专利名称：紫根凤眼莲及源头净化藻型化富营养污染水体技术的制作方法
技术领域：
本发明属于中国生物技术诱导调控表达在治理藻型化富营养湖泊污染水体的综合系统应用。本发明紫根凤眼莲是由普通凤眼莲经中国生物技术表型诱导调控表达技术诱导调控多年研究培育产生的形态巨大量变功能极大强化甚至质变的用于快速形成强势龙头生物种群源头治理世界性难题藻型化富营养水体内源有机互作恶性循环动态污染新途径的新种质材料和相关治理模式。
背景技术：
本发明利用植物抗逆性强度与根长、根量大幅度增加和根活性成正比，与地上部高度和生物量成反比的基本自然规律特性，在提超强抗逆表达为条件的有机互作表达条件下，经过云南省生态农业研究所那中元等独创的中国生物技术——作物表型诱导调控表达技术在凤眼莲上的研究应用，根据凤眼莲根系是净化污水的有效部分，比水上部分柄叶等净化能力分别可高达数倍至数十倍的特点，经反复诱导调控研究，找到了极大强化普通凤眼莲抗逆特性超表达的方法，经五年的研究培育形成了新种质材料紫根凤眼莲，又经三年在滇池、阳宗海、太湖的实验室和实地试验研究，证明了新种质材料紫根凤眼莲的广泛适应性、强大净化污水能力生态可控性和恢复水生生态系统有效性。
发明内容
本发明紫根凤眼莲外形发生了极大的变化，与普通青年期凤眼莲相比，柄长极大缩短，仅有5-15cm左右，仅为普通凤眼莲正常柄叶长度的1/20-1/5，叶片也明显变小变厚变亮。而根系长度却可达到50cm至Im以上，且根系颜色以紫色、紫红色为主。紫根凤眼莲净化污染功能得到了极大的强化，净化不同污染物的能力比普通凤眼莲增加了数倍至数十倍，根据江苏大学观天普通凤眼莲实验室试验，TN由18mg/L降为 3. 6mg/L，平均每天削减量为0. 51mg/L，而紫根凤眼莲在太湖重藻区十八湾的试验，20天将 TN由77. 2mg/L降为8. 54mg/L,平均每天削减TN3. 4mg/L,紫根凤眼莲自然条件实地削减TN 的能力比普通凤眼莲在实验室削减TN的能力还要高出约6. 5倍。而普通凤眼莲在自然条件实地削减TN的速率还远远低于实验室的速率。普通凤眼莲无论是在实验室还是在自然水域都没有能将TN、TP削减到III类和优于III类水质的报道，而紫根凤眼莲在实验室和有一定分隔条件的自然水域，都能将一般劣V类水迅速净化为III类和优于III类甚至有的指标达I、II类水的优质水。普通凤眼莲只能有限地抑制蓝藻，甚至在种植普通凤眼莲当年因没有形成长时间对水面的郁闭的共同抑藻作用时，蓝藻不但得不到抑制反而比非种植区水华更重。普通凤眼莲更没有直接降解蓝藻的能力。而紫根凤眼莲不但能快速抑制各种浓度的弥散水华蓝藻并能将其迅速降解，14-20天使各种不同含蓝藻量的水体，包括高达178亿/L的特种含藻水，蓝藻削减量都能达到99. 9%，是普通凤眼莲的数十倍以上。
紫根凤眼莲在基本生存条件具备有适宜的光照条件情况下，不仅不消耗水中溶氧，还有增加水中溶氧的普遍现象。由于形态和功能强化乃至质变的条件，紫根凤眼莲的根系不仅基本上不会形成二次污染，而且还能为促进水生生态系统迅速恢复的小鱼小虾等提供良好的栖息繁殖的环境条件，形成小鱼小虾高密度环境生存场所；此外，紫根凤眼莲生长期根系不仅不腐烂不形成二次污染，即使在水上部柄叶干枯后三至四个月，根系在水中仍然不腐烂，而且还有明显的抑制蓝藻作用。而普通凤眼莲都要消耗水中溶氧，根系在生长过程中就会开始发臭，形成二次污染，生长期稍长因根系污染极难见鱼虾群栖生存。紫根凤眼莲由于柄短叶小，根长根多，根活性高，根面效应显著，抗逆性显著增强， 因此不仅削减富营养物及有毒有害物质能力极强，也能对重度藻型化富营养水体的快速净化有效，且繁殖速度低于普通凤眼莲，也是由于抗逆性增强，对营养物的利用效率也显著增强，在贫营养水中的存活能力又远远强于普通凤眼莲。