利用多级生物系统修复池塘养殖环境

论文摘要

池塘养殖是我国渔业发展的主要领域,在我国的渔业经济中占有举足轻重的地位,对推动我国农业产业结构调整和农村经济全面发展发挥了巨大的作用。但是,为了获取较高的经济效益,养殖者多采用高密度放养、大量施肥投饵的养殖模式,导致水质日益恶化,污染日趋严重。在贯彻落实科学发展观,发展资源节约型、环境友好型的水产养殖理念指导下,本研究建立了淡水养殖池塘的多级生物系统修复模式。在养殖池塘区域内构建由人工基质固定化微生物菌膜、浮床植物系统和沉水植物群落三部分组成的多级生物系统,通过三者的协同作用改善养殖池塘水环境,达到营养物质的多级利用,以尽可能小的资源消耗和环境成本,获得尽可能大的经济效益和社会效益,实现池塘养殖的可持续发展。通过对总氮（TN）、氨氮（NH4+-N）、硝酸盐氮（NO3--N）、亚硝酸盐氮（NO2--N）、总P（TP）、高锰酸盐指数(CODMn)、叶绿素a等水质指标的测定分析,结合水体中微生物的动态变化,同时对浮游生物进行监测,评价了利用多级生物系统在淡水养殖池塘环境修复上的功效。在池塘水体中采用弹性生物填料为人工基质,以土著微生物及外源微生物为菌源构建的池塘固定化微生物菌膜系统,可有效地实现养殖水体的原位修复。当水温为30±2℃时,以土著微生物为菌源,在水体中形成固定微生物膜的时间一般在30d左右,而外源添加以芽孢杆菌和乳酸杆菌为主的微生态制剂则成膜时间在20-30d之间,略有提前。弹性生物填料可将池塘水体中103数量级的细菌提高到菌膜上大于106的数量级,提高了千倍以上。添加外源微生物可比池塘土著微生物提高近10倍的菌体附着量。从弹性生物填料的长度来分析,水面下50cm处主要富集了硝化细菌、氨化细菌等以好氧微生物为主的菌群,菌群数量为105数量级;水面下100cm处主要富集了以反硝化细菌等兼性和厌氧微生物为主的群落,菌群数量同样为105数量级。从弹性生物填料的分布面积来看,15%试验组的水质修复效果略优于10%试验组。从对池塘养殖水体的原位修复效果来看,固定化微生物处理技术可使水体中微生物的数量提高100%以上,对水质TN、TP、NH4+-N、NO3--N、CODMn等的去除率达11.27%～90.00%。特别是池塘叶绿素a含量可下降36.90%～57.25%,对水质富营养化控制的效果良好。在池塘水体中构建以空心菜为试验植物的浮床植物系统,可显著改变池塘不同水层中的细菌（如氮循环细菌）和真菌的数量,实现不同生理类群的微生物在水体同一水层的共存,促进了水体的氮循环,加强了水体的自净功能。该系统的净化效果与浮床植物系统占水面的比例有关,占池塘面积20%的浮床植物系统在试验90d时对池塘上层水体的TN、NH4+-N、NO2--N、NO3--N去除率分别为38.8%、51.2%、49.7%和69.6%。在池塘中栽种沉水植物,对改善池塘水质、控制藻类生长繁殖等有重要的作用。实验室的研究表明,伊乐藻和篦齿眼子菜的浸提液均对斜生栅藻具有化感效应,且均呈现出“低促高抑”的现象。从两种沉水植物浸提液的抑藻效果来看,篦齿眼子菜浸提液对斜生栅藻的抑制效果较伊乐藻浸提液好。而在池塘中构建沉水植物蓖齿眼子菜修复系统,能够有效降低水体氮磷营养盐、提高水体透明度、降低浮游藻类水平。在试验90d时,占池塘面积15%的沉水植物对水体叶绿素a、TN、NH4+-N、TP和CODMn的去除率分别为63.09%、27.90%、51.61%、55.00%和41.45%。同时,从水体中浮游植物数量来看,沉水植物15%试验组藻类数量降低了34.97%,其中造成富营养化的主要藻类蓝藻和绿藻的数量仅为同期对照组的31.18%和35.33%。在池塘中构建多级生物系统,按照人工基质固定化微生物10%,浮床植物系统10%,沉水植物修复系统10%的比例在同一个池塘分区实施,从水质、微生物、浮游生物种群数量等角度分析,多级生物系统对水体的修复效果最好。在90d的试验期间内,各试验组对水体中的叶绿素a、TN、NH4+-N、TP和CODMn的去除率分别为68.07%、32.52%、70.00%、54.55%、45.93%;浮游植物生物量降低48.04%,造成水体富营养化的主要藻类蓝藻、绿藻分别为同期对照组的28.47%和29.32%;浮游动物的主要种类也由原生动物转为轮虫类、枝角类等食藻类大型浮游动物。从对该生物修复技术的经济效益分析中可以看出,利用多级生物系统修复池塘养殖环境的修复技术对淡水池塘养殖技术的改造和升级具有积极的作用,能够达到净化养殖池塘水体和发展节能减排新型渔业的目的,既保护了生态环境,又提高了经济效益,实现了环境效益、经济效益和社会效益并举,具有一定推广价值和发展前景。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 综述
