使用k73细菌的水体生态净化集成方法

文档序号:10605213阅读:454来源:国知局
使用k73细菌的水体生态净化集成方法
【专利摘要】本发明涉及生态保护与修复领域,具体而言,涉及一种使用K73细菌的水体生态净化集成方法,包括:在待净化水体中投放微生物、水生植物和水生动物;所述微生物为类球红细菌K73,保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,保藏编号为:CGMCC NO.12310;保藏时间为:2016年3月28日。本发明提供的K73细菌通过与水生动物及水生植物配合,可大幅协同促进水体净化能力。与传统的物理或化学方面的处理手段相比,本发明提供的水体生态净化系统的构建方法没有生态副作用。CGMCC NO.1231020160328
【专利说明】
使用K73细菌的水体生态净化集成方法
技术领域
[0001] 本发明涉及生态保护与修复领域,具体而言,涉及一种使用K73细菌的水体生态净 化集成方法。
【背景技术】
[0002] 随着人类文明的高速发展,大量的氮磷营养物质排入河流、湖泊,如化肥、农药、生 活洗涤用水等等,使得水体富营养化治理已成为当今世界性难题。
[0003] 自然界水体本身具有自净能力,但自净能力有负荷极限,污染的大量注入,超出了 水体的净化极限,导致大量营养物质过剩,给水体中藻类的生长提供了便利条件,所以藻类 成了优势种群,导致泛滥成灾,覆盖水面,争夺阳光和氧气,导致水体生态系统失衡,并释放 藻毒素,严重污染水质,破坏景观。藻类因个体小,很难被消化,通过过滤和高等水生动物无 法有效抑制。虽然通过化学的方法和絮凝剂可以控制藻类,但是会产生二次污染,从生态学 的角度来说是得不偿失的一种方法。
[0004] 解决水体富营养化问题的关键是调整水体生态系统结构,使其恢复自然、健康和 稳定的水生生态系统功能,提高水生生态系统的生物净化能力。在受污染地表水体中种植 水生植物、投放水生动物是比较主流的水体生态净化技术。但是,在这个技术手段的基础上 集成使用微生物细菌的集成技术比较少,难以构建一个稳定的生态系统,因而净化能力还 有待进一步的提尚。
[0005] 有鉴于此,特提出本发明。

【发明内容】

[0006] 本发明的目的在于提供一种使用K73细菌的水体生态净化集成方法,以解决上述 问题。
[0007] 为了实现本发明的上述目的,特采用以下技术方案:
[0008] -种使用K73细菌的水体生态净化集成方法,在待净化水体中投放微生物、水生植 物和水生动物;
[0009] 所述微生物为类球红细菌K73,保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生 物中心,保藏编号为:CGMCC从).12310;保藏时间为:2016年3月28日。
[0010] 该菌种拉丁学名为Rhodobacter sphaeroides,中文学名为类球红细菌,菌株名为 K73,来源于北京小清河河底淤泥中。另外,对于该菌株,经过纯化后测序,其16S rRNA基因 序列如SEQ ID N0:1所示。
[0011] 上述的经过分离纯化的类球红细菌,其单个细胞为放线状,在光照厌氧、黑暗好氧 及微好氧条件均能生长,液体培养物由最初的浅黄色变为棕红色,瓶底和瓶壁出现少量的 棕红色沉淀物,在固体培养基上形成2~3_的点状菌落、边缘整齐。
[0012] 经过鉴定,该类球红细菌属于变形菌门a变形菌纲红细菌目红细菌科红细菌属细 菌,其具有广泛的能量代谢机制,在光照条件下能光合作用,在黑暗条件下好氧生长;可充 分利用水体中的动物排泄物、动植物残骸的分解产物以及其他悬浮或溶解于水的污染物, 从而达到去除水中污染物、提高水质的效果。现有技术中,通常通过投放水生动植物以达到 生态修复的目的,但在一个完整的生态系统中,微生物所起到的作用不容小觑。通过该菌株 与其它水生动植物的配合,可大幅提升水体的自净效果,加快降低水体中的氮和磷等物质 含量的效率,其提高水体透明度的效果非常明显。水生植物能够通过光合作用,吸收二氧化 碳,释放出氧气,使水体中的氧气不断得到补充,以利于水生动物以及类球红细菌K73的生 长生活。与传统的物理或化学方面的处理手段相比,本发明没有生态副作用,环境相容性 好,类球红细菌K73与水生动物以及水生植物构成了 一个稳定高效的水体生态净化系统,净 化成本低。
