CN102383415A - 新型生物材料γ-聚谷氨酸治理沙漠的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了新型生物材料γ-聚谷氨酸治理沙漠的方法，本发明涉及一种新型生物材料对沙漠进行治理的方法。本发明技术方案包括沙漠植物根部地表面喷洒γ-聚谷氨酸水溶液1-10次，所述聚谷氨酸水溶液浓度为0.5-10％。本发明一方面通过γ-聚谷氨酸将松散的沙土粘连成块状结构，控制住了沙漠沙土的流动性，起到了很好的固沙作用；另一方面利用γ-聚谷氨酸超强的保水吸水性，通过吸收人工浇灌的水和夜间形成的冷凝露水自发形成水凝胶，达到水分缓释的效果，提供根系还不发达的植物幼苗基本的水分需求。两方面结合，最大限度的减少植物水分蒸腾量和下渗，促使旱生荒漠植物生长的同时改良沙漠土壤环境，最终达到退沙还林的效果。

Description

新型生物材料γ-聚谷氨酸治理沙漠的方法

技术领域

本发明涉及一种沙漠治理工艺，尤其涉及一种新型生物材料γ-聚谷氨酸对沙漠进行治理的方法，属于沙漠治理技术领域。 

背景技术

γ-聚谷氨酸[γ-ployglutamic acid，简称为γ-PGA]是以谷氨酸为唯一单体的共聚高分子聚合物。γ-PGA最早发现于1937年。研究人员在炭疽芽孢杆菌(Bacillus anthracis)与糖化菌(Bacillus mesentericus)的细胞荚膜中发现γ-PGA，是某些微生物荚膜的主要成分之一。聚谷氨酸属于聚酯类聚合物，是一种新型的完全生物降解性高分子材料。生物降解性材料是指通过自然界微生物(细菌、真菌等)作用而发生降解的高分子物质。该种材料降解的产物无毒无害，不会对环境产生二次污染，近年来这种高分子材料的开发研究得到了飞速发展。 

作为一种水溶性脂肪族聚酯，聚谷氨酸分子中有大量的游离的亲水性羧基，因此γ-PGA具有高度的水溶性、生物相容性、生物可降解性、生物可吸收性、无免疫原性和可化学衍生性，γ-PGA可在酸性水溶液中自发或在酶的促进下降解为小分子谷氨酸，而谷氨酸单体可被自然环境中的植物吸收，并无任何毒副作用。聚谷氨酸分解或燃烧后，最终产物是二氧化碳和水，可被植物吸收，对环境无毒无害。γ-PGA在体内环境下受生物酶的作用，会降解生成无毒的短肽、小分子或氨基酸单体，在自然环境中，会受到微生物的作用而降解；在生理功能方面可防止细胞脱水、保护细胞免受蛋白酶的降解；在放射线照射下，γ-PGA会发生分子间的结合，提高吸水性能，由此可开发出一种强吸水性的生物树脂。此外，由于γ-PGA易在冷水中分散，易形成水凝胶，γ-PGA水凝胶有良好的粘弹性，是迄今为止发现的吸水性最强的高分子材料。

当土地一旦沙漠化后众多植被的死亡会迅速造成黏土成分的流失和土壤结构的变化，并大规模的减少土壤储存和蒸发水分的功能，最后随着沙漠干旱程度的进一步加剧，风力会逐渐加大。降雨量的减少、风力的加大、沙漠土壤的流动性的加剧使得残留的植物更难以存活，这种互为因果的过程最终导致沙漠面积的快速扩张。在极干旱的气候，淡水资源的高度缺乏以及土壤为不能保持水分的沙层结构这三种因素的共同作用下，任何意图在沙漠地区通过植树种草来恢复昔日生态的做法均极难成功。因此在一定程度上，沙漠一旦形成就具有非常难以人工逆转的特征。目前全球沙漠面积已扩展到占陆地总面积的20％之多。 

