技术领域
本发明涉及一种生态基，具体涉及一种处理过的性质增强的生态基及其制备方法。
背景技术
水产养殖业是人类利用可供养殖(包括种植)的水域，按照养殖对象的生态习性和对水域环境条件的要求，运用水产养殖技术和设施，从事水生经济动、植物养殖。
我国是世界上从事水产养殖历史最悠久的国家之一，养殖经验丰富，养殖技术普及。2016年中国水产品总产量6699.65万吨，比上年增长3.69％。其中，养殖产量4937.90万吨，占总产量的73.70％，同比增长3.99％。水产业在我国的国民经济，特别是农业经济发展中占有越来越重要的地位。
水产品是人类优质蛋白的重要来源，它富含优质蛋白、氨基酸、维生素和矿物质等，而且数量和比例符合人体需要，特别是含有人体需求量较大的亮氨酸和赖氨酸。水产品中的结缔组织含量远比畜肉少，鱼类肌纤维较短，蛋白质组织松散，水分含量高，极易被人体消化吸收。因此，随着人们收入水平的提高，越来越多的中国人开始把营养需求作为食品消费的第一需要，水产品的消费比重上升是大势所趋。
随着中国水产养殖业的迅速发展，水产养殖总量连续多年位居世界第一。与此同时，水产养殖业已经由传统的低密度、粗放式、低投入和低产出模式，向高密度、集约化、高投入和高产出模式转变。水产养殖在为人们提供大量优质蛋白来源、创造巨大经济价值的同时，也带来了无法忽视的环境问题。尤其是养殖废水大量排放导致近岸水体赤潮频繁爆发，严重影响近海生态系统的平衡和稳定，也制约着水产养殖业的健康可持续发展。
水产养殖系统属于富营养的水生态系统，由于残饵和鱼虾排泄物的产生与分解等，使养殖水体富含各种溶解性营养物质以及有机悬浮物。由于养殖水体生态系统结构单一，使养殖系统中的残饵、鱼虾排泄物的物质循环和能量流动成为一种累积性的小循环，水体迅速向富营养化的方向发展，造成水体中的分解者和生产者向适应污染环境中的种类转变，生物多样性下降，从而威胁养殖动物的生存环境。如果将富含营养盐的养殖废水大量排放，则可造成地表水体富营养化，当这种富营养化的水体有适当的生物、水文和气象条件时，就可能产生赤潮或水华，造成水体污染。由此可见，改善养殖水体的富营养状态已成为实现健康养殖的关键问题。
生态基技术是基于生物多样性理论而发展起来的一种水质净化处理技术。生态基技术正是利用生物多样性原理，聚集水体中的细菌、真菌、藻类、原生动物和后生动物等，在水体中形成一种复杂稳定的微生态体系。一旦生态基放入养殖水体系统中，载体表面可以附着微生物、浮游动植物和原生动物等，并且附着生物数量不断增加，这些生物通过自身的新陈代谢分解水中的有机物，生态基上生长的生物(例如微生物)可吸附水体中的富营养成分，如氮、磷、硫、碳等物质，并将这些富营养成分富集，通过不同的生物代谢作用，转化成为二氧化碳、水和氮气等，进而净化养殖水域环境，达到调节水质的作用。
但是，在实际应用中，生态基存在以下明显的缺点：
(1)挂膜启动时间长，在养殖系统中生态基自然挂膜成熟通常需要30天-40天甚至更长，这已成为主要的养殖系统中生态基应用的制约环节；
(2)启动阶段的水处理效率低下，生态基放入水体前期附着微生物的丰度不足，生态基附着微生物需要时间过程，不会马上起到水质调节的作用，这直接影响生态基的运行效果；
(3)污染物去除率提升慢，如同上文所述原因，生态基放入水体前期挂膜缓慢以及微生物丰度不足，前期污染物去除效果差，随着时间推移，虽然污染物去除效果有提升，但是提升效果缓慢。