[0013] 优选的,K73菌株是以微生物菌剂形式投放到待净化水体中的,在本申请的一个实 施例中具体的公开了该微生物菌剂及其制备方法。
[0014] 优选的,如上所述的水体生态净化集成方法,所述水生植物为浮叶植物、沉水植物 和挺水植物。
[0015] 不同类型的水生植物有着不同的净化功能,浮叶植物在光照竞争上比浮游生物有 优势,耐污性很强,是净化水质的良好选择;沉水植物不但为微生物提供栖息地,而且提供 微生物降解污染物质所需的氧气,有研究表明,沉水植物的输氧功能对降解污染物好氧的 补充量远大于空气扩散所得氧量;挺水植物通过阻止水流和减小风浪使悬移质等污染物沉 降,它主要起着吸取深部底泥中的营养盐,降低水体中的富养物质,抑制藻类生长的作用。
[0016] 优选的,如上所述的水体生态净化集成方法,所述水生动物为底栖软体动物和鱼 类。
[0017]优选的,本发明提供的水体生态净化集成方法,所述方法为在水体中投放类球红 细菌K73菌株、浮叶植物、沉水植物、挺水植物、底栖软体动物和鱼类。
[0018] 类球红细菌K73能够高效降解吸收水体中的污染物、富含N/P的物质,同时还能够 有效利用水生动物排出的代谢物以及水生植物的腐败物;浮叶植物、沉水植物、挺水植物都 能够释放类球红细菌K73和水生动物所需的氧气,浮叶植物的耐污性强,净化水体作用显 著,沉水植物为类球红细菌K73以及底栖软体动物提供栖息地,挺水植物能够能够吸收底部 淤泥中的富养物质,过滤拦截水体中的污染物,抑制藻类生长;另外,植物也作为鱼类的食 物来源;微生物的生长周期较短,死亡后沉积在湖体底部或者植物表面,底栖软体动物通过 食入水体中腐败的有机物,如死亡的微生物、腐败的水生植物等等,将水体中的N、P等物质 转入底栖软体动物体内,水体中的N、P等富养物质依次通过微生物、底栖软体动物和鱼类的 竟食关系,被转移出水体。本发明中,类球红细菌K73菌株、浮叶植物、沉水植物、挺水植物、 底栖软体动物和鱼类构成了一个稳定、高效的生态净化水体的系统,通过生态的手段将水 体中的污染物转移出水体中,高效、环保、安全、稳定、具有可持续性,并且不会造成生态灾 难。
[0019] 进一步优选的,所述底栖软体动物为螺类和/或蚌。
[0020] 底栖软体动物也对富营养化水体具有明显的净化效应,中-富营养型湖泊内,软体 动物在生物量上占主要地位;而在重富营养型湖泊内则无软体动物,底栖动物的生物量均 以寡毛类或摇蚊幼虫组成。通过增加螺类、蚌放养量,补充底栖动物资源数量,可增加系统 稳定性,促进了物质循环,达到净化水质的目的。
[0021] 在本发明的一个实施例中,所述螺类优选为环棱螺(Bellamya quadrata),所选虫丰 为三角帆虫丰(Hyriopsiscumingii) 〇
[0022] 进一步优选的,所述鱼类为草鱼、鲢鱼、鳙鱼中的一种或多种。
[0023] 浮游动物处于整个水生生态系统的中心地位,无疑它的数量和组成是决定生物净 化能够成功的关键。但由于浮游动物个体小、种类繁多。直接调控其群落数量既不可能又不 现实,只有通过鱼类对浮游动物群体进行间接调控。
[0024] 在本发明中,草鱼可用以控制水生植物的生长规模,从而抑制水体向草型富营养 化发展;
[0025] 鲢鱼和鳙鱼均为滤食性鱼类,可用以控制浮游植物生物量,主要优点是能量转化 率高、成本低、加速养分循环和减少了养分沉积量。
[0026]优选的,如上所述的水体生态净化集成方法,所述浮叶植物为满江红和/或大藻。
[0027] 满江红(Azolla imbricate)和大藻(Pistia stratiotes)均为浮叶植物,其抗污 能力强,可作为水体的净化的前锋,与水中的其他藻类竞争生长。富营养水体中大量的藻类 会对水生植物的光合作用具有抑制作用,特别是会引起沉水植物的生长不良与叶绿素含量 的降低,甚至导致沉水植物产生白化现象,因而为了初步改善以及后续对藻类生长的抑制, 本发明添加了满江红、大藻,且二者与K73菌株的相容性非常好,二者可互相促进。
[0028] 优选的,如上所述的水体生态净化集成方法,所述沉水植物为马来眼子菜、金鱼 藻、狐尾藻、黑藻中的一种或多种。