发明内容

本发明的目的是提供一种新型生物材料γ-聚谷氨酸治理沙漠的方法； 

在沙漠植物根部地表面喷洒γ-聚谷氨酸水溶液，所述γ-聚谷氨酸用量为1-300g/m²。 

所述聚谷氨酸水溶液浓度为0.5-10％。 

所述γ-聚谷氨酸水溶液在沙漠植物根部地表面喷洒1-10次。 

所述聚谷氨酸溶液每隔1-10天喷洒一次。 

所述γ-聚谷氨酸水溶液浓度优选为1-5％。 

所述γ-聚谷氨酸水溶液浓度优选为2-4％。 

所述γ-聚谷氨酸用量优选为10-250g/m²。 

所述γ-聚谷氨酸用量优选为50-200g/m²。 

有益效果 

本发明一方面通过γ-聚谷氨酸良好的成膜性在土壤层形成薄膜，将松散的沙土粘连成块状结构，控制住了沙漠沙土的流动性，起到了很好的固沙作用；另一方面利用γ-聚谷氨酸 超强的保水吸水性，通过吸收人工浇灌的水和夜间形成的冷凝露水自发形成水凝胶，达到水分缓释的效果，提供根系还不发达的植物幼苗基本的水分需求。两方面结合，最大限度的减少植物水分蒸腾量和下渗，促使旱生荒漠植物生长的同时改良沙漠土壤环境，最终达到退沙还林的效果。 

本发明处理的沙模表面形成一层保护膜，在无雨的沙漠自然环境下放置50天以上，没有明显变化，物理强度很高。 

实验证明沙漠环境下，喷洒加入5％的γ-聚谷氨酸溶液的沙土样品，在第一天加入定量的水。50天以后称重还保存有8％的水分，而不喷洒γ-聚谷氨酸溶液的沙土样品，50天以后完全没有水分了。 

沙土样品表面形成的薄膜，下雨时会迅速溶解，但干燥后沙土样品表面仍然成膜，膜依然有良好的吸水和保水效果。 

沙漠环境自然条件恶劣，风蚀现象非常明显。按照本发明方法处理的沙漠地表面经过100天以上风吹日晒地表面的膜依然完好，吸水和保水性能良好。 

高温老化实验表明膜表面抗高温老化能力非常突出，在沙漠中夏季高温50-60℃持续3个月后，膜依然完整并具有相同的吸水和保水性能。紫外老化实验证明沙土样品表面形成的膜抗紫外老化能力非常突出，在沙漠中强紫外照射得条件下持续照射3个月后，膜依然完整并具有相同的保水和吸水性能。冻融老化实验证明沙土样品表面形成的膜抗冻融能力非常突出，在沙漠中一天温差极大(白天60℃，晚上4℃)的条件下反复改变温度持续3个月后，膜依然完整并具有相同的保水和吸水性能。 

附图说明：图1.γ-聚谷氨酸保水性能图 

曲线1为未加水处理的沙漠中沙土样品，曲线2为表面喷洒5％的γ-聚谷氨酸溶液的沙漠沙土样品，曲线3是表面喷洒1％的γ-聚谷氨酸溶液的沙漠沙土样品。 

具体实施方式

下面通过具体的实施方案叙述本发明沙漠治理方法。除非特别说明，本发明中所用的技术手段均为本领域技术人员所公知的方法。另外，实施方案应理解为说明性的，而非限制本发明的范围，本发明的实质和范围仅由权利要求书所限定。对于本领域技术人员而言，在不背离本发明实质和范围的前提下，对这些实施方案中的溶液浓度和使用方法进行的各种改变或改动也属于本发明的保护范围。 

实例1 

在沙漠上种植沙柳后，用γ-聚谷氨酸水溶液分5次喷洒到沙柳根部地表面；所述五次所用的聚谷氨酸水溶液浓度依次为5％、4％、3％、3％和3％； 

所述γ-聚谷氨酸水溶液的使用间隔为3天一次； 

所述γ-聚谷氨酸用量为175g/m²； 

采用本发明方法处理后的沙柳成活率达到了91％，1年内植物根部的膜依然存在，并具有良好的吸水和保水效果。由于沙柳表面γ-聚谷氨酸薄膜的存在，沙柳种下30天后即不需要继续浇灌。 