为提高养殖系统的水质自调控能力，有需要对生态基进一步优化处理，以提升生态基的使用效果。
发明内容
针对以上不足，本发明提供一种挂膜时间短，水质修复效果高的强化型生态基及其制备方法，使用该生态基处理养殖水体，鱼类的生长速度提高而病害发生率降低。
在第一方面，本发明提供一种强化型生态基，采用包含碳源的溶液和/或微生物制剂溶液处理生态基，干燥后得到强化型生态基，所述包含碳源溶液为基本上不含氮源的溶液，所述微生物制剂为芽孢杆菌、光合细菌、乳酸菌中的一种或多种发酵后得到的制剂。
在第二方面，本发明提供一种采用本发明的方法制备得到的强化型生态基。
在第三方面，本发明提供一种强化型生态基的在养殖水体中的使用方法。
在第四方面，本发明提供一种强化型生态基在水处理中的用途。
本发明的强化型生态基在养殖水体中的挂膜成熟时间缩短30-50％，水质修复效率提高10％-20％，鱼类生长速度提高10％以上，病害发生率降低20％以上。
本发明的强化型生态基制备成本低，方法操作简单且容易实现，并且制备得到的强化型生态基，经试验证实，显著缩短挂膜时间，提高水质修复效果，提高鱼类的生长速度并且降低病害的发生率，具有很大的经济价值和实用效果，采用简单而便宜的方法极大的提高了现有生态基的水处理效果。
具体实施方式
以下具体对本发明进行进一步说明。
研究者发现，现有的生态基虽然在水处理中表现出一定的效果，然而，由于其固有特性而导致的挂膜时间长、启动阶段水处理效果低且污染物去除率提升慢的缺陷极大地阻碍了生态基及其使用的快速发展，致力于解决生态基上述制约因素的研究者发现，提高生态基的性能是一项非常复杂的工作，操作的难易程度以及成本，都是影响制约制备强化型生态基的因素，目前，还没有一种具体的简单而便宜的、能大幅提高生态基性能的方法。虽然，现有技术一直在就生态基性能方面渴望取得突破，甚或，有部分研究围绕在生态基使用过程中如何快速挂膜方面进行，然而，一方面，使用过程中的提高效果并不显著，另一方面，使用过程中的快速挂膜方法，不易推广和统一，由于操作的环境和人员影响，效果偏差较大。
本发明的研究人员进行研究发现，养殖环境中高氮(N)低碳(C)的环境可能预示着养殖水环境中及生态基上的营养物质(特别是碳)缺乏，无法供应微生物生长以及脱氮反硝化(将亚硝酸盐和硝酸盐转化为N2，从而将水体的N释放到大气中)的电子供体，从而影响生态基的效果。这是因为，在养殖系统中投入的大部分C在微生物代谢作用下会以CO2的形式从池塘环境中释放出去，而N仅在厌氧条件下少量以N2、N2O的形式释放，大部分的N会以无机氮的形式留在养殖水体中，导致养殖环境系统C/N比低。
进一步研究表明，碳源以及富含营养物质的菌制剂在提速生物膜成膜以及提高反硝化脱氮效果上均有一定的促进作用，两者均可以提供一定的碳源供应生态基附着微生物生长需求，同时也可以供应微生物反硝化的电子供体，完成污水处理的反硝化脱氮的过程。
1、强化型生态基制备方法
基于以上研究发现，本发明提出了一种制备强化型生态基的方法，采用包含碳源的溶液和/或微生物制剂溶液处理生态基，干燥后得到，包含碳源溶液为基本上不含氮源的溶液，微生物制剂为芽孢杆菌、光合细菌、乳酸菌中的一种或多种发酵后得到的制剂。
本发明的强化型生态基可以包括包含碳源的溶液处理的生态基，或采用微生物制剂溶液处理的生态基等。
在一个优选的实施方案中，包含碳源的溶液为包含糖类碳源或生物质碳源中的一种或多种的溶液。
