藻-藻共培养净化牛场废水联产生物肥及其对小麦的促生效应

来源 :山西农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:flish_mh
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畜禽废水等造成农业面源污染,严重制约农业健康可持续发展和乡村人居生态环境的改善。传统畜禽废水处理成本高、营养物质去除及净化效果欠佳,且存在二次污染风险。微藻是一类单细胞光自养生物,具有自养、异养及混养等多种培养方式,可在畜禽废水中生长。筛选能在特定畜禽废水中快速生长的特异藻株,以及建立相应的基于微藻培养的废水处理体系是此种途径处理畜禽废水和资源化利用的关键因素。本文以养牛场废水为试验所用畜禽废水源,检测7种不同微藻藻株对废水的耐性和生长特性,筛选能在废水中有效生长和生物质产量高的藻株;优化目标藻株的培养体系及评价对废水的净化效果;依据筛选的目标藻株生长特性,构建藻-藻互作培养体系,系统评估废水中营养物质的去除率和微藻生物量,以期建立基于藻-藻共培养体系的处理畜禽废水耦合微藻生物质制备的废水治理新体系;以该处理体系获得的微藻生物质作为生物肥,检测其对小麦种子萌发和幼苗生长以及土壤养分等的影响,探究微藻生物肥的功效及在绿色有机农业的应用价值。主要研究结果如下:1、将普通小球藻(Chlorella vulgaris)、蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)、四尾栅藻(Scenedesmus quadricauda)、埃氏小球藻(Chlorella emersonii)、斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)、螺旋藻(Spirulina)和从电厂废水分离获得小球藻藻株(Chlorella sp.DT01)分别接种于牛场原废水及不同倍数稀释废水中进行培养,检测微藻对废水的适应性和生长特性。结果显示,在废水中耐性强,且生长较好的微藻分别是Chlorella sp.DT01、C.pyrenoidosa和C.vulgaris,其中在原废水中有最高生物量的藻株是Chlorella sp.DT01(1.07 g/L);在2、4、6倍稀释废水中有最高生物量的藻株分别是Chlorella sp.DT01(0.83 g/L)、C.vulgaris(0.99 g/L)和C.pyrenoidosa(0.94 g/L)。因此选用这三株微藻作后续试验。2、将所筛选的三株优异藻株分别接种于牛场原废水及不同倍数稀释废水,检测废水中氨氮、总磷和COD的去除率。结果表明,三株藻株的生长均与稀释倍数显著相关。其中,C.pyrenoidosa对废水的耐受性强,在原废水中的生长优于BG11,其微藻干重高达2.70 g/L,对氨氮、总磷和COD的去除率分别为96.12%、48.72%和3.17%。Chlorella sp.DT01对废水的耐受性较强,在原废水中的生长优于BG11,其微藻干重高达2.60 g/L,对氨氮、总磷和COD的去除率分别为94.65%、48.08%和5.92%。而C.vulgaris对废水耐受性差,不能在原废水中生长,在4倍稀释废水中的干重仅达1.65 g/L,显著低于BG11,对氨氮、总磷和COD的去除率分别为96.83%、65.79%和1.90%。试验再次证明C.pyrenoidosa和Chlorella sp.DT01是处理牛场原废水的优异藻株。3、应用Chlorella sp.DT01和C.pyrenoidosa构建不同比例的藻-藻互作体系,分别接种于原废水中,检测微藻生物质产量和对废水中营养物质的去除效率。研究发现,两种微藻1:1组合在废水中培养14天后,微藻的干重达到2.80 g/L,显著高于单个藻株培养获得的生物量。该组合培养去除原废水中营养物的水平已显著高于单个藻株培养获得的效率,氨氮、总磷和COD的去除率分别达96.70%、72.45%和30.55%。显然,优势藻株共培养可有效去除废水中营养物质及COD,同时能获得高量微藻生物质。4、应用废水培养微藻获得的微藻生物质,制备藻液,在小麦播种前和幼苗期浇灌土壤,检测小麦种子萌发、幼苗生长,干物质积累以及土壤养分等,以评估微藻生物肥的功效。结果表明,微藻生物肥可显著促进幼苗的生长,小麦幼苗株高、地上部鲜重与干重,比对照分别提高48.08%、155.79%和124.14%。施用微藻生物肥亦能提高幼苗的光合作用和根系活力。此外,微藻生物肥还能增加土壤中的氮磷钾含量,显著改善土壤养分。总之,本研究筛选到能在牛场废水中有效生长的2株优异藻株,二者1:1组合在废水中共培养,能有效去除废水的营养物质和COD,并获得高量微藻生物质和净化效益。微藻生物肥可显著改善土壤养分,促进小麦幼苗健康生长,可作为一种新型的生物肥料用于农业植物生产。本研究发现为构建藻藻体系净化畜禽废水并联产生物肥料提供了科学依据。
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