CN100421548C - 一种生物固定流沙和修复荒漠化土地的复合方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生物固定流沙和修复荒漠化土地的复合方法，包括荒漠地区特有藻类、草本植物、灌木和乔木进行综合流沙治理的方法。首先是选择适合在荒漠地区生长的藻类、草种、灌木和乔木的种类；然后是在流动沙丘样地上进行流沙接种，设计合理的喷灌设施，进行草、灌和乔木的搭配种植；其次进行藻类的大规模培养，并按一定的时间用微喷进行灌溉；在试验进行一段时间后，流沙表面形成藻类结皮。藻类的生长为高等植物的生长提供营养，并提供稳定的生长环境，避免流沙的流动，而高等植物的生长为藻类提供荫蔽作用，促进藻类的生长。此法具有快速、简便和易操作的特性，可以为荒漠化综合治理提供一种新途径。
Description
技术领域
本发明涉及生物技术、生态工程与环境科学交叉领域，更具体涉及一种生物固定流沙和修复荒漠化土地的复合方法。
背景技术
1999年全国荒漠化土地总面积为267.4万平方公里，占国土总面积的27.9％，西北地区约为218.3万平方公里，其中沙化土地面积年净增3436平方公里。随着荒漠化形势日益严峻，各国政府、各学科专家都在为寻求更好的治理措施费尽心血，不论机械的、化学的、生物的多种方法已陆续被采用，其中机械固沙工程量繁重、效果欠佳；化学固定存在固定剂老化、土地无法再利用等问题；结合生物学的综合治理本是有希望从根本上治理沙漠、改变环境的途径，但目前这一领域仅限于高等耐旱植物的引种驯化、优化选择和合理配置防护林等方面。而且植物幼苗需要数年甚至十几年才能真正起到防风固沙的作用，因此，尽管有小灌木生长，但沙面在相当一段时间内仍然是流动的。实际沙漠真正固定的首要标志是沙面上形成藻结皮，这种结构的存在可使土壤侵蚀量降低到零。在我国及世界范围内，利用藻类综合治理沙漠尚处于研究阶段，而在内蒙古达拉特旗首次取得规模性试验的成功。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种生物固定流沙和修复荒漠化土地的复合方法，方法易行，能快速、高效、持久的固定流沙，对荒漠地区的生态修复起着重要的作用。荒漠表面形成的土壤结皮是荒漠地区最具特色的景观之一，在我国西部和北部地区有着广泛的分布。结皮在防风固沙、防止土壤侵蚀和改变水分分布状况等方面，扮演着重要的角色。在荒漠化日益严重的今天，利用荒漠藻类改良土壤，防风固沙，具有积极的意义。
为了实现上述目的，其主要技术方案是：利用当地荒漠环境中分离出的固沙藻种，并进行批量培养，同时选择适合荒漠生长的菌类、草本植物、灌木和乔木，选择实际可用的配套措施，进行野外流沙固定和土壤的生态修复。其步骤如下：
A.藻种的选择和培养从荒漠结皮中通过分离、纯化和培养，选择具鞘微鞘藻(Microcoleus vaginatus)和爪哇伪枝藻(Scytonema javanicum)作为大规模培养的藻种进行批量培养，藻种保存在中国科学院水生生物研究所典型保藏委员会；
B.藻类培养液的配制按每升水中加入下列物质混匀硝酸钠1500mg/L；柠檬酸，6mg/L；三水磷酸氢二钾，40mg/L；柠檬酸铁铵，6mg/L；碳酸钠，20mg/L；微量元素，1ml/L；七水硫酸镁，75mg/L；乙二氨四乙酸二钠，1mg/L；二水氯化钙，36mg/L。