具体地，包含碳源的溶液可以为糖类碳源中的一种或多种的混合物的溶液，也可以为生物质碳源中的一种或多种的混合物的溶液，还可以为选自糖类碳源中的一种或多种碳源、与选自生物质碳源中的一种或多种碳源，组成的混合物的溶液。
在一个优选的实施方案中，糖类碳源选自蔗糖、葡萄糖、淀粉中的一种或多种的混合物。
在一个优选的实施方案中，生物质碳源选自纤维二糖、甘露糖、木聚糖、半乳糖中的一种或多种的混合物。
在一个优选的实施方案中，包含碳源的溶液为基本上仅包含碳源的溶液。
在一个优选的实施方案中，包含碳源的溶液的浓度范围为10mg/L～40mg/L，进一步优选为20mg/L～25mg/L。
在一个优选的实施方案中，碳源可以分别独立地选自：蔗糖；或蔗糖和淀粉的混合物(例如3:1的重量比)；或纤维二糖；或纤维二糖和甘露糖的混合物(例如1:1的重量比)；或蔗糖和纤维二糖的混合物(例如1：2的重量比)等。
在一个更优选的实施方案中，包含碳源的溶液为20mg/L的蔗糖溶液。
在一个更优选的实施方案中，包含碳源的溶液为浓度为22.5mg/L的蔗糖和淀粉的混合物的溶液，蔗糖和淀粉的重量比为3:1。
在一个更优选的实施方案中，包含碳源的溶液为浓度为10mg/L的纤维二糖溶液。
在一个更优选的实施方案中，包含碳源的溶液为浓度为12.5mg/L的纤维二糖和甘露糖的混合物的溶液，纤维二糖和甘露糖的重量比为1:1。
在一个更优选的实施方案中，包含碳源的溶液为浓度为13.5mg/L的蔗糖和纤维二糖的混合物的溶液，蔗糖和纤维二糖的重量比为1:2。
在另一个优选的实施方案中，微生物制剂溶液的制备方法包括：将芽孢杆菌、光合细菌、乳酸菌中的一种或多种在营养物质中发酵得到。
本发明的微生物制剂溶液可以将上述三种菌的一种或多种同时在营养物质中发酵制得，也可以通过将上述三种菌的一种或多种分别发酵，再混合得到。
在一个更优选的实施方案中，微生物制剂溶液的发酵温度为37℃±1℃。
在一个更优选的实施方案中，微生物制剂溶液的制备方法包括：发酵过程中的搅拌转速150～250rpm，通气量为1-2m3/h，罐压0.03～0.05Mpa。
在一个更优选的实施方案中，微生物制剂溶液的制备方法包括：发酵时间为40～60小时。
在一个更优选的实施方案中，微生物制剂溶液的制备方法包括：将发酵好的芽孢杆菌制剂、光合细菌制剂、乳酸菌制剂按照3:1:1的体积比混匀，制得微生物制剂溶液。
在本发明的微生物制剂中，发酵的营养物质采用常用的微生物生长能源物质(例如糖蜜、牛奶、尿素)和微量元素的混合物都可以实现。
在另一优选的实施方案中，微生物制剂溶液菌液浓度为1×1010cfu/ml以上。
在一个更优选的实施方案中，微生物制剂溶液的制备方法包括：发酵可以在50L～500L的发酵罐中进行，发酵的装液量在约60％(V/V)。
在一个优选的实施方案中，包含碳源的溶液为包含碳源的水状或者粘稠状溶液，例如包含碳源的水溶液。
在一个优选的实施方案中，微生物制剂溶液为微生物制剂水状溶液或者粘稠状溶液，例如微生物制剂水溶液。
在一个优选的实施方案中，采用包含碳源的溶液和/或微生物制剂溶液处理生态基包括采用包含碳源的溶液和/或微生物制剂溶液浸泡和/或喷洒和/或喷雾生态基。例如，将生态基部分/优选全部浸泡到用于处理的溶液中(包含碳源的溶液和/或微生物制剂溶液)10分钟以上；又例如，将用于处理的溶液(包含碳源的溶液和/或微生物制剂溶液)从上到下或者水平喷洒/喷雾处理生态基半小时以上，以生态基全部被溶液浸湿为宜。
