CN101817592B

CN101817592B - 富营养化海水网箱养殖区的综合生物修复方法

Info

Publication number: CN101817592B
Application number: CN 201010168350
Authority: CN
Inventors: 梁生康; 石晓勇; 韩秀荣; 张桂成
Original assignee: Ocean University of China
Current assignee: Ocean University of China
Priority date: 2010-04-28
Filing date: 2010-04-28
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2030-04-28
Also published as: CN101817592A

Abstract

一种富营养化海水网箱养殖区的综合生物修复方法，其特征在于以固定化微生物、大型海藻和滤食性贝类为联合修复生物，大型海藻吊养在网箱养殖区的水体上部，快速吸收和转化水体中无机氮、磷富营养化物质的滤食性贝类投放于养殖区底部，可部分沉积到养殖场底质表层的固定化微生物投放于养殖水体中，通过氧化作用和硝化作用强化水体或底泥中有机物的降解和氮素的硝化速率。本发明的特点主要体现在以下两方面：1.构建以大型藻类、滤食性贝类和固定化硝化细菌为主体生物的综合生物修复方法，可望同时消除水体和底质中的富营养化物质和有机污染物；2.在消除污染物的同时，获得具有较高经济价值的大型海藻和滤食性贝类，具有良好的环境和经济效益。

Description

富营养化海水网箱养殖区的综合生物修复方法

技术领域

本发明属于富营养化海区的生物修复技术领域，具体的涉及一种富营养化海水网箱养殖区的综合生物修复方法。

背景技术

网箱养殖是我国海洋水产养殖业向高密度、集约化发展的代表方式，在大大提高养殖容量和经济效益的同时，也带来较为严重的环境问题，如养殖过程中产生的大量养殖动物饵料、排泄物等有机污染物以及含有高浓度氮、磷等富营养化物质的养殖废水，使得养殖海域污染严重，这不仅直接导致各类有益微生物菌群被杀灭，暴发性疾病频繁发生，制约我国水产养殖业持续发展，而且导致沿海水域的富营养化程度呈扩大和加重趋势，对海洋生态环境带来严重影响。因此，开发研究经济有效的网箱养殖环境污染治理技术，有效减少富营养物质和有机质含量，恢复水体的综合功能，已成为重要研究课题。

生物修复是利用生物对环境污染物的吸收、代谢、降解等作用，从而消除环境污染和恢复生态的一个自发的或受控的过程，不仅具有效率高、成本低、无二次污染等显著优点，而且可与养殖生产同时进行或在养殖后进行，可操作性强，因而在养殖环境污染治理方面具有良好的应用前景。

大型海藻在吸收氮、磷等富营养化物质的同时释放氧气，有效改善养殖环境生态质量，且具有生长快、可粗放养殖、成本低等特性，已经作为修复生物在去除养殖环境的富营养化物质方面显示出良好的应用前景(林贞贤等，2006)。国内外诸多学者系统地研究了多种大型海藻如海带、紫菜、菊花心江蓠、龙须菜、细基江蓠等对富营养化养殖环境的修复效果，并探讨了海水养殖富营养化的生物修复策略与修复机理(刘静雯等，2001；许忠能等，2002；徐永建等，2004)。同时，大型海藻被广泛应用于鱼、虾和贝类等的综合养殖系统中，以有效地吸收、利用养殖环境中氮、磷等富营养化物质，同时提高水体溶解氧含量并调节水体pH值，在对养殖环境生物修复的同时，提高养殖系统的经济输出(王吉桥等，2001；曲克明等，2006；Troell等，1999)。

利用光合细菌、芽孢杆菌、硝化细菌等微生物制剂修复和改善水产养殖水体和底泥环境的研究也时有报道(罗勇胜等，2006；李卓佳等，1998；杨莺莺等，2003)。王彦波等(2005)报道了利用高活性生物修复菌剂改善养殖中后期南美白对虾池水体质量的研究，其中的生物修复菌剂包含了光合细菌、芽孢杆菌、酵母菌、硝化细菌、反硝化细菌和放线菌等6种有益菌，结果表明，该生物修复菌剂能够有效地改善养殖水体中的富营养化状态，增加水体中溶解氧含量，有效地调节水体pH值，提高水体透明度。袁有宪等(专利公开号：1340462A)公开一种利用广温、广盐的枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)降解或转化养殖池有机污染物、修复养殖环境的方法，对去除虾池底部的有机污染物效果良好。