与对照用水浇灌的沙柳比较，本发明方法处理的沙柳减少浇灌水使用量30％，成活率提高了50％。 

实例2 

在沙漠上种植沙棘后，用γ-聚谷氨酸水溶液分10次喷洒到沙柳根部地表面； 

所述每次所用的聚谷氨酸水溶液浓度为3％； 

所述γ-聚谷氨酸水溶液的使用间隔为2天一次； 

所述γ-聚谷氨酸用量为75g/m²； 

采用本发明方法处理后的沙棘成活率达到了75％，6个月内沙棘根部的膜依然存在，并具有良好的吸水和保水效果。由于沙棘表面γ-聚谷氨酸薄膜的存在，沙柳种下20天后即不需要继续浇灌。 

与对照用水浇灌的沙棘比较，本发明方法处理的沙棘减少浇灌水使用量30％，成活率提高了24％。 

实例3 

在沙漠上种植骆驼刺后，用γ-聚谷氨酸水溶液3次喷洒到沙柳根部地表面；所述三次所用的聚谷氨酸水溶液浓度依次为8％、5％、2％； 

所述γ-聚谷氨酸水溶液的使用间隔为4天一次； 

所述γ-聚谷氨用量为260g/m²； 

采用本发明方法处理后的骆驼刺成活率达到了95％，1年内骆驼刺根部的膜依然存在，并具有良好的吸水和保水效果。由于骆驼刺表面γ-聚谷氨酸薄膜的存在，骆驼刺种下20天 后即不需要继续浇水。 

与对照用水浇灌的骆驼刺比较，本发明方法处理的骆驼刺减少浇灌水使用量30％，成活率提高了50％。 

实例4 

在沙漠上种植沙柳后，用γ-聚谷氨酸水溶液喷洒一次到沙柳根部地表面，以后对沙柳每隔3天浇灌一次水； 

所述所使用的γ-聚谷氨酸水溶液浓度为10％； 

所述γ-聚谷氨酸用量为150g/m²； 

所述γ-聚谷氨酸水溶液喷洒后，每隔3天浇灌水的用量为1.0L/m²； 

采用本发明方法处理后的沙柳成活率达到了85％，9个月内植物根部的膜依然存在，并具有良好的吸水和保水效果。由于沙柳表面γ-聚谷氨酸薄膜的存在，沙柳种下30天后即不需要继续浇水。 

与对照单纯用水浇灌的沙柳比较，本发明方法处理的沙柳减少浇灌水使用量15％，成活率提高了45％。 

实例5 

在沙漠上种植沙棘后，用γ-聚谷氨酸水溶液喷洒一次到沙柳根部地表面； 

以后对沙棘每隔4天浇灌一次水； 

所述每次所用的聚谷氨酸水溶液浓度为5％； 

所述γ-聚谷氨酸水溶液喷洒后，每隔2天浇灌水的用量为1.0L/m²； 

所述γ-聚谷氨酸用量为80g/m²； 

采用本发明方法处理后的沙棘成活率达到了90％，3个月内沙棘根部的膜依然存在，并具有良好的吸水和保水效果。由于沙棘表面γ-聚谷氨酸薄膜的存在，沙柳种下20天后即不需要继续浇水。 

与对照单纯用水浇灌的沙棘比较，本发明方法处理的沙棘减少浇灌水使用量50％，成活率提高了25％。 

实例6 

在沙漠上种植沙棘后，用γ-聚谷氨酸水溶液喷洒一次到沙柳根部地表面； 

以后对沙棘每隔3天浇灌一次水； 

所述每次所用的聚谷氨酸水溶液浓度为3％； 

所述γ-聚谷氨酸水溶液喷洒后，每隔3天浇灌水的用量为0.5L/m²； 

所述γ-聚谷氨酸用量为45g/m²； 

采用本发明方法处理后的沙棘成活率达到了90％，3个月内沙棘根部的膜依然存在，并具有良好的吸水和保水效果。由于沙棘表面γ-聚谷氨酸薄膜的存在，沙柳种下20天后即不需要继续浇水。 

