生物膜净水栅搭配水生植物浮床修复池塘水环境的方法

摘要

本发明属于水环境修复技术领域，公开了一种生物膜净水栅搭配水生植物浮床修复池塘水环境的方法，池塘长方形，水泥护坡，底质砂壤土；采取混养模式；将尼龙栅填料系结于绳索后垂直悬挂于池塘水面下，水面以上两端用木桩固定在池埂，水面中间部分用泡沫浮球支撑；浮床用绳索固定在池塘中央；在陆地上播种空心菜种子，空心菜培植后移栽到浮床，空心菜长满浮床后及时进行收割，收割好的空心菜直接丢入投饵台附近喂鱼；投喂草鱼全价配合饲料；施用复合型芽孢杆菌，施用EM菌调节水质。实现了对养殖池塘水质的生态净化和修复，大幅提高了养殖水体的安全性、稳定性和饲料的利用率，加上生物浮床上栽种的空心菜收割后用来喂鱼，节省了饲料成本。

说明书

技术领域

本发明属于水环境修复技术领域，尤其涉及一种生物膜净水栅搭配水生植物浮床修复池塘水环境的方法。

背景技术

目前，最接近的现有技术：淡水养殖是中国水产养殖的主要形式和水产品供应的重要来源，据统计，2018年全国淡水养殖面积514.646万公顷，占水产养殖总面积的71.58％，淡水养殖产量2959.84万吨，占全国水产品养殖总产量的59.3％。然而随着人们盲目追求高利润，中国传统池塘水产养殖的各种问题逐渐显现，主要表现为：高密度养殖、大量投喂饲料与滥用渔药，导致鱼体排泄物、残留饵料和残留渔药等污染物大量聚集池底，不仅引起池塘自身水质恶化、病害频发，而且因为通过大量换水来更替污染水体，导致临近水域富营养化，生态系统遭受破坏。因此，开发一种成本低、污染小、修复能力强等特点的池塘水环境修复方法就显得尤为重要了。

目前，中国水产养殖水环境修复技术及其特点主要包括：

1、物理修复法。利用物理作用去除养殖水体中的悬浮物或其它水生生物，如野杂鱼、浮游动物、水草等，处理方法包括曝气、过滤、沉淀、吸附等，其处理过程不会改变污染物的化学性质，但是避免了水体中有毒物质积累。物理修复法的缺点是工程量大，投入的人力物力成本非常高。

2、化学修复法。利用化学作用促使养殖水体中污染物中和、沉淀和氧化还原等，处理方法包括在水体中加入氧化剂、络合剂、消毒剂等化学药剂。化学修复法的缺点是成本较高、作用不稳定、副作用大、容易造成二次污染。

3、生物修复法。包括植物修复法、动物修复法和微生物修复法，主要利用植物、动物、微生物的吸收、吸附、转化来降解水体中的毒害物质和控制藻类，具有操作简便、成本低廉、副作用小、修复效果良好和适用范围广等特点，目前成为池塘水产养殖环境控制的研究前沿与热点。

本发明专利中，应用的生物修复方法如下：

(1)微生物修复法：生物膜净水栅是由线性尼龙栅栏垂直填料构在两根绳索中，作为微生物群落的载体形成生物膜，生物膜通过与空气、水充分混合转化和降解养殖过程中产生的污染物，具有结构简单、成本低廉、操作简便、占用空间小、处理效率高等优点。

(2)植物修复法：水生植物浮床是利用生物浮床在水面上种植蔬菜等植物，通过植物根系吸附、吸收和转换水体中过剩的营养物质，水生植物还可以供鱼类食用，起到改良水质、节约成本、美化景观的作用。

(3)动物修复法：通过合理放养鲢、鳙等滤食性鱼类，抑制藻类的生长，防止水体富营养化，放养的草鱼、三角鲂等食草性鱼类，食用种植的空心菜，实现了资源循环利用，一定程度上节省了饲料成本。

