CN110563278B - 一种非经典生物操纵治理浮游植物的方法 - Google Patents

一种非经典生物操纵治理浮游植物的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及水环境治理领域，具体公开了一种非经典生物操纵治理浮游植物的方法，通过在待治理浮游植物的区域引入滤食性鱼类，并对进入该区域的水体进行预磁化，然后在该区域水流的垂直方向设置电磁式磁化反应器，对水体进行间歇磁化，磁场强度为30mT‑800mT，间歇周期为3h‑240h，单次磁化时间为5min‑300min。该方法可抑制藻细胞的活性，提高滤食性鱼类消化系统中淀粉酶、植物纤维酶的活性，进而提高对于藻类的消化率，并促进鱼类的新陈代谢，同时还可抑制细菌的繁殖，减少细菌对鱼类粪便的分解，避免藻类的二次爆发。

Description

一种非经典生物操纵治理浮游植物的方法
技术领域
本发明涉及水环境治理领域，具体地说，涉及一种非经典生物操纵治理浮游植物的方法。
背景技术
浮游植物(phytoplankton)是一个生态学概念，是指在水中营浮游生活的微小植物，通常浮游植物就是指浮游藻类，是浮游生物中的自养生物部分。浮游植物广泛存在于河流、湖泊和海洋中，多分布于水域的上层，个体极小，需要用显微镜才能观察到，繁殖极速。主要包括蓝藻门、绿藻门、硅藻门、金藻门、黄藻门、甲藻门、隐藻门和裸藻门八个门类的浮游种类。
非经典生物操纵是通过控制凶猛鱼类和放养食浮游植物的滤食性鱼类(如鲢，鳙)等直接摄食浮游植物的生物操纵方法，利用有特殊摄食特性、消化机制且群落结构稳定的滤食性鱼类来直接控制浮游植物。
在非经典生物操纵应用实践中，鲢、鳙以人工繁殖存活率高、存活期长、食谱较宽以及在湖泊中不能自然繁殖而种群容易控制等优点成为最常用的种类。
选择滤食性鱼类来控制藻类是由于它们具有特殊的滤食器官，它们的滤食器官由腮耙、腮耙网、腭皱和腮耙管组成，滤食过程中小于腮孔的藻类将随水流漏掉，大于腮孔的藻类将被截住，送到消化道。鲢、鳙和牧食性的浮游动物的摄食模式是一样的，但大型浮游动物(如枝角类)一般只能滤食40μm以下的较小的浮游植物，而鲢、鳙能滤食10μm至数个毫米的浮游植物(或群体)，所以鲢、鳙可以摄食丝状或形成群体的蓝藻。
然而尽管鲢和鳙能过通过快速摄食的方式有效消除浮游植物，包括硅藻、金藻、隐藻和部分甲藻等，但其对蓝藻的实际消化利用率很低，其粪便中存在着大量的未消化的蓝藻，这些蓝藻细胞能很快的回到水生态系统中直接参与群体的增殖。
发明内容
本发明针对水环境生态治理，提供了一种非经典生物操纵治理浮游植物的方法。
本发明的技术方案如下：
本发明提供一种非经典生物操纵治理浮游植物的方法，所述方法具体包括：
(1)在待治理浮游植物的区域引入滤食性鱼类；
(2)对进入该区域的水体进行预磁化；
(3)在该区域水流的垂直方向设置电磁式磁化反应器进行间歇磁化，磁场强度为50mT-2000mT，间歇周期为3h-120h，单次磁化时间为5min-300min。
其中，所述滤食性鱼类为鲢鱼和/或鳙鱼，优选鲢鱼和鳙鱼的投放比例为3:1。
所述水体经由水泵输入至多级磁化装置中进行预磁化(在水体周边建立旁路水体预磁化装置)，磁场强度为300mT-1500mT；
作为优选，以0.1m/s～2m/s的流速，先后通过距离为10m、15m、20m的磁场强度分别为1500mT、500mT、300mT的磁场。
进一步优选，在对治理区域进行间歇磁化的过程中，当水体为轻度富营养状态时(以综合营养指数状态计)时，采用50mT-500mT的磁场强度，3h-60h的间歇周期，单次处理5min-60min时间为宜；当水体为中度富营养状态时(以综合营养指数状态计)时，采用200mT-1200mT的磁场强度，10h-80h的间歇周期，单次处理30min-150min时间为宜；当水体为重度富营养状态时(以综合营养指数状态计)时，采用300mT-2000mT的磁场强度，10h-120h的间歇周期，单次处理60min-300min时间为宜。