长根小柄叶使紫根凤眼莲抗风浪能力显著增强，简易围养时的安全防逃性又可显著提高，衰老和削减污染物功能降低需捕捞时，因根系干净无味且量大，水容易自然流出，打捞后易于运输和后续分别处理利用。本发明经过五年的培育净化研究和三年多在阳宗海、滇池乃至太湖(五里湖)等地至2010年12月5日经过了实验室和自然条件实地试验验证其功效。经实验室试验，紫根凤眼莲对重金属、毒物等的吸附能力极强，2008年震惊中国的阳宗海水质砷污染事件，经阳宗海污染源谭葛营取水样含砷量为0. 138mg/L，经处理三天后含砷量降为0. 043-0. 040mg/L，6天后分别达到可饮用水(0. 04mg/L)的0. 04mg/L和 0. 0:3mg/L，6天内除砷率高达71%和78. 3%，效果极为显著。而对含砷量高达25. 2mg/L的极毒水，4天内每日每克干重最大吸收量可达5. (Mmg，是“吸毒之王”蜈蚣草的约52倍，且无二次污染。此外，紫根凤眼莲的干根粉也能迅速削减水中的砷等有毒污染。2009年8月1日、6日至19日使西华湿地1、2号隔离塘的滇池劣V类水由藻生物量11890万个/L下降为53万个/L和7. 1万个/L，TN由8. 25mg/L和6. 98mg/L下降为 0. 54mg/L 和 0. 4mg/L, TP 由 0. 89mg/L 和 0. 85mg/L 下降为 0. 043mg/L 和 0. 02mg/L,氨氮由 0. 96mg/L 和 0. 91mg/L 下降为 0. 21mg/L 和 0. 14mg/L,在 14-20 天去除蓝藻率达 99. 5%和 99. 9%，去TN率达93. 5%和92. 3%，去TP率达95. 2%和96%，去氨氮率达78. 禾口 84%, 从而使水体变为优于III类水接近II类水，水质清澈见底，水生生态系统开始恢复，始见小鱼、小虾。2010年12月10日，“中国-新西兰外来物种控制与管理研讨会”的新西兰环保部部长及中国环保部、环科院等国内外与会专家代表考察该治理约一年半后的水域，新西兰专家用直径25cm网兜，在约Im2紫根凤眼莲下水域连续6次在6个点快速插入起捞，每次都捞起6-7只小虾、小鱼，这不仅显示了该治理水域紫根凤眼莲无二次污染，还展示了其能为水生动物良循环构建的良好栖息繁殖场所效果。中国蓝藻污染最重在滇池，滇池蓝藻最重污染在滇池大坝，而在滇池大坝旁污染更重的二十亩滇池最浊臭，B0D、C0D分别达25^iig/L、19;3mg/L、蓝藻含量达178亿/L的自然水体治理实践中，2009年9月14日开始投放紫根凤眼莲，10月沈日检测，14天使蓝藻含量由178亿/L下降为0. 132亿/L和0. 063亿/升，减少99. 7%和99. 9%，水体变清臭味消除；2010年1月14日检测，TN由原22. 9mg/L及由蓝藻迅速降解释放增加的高于90mg/L下降为10mg/L和11. 3mg/L，TP由总计10. 03mg/L下降为0. Umg/L，减少了 98%，氨氮由共计 23. lmg/L 下降为 0. 57mg/L 和 0. 46mg/L，减少了 95. 69%和 96. 49%。经 2009 年 9 月底至12月治理，12月下旬水上部冻枯，至2010年12月18日，该水域被当地有关部门重新处置为止，不仅除与高富蓝藻的滇池大坝两交互作用口以外，99 %的水面已不见蓝藻，且无藻区水质清澈见底，已有少量小虾、小鱼。说明紫根凤眼莲对蓝藻不仅有快速抑制降解作用， 还可有相对较长时期的抑制作用。2010 年 11 月 1 日至 21 日，在太湖十八湾含 NA3-N1. 