CN111747531A - 一种基于微生物与水生植物相互作用修复水生态环境的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于微生物与水生植物相互作用修复水生态环境的方法，属于水域生态修复的技术领域，解决了水系无法长期、稳定地进行自我修复的的问题。其方法包括以下步骤：S1微生物菌剂的获得：于待修复水系的底泥、沉水植物茎叶和植物根部采取样本；将样本经分离提纯后进一步扩大培养，将得到的微生物菌液按比例混合后经浓缩、过滤等步骤获得微生物菌剂；S2将所述微生物菌剂按比例投入待修复的水系中，进行水质净化；其中，待修复水系中至少种植有步骤S1中所述的沉水植物。本发明的方法能够使水域具有长期、稳定地自我修复，并有效控制水生态环境中总氮、氨氮、总磷、CODCr含量的优点。

Description

一种基于微生物与水生植物相互作用修复水生态环境的方法
技术领域
本发明涉及水域生态修复的技术领域，更具体地说，它涉及一种基于微生物与水生植物相互作用修复水生态环境的方法。
背景技术
生态水系作为城镇景观环境中重要的一部分，对人们的日常生活十分重要。但却因环境污染、补充水污染等原因，使得很多生态水系在日常水质的维护、富营养化控制中存在很大的风险，甚至出现生态水系黑臭，进而丧失原有生态水系的自我生态修复能力。
在受污染的生态水系中，其水系中以产酸细菌、甲烷菌、硫酸盐还原菌和亚硝酸菌等厌氧菌的生态调节占主导调节作用。厌氧菌易将水体中的硫酸盐还原菌分解产生的硫元素结合生成硫醇、硫醚等臭鸡蛋臭味的气体，将亚硝酸盐转化为产生臭味的氨气，产甲烷菌产生甲烷等沼气，这些都使得生态水系出现黑臭现象。而好氧菌，如硝化细菌、芽孢杆菌、丝状细菌、聚磷菌、光合菌等水体有益菌少量存在且对河道水体的生态调节作用逐渐减弱。
目前生态水系的生态治理一般采用集成的生态治理措施，包括安装浮岛、曝气设备、投撒微生物制剂以及种植水生植物等。
授权公告号为CN 103739077 B的发明专利公开了一种多维生态系统修复方法，包括：多维生态水质治理步骤、内部污染控制步骤和外部污染控制步骤，其中多维生态修复水质治理步骤：主要指构建水体中多维生态系统，以水生动植物的种植和养殖为主；内源污染控制步骤：主要是将底泥中的营养物质及时清理，对于严重污染的人工湖、原始湖体或河流，进行清淤和底泥修复改良；外部污染控制步骤主要为控制湖体的外源水体为雨水和部分生活杂用水，确保入湖水体水质不会对湖体生态系统以及水质效果产生破坏性影响。
虽然上述方法是针对生态水系的综合处理，但是对生态水系的处理中，相对比较重要的是水体中多种微生物的协同调节，水体中微生物的生物群落的调节失衡，会直接导致水体各项指标：氨氮、总磷、CODCr等含量超标，水体失去自我调节和修复的能力，对于水体维持长期自我调节状态是十分不利的。目前针对此问题的主要解决方式为投加脱氮、脱磷作用的微生物菌剂，但是水系生态调节和修复是一个复杂的生态调节过程，仅仅投加微生物菌剂，其生态调节和修复的效果并不是很稳定，在3～6个月内会因为补充水的加入以及水生态调节失衡等原因其水体中的氨氮、总磷或CODCr等物质的含量再次超标，需要继续投加新的微生物菌剂或者化学药剂来降低相关物质的含量，即现有的方法无法实现水系的稳定生态修复，无法使得水系具有长期、稳定地自我修复的生态调节能力。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于微生物与水生植物相互作用修复水生态环境的方法，其具有基于微生物菌剂和水生植物相互作用修复水生态调节，使其水系能够长期处于稳定地自我修复的状态，有效控制水生态环境中总氮、氨氮、总磷、CODCr含量的优点。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种基于微生物与水生植物相互作用修复水生态环境的方法，包括以下步骤：