目前，国内单独采用生物膜净水栅或水生植物浮床对池塘养殖水质改良效果等方面已有相关报道，但是综合利用生物膜净水栅和水生植物浮床搭配修复池塘水环境方面的研究未见文献报道。究其原因，物理和化学修复法具有简便快捷等特点，但是成本高，并会产生一些后遗症，因此目前水产养殖中常用的修复方法是生物修复法，而受生产成本、经营规模、理论知识和养殖理念等的影响，养殖者往往单独使用某一种生物修复方法来调控水质，忽视了池塘的自我净化和缓冲能力是有限的，水质因子之间是相互关联的，尤其是随着养殖的深入，当放养密度、饵料投喂和渔药使用等干预因子超过了池塘的负荷时，就会造成水质和底质的恶化。

综上所述，现有技术存在的问题是：目前综合利用生物膜净水栅和水生植物浮床搭配修复池塘水环境方面的研究未见文献报道。

解决上述技术问题的难度：一是单独使用动物修复方法放养密度至关重要，密度太小难以抑制藻类生长，密度过大会与主养鱼类争夺食物，且增加代谢物排放，加重水体负荷，该方法在虽然精养殖池塘中适用性一般，不稳定因素较多，但是方法简单、成本低廉，还能产出副产品，因此常常应用在混养池塘养殖中；二是单独使用植物修复方法占用水面大、处理时间长、季节影响明显、可供选择的植物有限，该方法虽然和精养池塘高效率、高收益的要求有所差距，但是在夏秋季节去除养殖池塘氮磷含量效果是其它方法无法比拟的，常作为辅助方法调节精养池塘水质；三是单独采用微生物修复方法，养殖前期，从生物膜净水栅下塘到微生物培养，直到生物膜的慢慢形成，这一过程需要一定的时间，有益微生物受环境波动的影响较大，效果不稳定，它只是将水环境中的有害物质转化为无害物质，并不能将过多的营养盐从水体中去除，常常作为大水面精养池塘水质调控的主要方法。

解决上述技术问题的意义：本发明专利利用生物膜净水栅搭配水生植物浮床修复混养池塘水环境，结合了动物修复法、植物修复法和微生物修复的优点，互补了单一方法的缺点，生物膜净水栅的使用大幅缩小了水生植物的种植面积，无法去除的营养盐被水生植物吸收，转化为供鱼类食用的空心菜，生物凝絮作用产生的生物絮团被鱼类大量食用，混养鱼类的放养密度就可以根据实际情况来灵活调整了。通过生物膜净水栅搭配水生植物浮床的综合作用下，草鱼混养池塘养殖过程中水体中生产者群体数量稳定，藻类群落结构趋于丰富，蓝藻优势得到控制，减少了有毒有害物质的产生，为有益藻类的生长繁殖提供了良好的环境，有助于降低养殖鱼类的发病率，并节约部分饲料成本。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种生物膜净水栅搭配水生植物浮床修复池塘水环境的方法。

本发明是这样实现的，一种生物膜净水栅搭配水生植物浮床修复池塘水环境的方法，所述生物膜净水栅搭配水生植物浮床修复池塘水环境的方法包括以下步骤：

第一步，池塘长方形，水泥护坡，底质砂壤土，每口池塘配备叶轮式增氧机一台；

第二步，采取混养模式，养殖品种有草鱼、三角鲂、丰产鲫、斑点叉尾鮰、鲢和鳙；

第三步，将尼龙栅填料系结于绳索后垂直悬挂于池塘水面下，水面以上两端用木桩固定在池埂，水面中间部分用泡沫浮球支撑；浮床用绳索固定在池塘中央；

第四步，在陆地上播种空心菜种子，空心菜培植后移栽到浮床，空心菜长满浮床后及时进行收割，收割好的空心菜直接丢入投饵台附近喂鱼；

第五步，投喂草鱼全价配合饲料，日投喂2次，每半个月抽样检查一次鱼体生长情况，及时调整投喂量；施用市面购买的复合型芽孢杆菌，生物膜净水栅上基本形成菌膜后停止使用，施用EM菌调节水质。

进一步，所述第一步还包括：池塘6口，每口池塘面积5×667m

进一步，所述第二步还包括：采取混养模式，根据养殖品种不同食性和栖息习性，放养草鱼、三角鲂、丰产鲫、斑点叉尾鮰、鲢和鳙，放养密度2000尾/667m

进一步，所述第二步还包括：草鱼200g/尾，密度650尾/667m

进一步，所述第三步还包括：为保证生物膜净水栅的稳固性，更好的吸附水中的悬浮有机物、颗粒有机物、有机碎屑等，并尽快形成生物膜，吸收和转化水体中的氨氮、磷等有害物质，生物膜净水栅由两根绳索固定，绳索中间系结材质为聚酰胺的线性尼龙栅，每条净水栅长25m，高1m；每667m