水体在磁场中做切割磁感线运动，水分子的氢键、范德华力等也在磁场的作用下发生改变，包括氢键键长、键角的改变，从而使水体的物化性质发生改变，如透明度、水体表面张力、溶解度等，大缔合水分子集团变成小分子集团甚至是单个水分子，通过调节不同磁场参数，可直接影响藻光合作用系统中的电子传输，尤其是光合系统Ⅰ电子传输活动受到抑制，导致藻细胞活性下降，同时磁化水会对浮游植物细胞分裂产生抑制作用，从而抑制藻类生长。
磁化水进入河湖水体使鲢和鳙等鱼类的生物细胞膜渗透压增大，提高生长新陈代谢，提高了鱼类的耐寒性，同时磁化水提高了鱼类消化系统中淀粉酶、植物纤维酶的活性，提高了鲢和鳙对于藻类的消化率。
磁化水对细菌繁殖有强抑制作用，一方面减少了鱼类感染疾病风险，提高了鱼类存活率，另一方面鲢和鳙的粪便不会被细菌分解，从而不会造成藻类的二次快速增殖，基于磁化水协同作用，抑制藻类爆发同时提高鱼类的生物活性、消化效率、存活率和耐寒性，达到治理浮游植物的效果。
本发明涉及到的原料均为普通市售产品，涉及到的操作如无特殊说明均为本领域常规操作。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可以相互组合，得到具体实施方式。
本发明的有益效果在于：
本发明通过对河湖水体进行磁化处理，一方面利用磁化水通过影响电子传输抑制藻细胞的活性，另一方面利用磁化水提高了鱼类消化系统中淀粉酶、植物纤维酶的活性，进而提高了鲢和鳙对于藻类的消化率，再一方面利用磁化水增加了鲢和鳙等鱼类的生物细胞膜渗透压，促进了鱼类新陈代谢，最后一方面利用磁化水抑制了细菌的繁殖，在提高鱼类存活率的同时，还减少了细菌对鱼类粪便的分解，避免或降低了二次藻类爆发的机会。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的优选实施方式进行详细说明。需要理解的是以下实施例的给出仅是为了起到说明的目的，并不是用于对本发明的范围进行限制。本领域的技术人员在不背离本发明的宗旨和精神的情况下，可以对本发明进行各种修改和替换。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1
在实验室内模拟利用本发明方法构建河湖系统，选用湖泊模型，编号为A，反应器长100cm、宽50cm、高50cm。反应器左侧和右侧分别设置直径为100mm的进水管和出水管。向系统内预投加蓝藻，并在显微镜下对蓝藻进行计数。在模型旁路设置磁场强度为50mT-2000mT的多级磁化装置进行预处理，装置进水流速为0.1m/s，先后通过距离为1m、1.5m、2m的磁场强度分别为1500mT、500mT、300mT的磁场。模型内垂直设置电磁式磁化反应器进行间歇磁化，磁场强度为800mT，间歇周期为24h，单次磁化时间为180min。湖泊系统内按照鲢鱼:鳙鱼＝3:1放养鱼类，控制水温为藻类爆发适宜温度25℃，控制进水COD浓度为80mg/L，TN浓度为10mg/L，总磷浓度0.5mg/L。
模型开始进出水运转后，开启水体预磁化反应器和模型磁化反应器，其中电磁式磁化反应器间歇磁化周期为24h，磁化时间为180min，连续运行1个月，用浮游植物网采集浮游植物，用显微镜观察浮游植物种类，并对蓝藻进行计数，发现基于磁化水的非经典生物操纵对于蓝藻爆发有很强的抑制作用，对比系统运行前显微镜下蓝藻数量下降了80％。
对照组：
在实验室内模拟构建河湖系统，选用湖泊模型，编号为B，反应器长100cm、宽50cm、高50cm。反应器左侧和右侧分别设置直径为100mm的进水管和出水管。向系统内预投加蓝藻，并在显微镜下对蓝藻进行计数。系统内按照鲢鱼:鳙鱼＝3:1放养鱼类，控制水温为藻类爆发适宜温度25℃，控制进水COD浓度为80mg/L，TN浓度为10mg/L，总磷浓度0.5mg/L。
系统运行1个月后，用浮游植物网采集浮游植物，用显微镜观察浮游植物种类，并对蓝藻进行计数，对比系统运行前显微镜下蓝藻数量增长了180％。
实施例2
