基于猪场废水培养微藻体系的优化及应用

来源 :山西农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:taomeizi2006
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农业农牧废弃物绿色低碳综合利用是实现农业农村领域双碳目标的重要途径。畜禽废水的不当处理极易造成水体富营养化等次生危害,严重制约农牧业绿色高效生产,同时影响人居环境。传统畜禽废水处理工艺包括物理法、化学法及微生物厌氧发酵等,存在处理成本高、效率低、物质循环利用补充及能量释放不彻底等缺点。因此,建立畜禽废水高效处理工艺迫在眉睫。基于微藻培养的畜禽废水处理工艺具有碳-氮-磷同时减排及耦合微藻生物质制备的双重效果,已引起广泛关注。该工艺体系所获得的微藻生物质又可以研制功能性肥料和功能性饲料反补农业农牧系统,真正实现农业农牧系统的绿色生态循环。然而,畜禽废水通常高含氨氮,对许多微藻生长又抑制效应,制约着基于畜禽废水培养微藻工艺体系的规模化应用。因此,急需筛选高氨氮耐受型藻株和建立提高藻株氨氮耐受性的微藻培养工艺。本文以蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)和普通小球藻(Chlorella vulgaris)为目标藻种,探讨通过改变营养方式(补充葡萄糖)提高藻株氨氮耐受性的效应,评价改变营养方式和藻-藻共生体系耦合策略对猪场废水培养微藻的促生效果,最后以藜麦为目标作物,评估基于废水培养获得的微藻生物质用作生物肥促生作物生长和抗逆性的效果。研究可为基于微藻生物转化工程的农牧废弃物绿色高效循环资源化利用以及新型生物肥/生物刺激剂的开发奠定科学基础。主要研究结果如下:(1)改变营养方式(补充葡萄糖)对提高微藻氨氮耐受性的效应评估。将普通小球藻和蛋白核小球藻分别在高氨氮培养基以自养和混养的方式进行培养。结果显示,不同氨氮含量(0-2000 mg/L)显著抑制自养条件下普通小球藻的生长,并且与氨氮浓度呈现正相关。在混养条件下,低浓度氨氮(0-1000 mg/L)显著促进普通小球藻的生长,但是高浓度(1000-2000 mg/L)对生长具有一定抑制作用。通过添加葡萄糖改变营养方式可显著增强普通小球藻对氨氮的耐受性和氨氮利用率。与之不同,蛋白核小球藻在自养条件下,高浓度(500-2000 mg/L)氨氮促进其生长(500-2000 mg/L),但是低浓度(0-500 mg/L)氨氮抑制藻细胞生长。在混养条件下,低浓度氨氮(0-1500 mg/L)显著促进普通小球藻的生长,但是高浓度氨氮(1500-2000 mg/L)对生长具有一定抑制作用。(2)改变营养方式和藻-藻共生体系耦合策略对废水培养微藻的促生效果评估。结果表明,在自养条件下,尽管两株小球藻在原液中几乎均不能生长,但是在2倍和4倍稀释下生长情况良好,其中普通小球藻在2倍稀释下生物量最高,蛋白核小球藻在4倍稀释下生物量最高。在混养方式下,两株小球藻在原液中能生长,所积累的生物量比自养方式下均高,尤其是2倍稀释下长势最好。在藻-藻共生体系中,在自养条件下,尽管两株藻(1:1)共生体系在原液中能生长,但是在2倍稀释下生长效果最好。在混养方式下,藻-藻共培养体系(1:1)在2倍稀释下长势最好,优于混养条件下的单独培养。进一步证明混养和藻-藻共生体系耦合策略能显著提升微藻净化废水效果。(3)基于废水培养的微藻对藜麦促生效果研究。分别在人工模拟盐碱胁迫和天然盐碱土壤中研究微藻对藜麦生长特性的影响。种子发芽实验表明,盐碱胁迫抑制藜麦种子萌发,降低幼苗活力指数、根长、分枝数、茎长和鲜重。与对照相比,25%和50%剂量的小球藻在100 m M和200 m M盐碱胁迫下均能提高藜麦种子发芽率。75%剂量的小球藻促进了藜麦幼苗生长,缓解了100 m M盐碱胁迫对藜麦根长、幼苗活力指数和鲜重的抑制作用。在天然盐碱土中,藜麦的生长收到一定抑制,添加藻类不但提高了藜麦的根长和根分枝数、地上长度、叶片大小和鲜重,而且增加土壤有效氮、磷和钾的含量。综上所述,本文建立了通过改变营养方式增强藻株氨氮耐受性的策略。明确了改变营养方式和藻-藻共生体系耦合策略对废水培养微藻的促生效果和微藻生物质对盐碱胁迫下藜麦种子发芽和幼苗生长的促生效果,上述结果为基于微藻生物转化工程的农业农牧废弃物绿色高效循环资源化利用奠定科学基础。
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