[0029] 马来眼子菜(Potamogeton malainus)、金鱼藻(Ceratophyllum demersum)、狐尾 藻(Myriophyllum aquati cum)、黑藻(Hydr ilia verticil lata)不仅对水体中的污染物具 有吸收和富集作用从而净化水体,还具有抑制蓝藻暴发的作用,同时这些植物本身也是颇 具知名度的观赏性水草。
[0030] 更重要的是,这四种沉水植物可为K73菌株提供栖息地,并为该菌株代谢降解污染 物质的过程提供充足的氧。沉水植物可将光合作用产生的洋气通过气道输送至根部,在植 物根部形成还原态介质的氧化态微环境,从而提高K73菌株的净化效率。
[0031]优选的,如上所述的水体生态净化集成方法,所述挺植物为水葱、芦苇、香蒲、茭白 荀中的一种或多种。
[0032] 水葱(Schoenoplectus 七&匕61'11&61]1〇1^&11;〇、芦_(?11抑8111;^68 australis)、香蒲 (Typha orientalis)、菱白荀(Zizania latifolia)的根部所在的底质周围通常处于缺氧 状态,这些挺水植物能将空气传输到根部周围,为K73菌株提供舒适的代谢环境。
[0033] -个完整而稳定的生态系统需要生产者、消费者、分解者的共同参与,且他们彼此 直接的生物量比例应该是稳定而协调的,因而在本发明中,优选的,所述水体生态净化系统 水体中投放的总生物量为2.5~6.2kg/m 2。
[0034] 进一步优选的:所述微生物的投放量为1 X 1012~14CFU/m3;
[0035]所述底栖软体动物的投放量为0.3~0.7kg/m3,且投放以成年底栖软体动物为主; [0036] 所述鱼类的投放量为0.6~1.0kg/m3,且投放的鱼类以体重为230~300g的幼鱼为 主;
[0037] 所述水生植物的投放量为1.6~4.5kg/m3。
[0038]具体的投放量须根据具体水体的污染程度进行选择。
[0039] 与现有技术相比,本发明的有益效果为:
[0040] 1)、提供了一株可应用于地表水体净化的菌株,该菌株通过与水生动物及水生植 物配合,可大幅协同促进水体净化能力。
[0041] 2)、与传统的物理或化学方面的处理手段相比,本发明提供的水体生态净化系统 的构建方法没有生态副作用。
[0042] 3)、本发明还具体限定了优选配置的水生动植物的种类,这些水生动植物与K73菌 株生物相容性好,彼此之间具有协同作用,可共同提高水体净化的能力。
[0043] 本申请提供的类球红细菌(Rhodobacter sphaeroides),菌株名为K73,保藏于中 国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,保藏地址为:北京市朝阳区北辰西路1号院 3号,中国科学院微生物研究所;保藏时间为:2016年3月28日,保藏编号CGMCC NO. 12310。经 保藏中心于2016年3月28日检测为存活菌株。
【具体实施方式】
[0044]下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述,但是本领域技术人员将会 理解,下列实施例仅用于说明本发明,而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体 条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为 可以通过市售购买获得的常规产品。
[0045] 实施例1
[0046] 本实施例提供了含有水体净化菌株的微生物菌剂及其制备方法,该方法包括如下 步骤:
[0047] S11:类球红细菌的分离纯化;
[0048] 具体的,在该步骤中,以北京小清河的河底淤泥为样本,将所取的样本进行梯度稀 释后涂平板培养,其中所用培养基为固态的LB培养基;最后收集经过培养后得到的单菌落, 得到类球红细菌。
[0049] 对于所收集得到的类球红细菌,采用常规方法扩增其16srRNA,并进行测序,其序 列如SEQ ID N0:1所示。
