环保酵素在防治湖泊藻类水华危害方面的应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及水体环境生态修复领域，更具体地涉及一种环保酵素在防治湖泊藻类 水华危害方面的应用。
【背景技术】
[0002] 湖泊是农业、养殖业以及生活用水的主要水源，也具有维持生物多样性、调节气 候、蓄纳洪水、调节地表径流、净化水质等功能。随着我国经济的快速发展，城镇人口不断 增加，工农业废水、生活污水排放量的不断增长，大量营养物持续入湖，富营养湖泊的占比 逐年升高，藻类异常增殖频繁，形成水华。湖泊水华的优势藻类一般为蓝藻、绿藻和硅藻， 其中微囊藻属水华在富营养与超富营养湖泊中最常见，绿藻一般在中富营养湖泊易成为优 势藻，硅藻水华一般出现在春秋季的中富营养湖泊中。水华爆发引起水体溶解氧量迅速下 降，水质恶化，尤其微囊藻水华时藻类代谢释放的有毒物质可致鱼类及其他水生生物大量 死亡，水华爆发是水体富营养化和水生态环境恶化的重要特征。因此，寻找一种新型、高效、 节能环保的抑制藻类异常增殖的方法对治理湖泊富营养化和修复健康水生态系统具有重 大意义。
[0003] 常规藻类水华治理的措施有物理手段、化学手段和生物手段。物理手段以藻类的 拦截、浓缩和抽提离湖为主，化学手段为添加化学合成的絮凝剂，生物手段一般以鱼控藻、 水生植被控藻、微生物制剂控藻为主。其中化学手段的应用存在二次污染及费用昂贵的局 限已较少在大型湖泊应用。现阶段较为有效的水华治理是在适合的湖湾区域采用物理手段 除藻，结合微生物制剂投加等综合技术的应用达到抑制藻类大规模爆发的目的。但微生物 制剂始终存在外来微生物对土著微生物生态入侵等生态威胁，湖泊水环境在严格人为可控 的条件下进行，且具有投放次数多，培养微生物费用高等缺陷。目前开发对湖泊水生态系统 干扰小，无生态威胁，除藻效率高的纯植物抑制剂成为生物制剂抑藻最具前景的方向。
[0004] 环保酵素以新鲜蔬菜、水果为原料，经水发酵的纯植物制剂，已被广泛应用于食品 和保健品中，但在水体富营养化治理方面的应用极少。环保酵素的生产创造性将液态深层 发酵技术与固态发酵技术结合，利用废弃生物质做原料，通过发酵生产酶活很高的环保活 性酶素。作为藻类水华抑制剂的应用的创新性突出体现在原料来源、温度范围适应广，不需 添加菌剂等多方面。同时环保酵素整个制作流程中无废水、废物排出，原料全部转化为活性 酶素产品及还田废料。
[0005]目前极少有关于环保酵素对富营养化湖泊藻类水华爆发抑制方面的应用研究。本 发明人深入研究了环保酵素的理化性质特点，及其对蓝藻中微囊藻属的铜绿微囊藻、绿藻 的四尾栅藻、硅藻的喙头舟形藻增殖的抑制作用，旨在利用废弃农业作物制成的纯植物制 剂的环保酵素，一方面有助于探讨环保酵素理化性质对藻类抑制作用的机理，另一方面也 对日益引起重视的湖泊藻类水华危害的防治提供新的应用思路。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种环保酵素在防治湖泊藻类水华危害方面的应用。
[0007] 本发明的目的还在于提供一种环保酵素在制备藻华抑制剂方面的应用。
[0008] 为实现上述目的，作为本发明的一个方面，本发明提供了一种环保酵素在防治湖 泊藻类水华危害方面的应用。
[0009] 其中，所述环保酵素具有抑制因藻类增殖引起TN异常升高的作用；或者，所述环 保酵素具有抑制因藻类增殖引起PH异常升高的作用；或者，所述环保酵素具有在藻类增殖 作用下改善水体环境水质的作用。
[0010] 作为本发明的另一个方面，本发明还提供了一种环保酵素在制备藻华抑制剂方面 的应用，其中所述环保酵素通过将水果和/或蔬菜，以及水、糖类，按比例放入密闭容器中 发酵而制备。
[0011] 其中，所述藻类为铜绿微囊藻、四尾栅藻和/或喙头舟形藻。
[0012] 基于上述技术方案可知，本发明的环保酵素在防治湖泊藻类水华危害方面的应用 具有如下有益效果：通过对环保酵素的制备过程及对其理化性质的分析表明，以环保酵素 为主体的藻华抑制剂具有抑制藻类生长的显著作用，有助于水生生态环境的净化和水体自 身的恢复，对水质有很好的改良作用；此外，本发明的环保酵素/藻华抑制剂的制备方法简 单、成本低廉、易于工业化操作，还可以避免出现二次污染。