S1微生物菌剂的获得：
S1-1分别自待修复水系中的底泥和植物根部采取泥水样本，自沉水植物茎叶采取植物组织样本；
S1-2将得到的底泥处泥水样本分别涂布于硝化细菌培养基和反硝化细菌培养基中培养；将得到的植物根部泥水样本分别涂布于硝化细菌培养基和反硝化细菌培养基中培养；将得到的沉水植物茎叶样本经处理后置于PDA培养基中培养后，得到促进水生植物生长的混合菌；其中，涂布所使用的培养基为R2A培养基或者1/10LB培养基；
S1-3将得到的硝化细菌、反硝化细菌以及促进水生植物生长的混合菌分别扩大培养，分别得到硝化细菌培养液、反硝化细菌培养液和促进水生植物生长的混合菌培养液；
S1-4将硝化细菌培养液、反硝化细菌培养液和促进水生植物生长的混合菌培养液按照1：1：(1～4)的质量比混合后，依次经浓缩过滤和干燥后得到复合微生物菌剂；
S2将所述微生物菌剂以5～15ppm的量投加进待修复水系中；
其中，所述待修复水系中至少种植有步骤S1中所述的沉水植物。
通过采用上述技术方案，和现有方法不同的是，在最初始的采样步骤中增加了从待修复水系中种植的水生植物的根部以及茎叶处采取样本。由于最初始采样得到的微生物本身在植物周围生存，与植物间的互相依存关系更加紧密，因此通过这样的采样方式使得最终筛选纯化出的微生物菌剂在能够降低水系氨氮、总氮、总磷等之外还具备一定促进水生植物生长的能力。其微生物菌剂不仅仅是降低水系污染后的氨氮、总氮、总磷等，更重要的是促进水生态正向调节，充分调动水生植物和有益微生物之间的生态调节作用。
而在进行涂布操作时，以1/10LB培养基为涂布用培养基，使得筛选得到的微生物具备在较少的能量来源下生长的能力，其得到的微生物生长繁殖能力更强。当将微生物菌剂投加至待修复水系中时，微生物的强生长繁殖能力有利于实现对水生态环境的有效调节和修复。
且将得到的硝化细菌培养液、反硝化细菌培养液和促进植物生长的细菌和真菌培养液按照1：1：(1～4)的质量比混合后制备得到的微生物菌剂，其促进水生植物生长和改善水系环境的协同效果最优。
因此通过上述的方案，采用本方案进行水生态调节和修复，使其水系能够长期处于稳定地自我修复的状态，有效控制水生态环境中总氮、氨氮、总磷、CODCr含量。
进一步地，步骤S1-1中所述沉水植物包括小茨藻、轮叶黑藻、竹叶眼子菜、金鱼藻、苦草。
通过采用上述技术方案，沉水植物植物体的各部分都可吸收水分和养料，通气组织特别发达，有利于在水中缺乏空气的情况下进行气体交换。小茨藻能够在水中与微生物、藻类生物等共同作用，在自身成长的情况下较快地吸收、除去水体中的氮、磷等富营养化元素；并结合其他水生植物(金鱼藻、苦草和轮叶黑藻)形成生态浮岛后对于水中的CODCr和悬浮性颗粒物具有很好的去除效果。其中，苦草具有较强的去除氮、磷的能力；轮叶黑藻、苦草共种植具有较强的去除氮、磷和CODCr的能力。
进一步地，所述小茨藻的种植密度为：8～12丛/m2，轮叶黑藻的种植密度为：2～6丛/m2，竹叶眼子菜的种植密度为：4～8丛/m2，金鱼藻的种植密度为：7～13丛/m2，苦草的种植密度为：8～12丛/m2。
进一步地，所述步骤S1-2中样本涂布在R2A培养基后，于27～29℃条件下培养3～7d；所述步骤S1-2中样本涂布在1/10LB培养基后，于30～37℃下培养24～48h。
