紫根鳳眼蓮及源頭淨化藻型化富營養汙染水體技術的製作方法

2023-08-03 14:50:31

專利名稱：紫根鳳眼蓮及源頭淨化藻型化富營養汙染水體技術的製作方法
技術領域：
本發明屬於中國生物技術誘導調控表達在治理藻型化富營養湖泊汙染水體的綜合系統應用。本發明紫根鳳眼蓮是由普通鳳眼蓮經中國生物技術表型誘導調控表達技術誘導調控多年研究培育產生的形態巨大量變功能極大強化甚至質變的用於快速形成強勢龍頭生物種群源頭治理世界性難題藻型化富營養水體內源有機互作惡性循環動態汙染新途徑的新種質材料和相關治理模式。
背景技術：
本發明利用植物抗逆性強度與根長、根量大幅度增加和根活性成正比，與地上部高度和生物量成反比的基本自然規律特性，在提超強抗逆表達為條件的有機互作表達條件下，經過雲南省生態農業研究所那中元等獨創的中國生物技術——作物表型誘導調控表達技術在鳳眼蓮上的研究應用，根據鳳眼蓮根系是淨化汙水的有效部分，比水上部分柄葉等淨化能力分別可高達數倍至數十倍的特點，經反覆誘導調控研究，找到了極大強化普通鳳眼蓮抗逆特性超表達的方法，經五年的研究培育形成了新種質材料紫根鳳眼蓮，又經三年在滇池、陽宗海、太湖的實驗室和實地試驗研究，證明了新種質材料紫根鳳眼蓮的廣泛適應性、強大淨化汙水能力生態可控性和恢復水生生態系統有效性。

發明內容
本發明紫根鳳眼蓮外形發生了極大的變化，與普通青年期鳳眼蓮相比，柄長極大縮短，僅有5-15cm左右，僅為普通鳳眼蓮正常柄葉長度的1/20-1/5，葉片也明顯變小變厚變亮。而根系長度卻可達到50cm至Im以上，且根系顏色以紫色、紫紅色為主。紫根鳳眼蓮淨化汙染功能得到了極大的強化，淨化不同汙染物的能力比普通鳳眼蓮增加了數倍至數十倍，根據江蘇大學觀天普通鳳眼蓮實驗室試驗，TN由18mg/L降為 3. 6mg/L，平均每天削減量為0. 51mg/L，而紫根鳳眼蓮在太湖重藻區十八灣的試驗，20天將 TN由77. 2mg/L降為8. 54mg/L,平均每天削減TN3. 4mg/L,紫根鳳眼蓮自然條件實地削減TN 的能力比普通鳳眼蓮在實驗室削減TN的能力還要高出約6. 5倍。而普通鳳眼蓮在自然條件實地削減TN的速率還遠遠低於實驗室的速率。普通鳳眼蓮無論是在實驗室還是在自然水域都沒有能將TN、TP削減到III類和優於III類水質的報導，而紫根鳳眼蓮在實驗室和有一定分隔條件的自然水域，都能將一般劣V類水迅速淨化為III類和優於III類甚至有的指標達I、II類水的優質水。普通鳳眼蓮只能有限地抑制藍藻，甚至在種植普通鳳眼蓮當年因沒有形成長時間對水面的鬱閉的共同抑藻作用時，藍藻不但得不到抑制反而比非種植區水華更重。普通鳳眼蓮更沒有直接降解藍藻的能力。而紫根鳳眼蓮不但能快速抑制各種濃度的彌散水華藍藻並能將其迅速降解，14-20天使各種不同含藍藻量的水體，包括高達178億/L的特種含藻水，藍藻削減量都能達到99. 9%，是普通鳳眼蓮的數十倍以上。
紫根鳳眼蓮在基本生存條件具備有適宜的光照條件情況下，不僅不消耗水中溶氧，還有增加水中溶氧的普遍現象。由於形態和功能強化乃至質變的條件，紫根鳳眼蓮的根系不僅基本上不會形成二次汙染，而且還能為促進水生生態系統迅速恢復的小魚小蝦等提供良好的棲息繁殖的環境條件，形成小魚小蝦高密度環境生存場所；此外，紫根鳳眼蓮生長期根系不僅不腐爛不形成二次汙染，即使在水上部柄葉乾枯後三至四個月，根系在水中仍然不腐爛，而且還有明顯的抑制藍藻作用。而普通鳳眼蓮都要消耗水中溶氧，根系在生長過程中就會開始發臭，形成二次汙染，生長期稍長因根系汙染極難見魚蝦群棲生存。