利用海带修复沿海海域和内陆缺碘生态环境的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于生态环境修复领域，具体涉及一种利用海带修复沿海海域和内陆缺碘生态环境的方法。
【背景技术】
[0002]在中国，有两个突出的生态环境问题:一是沿海海域的富营养化问题，根据中国环保部历年海洋环境状况公报，中国渤海、黄海、东海、南海四大海域的水质无机氮和活性磷酸盐常年超标，结果造成大面积近岸海域富营养化现象日益严重，从而导致赤潮频繁爆发，水体透明度和溶解氧下降，由此而产生的水质恶化使每年遭受巨大的经济损失，因此，如何有效地遏制中国沿海海域水质向富营养化发展的趋势，使沿海海域生态环境得到有效的修复，成为人们关注的环境热点问题;二是内陆地区普遍存在的缺碘病流行的问题，在中国广阔的内陆地区，由于土壤中碘的背景含量很低，结果导致粮食和蔬菜等植物性食品普遍缺碘，从而使广大人群受到“碘缺乏病，IDD”的威胁，碘在人体的新陈代谢过程中起着不可替代的作用，机体一旦缺碘，就不能合成甲状腺素，而甲状腺素具有促进蛋白质的合成，活化100多种酶，维持中枢神经系统的结构等生物作用，因此人体碘缺乏，就会导致一系列生理紊乱及生物功能异常，就会严重影响人类的健康，根据流行病学调查和世界卫生组织的统计，全球大约有30%的人口受到碘缺乏的威胁，我国约有7亿人口生活在缺碘地区。因此，人体补碘己成为全球范围的一个公共卫生问题。
[0003]海带，是一种在低温海水中生长的大型海生褐藻植物，海带不仅本身是一种具有营养丰富的海产品，而且是海藻化工的重要原材料，随着对海藻利用的深度研发，海带已被认为是开发生物质能源(乙醇、沼气)理想的原料，特别是海带在其生长过程中，除了可以从海水中大量地吸收氮、磷、钾等营养元素，还可以通过生物富集作用，将海水中的碘浓缩数万倍至数百万倍，从而使海带中碘的含量高达干重的0.2%?0.5%，海带作为一种大型海藻，不仅高产，而且适合在我国整个沿海海域规模化养殖，从北至南，辽宁、山东、江苏、浙江、福建及广东省北部沿海均可养殖，中国是世界第一的海带养殖国家。
[0004]本发明根据大型海藻一一海带所具有的从海水中大量吸收氮(N)、磷(P)和生物富集碘(I)元素的特点，并结合在中国整个沿海海域均适合海带养殖的客观条件，建立了通过海带规模化养殖，修复沿海海域受富营养化污染的生态环境，利用海带提取生物质能源(乙醇、沼气)后的残余物，以低品位的硅藻土为载体制成海藻有机碘肥，作为内陆土壤的外源碘，通过长期施用海藻有机碘肥，培育含碘农作物(蔬菜、水果、粮食)，使土壤中碘的背景含量不断提高，从而使内陆缺碘生态环境得到逐渐改善的方法，同时建立起规模化海带养殖—海带提取生物质能源—制取海藻有机碘肥—开发含碘植物食品的产业链，这不仅能够起到修复被氮、磷污染的沿海海域生态环境的作用，从而使水体的富营养化得到有效控制，而且能够改善内陆缺碘的生态环境，从而为实现人体自然补碘，彻底消除碘缺乏病(IDD)的最终目标，开辟了一条行之有效的新途径。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种利用海带修复沿海海域和内陆缺碘生态环境的方法。
[0006]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0007]利用海带修复沿海海域和内陆缺碘生态环境的方法，包括如下步骤:
[0008]I)规模化海带养殖，海带孢子在人工育苗室发芽成海带幼苗，待海带幼苗长至I?2厘米时，将它们夹入麻绳的缝里，然后把带有海带幼苗的麻绳系在海带养殖场的浮筏上，形成规模化的海带田，通过田间管理，使海带在生长过程中，从海水中吸取氮磷等营养元素的同时富集碘元素；当海带长至长2?4米，宽20?30厘米时进行收获；
