一种用于废水处理的藻基淹水栽培植物的方法与流程

本发明属于植物淹水栽培领域，特别涉及一种用于废水处理的藻基淹水栽培植物的方法。

背景技术：

水培系统具有受环境因素影响小、便于系统调控以及不易感染土壤种植常见病虫害等优势。由于水培作物产量和质量都明显高于土壤种植作物，因此农业市场对规模水培的需求量逐年递增。农业规模化水培市场在过去10年内扩张了约5倍，目前全球经济价值总额约80亿美元。另外，植物水培技术现已用于多种废水的生态修复。水培作物的关键一步在于作物的定植，即用泡沫板固定植株茎基部或以海绵条/无纺布缠绕，以控制植株的入水深度。其存在的主要问题是：1、固定作物费时费力，易损伤作物根系；2、作物固定不牢固，增大管理难度；3、不利于移栽、管理和收获；4、当植物用于废水修复时，高密度栽培有助于提高修复效率，而定植限制了植物的栽培密度。

然而，若不固定植物直接进行淹水栽培，则产生的淹水胁迫作用会严重抑制作物生长，作物难以存活。当植物处于淹水状态时，植物根系和地上部缺氧，产生无氧呼吸，由此产生高浓度乙烯和其他有害物质(硫化氢、乙酸、丁酸等)，严重抑制作物生长；叶片中的丙二醛(mda)含量增加，导致细胞膜选择性吸收功能的丧失和细胞内电解质的渗漏，影响植物多种生理活动；同时，植物体内产生的乙醇、乙醛、葡萄糖苷可破坏植物体内活性氧代谢系统的平衡，超氧化物歧化酶(sod)和其他保护酶活性下降并产生大量自由基，导致叶绿体降解，作物光合作用受到抑制，引起叶的失绿、发黄、凋落，严重时植物死亡。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于废水处理的藻基淹水栽培植物的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种用于废水处理的藻基淹水栽培植物的方法，包括如下步骤：

(1)配制营养液：将营养盐或废水稀释制成营养液；

(2)分装营养液：将营养液分装到每个栽培容器中；

(3)接种绿藻：将微藻以0.125g/l的浓度接种到营养液中；

(4)移栽植物：将植物直接投放入栽培容器中，植物的地上部部分淹没在水中；

(5)在光照180μmolm^-2s^-1，平均温度为28.3℃，相对湿度36.7–85.2％的条件下进行培养。

进一步的，将营养盐或废水与水按1:3稀释制成营养液。

进一步的，所述栽培容器的容积为3l。

进一步的，栽培容器为可透光的容器。

进一步的，接种的藻类为从废水中筛选的绿藻。

进一步的，移栽时将将植物直接投放在栽培容器中，无须固定，部分植物地上部淹没在水中。

本发明的优点在于：本发明基于藻和植物的物种互恵作用，将藻和植物在同一体系中进行培养，植物根系呼吸释放的二氧化碳促进藻的生长和光合作用，而藻的光合作用释放的氧气从根本上增加营养液中的氧气含量，消除了淹水状态下低氧浓度对作物的胁迫作用，促进植物根系发育、养分和水分的吸收及作物的生长。本发明具有以下有益效果：(1)无需人工固定作物，直接进行淹水栽培，极大简化了水培系统的构成和运行管理，降低了水培生产的成本；(2)可在废水中高密度栽培植物，从而提高废水的修复效率，有利于植物在废水修复中的工程化应用。

附图说明

图1为实施例培养得到的鸢尾植株；左为对照组植株，右为实验组植株。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明的方法、步骤或条件所做的修改或替换，均属于本发明范围，若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟悉的常规手段。

实施例：

本实施例用绿藻-养猪废水培养系统淹水栽培鸢尾，当然也可以采用营养盐来代替废水。

(1)在两组栽培容器(每组为3个，培养容器容量为3l)中配制营养液：以水为溶质，将废水按1:3比例稀释制得营养液；

(2)接种绿藻，从废水中筛选的绿藻，将绿藻以0.125g/l的浓度接种到实验组的3个栽培容器中，对照组不加绿藻；

(3)移栽作物：将18株(株高约为54cm)的鸢尾直接放入栽培容器中，淹水高度为12cm，每容器移入3株植株；

(4)将两组栽培容器均置于光照180μmolm^-2s^-1，平均温度为28.3℃，相对湿度36.7–85.2％的条件下进行培养，植株的淹水高度为12cm；每隔一段时间测定鸢尾淹水段叶片叶绿素含量、绿藻生物量、培养液的nh4-n浓度及微生物种类。培养22天后，收获鸢尾。如图1所示，实验组的鸢尾(右图)的长势明显好于对照组(左图)。经检测，淹水栽培后实验组鸢尾的鲜重平均值为76.0±4.3g/株(n＝3)，对照组为48.4±4.7g/株(n＝3)；实验组鸢尾淹水段叶片的叶绿素含量为48.1±8.6，而对照组鸢尾由于受淹水胁迫的影响，叶绿素平均含量随培养时间逐渐下降至23.8±15.8(n＝3)；培养结束后，实验组中绿藻的平均藻细胞浓度为1.74×10⁷个/ml，废水nh4-n浓度均小于5mg/l，且微生物的检测结果表明，当培养时间为15d时，培养液中所有病原菌基本都被去除，除少数几种细菌外其他微生物的相对丰度也显著下降，而对照组nh4-n浓度仍保持较高水平，平均浓度为105.9±26.1mg/l(n＝3)。

由实施例可知，本发明基于藻和作物的物种互恵作用，无需人工定植，直接将作物淹水栽培在绿藻-养猪废水培养体系中，藻-作物两者相互促进，避免了淹水胁迫对作物的危害，有效简化了水培系统的构成和运行管理，降低了水培生产的成本；在有效处理废水的同时，收获作物和绿藻，产出高，经济效益高。

技术特征：

技术总结
本发明提供了一种用于废水处理的藻基淹水栽培植物的方法，在废水中接种微藻，通过微藻的光合作用释放的氧气营造高氧水环境，再将植物直接投放入栽培容器中，使植物的地上部部分淹没在水中进行栽培。由于本方法可缓解淹水对植物的胁迫，植物在淹水条件下仍能生长。该淹水栽培方法无需固定植株，极大简化了植物栽培、管理和收获，同时可在废水中高密度栽培植物，从而提高废水的生态修复效率。本发明有助于促进植物在废水修复中的工程化应用和作物的水培生产。

技术研发人员：徐礼根;周启发;成琪璐;倪鑫;单樱;蒋迎
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：2018.07.05
技术公布日：2018.12.28