造成很大的影响。依托农业种植构建湿地能够为沿海地区动物提供食物、同时净化空气、调节气候等，有利于近海生态环境保护。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于微生物固持技术和农田灌溉技术净化沿海水产养殖水体的湿地系统，其特征在于，包括微生物菌剂、农田湿地系统和水产养殖水体，通过利用微生物菌剂固持水产养殖水体中的粪便、游离态氮素离子、饲料残渣、微生物形成大的复合体，再依托农田湿地系统实现对污染物复合体的截留，实现水产养殖水体的净化，所述微生物菌剂通过解淀粉芽孢杆菌IAE菌株制备而成，所述的解淀粉芽孢杆菌IAE的菌种保藏号为CCTCC NO：M2013086，固持水体污染物的微生物菌剂有效菌落形成单位(cfu)≥5×108cfu g-1，多聚谷氨酸量≥20g L-1。
2.根据权利要求1所述的湿地系统，其特征在于，水产养殖水体换水前将微生物菌剂用稀释500～1500倍，通过弥雾机设备将微生物菌剂均匀的喷布于养殖塘体水面，每亩塘面使用微生物菌剂10～50L，当水体中微生物菌剂沉降30～50cm的时候，开始排放底层水体，夜间排放底层水体，白天从上层补充水。
3.根据权利要求1所述的湿地系统，其特征在于，所述农田湿地系统由水稻或者小麦农田组成，灌溉水量为不影响作物生长的最大灌水量和最长蓄水时间。
4.根据权利要求1所述的湿地系统，其特征在于，所述微生物菌剂通过如下方法制备得到：
1)将解淀粉芽孢杆菌IAE接种到液体发酵培养基，制得解淀粉芽孢杆菌IAE发酵液；
2)步骤1中的发酵液、玉米芯粉、碳酸钙、乙酸按照体积质量比100∶10～20∶5～10∶10～15(v∶w∶w∶v)粉彻底混匀，低温保存，获得的产品即为具有固持水产养殖水体污染物的微生物菌剂。
5.根据权利要求7所述的湿地系统，其特征在于，发酵生产的条件为：初始pH范围为6.5-7.2，培养温度35-37℃，溶氧通气量范围为30～100％，120-180rpm，发酵18h，获得解淀粉芽孢杆菌IAE发酵液；解淀粉芽孢杆菌发酵培养基，以配制1L培养基为例：葡萄糖67g，谷氨酸钠72g，(NH4)2SO4 7.1g，NaCl 2.2g，K2HPO4 2g，MnSO4 0.25g，MnSO4 0.03g，自来水1000ml，pH值自然，115℃灭菌30min。
6.根据权利要求3所述的湿地系统，其特征在于，所述农田湿地系统的农田为长条形的农田，进水处为条田一端，出水处一端为小出水口；农田采用蓄水减排的模式，将水产养殖水体尽可能的多蓄于水稻田或者麦田中，同时增加蓄持时间，确保“菌体-代谢物-污染物”复合体被农田湿地系统截留。
7.根据权利要求6所述的湿地系统，其特征在于，所述水稻为采用直播技术播种的水稻，亩用种量大于3kg，种植后35天之后进行污水灌溉，水稻不使用孕穗肥或者施用孕穗肥后30天进行污水灌溉。
8.根据权利要求6所述的湿地系统，其特征在于，所述条田长度大于1000m，宽度大于100m。
9.根据权利要求6所述的湿地系统，其特征在于，所述条田进水端采用水渠漫灌，渠深20～50cm，宽度50～100cm；水渠上口一外沿与田埂同高，确保水不会流出农田，水渠上口另一外沿与田面齐平。
10.根据权利要求6所述的湿地系统，其特征在于，所述条田出水口的口宽100～200cm，出水口比田面高10～25cm。
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