[0009]2)将收获的鲜海带直接在阳光下经过2次摊晒或挂晒，第一次曝晒4?6小时，待鲜海带的含水率降至24?26%，基本呈干燥状，即堆放至仓库内，经I?2天后，藻体内部返水后，再在日光下晒I?2小时，或在阴冷处干数小时，待藻体含水率在14?16%时，形成干海带入库待用；
[0010]3)将干海带粉碎后，通过微生物发酵，使海带中80 %的糖类转化成乙醇或沼气生物质能源后，留下的残余物中所含的碘和营养元素的含量得到进一步浓缩，然后将提取生物质能源后的残余物与硅藻土按I?3:1的比例制成海藻有机碘肥；
[0011]4)将海藻有机碘肥作为土壤外源碘，以I—含量为15mg/m2?150mg/m2的施用量，一次性施入土壤表层，直接培育含碘农作物;长期施用海藻有机碘肥，利用残留在土壤中的海藻有机碘肥增加土壤中碘的背景含量，从而使缺碘的生态环境逐渐得到改善。
[0012]进一步的，所述的含碘农作物作为植物性食品供当地居民日常食用；含碘农作物的根、茎、叶作为家禽和牲畜饲料的添加剂或作为有机肥还田，最终使整个食物链中碘的含量水平得到提高。
[0013]进一步的，所述的含碘农作物用于深加工，成为含天然碘的日常食品。
[0014]进一步的，海带在养殖过程中，通过控制养殖量来调整海水中氮和磷的被吸收量，实现沿海海域水体的富营养化控制。
[0015]进一步的，收获的海带部分用于传统的海产品加工，其余用于提取生物质能源。
[0016]进一步的，海带在养殖过程中同时吸收CO2，减轻大气温室效应。
[0017]本发明与现有技术相比具有有益效果:
[0018](I)海带是一种具有很高经济价值，并适合在中国整个沿海海域生长的大型类海藻，通过规模化养殖海带，在获得显著经济效益的同时，可以从海水中吸收大量的氮、磷元素，从而可以使氮磷超标受富营养化污染的沿海水域环境得到生态修复。
[0019](2)用海带作为提取生物质能源的原料，一方面规模化养殖的海带在生长过程中吸收⑶2具有固碳作用，另一方面生物质能源实现二氧化碳零排放，因此，在减轻大气温室效应方面起重要作用。
[0020](3)利用海带提取乙醇或沼气后产生的大量残余物，以低品位硅藻土为载体制成的海藻有机碘肥，不仅生产成本低，而且因残余物中更加富集了碘(I)以及氮(N)、磷(P)和钾(K)等营养元素的含量，使海藻有机碘肥的质量更好，这一方面因海藻有机碘肥生产成本低和品质好，而有利于推广应用，另一方面因残余物被资源化利用，为海藻提取生物质能源的清洁生产提供了保障。
[0021](4) 土壤施用海藻有机碘肥，在直接培育含碘农作物(蔬菜、水果、粮食)的同时，土壤因长期施用海藻有机碘肥，可以提高土壤碘的背景含量，从而使缺碘的生态环境逐渐得到改善。
[0022](5)通过生物地球化学吸收和转化过程，含碘农作物中的碘为生物有机碘，与含碘盐中添加的无机碘相比，不仅更加稳定有利于被人体吸收，而且更为安全，另外，富碘的根、茎、叶作为饲料添加剂，可以提高食物链的碘含量水平，这对与人体有效的自然补碘，彻底消除碘缺乏病(IDD)具有重要的作用。
【附图说明】
[0023]图1是海带修复沿海海域和内陆缺碘生态环境的方法流程图。
【具体实施方式】
[0024]本发明通过在沿海海域规模化养殖大型海藻-海带，海带生长过程中因大量地吸收海水中的氮(N)、磷(P)，使氮磷超标受富营养化污染的沿海海域生态环境得到修复，成熟的海带同时富集了碘(I)元素，鲜海带收获后晒干粉碎，经过微生物发酵，提取生物质能源(乙醇、沼气)，残余物以低品位硅藻土作为载体制成海藻有机碘肥，内陆土壤长期施用海藻有机碘肥，不仅直接培育出含碘农作物(蔬菜、水果、粮食)，而且使土壤碘的背景含量提高，逐渐使缺碘生态环境得到改善，最终使人体得到有效的自然补碘，从而彻底消除碘缺乏病(IDD)0