C.藻种培养进行三级扩大培养，即20L培养瓶、0.5-1.5m×3.5-4.5m×0.2-0.5m循环池和3-6m×20-40m×0.2-0.5m跑道池为单元的三级培养；培养液用BG-11培养液，在玻璃温室中，室温培养，通过窗户调节温度，一般不超过35℃，光线为自然光，在温室温度过高时覆盖防晒网；培养12-18天，最后获得大量藻种，通过沉淀和筛绢过滤收集，制成藻类接种物(藻泥)，准备流沙接种；
D.选择适合荒漠生长的草本植物选择适合在荒漠中生长的碱草、沙米等一年生植物，在藻类接种前(如春夏)让其在流沙上生长，选择适合在沙漠地区生长的沙柳、沙蒿、沙打旺等灌木；乔木，则主要有白杨、沙枣、松树和柏树等，按一定的株距(10-20cm)和行距种植(1-3m)，可以起着固定流沙、为藻类生长提供荫蔽等作用，为藻类的接种打下基础；
E.在上述条件准备好后，按一定的规格，选择微喷设施，为藻类及其它植物的生长提供水源。选择其喷洒半径为1-3米，间距为1-3米的微喷设施放置并固定，每天浇水量为10-20mm，时间为每小时浇水10-20分钟，早上9:00开始，中午13:00-14:00浇水30分钟。
F.把上述准备好的藻接种物，以喷洒的方式均匀地接种在流沙表面，取培养12-18天的具鞘微鞘藻，10-15天的爪哇伪枝藻按10∶1的比例，总生物量为1-10g DW.m-2，接种在流沙表面，每天用微喷水笼头洒水，时间间隔为每小时十分钟；
G.结皮的检测
结皮的形成，主要靠观察结皮中的生物量来衡量。生物量的测量用95％酒精提取，放置过夜后，离心，取上清液，用分光光度计检测，以单位面积叶绿素a表示；高等植物，如灌木，则以盖度和灌幅表示，草本则以覆盖度表示；结皮生物量达到20μg Chla/cm2(土壤)，同时大量草本、灌木植物殖生(覆盖度达80％以下)，则表明荒漠化土地流沙被固定。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：方法易行，能快速、高效、持久的固定流沙，对荒漠地区的生态修复起着重要的作用。荒漠表面形成的土壤结皮是荒漠地区最具特色的景观之一，在我国西部和北部地区有着广泛的分布。结皮在防风固沙、防止土壤侵蚀和改变水分分布状况等方面，扮演着重要的角色。在荒漠化日益严重的今天，利用荒漠藻类改良土壤，防风固沙，具有积极的意义。同时为荒漠化综合治理提供了一种新途径。
具体实施方式
一种用生物固定流沙和修复荒漠化土地的复合方法(藻-草-灌-乔)实施步骤如下；
1.藻种的选择和培养
1.1藻种选择荒漠结皮中通过分离、纯化和培养，选择具鞘微鞘藻(Microcoleusvaginatus)和爪哇伪枝藻(Scytonema javanicum)作为大规模培养的藻种进行批量培养；
1.2藻类培养液的配制按每升水中加入下列物质混匀
硝酸钠1500mg/L；柠檬酸，6mg/L；三水磷酸氢二钾，40mg/L；柠檬酸铁铵，6mg/L；碳酸钠，20mg/L；微量元素，1ml/L；七水硫酸镁，75mg/L；乙二氨四乙酸二钠，1mg/L；二水氯化钙，36mg/L。
1.3藻种培养进行三级扩大化培养，即20L培养瓶、0.5-1.5m×3.5-4.5m×0.2-0.5m循环池和3-6m×20-40m×0.2-0.5m跑道池为单元的三级培养，其中，微鞘藻是丝状体，往往集聚成团，需用玻璃匀浆器打碎培养，藻种培养在温室或进行，利用太阳光提供光源，室内温度不能超过35℃，调控主要通过窗户的开闭调节；
1.4培养获得的大量藻种，通过沉淀和筛绢过滤收集，制成藻类接种物(藻泥)，准备流沙接种；
2.选择适合荒漠生长的草本植物
2.1选择适合在荒漠中生长的碱草、沙米等一年生植物，在藻类接种前(如春夏)让其在流沙上生长，选择适合在沙漠地区生长的沙柳、沙蒿、沙打旺等灌木；乔木，则主要有白杨、沙枣、松树和柏树等。
