CN103153495A - 地衣类地衣体的大量生产方法及利用由该方法生产的地衣体的生态复原方法和其生态复原用组合物 - Google Patents

地衣类地衣体的大量生产方法及利用由该方法生产的地衣体的生态复原方法和其生态复原用组合物 Download PDF

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Abstract

本发明涉及利用地衣类共生藻类、蓝藻细菌、地衣类形成真菌或地衣体，对沙漠、废煤矿地、油类污染地、火山灰地、有害矿物或工业垃圾处理地、岩石地、荒山等荒地进行生态复原的方法及其生态复原用组合物。本发明还涉及复原所述荒地所需的地衣体的大量生产方法。通过本发明可以防止沙漠化及黄沙，可以将废煤矿地及油类污染地等改良为适合植物生长的环境。因此可以防止因废煤矿地及油类污染地等而导致的生态及环境污染。

Description

地衣类地衣体的大量生产方法及利用由该方法生产的地衣体的生态复原方法和其生态复原用组合物
技术领域
本发明涉及利用地衣类对沙漠、废煤矿地、油污地等荒地进行生态复原的方法，用于上述生态复原的生态复原用组合物，以及所述生态复原方法与组合物所需的地衣类地衣体的大量生产方法。
背景技术
通常，沙漠地区降水量少，水分蒸发快，是草木基本不能生长的荒地。而沙漠面积占全部陆地面积的1/3以上，而沙漠面积还在不断扩大。
人们认为这种沙漠化是人为破坏和气候原因综合影响的结果。人为破坏包括灌溉，伐木，环境污染等。气候原因有干旱和干燥化现象等。特别是从气候学的角度来看，降水量少于潜在蒸散量的地区被认为是干燥地。沙漠化以这种干燥地为中心正加速进行。联合国环境规划署在1984年的报告书中提到沙漠不仅侵吞其周围的地区，还侵吞其它地区，并且以每年6万平方公里的速度扩大。因此，深受干旱（drought）或沙漠化（desertification）之害的一些国家正联合起来签订沙漠化防治协约。
沙漠作为昼夜温差大的干燥地区，由于降雨量少，严重缺乏人和动植物所需的水。因此，这些地区通过海水淡化供应淡水或者开采地下水供应淡水。通过海水淡化供应淡水时，如果沙漠地区远离大海、则需要特殊的淡水供应设置。通过开采地下水供应淡水时，需要挖掘很深的取水井。这些都会引发供水成本过高，项目耗时过长的问题。即，现有的沙漠绿化灌溉设施每天或每3~5天通过供水设施向植物供水、非常繁琐，而且供水量的65%以上在供应过程中蒸发或流失到植物根系无法到达的地方。因此，所浪费的水量非常大。而没有这些水路灌溉设施或无法设置灌溉设施的地方来说，只能种植耐干旱的植物或根本无法种植植物。但即便种植植物，其枯死率也非常高。沙漠由于昼夜温差大，其风沙很大。因此，有些种植的植物还没有扎根存活之前被风沙掩埋，继而枯死。
另外，大规模储油设施，输油管道，加油站等储藏设施来说，其长期数十年的漏油会污染周围土壤。而被油污污染的土壤很难生长植物，还会引发污染地下水等二次污染。另外，煤矿产生的煤矿粉尘覆盖的地区及废煤矿地区的土壤酸度非常低，因被黑色矿石覆盖、土壤水分低、夏天吸收热量高、维持很高的表面温度，与油污土壤相同，很难让植物生长，还会引发地下水污染等二次污染。
随着查明土壤污染对土壤生态系的恶劣影响及对人体的环境危害，美国等发达国家开发并适用了各种土壤复原方法。这些方法按所适用的技术特征可分为生物学复原方法及物理、化学复原方法。但这些方法的应用受土壤污染原因的限制，而对于规模大的污染土壤进行复原时，其费用非常高昂。
