CN115820487A - 一种用微生物菌剂提高湿地碳汇能力和碳减排的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用微生物菌剂提高湿地碳汇能力和碳减排的方法，属于环境保护领域。本发明解决湿地功能萎缩、生态环境遭受破坏、碳汇能力开发不足等现状，以及退田还湖容易引发甲烷逸散、浮岛建设受限条件多等技术问题。本发明的方法包括：微生物菌剂选配及培养；采用稀释复合微生物菌剂直接外泼入水体环境或拌饵料投喂以及喷施叶面或蘸根。本发明可促进水生动植物的生长发育，实现更高的物质转换效率及植物光合作用能力。但为更好的发挥发挥有效菌群作用提高湿地碳汇能力与碳减排，还需针对不同种的动植物，探索设计操作更为简便、利用更为冲锋的菌剂使用方式，以实现稳定固碳。
Description
技术领域
本发明属于环境保护领域中生物技术的使用，具体涉及一种用微生物菌剂提高湿地碳汇能力和碳减排的方法。
背景技术
湿地生态系统是湿地植物、栖息于湿地的动物、微生物及其环境组成的统一整体，作为“地球之肾”，其在分解、净化环境污染物的同时，也具备了很高的碳汇价值，具有调节地表径流、改善过水水质、固定“蓝碳”调节小气候、保护生物多样性等多种环境效益及社会效益，是地球上无法替代的生态系统。然而，由于长期不合理的开发与利用，湿地面积持续性减少、生态环境破坏、功能萎缩、固碳功能和碳汇潜力下降等问题日益严重，1975-2017年我国天然湿地衰退率高达53.9%。
为有效恢复湿地生态系统服务功能，增强其蓝碳功能与自然恢复能力，科学家们在湿地保护管理政策、生态效益补偿制度、蓝碳科学研究等方面都做出了不少的努力，如退田还湖、构建湿地综合研究示范区、建立模型预测不同气候下湿地蓝碳功能及其变化趋势、利用外来种恢复和新建盐沼湿地和红树林等。其中，在湿地蓝碳科学研究中，探索一种固碳能力强、生命力强、具备一定的降解能力的生物群落类型，特别是一种可稳定促进水生动植物生长、调控水质及动植物品质、降解水体中有毒有害物质的微生物群落，对湿地生态系统中动植物生长及湿地整体碳汇能力与碳减排的提高上都具有重要意义。
发明内容
本发明针对湿地功能萎缩、生态环境遭受破坏、碳汇能力开发不足等现状，以及退田还湖容易引发甲烷逸散、浮岛建设受限条件多等技术问题，采用了微生物技术以从本质上提升湿地底泥、水体品质。微生物菌剂的使用，避免了对湿地环境的二次破坏与污染，并协调解决了湿地微生物菌有益菌群受制于有害菌群的问题，可促进水生动植物的生长发育，实现更高的物质转换效率及植物光合作用能力。但为更好的发挥发挥有效菌群作用提高湿地碳汇能力与碳减排，还需针对不同种的动植物，探索设计操作更为简便、利用更为冲锋的菌剂使用方式，以实现稳定固碳。
本发明申请的关键点是一种用微生物菌剂提高湿地碳汇能力和碳减排的方法，对比制定湿地保护政策与采取大范围的湿地整改，使用微生物菌剂的方式效果更好、操作更简、灵活度更高，可根据湿地实际情况，合理选配菌种配比与其使用方式，满足湿地水生动植物对生长环境及资源的需求。此外，本发明通过建立拟湿地生态池，探索了一种优选的复合微生物菌剂使用方式，掺入饲料投喂鱼群与稀释喷洒植物叶面相结合的方式，针对性更强，作用效果也更好，但其经济成本高且使用起来较为复杂，相比之下，直接采用稀释外泼法更符合现下的湿地管理要求，可操作性更强，也能发挥很好的微生物菌及改良效果，实现湿地生态系统碳汇能力与碳减排的提高。