通过采用上述技术方案，在涂布过程中选用R2A培养基，使得水中的微生物在长于该培养基上的时候菌落之间不发生融合，有效分离微生物菌落，有利于后期的纯化工作。而将采取得到的样本在1/10LB培养基上培养24～48h，使得得到的微生物具有在较少营养物质的条件下快速生长的能力，在1/10LB培养基上生长的微生物菌落不会太多，也有利于后期的纯化工作。
进一步地，所述微生物菌剂的样本采取分季节进行，于暖季取样或冷季取样；所述暖季取样在6～8月采样，所述冷季取样在11月～次年4月采样。
进一步地，步骤S1-4中所述的浓缩过滤采用超滤膜浓缩。
进一步地，步骤S1-4中所述的干燥采用喷雾干燥。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
第一、由于本发明采用的采样步骤中增加了从待修复水系中种植的水生植物的根部以及茎叶处采取样本，使得最终筛选纯化后得到的微生物菌剂在能够降低水系氨氮、总氮、总磷外还具备一定促进水生植物生长的能力，充分调动水生植物和有益微生物之间的生态调节作用，促进水生态正向调节。以1/10LB培养基为涂布用培养基，使得筛选得到的微生物的生长繁殖能力更强，有利于实现微生物菌剂对水生态环境的有效调节和修复。硝化细菌培养液、反硝化细菌培养液和促进植物生长的细菌和真菌培养液的混合比例使得制备得到的微生物菌剂，其促进水生植物生长和改善水系环境的协同效果最优。
第二、本发明中优选采用小茨藻、轮叶黑藻、竹叶眼子菜、金鱼藻、苦草为沉水植物，这几种植物的同时种植，使得植物富集磷、氮的能力较佳，对水系中的氮、磷、CODCr和悬浮性颗粒物具有较好的去除能力。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
本发明中所使用的培养基为普通市售即可。
本发明提供了一种基于微生物与水生植物相互作用修复水生态环境的方法，包括以下步骤：
S1微生物菌剂的获得：
S1-1待修复水系中种植的沉水植物为小茨藻、轮叶黑藻、竹叶眼子菜、金鱼藻和苦草。分别自待修复水系中的底泥、沉水植物茎叶和植物根部采取样本。
S1-1-1自底泥中采取样本：于底泥随机位置采取泥水混合物，振荡均匀后静置，随后取上层液体后用微滤膜过滤掉大颗粒物质后，加无菌水将含有微生物的滤液稀释，得到底泥采取样本上清液待用。
S1-1-2自植物茎叶中采取样本：分别获得小茨藻、轮叶黑藻、竹叶眼子菜、金鱼藻和苦草的植物茎叶，将植物茎叶样本用水冲洗干净后，剪成0.5cm×0.5cm的小块，随后用无菌水冲洗3次，用体积分数为75％乙醇漂洗3～5min；无菌水再冲洗3次，25％的NaClO漂洗2min，无菌水冲洗3次，得到处理后的植物茎叶样本待用。
S1-1-3自植物根部采取样本：选取植物根部的植物根组织和根部连带的泥水物，用无菌水冲洗植物根部5～7次，将冲洗下来的植物根部泥水混合物充分振荡后经微滤膜过滤后，得到植物根部采取样本上清液待用。
采取样本分季节进行，包括暖季取样和冷季取样。暖季取样在每年阳历6～8月采样，冷季取样在每年阳历的11月～次年4月取样。
S1-2微生物的分离纯化
S1-2-1将步骤S1-1-1得到的底泥采取样本上清液涂布于基础培养基中，所选择的基础培养基为1/10LB培养基。LB培养基的配方为：酵母膏5g，蛋白胨10g，氯化钠10g，琼脂粉15g，蒸馏水1L；其培养条件为：在33℃下培养36h。