本发明的发明人为了克服这种技术上按沙漠地区、土壤污染地区的特征所受的限制而努力的结果完成了本发明，开发出了不需要高费用灌溉设施也能防止沙漠化，不管任何污染原因都可通用的污染土壤复原方法。
发明内容
需要解决的技术问题
本发明是鉴于如上所述现有技术的问题而提出的，其目的在于提供一种利用地衣类共生藻类、蓝藻细菌、地衣类形成真菌或地衣体，对沙漠、废煤矿地、油类污染地、火山灰地、有害矿物或工业垃圾处理地、岩石地、荒山等荒地的生态进行复原的方法。
本发明的另一目的在于，提供一种用于复原荒地生态的荒地生态复原用组合物。
本发明的再一目的在于，提供一种复原荒地生态所需的地衣体的大量生产方法。
解决技术问题的技术手段
作为本发明的一个实施方式，本发明提供一种利用地衣类共生藻类、蓝藻细菌、地衣类形成真菌或地衣体复原荒地生态环境的方法。
本发明的“地衣类”是指地衣类形成真菌（fungi）和藻类（algae）及/或蓝藻细菌（Cyanobacteria）的共生复合体。
本发明中，“地衣体（thallus）”是指由地衣类共生藻类或蓝藻细菌的细胞及地衣类形成真菌菌丝构成，并且用于粉芽（soredium）、裂芽（isidia）或营养繁殖的地衣类的营养体。
作为本发明的一个具体实施方式，本发明提供一种荒地生态复原方法，其包括以下步骤：（a）将地衣类共生藻类及蓝藻细菌中的一种以上与固定化载体混合，进行固定化；（b）将所述固定化载体导入到以生态复原为目的的荒地中；（c）向所述固定化载体接种地衣类形成真菌或地衣体；（d）形成及繁殖地衣体，使其生长为地衣类。
本发明的荒地生态复原方法中，第一步骤为（a）将地衣类共生藻类及蓝藻细菌中的一种以上与固定化载体混合，进行固定化。
所述“地衣类共生藻类”或“藻类”是指构成地衣类及其地衣体的一部分，通过叶绿素进行光合作用的绿藻类或蓝藻类。本发明包括的藻类有不对称菌属（T.asymmetrica）、伊姆普雷萨（T.impressa）、加梅西伊（T.jamesii）、乌斯尼阿（T.usneae）、马格纳（T.magna）、埃里奇（T.erici）、叩日叩拉（T.corticola）等共球藻属（Trebouxia），假共球藻（Pseudotrebouxia）属，裂丝藻复球虫（Stichococcus diplosphaera）等裂丝藻属（Stichococcus），阿比提那橘色藻（Trentepohlia abietina）、阿乳基诺萨（Trentepohlia aeruginosa）、奥瑞尔橘色藻（Trentepohlia aurea）、阿尔伯鲁橘色藻（Trentepohlia arborum）等橘色藻属（Trentepohlia），但不限于此。
所述“蓝藻细菌”是指构成地衣类或其地衣体一部分的水生光合细菌。例如有地木耳（Nostoc commune）、肉色念珠藻（Nostoc carneum）、发状念珠藻（Nostoc flagelliforme Born et Flsh）等念珠藻属（Nostoc）；林戈比亚科瑞托白那图斯（Lyngbya crytovainatus Schk）等鞘丝藻属（Lyngbya）；具鞘微鞘藻（Microcoleus Vaginatus（Vauch）Gom）等微鞘藻属（Microcoleus）；鱼腥藻属（Anabaena）；附生色球藻（Chrococcus epiphyticus）等色球藻属（Chrococcus）；粘球藻属（Gloecapsa）；席藻（Phormidium tenue）等席藻属（Phormidium）；赤盖枝藻（Scytonema japonicum）等伪枝藻属（Scytonema）；集胞藻（Synechocystis pevalekii）等集胞藻属（Synechocystis）；眉藻属（Calothrix）；单歧藻属（Tolypothrix）等。