按照本发明，提供了一种用微生物菌剂提高湿地碳汇能力和碳减排的方法，通过分析微生物菌种的单一作用及相互协同作用效果，对优势菌种进行合理选配及活化培养，确定了包含水体及土壤中常见的光合细菌、乳酸菌、复合芽孢杆菌、硝化细菌、酵母菌、放线菌在内的复合微生物菌种，可利用水中有机质、溶解氮(如铵、硝酸盐、亚硝酸盐等)、二氧化碳等，协同作用产生多种特效代谢产物，有效促进水生植物根系生长及细胞分裂、刺激动物免疫器官生长发育、增加湿地动植物抗病抗害能力，以此提高湿地生态系统的碳汇能力与碳减排，并同时达到净化水质效果。一种推荐的复合微生物菌种配比范围如下表所示。
表1 复合微生物菌剂原料主要活性成分
上述菌种的复合芽孢杆菌，为侧孢芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌三类菌种配比而成，可充分发挥三类菌种净化调节水质环境、促进水生动植物生长、抑制病原菌生长及有害藻类的泛滥的功效，达到营造良好湿地生态环境、促进氮、磷、钾、碳循环、提高湿地生态系统碳汇能力与碳减排的目的。下表为复合芽孢杆菌的活性成分配比。
表2 复合芽孢杆菌配比
以上菌种均可于中国林业微生物菌种保藏管理中心或其他市场途径购买。
此外，本发明针对于湿地生态系统特点及固碳途径，通过模拟湿地生态系统建立起拟湿地生态池，设计了复合微生物菌剂施用方式，可很好地发挥微生物菌剂复合作用，起到净化水质、激活底泥及水体养分作用，提高水生动植物的成活率及抗逆性，由此减少了不必要的药剂饵料的投入，避免氨氮、甲烷的产生与逸散，实现湿地碳汇能力的提高与碳减排。
按照本发明，相较于采用退田还湖、构建湿地综合研究示范区、建立模型预测不同气候下湿地蓝碳功能及其变化趋势等蓝碳科学研究，利用微生物来修复湿地生态系统服务功能、增强湿地碳汇能力与碳减排的方式，操作更为简便、功效更好，且在使用过程中不对湿地水体环境造成二次污染与破坏，是一种可从本质上调节湿地底泥、水体品质，使其具备长期发展潜力与稳定性的一种改良方式。
此外，本发明另一大优势在于，分析了各类菌种对湿地生态系统的作用，通过拟湿地生态池选配出了一种效果更为优越、制备简便、促水生动植物生长效果更强的复合微生物菌剂，用以提高湿地生态系统整体的碳汇能力及碳减排。相较于单一的芽孢杆菌菌剂，本发明中复合芽孢杆菌以侧孢芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌三类菌种按一定比例构成，可充分发挥三类菌种促根、抑菌及降解重金属、氢氮、亚硝酸盐等有害物质的作用，不断提高水体的活力、稳定性以及自净能力，营造良好的湿地生态环境。光合细菌、酵母菌、硝化细菌的添加，可以更好的促进湿地系统中的有机质转换，实现更高效固碳固氮、解磷释钾作用，促使水生动植物的生长发育，为水体中其他益生菌提供一定的物质保障，由此达到提高湿地碳汇能力及碳减排的目的。
具体实施方式
（1）复合芽孢杆菌培养
分别对侧孢芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌进行斜面培养与孢子活化，各选出生长迅速、菌落较大的作为复合芽孢杆菌菌种，经单一扩繁培养后按照质量比侧孢芽孢杆菌：枯草芽孢杆菌：地衣芽孢杆菌=45%：35%：20%的比例混合菌种，并于完全培养基中扩大培养后计数，总活菌数可达10亿/mL。其中，完全培养基组成为：可溶性淀粉10.0g、蛋白胨10.0g、酵母膏5.0g、KH2PO4 3.0g、NaCl 0.5g 、MgSO40.1g。（PH=7.0-7.4）