随后自底泥采取样本的1/10LB培养基中分别挑取菌苔划线于硝化细菌培养基和反硝化细菌培养基中，培养至菌落长出。硝化细菌培养基的配方为：酵母膏5g，蛋白胨10g，氯化钠10g，琼脂粉20g，蒸馏水1L，PH为7.2～7.5；培养条件为：在30℃的条件下培养48h即可。反硝化细菌培养基的配方为：柠檬酸钠5g，硝酸钾2g，磷酸二氢钾1g，硫酸镁0.2g，碳酸钠1g，磷酸氢二钾0.01g，琼脂粉20g，水1L，PH为7.2～7.5；培养条件为：在30℃的条件下培养24h即可。
自硝化细菌培养基中培养得到硝酸细菌和氨氧化细菌；自反硝化细菌培养基中得到反硝化细菌。
S1-2-2将步骤S1-1-2中分别得到的处理后的植物茎叶样本(小茨藻、轮叶黑藻、竹叶眼子菜、金鱼藻和苦草)的表面紫外消毒后，分别置于PDA平板上，置于28℃培养箱中培养6天，培养基中有菌落形成，挑取植物组织块周围的菌落转入PDA斜面中，获得存在于植物内的促进水生植物生长的真菌和细菌类。其中PDA培养基为普通市售。
S1-2-3将步骤S1-1-3得到的植物根部采取样本上清液涂布于基础培养基中，所选择的基础培养基为1/10LB培养基。LB培养基的配方同S1-2-1中所述。
随后自植物根部采取样本的涂布培养基中分别挑取菌株划线于硝化细菌培养基和反硝化细菌培养基中至菌落长出，其培养条件和培养基配方均同步骤S1-2-1所述。自硝化细菌培养基中培养得到硝酸细菌和氨氧化细菌；自反硝化细菌培养基中得到反硝化细菌。
S1-3微生物的扩大培养
S1-3-1将步骤S1-2-1和S1-2-3中得到的硝酸细菌和氨氧化细菌均用接种环分别挑取后接种在液体硝化细菌培养基(上述的硝化细菌培养基中不添加琼脂粉即为液体硝化细菌培养基)中，在30℃、160r/min的条件下培养48h后，以10％的接种量接种在新的液体的硝化细菌培养基，重复接种4～5次后得到硝化细菌培养液。
S1-3-2将步骤S1-2-1和S1-2-3中得到的反硝化细菌均接种在液体反硝化细菌培养基(上述的反硝化细菌培养基中不添加琼脂粉即为液体反硝化细菌培养基)中，在30℃、150r/min的条件下培养24h后，以8％的接种量接种在新的液体的硝化细菌培养基，重复接种4～5次后得到反硝化细菌培养液。
S1-3-3将步骤S1-2-2中得到的促进水生植物生长的真菌和细菌类微生物接种在液体PDA培养基中，于28℃培养箱中，以150r/min的转速培养5-6天后得到促进水生植物生长的混合菌培养液。
S1-4将硝化细菌培养液、反硝化细菌培养液和促进水生植物生长的混合菌培养液以1:1：2.5的质量比混合后，经超滤膜浓缩法浓缩过滤，随后经过喷雾干燥后得到微生物菌剂。
S2将得到的微生物菌剂以10ppm的投加量投加至待修复水系中进行水系生态修复。其中，在待修复水系中种植的沉水植物中，小茨藻的种植密度为：10丛/m2，轮叶黑藻的种植密度为：4丛/m2，竹叶眼子菜的种植密度为：6丛/m2，金鱼藻的种植密度为：10丛/m2，苦草的种植密度为：10丛/m2。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于，本实施例步骤S1-2中，将涂布于1/10LB培养基中微生物在30℃下培养24h；步骤S2中，微生物菌剂以5ppm的投加量投加至待修复水系中进行水生态修复。其中，在待修复水系中种植的沉水植物中，小茨藻的种植密度为：8丛/m2，轮叶黑藻的种植密度为：6丛/m2，竹叶眼子菜的种植密度为：8丛/m2，金鱼藻的种植密度为：7丛/m2，苦草的种植密度为：8丛/m2。其它同实施例1。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于，本实施例步骤S1-2中，将涂布于1/10LB培养基中微生物在30℃下培养24h；步骤S2中，微生物菌剂以15ppm的投加量投加至待修复水系中进行水生态修复。其中，在待修复水系中种植的沉水植物中，小茨藻的种植密度为：12丛/m2，轮叶黑藻的种植密度为：2丛/m2，竹叶眼子菜的种植密度为：4丛/m2，金鱼藻的种植密度为：13丛/m2，苦草的种植密度为：12丛/m2。其它同实施例1。