所述固定化载体是指由天然聚合体高分子聚合物材料构成的基质，防止地衣类共生藻类及/或蓝藻细菌或所述地衣类地衣体由于自然环境因素，比如风、雨等的作用下移动到目的地意外地方，维持与后续接种的地衣类形成真菌之间的生物学上的结合、使其生长为地衣类。
所述天然聚合物可以是藻酸或其盐、纤维素（cellulose）、聚羟基脂肪酸酯（Polyhydroxy alkanoate）等多糖（polysaccharide）等。优选地，所述固定化载体的材料是藻酸或其盐。更优选地，所述固定化载体的材料为藻酸盐。构成所述藻酸盐的盐是碱土金属，优选钠或钾。所述藻酸盐的分子量优选为10000至1000000Da。
所述固定化载体具有一定水平以上的水分保持能力为宜。所述一定水平以上水分保持能力为以最初水分量为准，过一天后保有15%以上水分。优选为20%以上，更优选为22%以上，最优选为25%以上。
所述固定化载体中所使用的天然聚合物的高分子聚合物材质的以总重量的1.0至3.5重量%进行混合，优选为1.0至3.0重量%，更优选为1.0至2.0重量%，最优选为1.2至1.8重量%。如果达不到上述范围的下限，则包含于所述固定化载体的地衣类共生藻类或蓝藻细菌的生长量随着时间推移会出现逐渐减少的问题。如果含量超出所述范围的上限，则包含于所述固定化载体的地衣类共生藻类或蓝藻细菌的生长量即便时间经过也不会增加（参见实施例7）。
在上述步骤中还可以包括将地衣类共生藻类及/或蓝藻细菌与固定化载体混合后通过挤出机进行挤出及成型，从而制备成型物的步骤。成型物的形状可通过适当选择模具来决定。其形状可以是圆形、多边形等多种形状。所述挤出模具的口径大小是以直径或相向的边之间的长度为准，1至20mm为宜。这是考虑地衣类、地衣类地衣体、地衣类形成真菌、藻类及蓝藻细菌将要成长的荒地环境决定的因素，比如荒地为沙漠时，其大小应为不被风沙流失的大小。另外，所述口径可根据处理设施的规模适当选择。
下一步骤是（b）将所述固定化载体导入到以生态复原为目的的荒地中。即，将由所述固定化载体固定化的地衣类共生藻类或蓝藻细菌，通过撒播等方法，导入并固着在以生态复原为目的的荒地中。
所述以生态复原为目的的荒地（waste land或wild land）是废煤矿地、油类污染地、沙漠、火山灰地、有害矿物处理地、工业垃圾处理地、岩石地及荒山等藓苔类、孢子植物、裸子植物、有花植物（f1owering plant）、单子叶植物、双子叶植物无法生长及繁殖的地方。藓苔类及所述植物只有处于适合生长的环境才有可能生长及繁殖。适合生长的环境按各种植物有所不同，但大体上受光、生长温度、土壤水分、营养素、pH值等因素的影响。但是上述荒地不具备上述环境。比如，植物从土壤吸收的营养素中有植物生长必需的必需元素。必需元素包括碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、磷（P）、钾（K）、钙（Ca）、镁（Mg）、硫S等大量元素及铁（Fe）、锰（Mn）、铜（Cu）、铅（Zn）、硼（B）、钼（Mo）、氯Cl等微量元素。但所述荒地不存在或远远不足所述植物生长必需的必需元素，或者存在大量抑制生物生长的重金属等元素，使植物无法生长。而植物从土壤吸收水分，用于生长。对于沙漠等荒地，由于非常缺乏水分，植物很难生长。另外，植物可以在中性或弱酸性及弱碱性环境中生长。而废煤矿地或油污地的重金属含量非常高，表现出酸性性质，植物根本无法生长。因此，生态复原其实是把荒地复原成植物可生长的土壤，防止环境及生态污染的过程。环境及生态污染，例如有沙漠引发的黄沙污染而导致的活体内污染，油污地及废煤矿地造成的土壤污染及地下水污染，岩石地的崩裂引发的滑坡等自然灾害。