96mg/L、TN、TP6. 21mg/L、藻生物量42311万/L的蓝藻富集区投放紫根凤眼莲20天后，水中污染物显著减少，NA3-N降为0. 53mg/L,TN由原77. 2mg/L降为8. 54mg/L,TN减少量达到了 V类水的34. 3倍、TP降为 0. 41mg/L、藻生物量降为1963万/L。去NA3-N率达72. 9%、去TN率达88. 9%、去TP率达 93.4%、去藻生物量率达95.4%。2010年11月15日至12月5日，凤眼莲已经在活性低限条件下，江南大学用4种蠡湖水质投放紫根凤眼莲实验，20天略劣于V类水组TN由2. Hmg/ L 降为 0. 23mg/L，TP 由 0. 447mg/L 降为 0. 029mg/L，平均 TN 由 1. 43mg/L 下降为 0. 22mg/L、 TP 由 0. 349mg/L 下降为 0. 026mg/L、SS 由 34. 7mg/L 下降为 6. 45mg/L, TN 已接近地表 I 类优质水，TP也已接近地表II类优质水。上述滇池、太湖研究和实地试验证明，紫根凤眼莲净化水污染具有广泛的地域和水质、环境条件适应性，特别对于长三角碱性化水质的净化污染作用效果更加显著，该技术为内源源头快速治污闯出了新路。紫根凤眼莲还能对水中有害细菌有显著的杀灭功能。
具体实施例方式在大面积污染水域以集中强势龙头生态净化系统为基础，以“游击交互作用为先驱，梯次推进扩大巩固好水区为根据地”的治理方针，以“分力消浪，降浪减扰，调控强化”为治理策略，浮水生态植物做过渡生态系统为引导，“重力垂直式”快速种活沉水植物，使水生系统良循环为保证。紫根凤眼莲投放比例本发明在治理藻型化富营养水污染过程中，根据不同的污染程度，投放密度可分别为水面1/4、1/2、3/4至85%，对营养物略劣于V类、藻生物量1亿 /L左右的水体，紫根凤眼莲在正常生长的温度、光照范围内，实验室10天左右，可相对封闭自然水域一般20天至一个月就可使有效净化区的水质达到或者优于优质III类水效果。在水体无明显交互作用条件情况下，凤眼莲保持面积只需占水面1/10-1/8最多不超过1/4的条件下，即可使水质保持已治理的效果，其无污染根系可成为小鱼、小虾等水生动物构建过渡时期的良好栖息繁殖场所；由于水质清澈，富营养物含量已经很低，抑制水生生物生长的蓝藻已得到有效控制，不会再对沉水植物和水生动物产生不良影响。因此，沉水植物可迅速恢复和人工种植迅速恢复，快速达到自然良循环的效果，从而使已治理好的水体长期稳定巩固。治理原则以重污染区岸边为治理基础起点，集中用紫根凤眼莲为强势生态系统龙头种群，在相对足够面积区域建立优势性生态系统，快速抑制削减区域内水体中的蓝藻和富营养等各种污染物，由于三湖等大水域不仅存在自然的污水向优质水区域扩散污染的交互作用，还因风浪、水流、及其他水动力条件加速加大污染水向优质水区扩散的交互作用区，又由于污水可不断被优质水淡化污染作用，因此这种交互作用区虽然可以很大，但也总是相对有一定限度的。治理区域内的治理速率相对越快，水动力促使水交换能力越低，可交互作用区就可相对显著减少，非交互作用影响的有效治理区达优质III类和优于III类水质区域比例就可相对增大，因此治理面积必须远大于交互作用区面积，并尽可能提高治理区净化水质的速率，才可使远离自然交换和扰动交换的有效治理区域水质尽快达到III类和优于III类。在能见度快速提高的优质水区域，在水深不超过2. 5m左右区域同步用“重力垂直法”种好沉水植物，尽快恢复水底生态系统良循环。并以这些治好达标又能恢复沉水植物和水生生态系统良循环的水域为“根据地”，将紫根凤眼莲梯次向未治理污染区推进， 不断扩大新“游击区”，扩大巩固“根据地”，使治理并巩固好的好水区域根据地稳步、快速扩大，最后达到全污染水域治好的目的。