在一个优选的实施方案中，干燥以不采用高温烘干的方式进行为宜，可以采用优选包括风干和/或晾干等的方式进行干燥，以免损伤生态基表面附着的菌制剂的活性。例如，可以将溶液处理后的生态基风干或者在自然状态下晾干。
在一个进一步优选的实施方式中，一种制备强化型生态基的干燥方法，包括将采用包含碳源的液体处理的生态基，在太阳下暴晒干燥，或阴凉通风处自然风干。
在一个进一步优选的实施方式中，一种制备强化型生态基的干燥方法，包括将采用包含微生物制剂溶液处理的生态基，在40～55℃烘干，或在阴凉通风处自然风干。
在一个进一步优选的实施方式中，一种制备强化型生态基的方法，将生态基浸泡在10mg/L～40mg/L的蔗糖溶液中10分钟以上，然后干燥。
在一个进一步优选的实施方式中，一种制备强化型生态基的方法，选取枯草芽孢杆菌制剂作为强化的单一菌种，枯草芽孢杆菌制剂溶液的制备方法为：以能源物质(糖蜜、牛奶、少量尿素等)以及微量元素为枯草芽孢杆菌营养物质，在例如50L或者500L的发酵罐中发酵，然后倒入枯草芽孢杆菌菌种500mL，控温37±1℃，搅拌转速150～250rmp，无菌空气通气量为1～2m3/h，罐压0.03～0.05Mpa，自然发酵40～60h后收获菌液，将菌液稀释成1×1010cfu/ml以上得到枯草芽孢杆菌制剂溶液，将枯草芽孢杆菌制剂溶液利用喷洒和/或喷雾到生态基上，以生态基全部被溶液浸湿为宜，浸湿的生态基用风干的方式干燥。
在一个进一步优选的实施方式中，一种制备强化型生态基的方法，选取芽孢杆菌、光合细菌、乳酸菌三种菌种，微生物制剂溶液的制备方法为：以能源物质(糖蜜、牛奶、少量尿素等)以及微量元素为营养物质，然后分别倒入枯草芽孢杆菌菌种、光合细菌菌种、乳酸菌菌种，控温37±1℃，搅拌转速150～250rmp，无菌空气通气量为1～2m3/h，罐压0.03～0.05Mpa，自然发酵40～60h后，即可分别收获菌液。将发酵好的芽孢杆菌菌液、光合细菌菌液、乳酸菌菌液按照3:1:1的体积比混匀，同时根据菌液的浓度，将复合菌液稀释成1×1010cfu/ml以上得到微生物制剂溶液，将微生物制剂溶液喷洒和/或喷雾到生态基上，以生态基全部被溶液浸湿为宜，浸湿的生态基需要用风干的方式干燥，不高温下烘干，也不强太阳光下暴晒，以阴凉通风处自然风干为宜。
2、强化型生态基
生态基是一种新型生物载体，可以为水体微生物、藻类提供生长栖息地。生态基一旦放置于水中，立即会吸附水中各种水生生物到其表面，随着时间的推移生态基表面会附着生长微生物和藻类，这些微生物和藻类对于富营养化水体起到生物过滤和生物转换的关键作用。附着在生态基上的微生物非常丰富，主要由细菌、真菌、藻类、原生动物和后生动物等构成复杂的生态系统。微生物体系通过自身的新陈代谢分解水中的有机物，生态基上生长的微生物可吸附水体中的富营养成分，如氮、磷、硫、碳等物质，并将这些富营养成分富集，通过不同的微生物作用，转化成为二氧化碳、水和氮气等，从而夺取了藻类生长所需的营养物质，抑制了藻类的滋生，水质逐渐得到改善。
本发明的生态基可以采用目前本领域任何公开的/已知的生态基，可以例如为包括化学纤维丝和/或纤维绳制作而成的无纺布状体，或聚丙烯和/或聚乙烯组成的弹性刷状体。
本发明的强化型生态基通过采用包含碳源的溶液和/或微生物制剂溶液处理，生态基表面附着大量的碳源和/或微生物营养物质，这些物质作为有助于水体微生物的附着，也为水体微生物提供营养和能源物质，加速微生物的生长和繁殖，微生物的大量生长会分解水体的富营养化物质，进而净化水质，为鱼类的生长提供良好环境，可促进鱼类更快速的生长。