进一步，所述第三步还包括：为了方便水生植物的种植和收割管理，水生植物浮床框架由直径75cm的PVC管胶粘连接，规格2m×1m，内部用尼龙扎带固定2层聚乙烯网片，上层网目2cm，下层网目0.5cm，浮床用绳索固定在池塘中央，距离岸边10m，每口池塘安放浮床16个，占总水面的1％。

进一步，所述第四步还包括：4月中上旬在陆地上播种空心菜种子，待空心菜培植到高20cm以上，根系5cm时移栽到浮床，保持株距30cm；空心菜长满浮床后及时进行收割，收割时切口离水面不少于5cm，便于空心菜再次生长，并将生物膜净水栅已经转化成无害物质，但无法去除的营养盐吸收。

进一步，所述第五步还包括：投喂草鱼全价配合饲料，日投喂2次，每半个月抽样检查一次鱼体生长情况，便于及时调整投喂量；除加注因池塘渗漏和蒸发损失的水之外，不再换水。

进一步，所述第五步还包括：5月份选择晴天上午10：00每周施用复合型芽孢杆菌0.5g/m

进一步，所述物膜净水栅搭配水生植物浮床修复池塘水环境的方法还包括：生物膜净水栅和水生植物浮床安装前，采集水样，记录相关参数和检测一次本底水质指标；生物膜净水栅和水生植物浮床安装后的第7天及以后每7天检测一次pH和DO值，第15天及以后每15天测定一次NH

综上所述，本发明的优点及积极效果为：本发明采用设置生物膜净水栅搭配水生植物浮床对比实验的方法，在6口草鱼混养池塘开展水质修复效果和养殖效益的研究。结果显示，在7个月的养殖期间，试验组pH值和DO值分别高于对照组3.89％、7.89％(P＞0.05)，NH

与现有技术相比，本发明具有以下优势：

(1)养殖水质修复效果，微生物通过在生物膜净水栅线性尼龙填料上附着、拦截、繁殖能够形成生物膜，生物膜上聚集生长着数量庞大的细菌与异养菌是养殖水体中氨氮化合物、磷的主要吸收者和转化者，由于生物膜净水栅的线性尼龙填料能够吸附水中的悬浮有机物、颗粒有机物、有机碎屑等，并与附着在其上的细菌、藻类和原生动物等共同形成生物絮团，通过生物絮凝的形式，水体中的氨氮转化成异养细菌的生物量、磷同化为自身结构或转化为稳定的矿化组织被去除，空心菜在生长过程中需要大量吸收水体中的氮、磷等元素，并以蔬菜的形式将过剩营养物质移出水体，其发达的根系为硝化菌和反硝化菌等微生物提供了巨大的附着面，有利于好氧、厌氧和兼性厌氧微生物提供生存条件，细菌的硝化和反硝化作用会吸收水体中的亚硝酸盐氮和氨氮，生物膜和空心菜上附着的微生物也是有机物的高效分解者，能够降低水体中的COD。因此，在生物膜净水栅和水生植物浮床的共同作用下，试验组NH

(2)浮游植物调控效果，试验组生物膜净水栅填料上微生物的大量繁殖，浮床空心菜生长过程中对营养盐的竞争性抑制、根系附着微生物的降解和以藻类为食的小型动物的栖生等，抑制了藻类的生长，藻类密度显著低于对照组29.39％，蓝藻相对密度极其显著低于对照组71.38％。藻类的光合作用使水体pH值升高，呼吸作用则使pH值下降，而光合作用消耗CO

(3)养殖产量调控效果，本试验结果表明，通过生物膜净水栅搭配水生植物浮床调控草鱼混养池塘的水质，水体中的分解者得到强化，生产者进一步扩大，试验组各项水质参数均在正常范围内，且显著低于对照组，促进了鱼体的生长，提高了成活率，试验组每667m