实施例4
本实施例与实施例1的区别在于，步骤S1-2中涂布后培养时，以R2A培养基替代1/10LB培养基，其培养基的配方为：酵母浸出粉0.5g，蛋白胨0.5g，酪蛋白水解物0.5g，葡萄糖0.5g，可溶性淀粉0.5g，磷酸氢二钾0.3g，无水硫酸镁0.024g，丙酮酸钠0.3g，琼脂15.0g，蒸馏水1L，其使用的pH(25℃)为7.2±0.2。其它同实施例1。
实施例5
本实施例与实施例1的区别在于，硝化细菌培养液、反硝化细菌培养液和促进水生植物生长的混合菌培养液按照1：1：1的质量比混合后经浓缩过滤和干燥后得到微生物菌剂。其它同实施例1。
实施例6
本实施例与实施例1的区别在于，硝化细菌培养液、反硝化细菌培养液和促进水生植物生长的混合菌培养液按照1：1：4的质量比混合后经浓缩过滤和干燥后得到微生物菌剂。其它同实施例1。
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于，硝化细菌培养液、反硝化细菌培养液和促进水生植物生长的混合菌培养液按照1：1：6的质量比混合后经浓缩过滤和干燥后得到微生物菌剂。其它同实施例1。
对比例2
本对比例与实施例1的区别在于，硝化细菌培养液、反硝化细菌培养液和促进水生植物生长的混合菌培养液按照1：1：0.5的质量比混合后经浓缩过滤和干燥后得到微生物菌剂。其它同实施例1。
对比例3
本对比例与实施例1的区别在于：本对比例的微生物菌剂在最初始的采样中，仅从待修复水系的底泥中采样，获得底泥采取样本上清液后，后期的菌种分离提纯、扩大培养、浓缩过滤和干燥同实施例1中所述。
待修复的水系中同样种植有小茨藻、轮叶黑藻、竹叶眼子菜、金鱼藻和苦草这五种沉水植物。
(一)水生态修复的稳定性
本发明制备得到的微生物菌剂中，主要有硝化细菌、反硝化细菌以及植物内生真菌。硝化细菌主要为硝酸细菌和氨氧化细菌，以硝酸细菌为主。氨氧化细菌即亚硝化细菌，属革兰氏阴性专性化能自养细菌在硝复化作用过程中负责将氨氧化为亚硝酸盐，实现亚硝化作用，是硝化过程中必不可少的步骤，同时也是其限速反应。生长缓慢，最适PH值为7.0-8.5，最适温度为24-28℃。硝酸细菌将亚硝酸氧化为硝酸的细菌，是硝化作用第二阶段的作用菌。
反硝化细菌主要在土壤氧气不足时，将硝酸盐还原成亚硝酸盐，并进一步把亚硝酸盐还原为氨及游离氮的细菌。
植物内生真菌中包含枝孢属、交链孢属、地霉属等植物内生真菌，其具有促进植物生长的作用。
模拟自然生态水系环境：于长4m、高2.6m、宽2.2m的水池中铺设底泥后，注水，种植小茨藻、轮叶黑藻、竹叶眼子菜、金鱼藻和苦草。
相同的自然生态水池设置有8个，编号1-8。于水池1中投加实施例1获得的微生物菌剂，水生植物及水生植物的种植密度同实施例1；于水池2中投加实施例2获得的微生物菌剂，水生植物及水生植物的种植密度同实施例2；于水池3中投加实施例3获得的微生物菌剂，水生植物及水生植物的种植密度同实施例3；于水池4中投加实施例4获得的微生物菌剂，水生植物及水生植物的种植密度同实施例4；于水池5中投加实施例5获得的微生物菌剂，水生植物及水生植物的种植密度同实施例5；于水池6中投加对比例1获得的微生物菌剂，水生植物及水生植物的种植密度同实施例6；于水池7中投加对比例2获得的微生物菌剂，水生植物及水生植物的种植密度同实施例7；于水池8中投加对比例3获得的微生物菌剂，水生植物及水生植物的种植密度同实施例8。