在风浪较大水域，以楔形尖角对主风向的浮式防逃围网形成“分力消浪” “降浪减扰”方式削减风浪，减少风浪扰动等引起的水动力改变污染水侵染治理区域产生交互作用的压力。“重力垂直法”种植沉水植物的方法，是根据水深与能见深度，保证是所要种沉水植物茎长落入底泥还可达见光区，并用一定潮湿度胶泥包裹根上根茎部，无根则包裹茎底 3cm以上部位，利用胶泥重量，保证根系或茎下部与底泥有效接触约15-20天，原根系长稳， 无根茎长新根扎入底泥，湿胶泥经过一定时间就自然溶于底泥中。比如水深2. 5m，能见度 1. 5m，则沉水植物有效茎长应至少lm，或略长于lm，保证植入水中后就能立即进行生物竞争快速生根长茎叶。在紫根凤眼莲对不同面积水域的治理过程中，为了使其在相当长的时间内保持高效抑藻降藻削减富营养物的速率特性，还可酌情在不同需要继续使用不同浓度、不同用量的诱导调控技术。比如，在高温、长光照条件下，可使用400至600 (800)倍的诱导调控剂叶面喷施；在温度稍低、光照时间稍短的条件下，可以使用1200倍至2000倍的诱导调控剂叶面喷施；在温度更低、光照更短的接近普通凤眼莲有效生长低限温度条件时，又可使用600 至800倍的诱导调控剂叶面喷施。经过不同条件情况使用不同浓度的诱导调控剂的进一步诱导调控，可以使紫根凤眼莲长时间保持高活性高效率净化污染水体的功能效果。
权利要求
1.一种根据不同生育时期根色为紫色紫红色为主根长与柄叶比可为1 1至20 1 和更高比例且根系生长量大名为紫根凤眼莲的新种质材料。
2.在适宜生长条件下根系能增加水中溶氧使根面效应充分参与高效净水功能长寿命根不易腐烂基本无二次污染能构建过渡时期水生生态系统为小型水生动物提供理想的栖息繁殖场所。
3.在适宜生长期10-20天就能将数千万/L至178亿/L悬浮水华蓝藻快速抑制并降解掉99. 9%以上使浊臭水快速无异味变清。
4.在重度藻型化TN达近百mg/L富营养水中正常生长快速削减污染物又能在贫营养水中基本正常生长进一步削减营养及各种污染物的特性。
5.根系不仅生长期具有能快速削减水中严重超标有毒物砷等为可饮用水的功能干根及粉也具有快速净化水中超标有毒物砷等及抑制蓝藻的功能。
6.调控保持高效削减水中藻类和富营养物等污染物的叶面喷雾方法。
7.分力消浪降浪减扰的防逃浮式围网减少扰动交互作用游击区为先驱梯次推进扩大巩固治好达III类和优于III类水质水域为根据地的治理模式。
8.重力垂式快速种植成活沉水植物快速恢复水生生态系统的方法。
全文摘要
本发明紫根凤眼莲及源头净化藻型化富营养污染水体技术使原普通凤眼莲低效部分的柄长大幅度缩短、减少；净化污染的有效部分根系数倍增多，根长、根量大幅度增加，根色变为紫、紫红为主；并使原消耗溶氧功能质变为相对适宜条件下可增加溶氧，从而使强大的根面效应共同作用，数倍数十倍提高了净化不同污染物的能力，基本无二次污染。配以适当的调控管理模式，能迅速将重藻型化富营养水体的弥散和水华蓝藻吸附、抑制并降解，使水体消臭消浊变清，源头解决了藻型化富营养水体动态有机互作恶性循环污染的治理难题和水生生态系统恢复良循环难题。使污水较快净化达优于III类优质水。本发明还涉及“分力消浪、强势净化、游击区为先驱梯次推进、巩固扩大好水根据地，重力垂直式种好沉水植物”等技术。
文档编号A01H5/00GK102524084SQ201010623740
公开日2012年7月4日 申请日期2010年12月26日 优先权日2010年12月26日
发明者杨红军, 那中元, 那郅烨 申请人:杨红军, 那中元, 那郅烨