[0025]本发明的具体实施步骤如图1所示，具体如下:
[0026]规模化海带养殖:将海带孢子在人工育苗室发芽成海带幼苗，待海带幼苗长至I?2厘米时，将它们夹入麻绳的缝里，然后把带有海带幼苗的麻绳系在海带养殖场的浮筏上，形成大规模的海带田，通过倒换海带苗的水深和除去苗上附着物等“田间管理”，海带在生长过程中，从海水中大量吸取氮、磷、钾等营养元素，同时富集了碘元素，当海带长至长2?4米，宽20?30厘米时便可以收获。根据对渤海、黄河、东海和南海养殖海带的测定，成熟海带中氮(N)、磷(P)、钾(K)和碘(I)的含量范围分别为1.606?2.270%，0.160?0.358%，0.858— 2.341%和2896?3406mg/kg，平均含量分别达到I.921 %、0.265%、I.292%和3203mg/kg，海带中较高的氮、磷和碘含量能够很好地用于修复沿海海域和内陆缺碘生态环境，具体的进一步方法如下:
[0027]将收获的鲜海带直接在阳光下经过2次摊晒或挂晒，第一次曝晒4?6小时，待鲜海带的含水率降至24?26%，基本呈干燥状，即堆放至仓库内，经I?2天后，藻体内部返水后，再在日光下晒I?2小时，或在阴冷处干数小时，待藻体含水率在14?16%时，便可以入库；将干海带粉碎后，通过微生物发酵，将海带中80%的糖类转化成乙醇或沼气，留下的残余物中所含的碘和氮、磷、钾等营养元素的含量得到进一步浓缩，然后将提取生物质能源后的残余物与低品位硅藻土按I?3:1的比例制成海藻有机碘肥。标定海藻有机碘肥中碘(I—)的含量，以及氮(N)、磷(P)、钾(K)等营养元素的含量，以针对性进行定量施肥。
[0028]将海藻有机碘肥作为土壤外源碘，以I—的施用量为15mg/m2?150mg/m2，一次性施入土壤表层，直接培育含碘农作物(蔬菜、水果、粮食)，在内陆土壤多年施用海藻有机肥碘，残留在土壤中的海藻有机碘肥可以使土壤中碘的背景含量增加，从而使内陆缺碘的生态环境得到逐渐改善。
[0029]事实上，除上述海带的种植过程还可以实现产业化，使其容易得到推广。具体措施为:
[0030](I)规模化养殖大型海藻一海带还可以用于净化沿海水体。可以通过控制海带的种植量调整对氮磷的吸收量。例如，将我国沿海海域的海带养殖量达到9.0 X 16吨/年，在得到经济收益的同时，海带对海水中氮(N)和磷(P)的吸收量将分别达到1.2X 15吨/年和3.0X 14吨/年，对净化沿海海域水体、遏制富营养化起到重要作用。
[0031 ] (2)海带提取生物质能源(乙醇)，将海带养殖量9.0 X 16吨/年的10%仍用于传统的海产品和海藻工业原料，其余的90%作为提取生物质能源的原料，可以生产生物能源一乙醇2.3 X 16吨/年，加上海带在养殖期间对CO2的吸收量达到4.0 X 16吨/年，对减轻大气温室效应将作出重要的贡献。
[0032](3)制取海藻有机碘肥，利用海带提取生物质能源后的残余物与低品位硅藻土混合，可以制成海藻有机碘肥8.0 X 16吨/年，在我国内陆土壤施用海藻有机碘肥，不仅能够直接培育2.5 X 17吨含有机碘的植物性食品，更重要的是可以改善缺碘土壤1.8 X 15平方公里，同时还给土壤带来1.2 X 15吨氮、3.0 X 14吨磷和1.0 X 15吨钾等营养元素，这对彻底消除碘缺乏病(IDD)和改良土壤具有关键性的意义。