水池中的初始水质为：氨氮0.76mg/L，总氮10.8mg/L，总磷0.41mg/L，CODCr为36mg/L，其水质不满足四类地表水的水质要求。于各水池中每个月添加一次初始水，使得其水量和初始水量相同，其经过一段时间处理后的水质状态如表2所示。其中，氨氮的检测依据国家标准HJ535-2009中的相关标准进行；总氮的检测依据国家标准HJ636-2012中的相关标准进行；总磷的检测依据国家标准HJ671-2013中的相关标准进行；CODCr的检测依据国家标准HJ828-2017中的相关标准进行。地表三类水和四类水的水质标准如表1所示。
表1三类地表水和四类地表水的水质标准
Figure BDA0002546871230000091
表2实施例1-5和对比例1-3的水生态调节修复表
Figure BDA0002546871230000092
Figure BDA0002546871230000101
从表2的结果看出，本发明的基于微生物与水生植物相互作用修复水生态环境的方法进行水生态修复后，其能够在相对较短的时间内实现降低水系中的氨氮、总氮、总磷和CODCr，且其水生态修复的方法能够实现水生态修复，使得水系具有较好的自我修复及调节功能，并能长期维持较好的水系水质。由于得到的微生物菌剂来源于水生植物的茎叶、根部以及底泥中，且能够在水生植物处长期存在，其微生物本身和水生植物间的相互依存或者共生关系较为紧密，能够更好地促进彼此的生长代谢；除此以外，将从植物茎叶和根部以及水体底泥中采取得到的微生物经分离提纯、扩大培养、混合、浓缩等步骤后制备得到微生物菌剂，再用于待修复水系中时，微生物菌剂本身能够更快适应水系环境，对水生态修复和促进植物生长的速度更快；微生物菌剂维持水系具有长期稳态以及自我修复的能力更佳。
(二)微生物菌剂和水生植物相互作用促进水生态修复
实验组：于长40cm、高26cm、宽22cm的水缸中装水，水深50cm，缸底铺底泥约10cm，不接种微生物菌剂，其中底泥选用鸟巢的龙形水系的9区底泥并混有黑色淤泥。同时进行3组平行试验。
对照组：于长40cm、高26cm、宽22cm的水缸中装水，水深50cm，缸底铺底泥约10cm，将实施例1中制备得到的微生物菌剂加入无菌水中，按照每缸120ml的接菌量接菌，水缸中的最终菌浓度为10ppm。其中底泥选用龙形水系9区底泥并混有黑色淤泥。同时进行3组平行试验。
在接菌12天后，测定实验组和对照组中总氮含量，其中实验组中总氮的去除率为84.78～89.36％，其中对照组中总氮的去除率为0～19.63％。
(三)微生物菌剂与不同水生植物相互作用促进水生态调节
于长40cm、高26cm、宽22cm的水缸中装水，水深50cm，缸底铺底泥约10cm，将实施例中制备得到的微生物菌剂加入无菌水中，按照每缸约120ml的接菌量接菌，其菌含量为10ppm。选择的微生物菌剂由实施例1制备得到。其中底泥为混有黑色淤泥的底泥。对不同的水缸中种植不同的沉水植物，其中A号缸中种植的沉水植物为小茨藻，B号缸中种植的沉水植物为轮叶黑藻，C号缸中种植的沉水植物为竹叶眼子菜，D号缸中种植的沉水植物为金鱼藻，E号缸中种植的沉水植物为苦草。同时准备对照组：A0号缸中种植的沉水植物为长势和A号缸植物相同的小茨藻，B0号缸中种植的沉水植物为长势和B号缸植物相同的轮叶黑藻，C0号缸中种植的沉水植物为长势和C号缸植物相同的竹叶眼子菜，D0号缸中种植的沉水植物为长势和D号缸植物相同的金鱼藻，E0号缸中种植的沉水植物为长势和E号缸植物相同的苦草，对照组中的水缸中不接种任何微生物菌剂。