3、使用方法
本发明的强化型生态基可以用于养殖水体/养殖系统中，用于养殖水体/养殖系统的处理。例如在草食性鱼类(草鱼、鲫鱼等)养殖水体中、龟类(乌龟等)养殖水体中、虾类(对虾等)养殖水体中，与常规的生态基相比，都能显著地缩短挂膜时间、提升水质修复效率、加快养殖对象生长速度、降低发病率。
本发明的强化型生态基在制备得到以后，可以运输/保存而不会影响其效果。在使用时，本发明的强化型生态基使用方法简单，与常规生态基使用方法相同/相似，例如，在一个优选的实施方式中，强化型生态基的使用包括：将强化型生态基置于水体中，用可乐瓶或空的油桶作为浮子，并用尼龙绳将生态基两端固定于池塘两岸，每块生态基之间的距离在例如2米以上，同时间隔排列对齐，形成直线的通道，以便减少对鱼类游动的阻碍。4、用途
本发明提供一种强化型生态基在水处理中的用途。在水处理中，生态基可以用于水质的净化，改善水质，特别是在景观水体或者养殖水体中，具有大的经济价值。本发明的强化型生态基在保留普通生态基效果/价值的基础上，进一步通过简单方便的处理，缩短其挂膜启动时间，提高启动阶段水处理效果，提升污染物去除速度，使得生态基的性能大幅提高，对水质处理效果及经济/社会价值，具有突出贡献。
具体地，本发明的强化型生态基可以将挂膜时间缩短30％-50％。
具体地，本发明的强化型生态基可以将水质修复效率提高10％-20％。
具体地，本发明的强化型生态基可以使鱼类生长速度提高10％以上，甚至20％以上。
具体地，本发明的强化型生态基可以使病害发生率降低20％以上，甚至25％以上。
基于以上性能提升，本发明的强化型生态基在水处理领域具有广泛用途。
基于以上性能提升，本发明的强化型生态基在养殖水体的处理/净化方面具有广泛的用途。
5、本发明使用的术语解释
如本发明中所使用，“菌液浓度”是指微生物制剂溶液中的菌体的浓度，其单位cfu/ml是指每毫升微生物制剂溶液中含有的细菌菌落总数。
如本发明中所使用，在某物质/某类物质前使用“基本上不含”是指包含不大于10％，或不大于5％，或不大于2％，或不大于1％，或不大于0.1％的某物质/某类物质，或包含0％的某物质/某类物质。
如本发明中所使用，在某物质/某类物质前使用“基本上仅包含”是指包含不小于90％，或不小于95％，或不小于98％，或不小于99％，或约100％的某物质/某类物质。
如本发明中所使用，“水质修复效率”是指当利用植物或微生物对水体中的污染物进行处理，水体中氮(N)、磷(P)等富营养化物质得到降解/净化的快慢程度。
以下结合具体实施例对本发明做进一步解释说明。
实施例
实施例1
选取化学纤维丝编织而成的无纺布作为生态基原材料，剪裁成1m×5m的大小，制作成生态基材料。将蔗糖按照20mg/L的浓度配置成蔗糖水溶液备用，将剪裁好的无纺布生态基浸泡在蔗糖溶液中10分钟以上，然后捞出干燥，干燥方法采用烘干或者暴晒或者风干的方式，烘干时温度控制在40～55℃；暴晒即在强太阳光天气下暴晒一天，直至干燥为止；风干采用在阴凉通风处自然风干即可，风干时间视天气情况而定，一般至少2天。干燥后的生态基即制作完成的强化型生态基。
实施例2