本发明中，所述导入是指将固定有地衣类共生藻类及/或蓝藻细菌的固定化载体设置在荒地表面或离表面1cm以下的深度处。所述固定化载体大小为1至20mm，不存在因风雨流失的隐患，仅仅放置在荒地表面，就可以充分获得生态复原所需土壤改良效果。即使把固定化载体设置在离土壤表面深1cm以下的深度处，也可以通过土壤间的空隙从自然环境充分获得地衣类生长所需的空气及光。因此，也可以设置在1cm深度处。但是，如果设置深度超过1cm，则很难充分获得地衣类共生藻类及蓝藻细菌所需空气、光，引发地衣类地衣体的形成及地衣类生长缓慢的问题。因此，不适于选择1cm以下深度。在此，设置固定化载体的量，以荒地为准，固定化载体的比例达20%以上为宜，可通过撒播或种植方式设置固定化载体。
接下来的步骤（c）是向所述固定化载体接种地衣类形成真菌或地衣体以及（d）形成及繁殖地衣体，使其生长长为地衣类。
所述地衣类形成真菌是指构成所述地衣类的一部分，与藻类或蓝藻细菌形成共生关系的菌类（fungus）。其地衣类形成真菌只要能够与藻类或蓝藻细菌形成共生关系即可以选择任何一种。所述地衣类形成真菌例如有平茶渍（Aspicilia）种、橙衣（Caloplaca）种、石蕊（Cladonia）种、坚韧胶衣（Collema tenax）等胶衣（Collema）种、皮果衣（Dematocarpon）种、双缘衣（Diploschistes）种、石果衣（Endocarpon pusillum）等石果衣（Endocarpon）种、弗路根辖（Flugensia）种、文字衣（Graphis）种、聚盘衣（Glypholecia）种、石耳（Gyrophora）种、哑铃孢（Hetero dermia）种、蜈蚣衣（Physica）种、茶渍（Lecanora）种、黑蜈蚣衣（Phaeophyscia）种、大孢蜈蚣衣（Physconia）种、小痂衣（Psora）种、梅衣（Parmelia）种、脐鳞（Rhizoplaca）种、石花（Ramalina）种、珊瑚枝（Stereocaulon）种、球状菌（Sphaerophorus）种、黄枝衣（Teloschistes）种、泡鳞衣（Toninia）种、脐衣（Umbilicaria）种、松萝（Usnea）种、柱衣（Pilophorus）种、黄梅衣（Xanthoparmelia）种、石黄衣（Xanthoria）种等，但不限于此。
如上所述，所述地衣体是指由地衣类共生藻类或蓝藻细菌的细胞及地衣类形成真菌菌丝构成，并且用于粉芽、裂芽或营养繁殖所需地衣类的营养体。这种地衣体在大自然中存在的量非常少。因此，利用通过本发明的地衣类地衣体大量生产方法生产的地衣体为宜。与接种所述地衣类形成真菌相比，接种地衣体具有地衣体形成及繁殖时间缩短的优点。
所述接种是指将地衣类形成真菌或地衣体放置在藻类或蓝藻细菌上。而接种量为，接种地衣类形成真菌时，以每cm2接种1至20个菌体，优选每cm2接种2至12个菌体，更优选每cm2接种4至8个菌体的量放置到藻类或蓝藻细菌上。所述放置的地衣类形成真菌，每一个菌体的直径为2mm以下，更优选为1至2mm。接种地衣体时，以每cm2接种1至20个个体，优选每cm2接种2至12个个体，更优选每cm2接种4至8个个体的量放置到藻类或蓝藻细菌上。所述放置的地衣体，其每个个体的表面积为4mm2以下，优选2至4mm2。