在实验基地搭建中试实验设备，选用人工湖模型，编号为C，人工湖水面面积200m2，平均水深50cm。用浮游动植物网采集浮游动植物，用显微镜对动植物种类及蓝藻数量进行计数。在人工湖旁路设置磁场强度为50mT-2000mT的多级磁化装置进行预处理，装置进水流域为0.5m/s，先后通过距离为3m、4.5m、6m的磁场强度分别为1500mT、500mT、300mT的磁场。人工湖内垂直设置电磁式磁化反应器进行间歇磁化，磁场强度为800mT，间歇周期为24h，单次磁化时间为180min。湖泊系统内按照鲢鱼:鳙鱼＝3:1放养鱼类，控制水温为藻类爆发适宜温度25℃，控制进水COD浓度为80mg/L，TN浓度为10mg/L，总磷浓度0.5mg/L。
模型开始进出水运转后，开启水体预磁化反应器和模型磁化反应器，其中电磁式磁化反应器间歇磁化周期为12h，磁化时间为240min，连续运行1个月，用浮游植物网采集浮游植物，用显微镜观察浮游植物种类，并对蓝藻进行计数，发现基于磁化水的非经典生物操纵对于蓝藻爆发有很强的抑制作用，对比系统运行前显微镜下蓝藻数量下降了75％。
对照组：
在实验基地搭建中试市实验设备，选用人工湖模型，编号为D，人工湖水面面积200m2，平均水深50cm。用浮游动植物网采集浮游动植物，用显微镜对动植物种类及蓝藻数量进行计数。系统内按照鲢鱼:鳙鱼＝3:1放养鱼类，控制水温为藻类爆发适宜温度25℃，控制进水COD浓度为80mg/L，TN浓度为10mg/L，总磷浓度0.5mg/L。
系统运行1个月后，用浮游植物网采集浮游植物，用显微镜观察浮游植物种类，并对蓝藻进行计数，对比系统运行前显微镜下蓝藻数量增长了200％。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种非经典生物操纵治理浮游植物的方法，其特征在于，所述方法具体包括：
(1)在待治理浮游植物的区域引入滤食性鱼类；
(2)对进入待治理浮游植物的区域的水体经多级磁化装置中进行预磁化，磁场强度为300mT-1500mT，磁化时间为1min-120min；
(3)在该区域水流的垂直方向设置电磁式磁化反应器，对水体进行间歇磁化，磁场强度为50mT-2000mT，间歇周期为3h-240h，单次磁化时间为5min-300min。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将进入待治理浮游植物的区域的水体以0.1m/s～2m/s的流速，先后通过距离为10m、15m、20m的磁场强度分别为1500mT、500mT、300mT的磁场。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述滤食性鱼类为鲢鱼和/或鳙鱼。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，鲢鱼和鳙鱼的投放比例为3:1。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，在对水体进行间歇磁化时，针对轻度富营养状态的水体，间歇磁化的磁场强度为50mT-500mT，间歇周期为3h-60h，单次磁化处理5min-60min。
6.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，在对水体进行间歇磁化时，针对中度富营养状态的水体，间歇磁化的磁场强度为200mT-1200mT，间歇周期为10h-80h，单次磁化处理30min-150min。
7.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，在对水体进行间歇磁化时，针对重度富营养状态的水体，间歇磁化的磁场强度为300mT-2000mT，间歇周期为10h-120h，单次磁化处理60min-300min。
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