附图说明

图1是本发明实施例提供的生物膜净水栅搭配水生植物浮床修复池塘水环境的方法的流程图。

图2是本发明实施例提供的试验期间试验组与对照组NH

图3是本发明实施例提供的试验期间试验组与对照组NO

图4是本发明实施例提供的试验期间试验组与对照组COD浓度动态变化示意图。

图5是本发明实施例提供的试验期间试验组与对照组TP浓度动态变化示意图。

图6是本发明实施例提供的试验期间试验组与对照组藻类密度动态变化示意图。

图7是本发明实施例提供的试验期间试验组与对照组蓝藻相对密度动态变化示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种生物膜净水栅搭配水生植物浮床修复池塘水环境的方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的生物膜净水栅搭配水生植物浮床修复池塘水环境的方法包括以下步骤：

S101：池塘6口，每口池塘面积5×667m

S102：采取混养模式，养殖品种有草鱼、三角鲂、丰产鲫、斑点叉尾鮰、鲢和鳙，放养密度2000尾/667m

S103：将尼龙栅填料系结于绳索后垂直悬挂于池塘水面下约10cm处，底端距池底30cm左右，水面以上两端用木桩固定在池埂，水面中间部分用泡沫浮球支撑；浮床用绳索固定在池塘中央；

S104：在陆地上播种空心菜种子，待空心菜培植到高20cm以上，根系约5cm时移栽到浮床，保持株距30cm左右；空心菜长满浮床后及时进行收割，收割好的空心菜直接丢入投饵台附近喂鱼；

S105：投喂草鱼全价配合饲料，日投喂2次，每半个月抽样检查一次鱼体生长情况，及时调整投喂量；施用复合型芽孢杆菌0.5g/m

下面结合试验对本发明的技术方案作进一步的描述。

复合型芽孢杆菌为市面购买，本试验池塘6口，每口面积5×667m

1材料与方法

1.1生物膜净水栅和水生植物浮床设置

生物膜净水栅由两根绳索固定，绳索中间系结材质为聚酰胺的线性尼龙栅，每条净水栅长25m，高1m。每667m

水生植物浮床框架由直径75cm的PVC管胶粘连接，规格2m×1m，内部用尼龙扎带固定2层聚乙烯网片，上层网目2cm，下层网目0.5cm，浮床用绳索固定在池塘中央，距离岸边10m左右，每口池塘安放浮床16个，约占总水面的1％。

1.2养殖品种与搭配比例

采取混养模式(表1)，主要养殖品种有草鱼、三角鲂、丰产鲫、斑点叉尾鮰、鲢和鳙，放养密度2000尾/667m

表1养殖品种与搭配比例

1.3试验时间、地点和池塘准备

试验时间为2018年5月－11月，试验地点位于赣州市水产研究所科研基地。试验池塘6口，每口池塘面积5×667m

1.4水生植物栽种和管理

4月中上旬在陆地上播种长速快、草鱼喜食、有一定经济价值的空心菜种子，待空心菜培植到高20cm以上，根系约5cm时移栽到浮床，保持株距30cm左右。空心菜长满浮床后及时进行收割，收割时切口离水面不少于5cm，以便下一茬空心菜的生长，收割好的空心菜直接丢入投饵台附近喂鱼。

1.5养殖管理

养殖过程中坚持“四定”原则投喂草鱼全价配合饲料，日投喂2次，每半个月抽样检查一次鱼体生长情况，及时调整投喂量。试验期间除加注因池塘渗漏和蒸发损失的水之外，不再换水。5月份选择晴天上午10：00左右每周施用复合型芽孢杆菌0.5g/m

1.6水样采集和检测

水样采集，记录参数和检测水质指标方法参照表2。生物膜净水栅和水生植物浮床安装前，采集水样，记录相关参数和检测一次本底水质指标。生物膜净水栅和水生植物浮床安装后的第7天及以后每7天检测一次pH和DO值，第15天及以后每15天测定一次NH

表2水质监测方法

2结果

2.1水质指标

由表3和图2、图3、图4、图5可知，试验开始前池塘主要水质因子的本底浓度在试验组与对照组之间均没有显著差异(P＞0.05)，表明试验开始前两组池塘的水质条件基本一致。试验期间，试验组水温和对照组基本相同，pH值和DO值分别高于对照组3.89％、7.89％，但差异不明显(P＞0.05)。试验组NH