通过上述接种过程固定在载体上的藻类或蓝藻细菌的一部分，与地衣类形成真菌的一部分或地衣体进行生物学结合，形成地衣类的地衣体，随着时间推移，地衣体繁殖，生长为地衣类。
本发明的所述步骤（b）及步骤（c），可以改变两个步骤得顺序。具体地先进行（c）使地衣类形成真菌附着在所述固定化载体上，形成地衣体，使其生长为地衣类之后，进行（b）将固定化载体导入到以生态复原为目的的荒地中。
即使改变顺序，固定化载体内的地衣类共生藻类及/或蓝藻细菌与地衣类形成真菌也可以进行生物学结合，从而地衣类地衣体形成及繁殖，生长为地衣类。
另外，顺序为步骤（b）、步骤（c）的情况下，在步骤（c）之后，或者顺序为步骤（c）、步骤（b）的情况下，在步骤（b）之后，还可以包括在以生态复原为目的的荒地中所导入的固定化载体上，以固定化载体直径的0.5至2倍以上的厚度涂布凝结剂的步骤，优选0.5至2倍厚度。
之所以使用所述凝结剂是为了防止固定化载体由于风雨等自然环境因素的影响下脱离以生态复原为目的的荒地，移动到其它地方。使用凝结剂的话，以后将会形成在荒地上的生物学土壤丛（biological soil clust）的压缩强度及水分保持能力，与只使用固定化载体时的情况相比更高，荒地土壤的生态复原更加容易。
所述凝结剂只要能达到上述目的就可以使用任何物质，例如可使用聚交酯（Polylactide）聚乙交酯（Polyglycolide）聚丙交酯乙交酯共聚物（Poly(lactide-co-glycolide），PLGA）、聚β羟基丁酸（poly-β-hydroxybutyric acid，PHB）、聚酸酐（poly anhydride）、聚原酸酯（polyorthoester）、聚氨酯（polyurethane）、聚酰胺聚碳酸酯、聚乙烯（Polyethylene）、聚丙烯（Polypropylene）、聚乙二醇（Poly(ethylene glycol)）、聚环氧乙烷（Poly(ethylene oxide)）、聚对苯二甲酸乙二酯（Poly(ethylene terephthalate)）、聚乙烯醇（polyvinyl alcohol）、聚乙烯醚（polyvinyl ether）、聚乙烯酯（polyvinyl ester）、聚氯乙烯（Poly（vinyl chloride)）、聚乙烯吡咯烷酮（Polyvinyl pyrrolidone）、聚硅氧烷（polysiloxane）、聚乙烯醇（Poly(vinyl alcohol)）、聚乙酸乙烯酯（Poly(vinyl acetate)）、聚苯乙烯（Polystyrene）、聚氨酯（polyurethane）及它们的共聚物；烷基纤维素（alkyl cellulose）等衍生纤维素，羟烃基纤维素（hydro alkyl cellulose）、纤维素醚（cellulose ether）、纤维素酯（cellulose ester）、硝化纤维（nitrocellulose）、甲基纤维素（methyl cellulose）、乙基纤维素（ethyl cellulose）、羟丙基纤维素（Hydroxypropylcellulose）、羟丙基甲基纤维素（Hydroxypropyl methylcellulose）、羟丁基甲基纤维素（HydroxyButyl methylcellulose）、醋酸纤维素（Cellulose acetate）、丙酸纤维素（Cellulose propionate）、醋酸丁酸纤维素（cellulose acetate-butyl rate）、邻苯二甲酸乙酸纤维素（cellulose