2.2把灌木如沙柳，按一定的株距(10-20cm)和行距种植(一般为1-3米)，可以起着固定流沙、为藻类生长提供荫蔽等作用；草本植物则撒播种子，而一年生的沙米和碱草等则在雨季自己拓殖生长，为藻类的接种打下基础。
3.在上述条件准备好后，按一定的规格，选择微喷设施，为藻类及其它植物的生长提供水源。选择其喷洒半径为1-3米，间距为1-3米的微喷设施放置并固定，每天浇水量为10-20mm，时间为每小时浇水10-20分钟，早上9:00开始，中午13:00-14:00浇水30分钟。
4.把上述准备好的藻接种物，以喷洒的方式均匀地接种在流沙表面，取培养12-18天的具鞘微鞘藻，10-15天的爪哇伪枝藻按10∶1的比例，总生物量为1-10g DW.m-2，接种在流沙表面，每天用微喷水笼头洒水，时间间隔为每小时10-20分钟。
5.结皮的监测结皮的形成，主要靠观察结皮中的生物量来衡量。生物量的测量用95％酒精提取，放置过夜后，离心，取上清液，用分光光度计检测，以单位面积叶绿素a表示；高等植物，如灌木，则以盖度和灌幅表示，草本则以覆盖度表示；结皮生物量达到20μg Chla/cm2(土壤)，同时大量草本、灌木植物殖生(覆盖度达80％以下)，则表明荒漠化土地流沙被固定。
Claims (1)
1.一种生物固定流沙和修复荒漠化土地的复合方法，包括以下步骤：
A、藻种选择：选择具鞘微鞘藻和爪哇伪枝藻进行培养；
B、藻类培养液的配制：按每升水中加入下列物质混匀，硝酸钠，1500mg/L；柠檬酸，6mg/L；三水磷酸氢二钾，40mg/L；柠檬酸铁铵，6mg/L；碳酸钠，20mg/L；微量元素，1ml/L；七水硫酸镁，75mg/L；乙二氨四乙酸二钠，1mg/L；二水氯化钙，36mg/L；
C、藻种培养：培养瓶、0.5-1.5m×3.5-4.5m×0.2-0.5m的循环池和3-6m×20-40m×0.2-0.5m的跑道池三级扩大培养，其中，具鞘微鞘藻是集聚成团的丝状体，用玻璃匀浆器打碎培养，培养液用BG-11培养液，藻种培养在温室进行，利用太阳光提供光源，室内温度不能超过35℃，调控通过窗户的开闭调节；
D、培养获得的藻种，通过沉淀和筛绢过滤收集，制成藻类接种物，准备流沙接种；
E、首先选择适合在荒漠中生长的一年生植物碱草或一年生植物沙米，在藻类接种前让其在流沙上生长；选择适合在沙漠地区生长的沙柳、沙蒿和沙打旺灌木，乔木选择白杨、沙枣、松树和柏树，把灌木和乔木按株距10-20cm和行距1-3米进行种植；
F、选择微喷设施，为藻类提供水源：选择其喷洒半径为1-3米，间距为1-3米的微喷设施放置并固定，每天浇水量为10-20mm，时间为每小时浇水10-20分钟，早上9:00开始；中午13:00-14:00浇水30分钟；
G、藻接种物，以喷洒的方式均匀地接种在流沙表面，取培养12-18天的具鞘微鞘藻和10-15天的爪哇伪枝藻按10∶1的比例，总生物量为1-10g DW.m-2，接种在流沙表面，每天用微喷水笼头洒水，洒水时间为每小时10-20分钟；
H、结皮的检验，生物量的测量用95％酒精提取，放置过夜后，离心，取上清液，用分光光度计检测，以单位面积叶绿素a表示，高等植物灌木以盖度和灌幅表示，草本则以覆盖度表示；结皮生物量达到20μg Chla/cm2土壤，并且草本和灌木植物殖生的覆盖度达80％，则表明荒漠化土地流沙被固定。
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