紫根鳳眼蓮由於柄短葉小，根長根多，根活性高，根面效應顯著，抗逆性顯著增強， 因此不僅削減富營養物及有毒有害物質能力極強，也能對重度藻型化富營養水體的快速淨化有效，且繁殖速度低於普通鳳眼蓮，也是由於抗逆性增強，對營養物的利用效率也顯著增強，在貧營養水中的存活能力又遠遠強於普通鳳眼蓮。長根小柄葉使紫根鳳眼蓮抗風浪能力顯著增強，簡易圍養時的安全防逃性又可顯著提高，衰老和削減汙染物功能降低需捕撈時，因根系乾淨無味且量大，水容易自然流出，打撈後易於運輸和後續分別處理利用。本發明經過五年的培育淨化研究和三年多在陽宗海、滇池乃至太湖(五裡湖)等地至2010年12月5日經過了實驗室和自然條件實地試驗驗證其功效。經實驗室試驗，紫根鳳眼蓮對重金屬、毒物等的吸附能力極強，2008年震驚中國的陽宗海水質砷汙染事件，經陽宗海汙染源譚葛營取水樣含砷量為0. 138mg/L，經處理三天後含砷量降為0. 043-0. 040mg/L，6天後分別達到可飲用水(0. 04mg/L)的0. 04mg/L和 0. 0:3mg/L，6天內除砷率高達71%和78. 3%，效果極為顯著。而對含砷量高達25. 2mg/L的極毒水，4天內每日每克乾重最大吸收量可達5. (Mmg，是「吸毒之王」蜈蚣草的約52倍，且無二次汙染。此外，紫根鳳眼蓮的幹根粉也能迅速削減水中的砷等有毒汙染。2009年8月1日、6日至19日使西華溼地1、2號隔離塘的滇池劣V類水由藻生物量11890萬個/L下降為53萬個/L和7. 1萬個/L，TN由8. 25mg/L和6. 98mg/L下降為 0. 54mg/L 和 0. 4mg/L, TP 由 0. 89mg/L 和 0. 85mg/L 下降為 0. 043mg/L 和 0. 02mg/L,氨氮由 0. 96mg/L 和 0. 91mg/L 下降為 0. 21mg/L 和 0. 14mg/L,在 14-20 天去除藍藻率達 99. 5%和 99. 9%，去TN率達93. 5%和92. 3%，去TP率達95. 2%和96%，去氨氮率達78. 禾口 84%, 從而使水體變為優於III類水接近II類水，水質清澈見底，水生生態系統開始恢復，始見小魚、小蝦。2010年12月10日，「中國-紐西蘭外來物種控制與管理研討會」的紐西蘭環保部部長及中國環保部、環科院等國內外與會專家代表考察該治理約一年半後的水域，紐西蘭專家用直徑25cm網兜，在約Im2紫根鳳眼蓮下水域連續6次在6個點快速插入起撈，每次都撈起6-7隻小蝦、小魚，這不僅顯示了該治理水域紫根鳳眼蓮無二次汙染，還展示了其能為水生動物良循環構建的良好棲息繁殖場所效果。中國藍藻汙染最重在滇池，滇池藍藻最重汙染在滇池大壩，而在滇池大壩旁汙染更重的二十畝滇池最濁臭，B0D、C0D分別達25^iig/L、19;3mg/L、藍藻含量達178億/L的自然水體治理實踐中，2009年9月14日開始投放紫根鳳眼蓮，10月沈日檢測，14天使藍藻含量由178億/L下降為0. 132億/L和0. 063億/升，減少99. 7%和99. 9%，水體變清臭味消除；2010年1月14日檢測，TN由原22. 9mg/L及由藍藻迅速降解釋放增加的高於90mg/L下降為10mg/L和11. 3mg/L，TP由總計10. 03mg/L下降為0. Umg/L，減少了 98%，氨氮由共計 23. lmg/L 下降為 0. 57mg/L 和 0. 46mg/L，減少了 95. 69%和 96. 49%。經 2009 年 9 月底至12月治理，12月下旬水上部凍枯，至2010年12月18日，該水域被當地有關部門重新處置為止，不僅除與高富藍藻的滇池大壩兩交互作用口以外，99 %的水面已不見藍藻，且無藻區水質清澈見底，已有少量小蝦、小魚。說明紫根鳳眼蓮對藍藻不僅有快速抑制降解作用， 還可有相對較長時期的抑制作用。2010 年 11 月 1 日至 21 日，在太湖十八灣含 NA3-N1. 