acetate phthalate）、羧乙基纤维素（carboxyethyl cellulose）、三乙酸纤维素（cellulose triacetate）及纤维素硫酸钠（cellulosesulfate sodium salt）等合成纤维素；丙烯酸的聚合物，包括酯的这些物质的衍生物共聚物；或甲基丙烯酸酯（Methacrylate）、聚甲基丙烯酸甲酯（Poly（methyl methacrylate））、聚甲基丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸异丁酯（Poly（isobutyl methacrylate））、聚甲基丙烯酸己酯（、聚甲基丙烯酸异癸酯（Poly（isodecyl methacrylate））、聚丙烯酸异丙酯（Poly(isopropyl acrylate)）、聚丙烯酸异丁酯（Poly（isobutyl acrylate））及聚丙烯酸十八酯（Poly（octadecyl acrylate））、聚丁酸（Poly（butyric acid））、聚戊酸（poly（valerate））及聚乳酸己内酯（Poly（lactide-co-caprolactam）），以及它们的共聚物及混合物等。
另外，本发明的所述荒地生态复原方法，从步骤（a）开始使地衣类形成真菌或地衣体与地衣类共生藻类及蓝藻细菌中的一种以上一起和固定化载体混合并固定。这一情况下，可以省略将地衣类形成真菌或地衣体放置在包含地衣类共生藻类及蓝藻细菌中的任意一种以上的固定化载体这一过程。
作为本发明的另一具体实施方式，提供一种荒地生态复原方法，该方法包括以下步骤：（a）将地衣类共生藻类及蓝藻细菌中的一种以上、地衣类形成真菌或地衣体与固定化载体混合，进行固定化；（b）将所述固定化载体导入到以生态复原为目的的荒地中；（c）在所述固定化载体上形成及繁殖地衣体，使其成长为地衣类的阶段。
通过所述荒地的生态复元方法，可以在以生态复原为目的的荒地上形成根据地衣类的生物学土壤丛（biological soil clust），并以此诱发初步迁徙。
所述生物学土壤丛是形成于土壤表面的几厘米到几十厘米大小的包括地衣类的微生物块，是自然迁徙过程中的第一步过程。这里的迁徙是指荒地的土壤变迁为可使植物生长的土壤的过程。该迁徙过程中，首先地衣类入侵，形成土壤丛，在土壤中蓄积有机物等之后，以该有机物作为营养成分，使藓苔等藓苔类植物固定，然后以一年生草本植物，多年生草本植物、阳树（露在阳光下生长的树）矮丛林、阳树高木林、阴树（不见光的地方生长的树）高木林的顺序形成。这种自然迁徙需要数十年到数百年时间，特别是地衣类自然入侵、定居，形成生物学土壤丛的时间也至少需要数十年到数百年。但利用本发明的荒地生态复原方法的话，地衣类的定居及形成生物学土壤丛的时间会大大缩短，可以使自然迁徙过程的时间大幅缩短。即，本发明的荒地生态复原方法使用的地衣类共生藻类、蓝藻细菌及地衣类形成真菌，安置在固定化载体上，可以免受妨碍地衣体及地衣类生长及妨碍形成生物学土壤丛的风雨等自然因素的影响，可在6个月到1年或2年内快速生长，形成生物学土壤丛。形成生物学土壤丛后，荒地的土壤不仅被改良成适合藓苔类及植物生长的土质，还能防止风沙。
作为本发明的另一实施方式，本发明提供一种荒地生态复原用组合物，其包括地衣类共生藻类及蓝藻细菌中的任意一种以上，包括地衣类形成真菌或地衣体，以及固定化载体。该荒地生态复原用组合物，可应用于本发明的所述荒地生态复原方法。
所述荒地生态复原用组合物所包含的地衣类共生藻类及蓝藻细菌中的任意一种以上，地衣类形成真菌或地衣体，固定化载体与前面的内容相同，这里省略其详细说明。