（2）复合微生物菌剂培养
以上述复合芽孢杆菌为主体，结合光合细菌、光合细菌、硝化细菌、酵母菌、乳酸菌、放线菌按照表1中质量比（光合细菌35%、乳酸菌10%、复合芽孢杆菌20%、硝化细菌15%、酵母菌15%、放线菌5%）进行复合强化培养。
复合强化培养基配方：葡萄糖20.0g、红糖15.0g、可溶性淀粉10.0g、蛋白胨10.0g、牛肉膏5.0g、酵母膏3.0g、KH2PO42.0g、K2HPO41.0g、琼脂15.0g。
培养方式：按照配方制备混合均匀复合强化培养基，并分装于121℃灭菌20min，保持培养温度35-37℃，PH范围在7.0-7.2。加入微生物复合菌种10g到复合强化培养基中扩繁富集培养48-78小时，测得有效活菌数可达10亿/mL以上。
实施例2
以底泥、石砾、水车前、浮萍、蝌蚪、小鲤鱼苗等建立3个2m×2m×1.2m的拟湿地生态池作为试验环境与观测对象，编号A、B、C组。生态池作底泥平均高度0.5m、水深0.2-0.5m、浮萍覆盖水面0.50m2、水车前15株/池、蝌蚪30只/池、小鲤鱼苗10条/池，设置充氧曝气管以保障水中溶解氧浓度能满足水生动植物所需。
A组：采用稀释复合微生物菌剂直接外泼入水体环境中的方式。
用8倍无菌水稀释1份复合培养基，若用自来水应放置12小时以上除掉氯气后再使用，必要时可加热搅拌使更好溶解混合。待整体水温降到30℃左右时加入与培养基1:1同等剂量的复合微生物强化菌剂，混匀后所得菌剂稀释液可按需添加到所需的材料、液体中直接使用。
后按照菌剂稀释液：清水=1:100-300配比得到混合液，按照外泼方式加入生态池中，每平方米水面面积泼入0.3-0.5L，每周施加1-2次。养殖期间保障充足的光照条件与适宜的温度条件，并按需流通水源保证一定的活水量或定期换水。
B组：采用复合微生物菌剂“拌饵料投喂以及喷施叶面/蘸根”的方式。
水生动物（小鲤鱼：按照饲料：黏合剂：菌剂稀释液=50-100：10：1的配比混合得复合微生物饲料。其中，黏合剂选用增效多糖粘合剂中海藻多糖与淀粉混合制剂，黏合剂的添加可以避免微生物菌剂有效成分在水中溶散，并减少其被水生动物蛋白质水解酶的分解。饲料混合过程中不断搅拌直至芡浆状，后于室温下摊薄晾干，碾成小颗粒状装袋冷冻保存，使用时按需投喂，每周4-6次。
浮水植物（浮萍）：按照菌剂稀释液：清水=1:300-500配比得到混合液，通过喷施方式喷于浮萍叶面上，每平方米浮萍水面喷加0.2-0.3L，每周施加1-2次。
沉水植物（水车前）：按照清水：培养基（营养基）：菌剂强化液=10：1：1的配比混合得到蘸根液，将水车前幼苗根部舒展浸泡于蘸根液中12-24小时，浸根高度为5-10cm，后按照合理的种植分布将水车前种植于生态池中。
C组：生态池作为对照组，不施加复合微生物菌剂。
记录各生态池中动植物的生长情况，包括一月后水生植物浮萍、车前草的叶片颜色与单株叶片增长面积、根长平均生长量；一月后水生动物小鲤鱼的成活率、生命活力、体型变化、与平均增重。
表3 各组水生植物生长情况
表4 各组水生动物生长情况
实施例3
选址深圳宝安区某一湿地公园，实际应用本发明方法，按照光合细菌35%、乳酸菌10%、复合芽孢杆菌20%、硝化细菌15%、酵母菌15%、放线菌5%的配比制备复合微生物菌剂，采用实施例2中较为简便的A组外泼施加方式，每平方米水面面积泼入0.3-0.5L，每周施加1-2次。