表3种植有不同沉水植物的水缸中总磷、总氮、氨氮和CODCr的净化率
Figure BDA0002546871230000111
Figure BDA0002546871230000121
其中，净化率(％)＝(检测物初始值-检测物最终值)/检测物初始值×100，检测物分别为总磷、总氮、氨氮和CODCr，检测物初始值和检测物最终值的数值均来自于同一水缸。
表3的结果表明，将本发明制备得到的微生物菌剂和水生植物结合的方式用于水生态环境修复的过程中，小茨藻、金鱼藻、苦草均表现出较好的水生态调节的效果，这三种水生植物和微生物菌剂协同调节水生态修复的能力较佳。
微生物菌剂促进水生植物生长
分别检测在投加实施例1制备得到的微生物菌剂1个月后，A～E和A0～E0各缸中沉水植物的生长状况，具体见表4。
表4 A～E和A0～E0各缸中沉水植物的生长状况
Figure BDA0002546871230000122
结合表1～4的结果看出，水生态环境的调节是水环境中的生物环境如微生物群落和水生动植物等、无极环境如水温和溶氧等、以及有机环境如有机质含量等共同作用进行系统性地、综合性生态修复和调节的结果。水体中微生物依赖于来自水生植物以及水体中的营养物质生存，将来源于水生植物以及水体中难以降解的大分子有机质分解为小分子有机物后用于自身的细胞分裂，同时水生植物也能够吸收水中的小分子有机物供以自身生长。与此同时，水生植物通过光合作用产生氧气，供以水体中微生物进行呼吸作用，有利于水系中好氧微生物的生长代谢，进而使得水系中好氧微生物的生态调节占水系中微生物生态调节的主导作用。若是水体中的有机质含量过多会导致水体中溶氧减少，使得水体中微生物的菌群结构被破坏，当厌氧菌为主要生态调节菌群时，水体中将产生大量的有害代谢产物，使得水体黑臭，甚至丧失自主生态修复的功能。
而采用本发明的方法修复水生态环境时，所投加的微生物菌剂来自于水生植物，更多的是和水生植物之间存在共生关系的微生物种类，此类微生物长期和水生植物共生，彼此之间互惠互利，促进对方生长繁殖。因此从这一类微生物中筛选得到的微生物菌剂不仅具有降低水体中氨氮、总磷、总氮的能力，同时具有促进水生植物生长的功能。
应用例
将本发明的方法用于鸟巢龙形水系的水生态环境修复，在进行水生态治理之前，水体的状态为水体发黑、蓝绿藻爆发、有油膜等，其水体中氨氮、总磷和CODCr的含量具体见表5。
表5水生态修复之前鸟巢龙形水系的环境状况
Figure BDA0002546871230000131
将本发明实施例4制备得到的微生物菌剂投加进鸟巢龙形水系，微生物菌剂的投加量为10ppm。在鸟巢龙形水系中种植在下游深水域冷水性沉水植物：伊乐藻、龙须眼子菜，中游水域高温性沉水植被：轮叶黑藻、苦草、竹叶眼子菜。水下植被覆盖率达80％以上。
在治理之前，其总氮的含量为8.9mg/L，属于地表劣Ⅴ类水；两个月后，其总氮的含量低于1.0mg/L，属于地表Ⅳ类水；其总氮的净化率为90％～95％。
在治理之前，其总磷的含量为0.12mg/L，属于地表Ⅴ类水；一个半月后，其总磷的含量低于0.02mg/L，属于地表Ⅲ类水；其总磷的净化率为80％～90％。