在本发明的荒地生态复原用组合物的作用下，地衣类定居并生长在荒地上。地衣类可以说是初期入侵者。这是因为地衣类不仅可以定居在裸露的岩石上，还可以在新裸露的表面、以植物形态最先开始定居。另外，地衣类耐干旱，很适合用作初期入侵者。地衣类可以从大气中吸收生长所需的营养源，只要是溶解在大气水分中的物质，它都可以吸收，并通过体内共生藻类、获得光合作用同化物碳水化合物。另外，地衣类的繁殖体非常小，除了极为平坦的表面，基本可定居在任何地方。很多地衣类作为初期入侵者还具有其它优点。其如果作为共生藻类具有蓝藻或具有可使蓝藻生长的特殊结构地衣瘿（cephalodia）的情况下，则可以利用共生蓝藻吸附的氮。因此，即便在如新裸露出来的岩石表面等氮元素缺乏的环境下，这些地衣类也能获得氮和碳，非常有利于初始入侵。另外，与岩石环境不同，处于土壤环境时，地衣类与草本植物、藓苔、杂草等快速生长的植物相比，其竞争上处于绝对劣势。但草本植物、藓苔、杂草等不适于生长的沙漠或极地，地衣类具有绝对生长优势。
从而，开发一种人工迁徙方法，将地衣类作为初始入侵者移植到很难使草本植物、藓苔、杂草等生长的极端环境时，还能在地衣类定居后，可诱发藓苔、杂草、树木等的2次迁徙，可以在极大程度上改变土壤环境，改变其生态系统。作为一个具体例，从废煤矿地收集到石蕊属，其在废煤矿地中定居并生长。同时发现，只有在该地衣类定居的地方有藓苔及植物生长（参见图1）。另外，分析生长在废煤矿的地衣类地衣体成分发现，地衣类具有耐重金属的特性，可以在废煤矿等植物无法生长的极端环境中，也能发挥初始入侵者的作用（参见表1）。
本发明中，所述地衣类包括可在无法使藓苔及植物生长的岩石地、沙漠、煤炭、油类等污染地、火山灰地、有害矿物或工业垃圾处理地、岩石地、荒山等地方定居及生长的所有地衣类。例如有平茶渍属、橙衣属、石蕊属、胶衣属、皮果衣属、双缘衣属、石果衣属、弗路根辖（Flugensia）属、文字衣属、聚盘衣属、石耳属、哑铃孢属、蜈蚣衣属、茶渍属、黑蜈蚣衣属、大孢蜈蚣衣属、小痂衣属、梅衣属、脐鳞属、石花属、珊瑚枝属、球状菌属、黄枝衣属、泡鳞衣属、脐衣属、松萝属、柱衣属、黄梅衣属、石黄衣属等地衣类，但不限于此。
这种可在苔藓或植物不能生长的地区定居及生长的所述各种地衣类中，按生态复原目标地区选择适当的地衣类，以此分离、培养、使用地衣类共生藻类或蓝藻细菌、地衣体、地衣类形成真菌。特别是，作为所述地衣体可使用通过下面详述的地衣体大量生产方法生产的地衣体。具体实施例中，适合于废煤矿地生态复原的地衣类是石蕊属地衣类。石蕊属地衣类包括瘦柄红石蕊（Cladonia macilenta）、矮石蕊（Cladonia humilis）、拉姆洛萨石蕊（Cladonia Ramulosa）为宜。
具体实施例中，比较地衣类栖息地土壤（Lichen-colonized coalmine；LCC）与地衣类未栖息的土壤（noncolonized bare coalmine；NBC）结果，LCC土壤的pH值高于NBC土壤，而在NBC土壤中根本没有检测到的Ca及Mg在LCC土壤中被检测出来。与NBC土壤相比，LCC土壤中的Fe、Cu、Ni及Mn的重金属浓度显著降低。这种结果说明，地衣类栖息地土壤可将荒地土壤环境改良成适合于植物生长的环境。