尽管目前在海水网箱养殖区富营养化的生物修复技术研究方面取得了一定的成果。但现有的技术仍无法为污染水体的治理提供有效的方法和可实施的整体方案。水体和底泥是构成养殖环境密不可分的两个介质，其环境质量往往互相影响和制约。养殖过程中残留的饵料碎屑以及养殖动物所产生的粪便会不断沉积到底泥中，成为底泥污染的重要来源；而底层水体和表层底泥间又具有强烈的物质交换作用，在一定情况下沉积在底泥中的污染物会再次进入水体，导致水体二次污染。而现有的研究内容往往只关注其中一个介质环境质量的改善，或水体，或底泥。要从根本上减少养殖环境的富营养化和有机质污染，实现养殖环境的可持续健康发展，必须利用综合修复方法，实现水体和沉积物中有机富营养化和有机污染的同时去除，但至今未见有这方面的报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种富营养化海水网箱养殖区的综合生物修复方法，它能满足现有技术的上述需求。

一种富营养化海水网箱养殖区的综合生物修复方法，其特征在于以固定化微生物、大型海藻和滤食性贝类为联合修复生物，大型海藻吊养在网箱养殖区中的水体上部，快速吸收和转化水体中无机氮、磷富营养化物质的滤食性贝类投放于养殖区底部，可部分沉积到养殖区底质表层的固定化微生物投放于养殖水体中，通过氧化作用和硝化作用强化水体或底泥中有机物的降解和氮素的硝化速率。

本发明的特点主要体现在以下两方面：(1)构建以大型藻类、滤食性贝类和固定化微生物为主体生物的综合生物修复方法，可望同时消除水体和底质中的富营养化物质和有机污染物；(2)在消除污染物的同时，获得具有较高经济价值的大型海藻和滤食性贝类，具有良好的环境和经济效益。

具体实施方式

本发明以固定化微生物、大型海藻和滤食性贝类为联合修复生物，大型海藻吊养在养殖区中的水体上部，快速吸收和转化水体中无机氮、磷富营养化物质的滤食性贝类投放于养殖区底部，主要通过滤食和生物沉积作用强化有机碎屑和富营养化物质的吸收转化；可部分沉积到养殖区底质表层的固定化微生物投放于养殖水体中，通过氧化作用和硝化作用强化水体或底泥中有机物的降解和氮素的硝化速率。

本发明中所述的大型海藻为海带、紫菜、细枝江蓠、龙须菜、石莼或角叉菜，既可为采集于近岸海域的野生种，也可摘采于人工养殖场。投加密度为0.5～5.0kg/m³。所述的滤食性贝类为贻贝、扇贝、牡蛎、菲律宾蛤仔，既可采集于近岸海域底泥中，也可采集于人工养殖场，投加密度为20～200个/m³。所述的固定化微生物由长期受到富营养化和有机质污染的底泥中富集和驯化得到，包括光合细菌、芽孢杆菌、亚消化细菌和硝化细菌，按等重比例混合，菌细胞有效数量为1.0×10⁷个/g，投加数量为0.2～2.0kg/m³；所述微生物固定化方法如下：将100～200目固定化载体依次用5％盐酸和5％的氢氧化钠各浸泡2h后，蒸馏水冲洗至中性；高温干热灭菌后，每公斤固定化载体加入2～5L混合菌剂发酵液，冷冻干燥后，即得到固定化的微生物修复菌剂。所述的固定化载体包括硅藻土、高岭土、沸石等。