【附图说明】
[0013] 图1A、1B均为未预处理的环保酵素的SEM图，其中图IA为水果酵素，图IB为蔬菜 酵素；
[0014] 图2A、2B均为离心分离后的环保酵素的SEM图，其中图2A为水果酵素，图2B为蔬 菜酵素；
[0015] 图3为本发明的水果酵素的EDX图；
[0016] 图4为本发明的蔬菜酵素的EDX图；
[0017] 图5为本发明的水果酵素的FI-IR谱图；
[0018] 图6为本发明的蔬菜酵素的FI-IR谱图；
[0019] 图7为本发明的水果酵素与蔬菜酵素的对比红外谱图；
[0020] 图8A-8F分别为本发明实验进行到第1、3、5、7、9、11天时的培养基照片；
[0021] 图9为本发明不同浓度酵素对藻密度的影响曲线图；
[0022] 图10为本发明不同浓度酵素对pH值的影响曲线图；
[0023] 图11为本发明不同浓度酵素对总氮的影响曲线图；
[0024] 图12为本发明不同浓度酵素对四尾栅藻生长的抑制柱状图；
[0025] 图13为本发明不同浓度环保酵素对四尾栅藻培养液pH值的改善作用柱状图；
[0026] 图14为本发明不同浓度酵素对喙头舟形藻生长的抑制作用柱状图；
[0027] 图15为本发明不同浓度环保酵素对喙头舟形藻培养液pH值的改善作用柱状图。
【具体实施方式】
[0028] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照 附图，对本发明作进一步的详细说明。
[0029] 本发明公开了一种环保酵素为主体的藻华抑制剂，由水果或蔬菜与水、糖类按照 一定比例发酵制成，其中由水果和水制备的环保酵素称为水果酵素，由蔬菜和水制备的环 保酵素称为蔬菜酵素。
[0030] 本发明中水果酵素的原料由多种水果的果皮、果肉等组成，优选例如由三种水果 的废弃部分构成，例如为1/3苹果皮、1/3香蕉皮和1/3橙子皮；蔬菜酵素的原料由多种蔬 菜的茎、叶等部分组成，优选例如由三种蔬菜的废弃部分构成，例如为1/3生菜、1/3白菜和 1/3空心菜。
[0031] 水可以采用天然水体中的水，例如湖水、河水等淡水；优选采用经过过滤的湖水， 作为一个优选实施例，例如采用北京玉渊潭公园经〇. 45 μ m混纤膜过滤的湖水。
[0032] 糖类可以采用常用的糖，例如红糖、葡萄糖等。
[0033] 本发明的环保酵素可以按照水果/蔬菜：湖水：糖类=1 : 2-4 : 8-12的体积 比放入带盖密闭80L塑料容器中发酵3-6个月。自开始发酵之日起一周后每天开盖放气2 小时，自开始发酵之日起2个月后密闭静置保存直至3个月发酵结束，用40目网筛过滤，取 滤后清液制备为水果/蔬菜酵素。
[0034] 对上述制备的环保酵素的理化性质进行检测分析，如图1A-15所示，主要包括环 保酵素的扫描电镜微观结构表征、元素组成分析、傅里叶红外光谱（FI-IR)、pH值、密度和 固含量。
[0035] 如图1A、1B、2A、2B所示，对环保酵素进行扫描电镜微观结构表征分析表明，其中 水果酵素和蔬菜酵素的微观形态有很大不同。水果酵素为类球形颗粒，表面有不规则的缺 陷，颗粒长约Iy m，宽约0.8 μ m。蔬菜酵素为类球形颗粒，颗粒表面为层状结构，颗粒内部 可以看到团聚在一起的粒径较小的颗粒，颗粒长约13. 3 μm，宽约8. 2 μm。蔬菜酵素的颗粒 远大于水果酵素。
[0036] 如图3、4所示，环保酵素的扫描电镜微观结构表征及EDX分析表明，水果酵素中， C : 0 : N的摩尔比约为12 : 9 : 4,蔬菜酵素中C : 0 : N的摩尔比约为6 : 7 : 1。
[0037] 环保酵素的元素组成分析表明，两种酵素的元素构成为：水果酵素为C39H 68O25N4, 蔬菜酵素为C38H68O 26N5。结果如下表所示：
[0040] 如图5、6所示，傅里叶红外光谱（FI-IR)分析表明，水果酵素在2926. 81cm 1和 2851. 99cm 1处的吸收峰归属于-CH 2_伸缩振动的特征峰，1384. 37cm 1处的吸收峰归属 于-CH3弯曲振动的特征峰。163