整体来看，其总氮含量从满足地表劣Ⅴ类水降为满足Ⅳ类，总磷含量从满足Ⅴ类水稳定在满足Ⅱ～Ⅲ类水之间。尽管有水体循环交换和降水等因素影响，总磷、总氮浓度出现小幅度上升，但经过10天左右水体即可恢复原貌。说明此水体已经修复成为一个稳定的生态系统，具备高效的水体自净能力。
在采用本发明的方法进行水生态修复之后，两年内其水质检测数据表明，龙形水系水体水质基本可保持为地表Ⅳ类水。尤其是总氮，当日补水量较多，整个水系总氮浓度会短暂升高，但很快净化至地表Ⅳ类水，说明龙形水系水生态系统一直比较稳定、平衡、健康，水体自净能力强，能够抵抗较强的外界干扰，从而保持良好的水质。
而且从数据上看，随着处理时间的延长，总氮和总磷浓度越来越低，抗干扰性越来越强，稳定性越来越强，说明龙形水系的水生态系统越来越稳定、越来越平衡、越来越健康。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (7)

1.一种基于微生物与水生植物相互作用修复水生态环境的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1微生物菌剂的获得：
S1-1分别自待修复水系中的底泥和植物根部采取泥水样本，自沉水植物茎叶采取植物组织样本；
S1-2将得到的底泥处泥水样本分别涂布于硝化细菌培养基和反硝化细菌培养基中培养；将得到的植物根部泥水样本分别涂布于硝化细菌培养基和反硝化细菌培养基中培养；将得到的沉水植物茎叶样本经处理后置于PDA培养基中培养后，得到促进水生植物生长的混合菌；其中，涂布所使用的培养基为R2A培养基或者1/10LB培养基；
S1-3将得到的硝化细菌、反硝化细菌以及促进水生植物生长的混合菌分别扩大培养，分别得到硝化细菌培养液、反硝化细菌培养液和促进水生植物生长的混合菌培养液；
S1-4将硝化细菌培养液、反硝化细菌培养液和促进水生植物生长的混合菌培养液按照1：1：（1~4）的质量比混合后，依次经浓缩过滤和干燥后得到复合微生物菌剂；
S2将所述复合微生物菌剂以5~15 ppm的量投加进待修复水系中；
其中，所述待修复水系中至少种植有步骤S1中所述的沉水植物。
2.根据权利要求1所述的一种基于微生物与水生植物相互作用修复水生态环境的方法，其特征在于，步骤S1-1中所述沉水植物包括小茨藻、轮叶黑藻、竹叶眼子菜、金鱼藻、苦草。
3.根据权利要求2所述的一种基于微生物与水生植物相互作用修复水生态环境的方法，其特征在于，所述小茨藻的种植密度为：8~12丛/m2，轮叶黑藻的种植密度为：2~6丛/m2，竹叶眼子菜的种植密度为：4~8丛/m2，金鱼藻的种植密度为：7~13丛/m2，苦草的种植密度为：8~12丛/m2。
4.根据权利要求1所述的一种基于微生物与水生植物相互作用修复水生态环境的方法，其特征在于，所述步骤S1-2中样本涂布在R2A培养基后，于27~29℃条件下培养3~7 d；所述步骤S1-2中样本涂布在1/10LB培养基后，于30~37℃下培养24~48 h。
5.根据权利要求1所述的一种基于微生物与水生植物相互作用修复水生态环境的方法，其特征在于，所述复合微生物菌剂的样本采取分季节进行，于暖季取样或冷季取样；所述暖季取样在6~8月采样，所述冷季取样在11月~次年4月采样。
6.根据权利要求1所述的一种基于微生物与水生植物相互作用修复水生态环境的方法，其特征在于，步骤S1-4中所述的浓缩过滤采用超滤膜浓缩。
7.根据权利要求1所述的一种基于微生物与水生植物相互作用修复水生态环境的方法，其特征在于，步骤S1-4中所述的干燥采用喷雾干燥。
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