[0050] 将S11步骤中分离纯化后的单菌落接入到少量LB液体培养基中于26-28°C下摇瓶 培养,即得菌液。
[0051 ] S12:将含有类球红细菌的菌液以9 %的体积比接种于LB液体培养基中于32 °C培养 70小时,得到培养液。
[0052] S13:将所述培养液采用450目的滤网过滤,并将筛得的菌洗入LB液体培养基中,得 微生物菌剂。
[0053]该步骤中,所用的LB液体培养基的体积为步骤中S12中所用LB液体培养基体积的 8%〇
[0054]其中,所述及到的LB液体培养基含有蛋白胨10g/L、酵母粉5g/L、氯化钠5-10g/L, pH 7.0,使用前均进行灭菌处理。
[0055] 测定得知在该液体菌剂中,活菌的数量是1 X 101(W1CFU/ml。
[0056] 实施例2
[0057]本实施例提供了一种使用K73细菌的水体生态净化集成方法,包括:
[0058]将实施例1制备的液体菌剂以万分之一的体积比加入某地表水生态修复水体(废 弃鱼塘),在投放液体菌剂之前该修复水体已事先投放了水生植物、水生动物进行生态修 复。
[0059]所述水生植物为:马来眼子菜、金鱼藻、狐尾藻、芦苇、香蒲、茭白荀、满江红;
[0060] 所述水生动物为:鲢鱼、鳙鱼、蚌。
[0061 ] 实施例3
[0062] 本实施例提供了一种使用K73细菌的水体生态净化集成方法,包括:
[0063] 将实施例1制备的液体菌剂以万分之一的体积比加入某地表水生态修复水体(废 弃鱼塘),在投放液体菌剂之前该修复水体已事先投放了水生植物、水生动物进行生态修 复。
[0064] 所述水生植物为:马来眼子菜、金鱼藻、狐尾藻、黑藻、水葱、芦苇、香蒲、茭白荀、满 江红、大藻;
[0065] 所述水生动物为:鲢鱼、鳙鱼、蚌、螺类。
[0066] 实施例4
[0067] 本实施例提供了一种使用K73细菌的水体生态净化集成方法,包括:
[0068] 将实施例1制备的液体菌剂以万分之一的体积比加入某地表水生态修复水体,水 体表面积2400m2,水深1.53m,容积0.36万m 3。治理前水体严重富营养化,总氮和总磷分别为 地表水V类标准(GB3838-2002)的4~12倍与3~5倍,并且生态系统严重受损,大部分底栖动 物均已死亡,仅有少量浮叶植物,无沉水植物存活,尤其是藻类大量繁殖时,第三季度平均 透明仅为25~38cm 〇
[0069] 在本实施例中,对于立体水生植物群落的构建,采取不同生活型植物相重叠的种 植模式。沉水植物选自马来眼子菜、金鱼藻、狐尾藻、黑藻,挺水植物选自水葱、芦苇、香蒲、 茭白荀,浮叶植物选自满江红、大藻。其中,水生植物的投放量为3.4kg/m 3,沉水植物种植总 面积为720m2,挺水植物种植面积150m2。
[0070] 对于水生动物群落,主要在构建水生植物群落的基础上,投放底栖动物环棱螺和 三角帆蚌,其中,环棱螺以成螺为主,投放量为〇. 4kg/m3,三角帆蚌选取一年龄河蚌,投放量 为0.3kg/m3。鱼类以230~300g的幼鱼为主,草鱼、鲢鱼和鳙鱼的投放比例为0.3 :1:1,总投 放量为〇.8kg/m3。
[0071] 实验例1
[0072] 在实施例3的基础上设置对比例1和对比例2:
[0073] 对比例1:在投放液体菌剂之前该修复水体事先未投放水生植物和水生动物,即仅 投放了菌剂;
[0074] 对比例2:不投放菌剂,仅使用水生植物和水生动物进行水体修复;
[0075] 对比例3:将水生植物替换为水花生、菹草、凤眼莲、紫叶酢浆草、慈菇、苦草、浮萍, 种植量同实施例3,其余操作同实施例3。
[0076] 在投放菌剂后第8天(对于对比例2,则是在实施例3的基础上不投放菌剂用水生植 物和水生动物继续水体修复8天)统计高猛酸盐指数、总磷、氨氮以及浊度等指标,从而监测 其净化水体的效果。
[0077] 将对比例1~3与实施例2~3进行比较,结果见表1
[0078] 通过表2可知,在投放后第8天,相对对比例1~3,实施例3和4的高猛酸盐指数、总 磷、氨氮以及浊度等指标均有显著改善,且实施例3的效果比实施例2更佳。
[0079] 由此可知,单独投放水生动植物(对比例1)或单独投放微生物(对比例2),亦或是 采用与本发明不同的植物种类(对比例3),总体的水体净化效果都会有所下降。这说明将水 生动植物的净化作用与类球红细菌K73结合效果最佳,且所选用的水生植物的种类多少(实 施例2VS实施例3)、类别(对比例3VS实施例3)对增效作用影响显著。