96mg/L、TN、TP6. 21mg/L、藻生物量42311萬/L的藍藻富集區投放紫根鳳眼蓮20天後，水中汙染物顯著減少，NA3-N降為0. 53mg/L,TN由原77. 2mg/L降為8. 54mg/L,TN減少量達到了 V類水的34. 3倍、TP降為 0. 41mg/L、藻生物量降為1963萬/L。去NA3-N率達72. 9%、去TN率達88. 9%、去TP率達 93.4%、去藻生物量率達95.4%。2010年11月15日至12月5日，鳳眼蓮已經在活性低限條件下，江南大學用4種蠡湖水質投放紫根鳳眼蓮實驗，20天略劣於V類水組TN由2. Hmg/ L 降為 0. 23mg/L，TP 由 0. 447mg/L 降為 0. 029mg/L，平均 TN 由 1. 43mg/L 下降為 0. 22mg/L、 TP 由 0. 349mg/L 下降為 0. 026mg/L、SS 由 34. 7mg/L 下降為 6. 45mg/L, TN 已接近地表 I 類優質水，TP也已接近地表II類優質水。上述滇池、太湖研究和實地試驗證明，紫根鳳眼蓮淨化水汙染具有廣泛的地域和水質、環境條件適應性，特別對於長三角鹼性化水質的淨化汙染作用效果更加顯著，該技術為內源源頭快速治汙闖出了新路。紫根鳳眼蓮還能對水中有害細菌有顯著的殺滅功能。
具體實施例方式在大面積汙染水域以集中強勢龍頭生態淨化系統為基礎，以「遊擊交互作用為先驅，梯次推進擴大鞏固好水區為根據地」的治理方針，以「分力消浪，降浪減擾，調控強化」為治理策略，浮水生態植物做過渡生態系統為引導，「重力垂直式」快速種活沉水植物，使水生系統良循環為保證。紫根鳳眼蓮投放比例本發明在治理藻型化富營養水汙染過程中，根據不同的汙染程度，投放密度可分別為水面1/4、1/2、3/4至85%，對營養物略劣於V類、藻生物量1億 /L左右的水體，紫根鳳眼蓮在正常生長的溫度、光照範圍內，實驗室10天左右，可相對封閉自然水域一般20天至一個月就可使有效淨化區的水質達到或者優於優質III類水效果。在水體無明顯交互作用條件情況下，鳳眼蓮保持面積只需佔水面1/10-1/8最多不超過1/4的條件下，即可使水質保持已治理的效果，其無汙染根系可成為小魚、小蝦等水生動物構建過渡時期的良好棲息繁殖場所；由於水質清澈，富營養物含量已經很低，抑制水生生物生長的藍藻已得到有效控制，不會再對沉水植物和水生動物產生不良影響。因此，沉水植物可迅速恢復和人工種植迅速恢復，快速達到自然良循環的效果，從而使已治理好的水體長期穩定鞏固。治理原則以重汙染區岸邊為治理基礎起點，集中用紫根鳳眼蓮為強勢生態系統龍頭種群，在相對足夠面積區域建立優勢性生態系統，快速抑制削減區域內水體中的藍藻和富營養等各種汙染物，由於三湖等大水域不僅存在自然的汙水向優質水區域擴散汙染的交互作用，還因風浪、水流、及其他水動力條件加速加大汙染水向優質水區擴散的交互作用區，又由於汙水可不斷被優質水淡化汙染作用，因此這種交互作用區雖然可以很大，但也總是相對有一定限度的。治理區域內的治理速率相對越快，水動力促使水交換能力越低，可交互作用區就可相對顯著減少，非交互作用影響的有效治理區達優質III類和優於III類水質區域比例就可相對增大，因此治理面積必須遠大於交互作用區面積，並儘可能提高治理區淨化水質的速率，才可使遠離自然交換和擾動交換的有效治理區域水質儘快達到III類和優於III類。在能見度快速提高的優質水區域，在水深不超過2. 5m左右區域同步用「重力垂直法」種好沉水植物，儘快恢復水底生態系統良循環。並以這些治好達標又能恢復沉水植物和水生生態系統良循環的水域為「根據地」，將紫根鳳眼蓮梯次向未治理汙染區推進， 不斷擴大新「遊擊區」，擴大鞏固「根據地」，使治理並鞏固好的好水區域根據地穩步、快速擴大，最後達到全汙染水域治好的目的。