表3水质指标情况对照表

2.2浮游植物动态变化

如表4和图6、图7所示，试验开始前浮游植物本底值在试验组与对照组之间均没有显著差异(P＞0.05)。试验期间，试验组藻类生物多样性指数高于对照组9.51％，但差异不显著(P＞0.05)。试验组藻类密度显著低于对照组29.39％(P＜0.05)，蓝藻相对密度极其显著低于对照组71.38％(P＜0.01)，藻类生物均匀度指数显著高于对照组20.83％(P＜0.05)。

表4浮游植物动态变化情况对照表

2.2养殖效益

表5、表6数据显示，试验组养殖成活率、产量分别显著高于对照组5.68％、20.39％(P＜0.05)，饲料系数显著低于对照组9.95％(P＜0.05)。

表5养殖结果统计表

表6养殖效益情况对照表

2.3养殖水质修复效果

草鱼是中国著名的“四大家鱼”之一，也是水产养殖第一大品种，2018年产量达到550.43万吨，占淡水养殖产品产量的18.60％，但是由于缺乏科学的种业规划、养殖技术更新缓慢和管理不到位等原因，导致养殖过程中产生的残饵、渔药和代谢废物等在水体中不同程度表现出高氨氮、低溶氧、悬浮物增多等现象，从而引起水质恶化、有机物沉积等环境污染问题，给水质管理带来了诸多不利。养殖密度过大和管理不当，容易引起水体中的氨氮、亚硝酸盐氮和化学需氧量含量升高，非离子态氨达到一定浓度，会影响鱼体的生长发育，亚硝酸盐氨超标会削弱鱼类血液载氧能力，导致呼吸困难，摄食量减少，化学需氧量过高，表明水体中有机污染物增多，有机污染物分解时会消耗溶解氧，引起养殖鱼类缺氧，甚至暴发性死亡。微生物通过在生物膜净水栅线性尼龙填料上附着、拦截、繁殖能够形成生物膜，生物膜上聚集生长着数量庞大的细菌与异养菌是养殖水体中氨氮化合物、磷的主要吸收者和转化者，由于生物膜净水栅的线性尼龙填料能够吸附水中的悬浮有机物、颗粒有机物、有机碎屑等，并与附着在其上的细菌、藻类和原生动物等共同形成生物絮团，通过生物絮凝的形式，水体中的氨氮转化成异养细菌的生物量、磷同化为自身结构或转化为稳定的矿化组织被去除，空心菜在生长过程中需要大量吸收水体中的氮、磷等元素，并以蔬菜的形式将过剩营养物质移出水体，其发达的根系为硝化菌和反硝化菌等微生物提供了巨大的附着面，有利于好氧、厌氧和兼性厌氧微生物提供生存条件，细菌的硝化和反硝化作用会吸收水体中的亚硝酸盐氮和氨氮，生物膜和空心菜上附着的微生物也是有机物的高效分解者，能够降低水体中的COD。因此，在生物膜净水栅和水生植物浮床的共同作用下，试验组NH

2.4浮游植物调控效果

生物膜净水栅上大量微生物的存在使得细菌的竞争力更强，从而对浮游藻类的生长繁殖产生一定影响，降低藻类的密度，水生植物跟浮游藻类在光能和营养的利用上是竞争者，由于水生植物体积大、生长周期长和吸收养分能力强，以及根系着生浮游动物、软体动物等小型动物的原因，能够很好的抑制藻类生长。本试验中，试验组生物膜净水栅填料上微生物的大量繁殖，浮床空心菜生长过程中对营养盐的竞争性抑制、根系附着微生物的降解和以藻类为食的小型动物的栖生等，抑制了藻类的生长，藻类密度显著低于对照组29.39％，蓝藻相对密度极其显著低于对照组71.38％。藻类的光合作用使水体pH值升高，呼吸作用则使pH值下降，而光合作用消耗CO

2.5养殖产量调控效果

本发明结果表明，通过生物膜净水栅搭配水生植物浮床调控草鱼混养池塘的水质，水体中的分解者得到强化，生产者进一步扩大，试验组各项水质参数均在正常范围内，且显著低于对照组，促进了鱼体的生长，提高了成活率，试验组每667m

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。