• 1 我国池塘养殖的发展概况
• 1.1 我国池塘养殖的发展现状
• 1.2 我国池塘养殖现状及存在的主要问题
• 2 养殖池塘的生态系统
• 2.1 养殖池塘生态系统的特点
• 2.2 养殖池塘生态系统中的氮磷循环
• 2.2.1 养殖池塘中氮的循环
• 2.2.2 养殖池塘中磷的循环
• 3 养殖池塘生态环境的污染
• 3.1 养殖池塘的外源性污染
• 3.1.1 工业等废水、废弃物污染
• 3.1.2 农业生产及生活污水引发的污染
• 3.2 养殖池塘的内源性污染
• 3.2.1 营养性污染
• 3.2.2 水产投入品污染
• 3.2.3 底质中有机质的污染
• 4 对养殖池塘环境的生物修复
• 4.1 微生物对环境的修复
• 4.1.1 固定化微生物技术概述
• 4.1.2 固定化微生物技术在养殖水体中的应用
• 4.2 植物对环境的修复
• 4.2.1 水上农业技术改善池塘养殖环境
• 4.2.2 利用水生植物化感作用控制有害藻类
• 4.3 利用水生动物改善养殖池塘环境
• 4.4 利用多元混养模式改善养殖环境
• 5 本项目的立题依据、意义和目标
• 第二章 利用人工基质构建固定化微生物膜对池塘水体的原位修复
• 引言
• 1 材料与方法
• 1.1 试验池塘及水体
• 1.2 人工基质固定化微生物膜的构建
• 1.3 样品的采集和处理
• 1.4 试验仪器
• 1.5 试验药品
• 1.6 测定项目及方法
• 2 结果与讨论
• 2.1 不同微生物源作用下人工基质固定化微生物膜的建立
• 2.2 人工基质固定化微生物膜作用下池塘水体中微生物的动态变化
• 2.3 人工基质固定化微生物膜作用下池塘水体各水质因子的动态变化
• 3 结论
• 第三章 浮床植物系统对池塘水体微生物的动态影响
• 引言
• 1 材料与方法
• 1.1 试验池塘及水体
• 1.2 浮床植物系统的构建
• 1.3 样品的采集和处理
• 1.4 试验仪器
• 1.5 试验药品
• 1.6 测定项目及方法
• 2 结果与讨论
• 2.1 浮床植物系统对水体细菌和真菌总数的影响
• 2.2 浮床植物系统对水体中氮循环细菌的影响
• 2.3 水体中氮素的变化及与微生物的相关性
• 3 结论
• 第四章 沉水植物对池塘生态环境的修复研究
• 引言
• 1 沉水植物浸提液对斜生栅藻的化感效应研究
• 1.1 材料和方法
• 1.1.1 试验仪器
• 1.1.2 试验材料
• 1.1.3 试验方法
• 1.2 结果与讨论
• 1.2.1 藻细胞浓度与藻液光密度值的相关性
• 1.2.2 伊乐藻浸提液对斜生栅藻生长的影响
• 1.2.3 蓖齿眼子菜浸提液对斜生栅藻生长的影响
• 1.3 结论
• 2 沉水植物对养殖池塘水质的修复作用
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 试验池塘及水体
• 2.1.2 沉水植物修复系统的构建
• 2.1.3 样品的采集
• 2.1.4 试验仪器
• 2.1.5 试验药品
• 2.1.6 测定项目及方法
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 沉水植物修复系统作用下池塘水体各水质因子的动态变化
• 2.2.2 沉水植物修复系统作用下池塘水体中浮游植物的动态变化
• 2.3 结论
• 第五章 利用多级生物系统修复淡水养殖池塘环境
• 引言
• 1 材料和方法
• 1.1 试验池塘及水体
• 1.2 多级生物系统的构建
• 1.2.1 人工基质固定化微生物膜的构建
• 1.2.2 浮床植物系统的构建
• 1.2.3 沉水植物修复系统的构建
• 1.3 样品的采集
• 1.4 试验仪器
• 1.5 试验药品
• 1.6 测定项目及方法
• 2 结果与讨论
• 2.1 多级生物系统作用下池塘水体各水质因子的动态变化
• 2.2 多级生物系统作用下池塘水体中微生物的动态变化
• 2.3 多级生物系统作用下池塘水体中浮游生物的动态变化
• 2.4 本研究的经济效益分析
• 3 结论
• 第六章 全文结论
• 1 研究内容及结论
• 2 存在问题及改进思路
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录