在風浪較大水域，以楔形尖角對主風向的浮式防逃圍網形成「分力消浪」 「降浪減擾」方式削減風浪，減少風浪擾動等引起的水動力改變汙染水侵染治理區域產生交互作用的壓力。「重力垂直法」種植沉水植物的方法，是根據水深與能見深度，保證是所要種沉水植物莖長落入底泥還可達見光區，並用一定潮溼度膠泥包裹根上根莖部，無根則包裹莖底 3cm以上部位，利用膠泥重量，保證根系或莖下部與底泥有效接觸約15-20天，原根系長穩， 無根莖長新根扎入底泥，溼膠泥經過一定時間就自然溶於底泥中。比如水深2. 5m，能見度 1. 5m，則沉水植物有效莖長應至少lm，或略長於lm，保證植入水中後就能立即進行生物競爭快速生根長莖葉。在紫根鳳眼蓮對不同面積水域的治理過程中，為了使其在相當長的時間內保持高效抑藻降藻削減富營養物的速率特性，還可酌情在不同需要繼續使用不同濃度、不同用量的誘導調控技術。比如，在高溫、長光照條件下，可使用400至600 (800)倍的誘導調控劑葉面噴施；在溫度稍低、光照時間稍短的條件下，可以使用1200倍至2000倍的誘導調控劑葉面噴施；在溫度更低、光照更短的接近普通鳳眼蓮有效生長低限溫度條件時，又可使用600 至800倍的誘導調控劑葉面噴施。經過不同條件情況使用不同濃度的誘導調控劑的進一步誘導調控，可以使紫根鳳眼蓮長時間保持高活性高效率淨化汙染水體的功能效果。
權利要求
1.一種根據不同生育時期根色為紫色紫紅色為主根長與柄葉比可為1 1至20 1 和更高比例且根系生長量大名為紫根鳳眼蓮的新種質材料。
2.在適宜生長條件下根系能增加水中溶氧使根面效應充分參與高效淨水功能長壽命根不易腐爛基本無二次汙染能構建過渡時期水生生態系統為小型水生動物提供理想的棲息繁殖場所。
3.在適宜生長期10-20天就能將數千萬/L至178億/L懸浮水華藍藻快速抑制並降解掉99. 9%以上使濁臭水快速無異味變清。
4.在重度藻型化TN達近百mg/L富營養水中正常生長快速削減汙染物又能在貧營養水中基本正常生長進一步削減營養及各種汙染物的特性。
5.根系不僅生長期具有能快速削減水中嚴重超標有毒物砷等為可飲用水的功能幹根及粉也具有快速淨化水中超標有毒物砷等及抑制藍藻的功能。
6.調控保持高效削減水中藻類和富營養物等汙染物的葉面噴霧方法。
7.分力消浪降浪減擾的防逃浮式圍網減少擾動交互作用遊擊區為先驅梯次推進擴大鞏固治好達III類和優於III類水質水域為根據地的治理模式。
8.重力垂式快速種植成活沉水植物快速恢復水生生態系統的方法。
全文摘要
本發明紫根鳳眼蓮及源頭淨化藻型化富營養汙染水體技術使原普通鳳眼蓮低效部分的柄長大幅度縮短、減少；淨化汙染的有效部分根係數倍增多，根長、根量大幅度增加，根色變為紫、紫紅為主；並使原消耗溶氧功能質變為相對適宜條件下可增加溶氧，從而使強大的根面效應共同作用，數倍數十倍提高了淨化不同汙染物的能力，基本無二次汙染。配以適當的調控管理模式，能迅速將重藻型化富營養水體的彌散和水華藍藻吸附、抑制並降解，使水體消臭消濁變清，源頭解決了藻型化富營養水體動態有機互作惡性循環汙染的治理難題和水生生態系統恢復良循環難題。使汙水較快淨化達優於III類優質水。本發明還涉及「分力消浪、強勢淨化、遊擊區為先驅梯次推進、鞏固擴大好水根據地，重力垂直式種好沉水植物」等技術。
文檔編號A01H5/00GK102524084SQ201010623740
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月26日 優先權日2010年12月26日
發明者楊紅軍, 那中元, 那郅燁 申請人:楊紅軍, 那中元, 那郅燁