实施例1

在中国海洋大学对虾养殖基地，在1m(长)×1m(宽)×1.5m(深)网箱中吊养5.0Kg龙须菜，向该网箱内底部分别投加200个栉孔扇贝(Chlamys fareri)，网箱水体中投加将光合细菌、芽孢杆菌、亚消化细菌和硝化细菌等重比例混合得到的固定化微生物2.0Kg。定时监测各项水质和底质指标。第4天时各生物修复体系的水质和泥质监测指标见表1。其中，对照组为未添加任何修复生物的处理体系，对于未进行修复的对照组中，水体和底泥的综合环境质量较差，都超过国家IV类海水水质和III类海洋沉积物质量标准。修复4天后，与对照组相比，只吊养大型海藻龙须菜的水体中无机氮(DIN)和磷酸盐(PO₄-P)营养盐明显减少分别达68.6％和76.9％，溶解氧含量(DO)增大137.5％，悬浮颗粒物(SS)和化学耗氧量(COD)分别下降32.9％和12.0％，但其他水质和底质指标未有明显改善；对于只添加固定化微生物的体系，尽管水质和底质指标有一定的改善，其中，水体DIN、PO₄-P、COD和SS分别下降46.6％、48.3％、35.8％、51.8％，DO上升70.0％，底泥中的总有机碳(TOC)和间隙水中溶解有机磷(DOP)也分别下降23.2％和25.4％，但养殖环境整体未得到明显改善；对于同时添加菌剂、滤食性贝类以及吊养龙须菜体系，水质和底质指标都明显改善，其中，水体中DIN、PO₄-P、COD和SS分别下降79.1％、77.1％、67.9％和88.1％，DO上升93.7％，底质中TOC、间隙水中溶解有机氮(DON)和DOP则分别减少54.6％、77.6％和79.3％，各指标全面达到II类标准，部分指标达到I类标准，养殖环境质量全面改善，满足海水养殖对水质的要求。

表1固定化微生物-滤食性贝类-大型海藻综合修复对虾养殖环境第4天水质和泥质监测指标

实施例2

在中国海洋大学大菱鲆养殖基地，在1m(长)×1m(宽)×1.5m(深)网箱中吊养0.5Kg紫菜，网箱底部投加20个太平洋牡蛎(Crassostrea gigas)，网箱水体中投加由光合细菌、芽孢杆菌、亚消化细菌和硝化细菌等重比例混合得到的固定化微生物0.2Kg。定时监测各项水质和底质指标。各生物修复体系的水质和泥质监测指标见表2。其中，对照组为未添加任何修复生物的处理体系。与实施例1类似，未进行修复的对照组中，水体和底泥的综合环境质量较差，水体中的DIN\、PO₄-P和COD都超过国家IV类海水水质标准，底质中的TOC超过国家III类海洋沉积物质量标准；而单独使用大型海藻紫菜或固定化菌剂也只能提高部分水质或底质指标，部分改善大菱鲆养殖环境质量；只有联合使用固定化菌剂-滤食性贝类-大型海藻的修复体系，各类水质和底质指标才能完全达标，养殖环境得到彻底修复。

表2固定化微生物-滤食性贝类-大型海藻综合修复鱼养殖环境第4天时水质和泥质监测指标

Claims

1.一种富营养化海水网箱养殖区的综合生物修复方法，其特征在于以固定化微生物、大型海藻和滤食性贝类为联合修复生物，所述的固定化微生物由长期受到富营养化和有机质污染的底泥中富集和驯化得到的光合细菌、芽孢杆菌、亚硝化细菌和硝化细菌，菌细胞有效数量为1.0×10⁷个/g，投加数量为0.2～2.0kg/m³，固定化时，将100～200目固定化载体依次用5％盐酸和5％的氢氧化钠各浸泡2h后，蒸馏水冲洗至中性，高温干热灭菌后，每公斤固定化载体加入2～5L混合菌剂发酵液，冷冻干燥后，即得到固定化的微生物修复菌剂；所述的固定化载体为硅藻土、高岭土或沸石；修复时，大型海藻吊养在养殖区中的水体上部，快速吸收和转化水体中无机氮、磷富营养化物质，滤食性贝类投放于养殖区底部，固定化微生物投放于养殖水体中，部分沉积到养殖区底质表层，通过氧化作用和硝化作用强化水体或底泥中有机物的降解和氮素的硝化速率。

2.如权利要求1所述的富营养化海水网箱养殖区的综合生物修复方法，其特征在于所述的大型海藻为海带、紫菜、细枝江蓠、龙须菜、石莼或角叉菜，上述的大型海藻为采集于近岸海域的野生种，或摘采于人工养殖场，投加密度为0.5～5.0kg/m³。

3.如权利要求1所述的富营养化海水网箱养殖区的综合生物修复方法，其特征在于所述滤食性贝类为贻贝、扇贝、牡蛎或菲律宾蛤仔，上述的滤食性贝类采集于近岸海域底泥中，或采集于人工养殖场，投加密度为20～200个/m³。