[0080] 表1水体净化检测数据
[0082] 实验例2
[0083]对实施例4治理效果,即水体改善的各项指标进行检测。
[0084]其中,水质监测采用平均布点法,根据国家地表水环境标准(GB3838-2002),总磷 采用钼酸铵分光光度法,总氮采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法,C0D采用重铬酸盐 法,透明度用萨氏透明度盘测量。
[0085] 工程前后水质变化见表2。
[0086]表2水质检测数据
[0088]其中,工程完工时即代表实施例4中的各种动植物和微生物的生物量比例稳定之 后;工程完工1年后即实施例4中的各种动植物和微生物的生物量比例稳定一年之后。
[0089] 通过表2可以看出,水体中的⑶D、叶绿素、总氮和总磷含量呈现出:治理前 > 工程 完工时 >工程完工1年后。近自然恢复工程完成一年后,水质由原来的v类以上降至n类标 准(GB3838-2002),溶氧达 10 ? 03~12 ? 05mg/L,透明度达95~110cm。
[0090]最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽 管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,但本领域的普通技术人员应当理解:其 依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征 进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技 术方案的范围。
【主权项】
1. 一种使用K73细菌的水体生态净化集成方法,其特征在于,在待净化水体中投放微生 物、水生植物和水生动物; 所述微生物为类球红细菌K73,保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中 心,保藏编号为:CGMCC NO. 12310;保藏时间为:2016年3月28日。2. 根据权利要求1所述的水体生态净化集成方法,其特征在于,所述细菌K73的16S rRNA基因序列如SEQ ID N0:1所示。3. 根据权利要求1所述的水体生态净化集成方法,其特征在于,所述水生植物为挺水植 物、沉水植物和浮叶植物。4. 根据权利要求1~3任一项所述的水体生态净化集成方法,其特征在于,所述水生动 物为底栖软体动物和鱼类。5. 根据权利要求4所述的水体生态净化集成方法,其特征在于,所述底栖软体动物为螺 类和/或蚌。6. 根据权利要求4所述的水体生态净化集成方法,其特征在于,所述鱼类为草鱼、鲢鱼、 鳙鱼中的一种或多种。7. 根据权利要求4所述的水体生态净化集成方法,其特征在于,所述浮叶植物为满江红 和/或大藻。8. 根据权利要求4所述的水体生态净化集成方法,其特征在于,所述沉水植物为马来眼 子菜、金鱼藻、狐尾藻、黑藻中的一种或多种。9. 根据权利要求4所述的水体生态净化集成方法,其特征在于,所述挺水植物为水葱、 芦苇、香蒲、茭白荀中的一种或多种。10. 根据权利要求5~9任一项所述的水体生态净化集成方法,其特征在于,所述水体生 态净化系统水体中投放的总生物量为2.5~6.2kg/m 2; 优选的,所述微生物的投放量为1 X l〇12~14CFU/m3; 所述底栖软体动物的投放量为〇. 3~0.7kg/m3,且投放以成年底栖软体动物为主; 所述鱼类的投放量为0.6~1.0kg/m3,且投放的鱼类以体重为230~300g的幼鱼为主; 所述水生植物的投放量为1.6~4.5kg/m3。
【文档编号】C02F3/32GK105967337SQ201610423673
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年6月15日
【发明人】李可俊
【申请人】李可俊
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