以化学纤维丝编织而成的无纺布作为生态基原材料，剪裁成1m×5m的大小，制作成生态基材料。选取枯草芽孢杆菌制剂作为强化的单一菌种，枯草芽孢杆菌制剂溶液的制备方法为：发酵容器选择50L的发酵罐，以能源物质(糖蜜、牛奶、少量尿素等)以及微量元素为枯草芽孢杆菌营养物质，装液量60％(V/V)左右，然后倒入枯草芽孢杆菌菌种500mL，控温37±1℃，搅拌转速200rmp，无菌空气通气量为1.5m3/h，罐压0.03～0.05Mpa，自然发酵40～60h后，即可收获菌液。使用时根据收获菌液的浓度，将菌液稀释成6×1010cfu/ml～6×1011cfu/ml的浓度，枯草芽孢杆菌制剂溶液利用喷洒和/或喷雾到生态基上，以生态基全部被溶液浸湿为宜，浸湿的生态基需要用风干的方式干燥，不可不能高温下烘干，也不可强太阳光下暴晒，以阴凉通风处自然风干为宜。
实施例3
以化学纤维丝编织而成的无纺布作为生态基原材料，剪裁成1m×5m的大小，制作成生态基材料。选取芽孢杆菌、光合细菌、乳酸菌菌种，微生物制剂溶液的制备方法为：首先选择3套50L发酵罐作为发酵容器，对枯草芽孢杆菌菌种、光合细菌菌种、乳酸菌菌种三种菌剂进行分别发酵培养，3套系统均以能源物质(糖蜜、牛奶、少量尿素等)以及微量元素为营养物质，装液量60％(V/V)左右，然后分别倒入枯草芽孢杆菌菌种、光合细菌菌种、乳酸菌菌种500mL，控温37±1℃，搅拌转速150～250rmp，无菌空气通气量为1.5m3/h，罐压0.03～0.05Mpa，自然发酵40～60h后，即可分别收获菌液，将发酵好的芽孢杆菌菌液、光合细菌菌液、乳酸菌菌液按照3:1:1的体积比混匀，同时根据复合菌液的浓度，将复合菌液用水稀释成5.0×1010cfu/ml～5.0×1011cfu/ml的微生物制剂溶液，将微生物制剂溶液喷洒和/或喷雾到生态基上，以生态基全部被溶液浸湿为宜，浸湿的生态基需要用风干的方式干燥，不可不能高温下烘干，也不可强太阳光下暴晒，以阴凉通风处自然风干为宜。
实施例4
选取聚丙烯组成的弹性刷状体作为生态基原材料，编织成0.8m长的生物毛刷，再将毛刷串联制作成0.8m×5m的生态基材料。将蔗糖和淀粉按照3:1的重量比配制成22.5mg/L的水溶液，将制作好的刷状体生态基浸泡在蔗糖和淀粉混合溶液中30分钟，然后捞出在阴凉通风处自然风干即可。
应用实例1
在广东省惠州市惠城区振华渔业有限公司养殖基地，2口池塘，面积30亩/口，本年度养殖草鱼、混养鲢鳙，产量在3500公斤/亩，放鱼种四个月后放置实施例1制备得到的强化型生态基。经过一个养殖周期的养殖，挂膜成熟时间缩短30-50％，水质修复效率提高了10％-20％，鱼类生长速度提高了10％以上，病害发生率降低20％以上，同时池塘底泥沉积量减少了8％-17％，换水量减少了20％以上，取得了较好的经济和生态效益。
应用实例2
在广东省佛山市南海区通威水产科技有限公司养殖基地，4口池塘，面积7亩/口，本年度主养草鱼配套养殖鲢、鳙，产量在3500-4000公斤/亩，放鱼种三个月后放置实施例3制备得到的强化型生态基，经过一定养殖时间(大约10个月)到达超市鲩上市规格时，强化型生态基池塘增重率提高了25％以上，同时生态基池塘显著减低了水质NO2-N含量，明显控制了锚头蚤等寄生虫疾病的发生，提高成活率15％以上，同时生态基池塘浮游植物群落结构转换以绿藻、硅藻和裸藻为主，同时池塘底泥沉积量减少了20-30％，换水量减少了15％以上，亩提高经济效益500元以上，取得了较好的经济和生态效益。
以上所述，仅为本发明的较佳的具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。