施加1月后，通过检测水质情况，可以发现水中益生菌数目增多，有害菌如粪大肠杆菌、大肠杆菌等大幅减少，水中底泥状态良好，发酵产甲烷现象减少，水质及底泥品质得到提升，湿地水生环境得到稳定改善。同时，可以观测到湿地公园鱼群、虾群数目有所增加，生命力活跃，因病害造成的水生生物死亡率大幅下降；沉水、挺水、浮水植物叶片数量稳定增加，叶绿素含量增加。而这些都是湿地生态系统功能恢复，碳减排、碳汇能力提高的表现。
Claims (4)
1.一种用微生物菌剂提高湿地碳汇能力和碳减排的方法，其特征在于所述方法包括：步骤一、微生物菌剂选配及培养；步骤二、采用稀释复合微生物菌剂直接外泼入水体环境或拌饵料投喂以及喷施叶面或蘸根。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤一中包括复合芽孢杆菌培养和复合微生物菌剂培养；
其中，复合芽孢杆菌培养分别对侧孢芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌进行斜面培养与孢子活化，各选出生长迅速、菌落较大的作为复合芽孢杆菌菌种，经单一扩繁培养后按照质量比侧孢芽孢杆菌：枯草芽孢杆菌：地衣芽孢杆菌=45%：35%：20%的比例混合菌种，并于完全培养基中扩大培养后计数，总活菌数可达10亿/mL，其中，完全培养基组成为：可溶性淀粉10.0g、蛋白胨10.0g、酵母膏5.0g、KH2PO4 3.0g、NaCl 0.5g 、MgSO4 0.1g，PH=7.0-7.4；
复合微生物菌剂培养：以上述复合芽孢杆菌为主体，结合光合细菌、光合细菌、硝化细菌、酵母菌、乳酸菌、放线菌按照10%-45%光合细菌、1%-20%乳酸菌、2%-30%复合芽孢杆菌、1%-15%硝化细菌、5%-25%酵母菌和2%-15%放线菌进行复合强化培养；
复合强化培养基配方：葡萄糖20.0g、红糖15.0g、可溶性淀粉10.0g、蛋白胨10.0g、牛肉膏5.0g、酵母膏3.0g、KH2PO42.0g、K2HPO41.0g、琼脂15.0g；
培养方式：按照配方制备混合均匀复合强化培养基，并分装于121℃灭菌20min，保持培养温度35-37℃，PH范围在7.0-7.2，加入微生物复合菌种10g到复合强化培养基中扩繁富集培养48-78小时，测得有效活菌数可达10亿/mL以上。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤二用8倍无菌水稀释1份复合培养基，加入与培养基1:1同等剂量的复合微生物强化菌剂，混匀后所得菌剂稀释液，后按照菌剂稀释液：清水=1:100-300配比得到混合液，按照外泼方式加入水体环境，每平方米水面面积泼入0.3-0.5L，每周施加1-2次。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤二
水生动物（小鲤鱼）的饵料按照饲料：黏合剂：菌剂稀释液=50-100：10：1的配比混合得复合微生物饲料，每周4-6次投喂；
喷施浮水植物的叶面：按照菌剂稀释液：清水=1:300-500配比得到混合液，通过喷施方式喷于浮萍叶面上，每平方米浮萍水面喷加0.2-0.3L，每周施加1-2次；
沉水植物的蘸根：按照清水：培养基：菌剂强化液=10：1：1的配比混合得到蘸根液，将幼苗根部舒展浸泡于蘸根液中12-24小时，浸根高度为5-10cm，后按照合理的种植分布将种植水体环境中。
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