与对照单纯用水浇灌的沙棘比较，本发明方法处理的沙棘减少浇灌水使用量45％，成活率提高了20％。 

实例7 

在沙漠上种植沙棘后，用γ-聚谷氨酸水溶液喷洒2次到沙柳根部地表面； 

以后对沙棘每隔2天浇灌一次水； 

所述每次所用的聚谷氨酸水溶液浓度为2％； 

所述γ-聚谷氨酸水溶液喷洒后，每隔2天浇灌水的用量为0.5L/m²； 

所述γ-聚谷氨酸用量为25g/m²； 

采用本发明方法处理后的沙棘成活率达到了90％，3个月内沙棘根部的膜依然存在，并具有良好的吸水和保水效果。由于沙棘表面γ-聚谷氨酸薄膜的存在，沙柳种下20天后即不需要继续浇水。 

与对照单纯用水浇灌的沙棘比较，本发明方法处理的沙棘减少浇灌水使用量40％，成活 率提高了15％。 

实例8 

在沙漠上种植沙棘后，用γ-聚谷氨酸水溶液喷洒2次到沙柳根部地表面； 

以后对沙棘每隔2天浇灌一次水； 

所述每次所用的聚谷氨酸水溶液浓度为2％； 

所述γ-聚谷氨酸水溶液喷洒后，每隔2天浇灌水的用量为0.5L/m²； 

所述γ-聚谷氨酸用量为1g/m²； 

采用本发明方法处理后的沙棘成活率达到了50％，1个月内沙棘根部的膜依然存在，并具有良好的吸水和保水效果。由于沙棘表面γ-聚谷氨酸薄膜的存在，沙柳种下20天后即不需要继续浇水。 

与对照单纯用水浇灌的沙棘比较，本发明方法处理的沙棘减少浇灌水使用量20％，成活率提高了3％。 

实例9 

在沙漠上种植沙棘后，用γ-聚谷氨酸水溶液喷洒3次到沙柳根部地表面； 

以后对沙棘每隔2天浇灌一次水； 

所述每次所用的聚谷氨酸水溶液浓度为8％； 

所述γ-聚谷氨酸水溶液喷洒后，每隔2天浇灌水的用量为0.5L/m²； 

所述γ-聚谷氨酸用量为300g/m²； 

采用本发明方法处理后的沙棘成活率达到了96％，5个月内沙棘根部的膜依然存在，并具有良好的吸水和保水效果。由于沙棘表面γ-聚谷氨酸薄膜的存在，沙柳种下20天后即不需要继续浇水。 

与对照单纯用水浇灌的沙棘比较，本发明方法处理的沙棘减少浇灌水使用量60％，成活率提高了75％。 

Claims (7)

1.一种新型生物材料γ-聚谷氨酸治理沙漠的方法，包括如下步骤：沙漠植物根部地表面喷洒γ-聚谷氨酸水溶液，所述γ-聚谷氨用量为1-300g/m²。

2.如权1所述一种新型生物材料γ-聚谷氨酸治理沙漠的方法，其特征在于所述聚谷氨酸水溶液浓度为0.5-10％。

3.如权1或2所述一种新型生物材料γ-聚谷氨酸治理沙漠的方法，其特征在于所述γ-聚谷氨酸水溶液在沙漠植物根部地表面喷洒1-10次。

4.如权3所述一种新型生物材料γ-聚谷氨酸治理沙漠的方法，其特征在于所述聚谷氨酸溶液每隔1-10天喷洒一次。

5.如权1所述一种新型生物材料γ-聚谷氨酸治理沙漠的方法，其特征在于所述γ-聚谷氨酸水溶液浓度为1-5％。

6.如权1所述一种新型生物材料γ-聚谷氨酸治理沙漠的方法，其特征在于所述γ-聚谷氨酸水溶液浓度为2-4％。

7.如权1所述一种新型生物材料γ-聚谷氨酸治理沙漠的方法，其特征在于所述γ-聚谷氨酸用量为10-250g/m²。

8如权7所述一种新型生物材料γ-聚谷氨酸治理沙漠的方法，其特征在于所述γ-聚谷氨酸用量为50-200g/m²。

Images