[0033](4)含碘植物性食品的深度开发，利用海藻有机碘肥培育的含碘蔬菜、含碘水果和含碘粮食，除了可以通过直接食用进行人体自然补碘外，还可以开发如含天然碘的番茄酱、榨菜、小黄瓜、番薯干、醋大蒜、草莓酱、萝卜干等便于储存和运输的人们日常所喜爱的食品，这不仅能够收益更高的经济价值，而且能够达到更好的人体补碘的效果。
[0034](5)生产含碘饲料添加剂，利用含碘作物中相对于果实和可食部分含碘量更高的根、茎、叶，生产各种饲料的添加剂，家禽和牲畜通过经常喂食含碘饲料，可以使整个食物链中的含碘水平提高，这对有效地防治碘缺乏病(IDD)具有重要作用。
【主权项】
1.一种利用海带修复沿海海域和内陆缺碘生态环境的方法，其特征在于包括如下步骤: 1)规模化海带养殖，海带孢子在人工育苗室发芽成海带幼苗，待海带幼苗长至I?2厘米时，将它们夹入麻绳的缝里，然后把带有海带幼苗的麻绳系在海带养殖场的浮筏上，形成规模化的海带田，通过田间管理，使海带在生长过程中，从海水中吸取氮磷营养元素的同时富集碘元素；当海带长至长2?4米，宽20?30厘米时进行收获； 2)将收获的鲜海带直接在阳光下经过2次摊晒或挂晒，第一次曝晒4?6小时，待鲜海带的含水率降至24?26%，基本呈干燥状，即堆放至仓库内，经I?2天后，藻体内部返水后，再在日光下晒I?2小时，或在阴冷处干数小时，待藻体含水率在14?16 %时，形成干海带入库待用； 3)将干海带粉碎后，通过微生物发酵，使海带中80%的糖类转化成乙醇或沼气生物质能源后，留下的残余物中所含的碘和营养元素的含量得到进一步浓缩，然后将提取生物质能源后的残余物与硅藻土按I?3:1的比例制成海藻有机碘肥； 4)将海藻有机碘肥作为土壤外源碘，以I—含量为15mg/m2?150mg/m2的施用量，一次性施入土壤表层，直接培育含碘农作物;长期施用海藻有机碘肥，利用残留在土壤中的海藻有机碘肥增加土壤中碘的背景含量。2.如权利要求1所述的利用海带修复沿海海域和内陆缺碘生态环境的方法，其特征在于所述的含碘农作物作为植物性食品供当地居民日常食用;含碘农作物的根、茎、叶作为家禽和牲畜饲料的添加剂或作为有机肥还田，最终使整个食物链中碘的含量水平得到提高。3.如权利要求1所述的利用海带修复沿海海域和内陆缺碘生态环境的方法，其特征在于所述的含碘农作物用于深加工，成为含天然碘的日常食品。4.如权利要求1所述的利用海带修复沿海海域和内陆缺碘生态环境的方法，其特征在于海带在养殖过程中，通过控制养殖量来调整海水中氮和磷的被吸收量，实现沿海海域水体的富营养化控制。5.如权利要求1所述的利用海带修复沿海海域和内陆缺碘生态环境的方法，其特征在于收获的海带部分用于传统的海产品加工，其余用于提取生物质能源。6.如权利要求1所述的利用海带修复沿海海域和内陆缺碘生态环境的方法，其特征在于海带在养殖过程中同时吸收CO2，减轻大气温室效应。
【专利摘要】本发明公开了一种利用海带修复沿海海域和内陆缺碘生态环境的方法。其步骤如下：1)规模化海带养殖，从海水中吸取氮磷等营养元素的同时富集碘元素；2)将收获的鲜海带进行晾晒，形成干海带入库待用；3)将干海带粉碎后，通过微生物发酵提取生物质能源，将留下的残余物与低品位硅藻土按1～3:1的比例制成海藻有机碘肥；4)用海藻有机碘肥作为土壤外源碘，一次性施入土壤表层，直接培育含碘农作物，长期施用海藻有机碘肥，残留的海藻有机碘肥使土壤中碘的背景含量增加。本发明的方法不仅能够使富营养化的沿海海域生态环境得到修复，而且能够使内陆缺碘生态环境得到逐渐改善，最终使人体得到有效的自然补碘，从而彻底消除碘缺乏病。
【IPC分类】A01C21/00, C05G1/00, A01G33/00, A01G1/00, A01B79/02
【公开号】CN105706894
【申请号】CN201610120493
【发明人】翁焕新, 翁经科, 陈海燕
【申请人】浙江大学