另一具体实施例中，分析地衣类栖息地土壤与地衣类未栖息的土壤微生物个体数的结果，LCC土壤中的细菌及菌类个体数远高于NBC土壤。另外，调查这些土壤中的微生物酶活性及代谢活动量的结果，LCC土壤中的酶活性及代谢活动量比NBC土壤高。具体地，NBC土壤中表现的活性极端低的纤维素酶（Cellulase）、β-葡萄糖苷酶（β-glucosidase）、尿素分解酶（Urease）及蔗糖酶（Invertase）活性，在LCC土壤中大量增加。而且将地衣体热水提取物添加到各土壤时，微生物的代谢活动量在所有土壤中都得到提高，特别是LCC土壤仅增加2.3倍，而NBC土壤增加达8.2倍。这一事实表明，地衣类的栖息会刺激荒地的微生物活动，并增加其数量。
另一具体实施例中，从地衣类、藻类或蓝藻细菌中任选一种，单独处理土壤时，没有形成生物学土壤丛。与此相反，本发明的生物复原用土壤改良剂形成了生物学土壤丛。而且形成的土壤丛厚度均匀，表现出一定水平的压缩强度，维持一定水平以上的水分保持能力，为之后的迁徙提供良好条件。
作为另一实施方式，本发明提供一种地衣类地衣体的大量生产方法，其包括以下步骤：（a）人工培养地衣类共生藻类或蓝藻细菌；（b）向所述藻类或蓝藻细菌接种地衣类形成真菌，形成地衣体；（c）将形成有所述地衣体的藻类或蓝藻细菌放置在具备藻类或蓝藻细菌生长环境的物体上，诱导地衣体的繁殖。
本发明的“地衣类”是指地衣类形成真菌和藻类及/或蓝藻细菌的共生复合体。
本发明中，“地衣体”是指由地衣类共生藻类或蓝藻细菌的细胞及地衣类形成真菌菌丝构成，并且勇于粉芽、裂芽或营养繁殖的地衣类的营养体。
本发明的地衣体大量生产方法中，第一步骤为人工培养地衣类共生藻类及蓝藻细菌。
所述“地衣类共生藻类”或“藻类”是指构成地衣类及其地衣体的一部分，通过叶绿素进行光合作用的绿藻类或蓝藻类。本发明包括的藻类有不对称菌属、伊姆普雷萨、加梅西伊、乌斯尼阿、马格纳、埃里奇、叩日叩拉等共球藻属，假共球藻属，裂丝藻复球虫等裂丝藻属，阿比提那橘色藻、阿乳基诺萨、奥瑞尔橘色藻、阿尔伯鲁橘色藻等橘色藻属等，但不限于此。
所述“蓝藻细菌”是指构成地衣类或其地衣体一部分的水生光合细菌例如有地木耳、肉色念珠藻、发状念珠藻等念珠藻属；林戈比亚科瑞托白那图斯等鞘丝藻属；具鞘微鞘藻等微鞘藻属；鱼腥藻属；附生色球藻等色球藻属；粘球藻属；席藻等席藻属；赤盖枝藻等伪枝藻属；集胞藻等集胞藻属；眉藻属；单歧藻属等。
所述地衣类共生藻类或蓝藻细菌的培养，可按培养对象地衣类共生藻类或蓝藻细菌的种类，以该领域公知的方法进行。比如，对于绿藻类使用BBM培养液，对于蓝藻细菌使用BG-11培养液，以12小时光条件（光强100-400PAR）、15至25℃温度条件下，利用振动培养器或搅拌培养器或底面空气浮扬器等装置，人为供应空气的同时进行培养为宜。
本发明的地衣体大量生产方法中，下一步骤是向第一步骤培养的藻类或蓝藻细菌接种地衣类形成真菌，形成地衣体。
所述“地衣类形成真菌”是指构成所述地衣类的一部分，与藻类或蓝藻细菌形成共生关系的菌类。其地衣类形成真菌只要能够与藻类或蓝藻细菌形成共生关系即可以选择任何一种。所述地衣类形成真菌例如有平茶渍种、橙衣种、石蕊种、坚韧胶衣等胶衣种、皮果衣种、双缘衣种、石果衣等石果衣种、弗路根辖种、文字衣种、聚盘衣种、石耳种、哑铃孢种、蜈蚣衣种、茶渍种、黑蜈蚣衣种、大孢蜈蚣衣种、小痂衣种、梅衣种、脐鳞种、石花种、珊瑚枝种、球状菌种、黄枝衣种、泡鳞衣种、脐衣种、松萝种、柱衣种、黄梅衣种、石黄衣种等，但不限于此。
所述“接种”是指将地衣类形成真菌或地衣体放置在藻类或蓝藻细菌上。而接种量为，接种地衣类形成真菌时，以每cm2接种1至20个菌体，优选每cm2接种2至12个菌体，更优选每cm2接种4至8个菌体的量放置到早类或蓝藻细菌上。所述放置的地衣类形成真菌，每一个菌体的直径为2mm以下，更优选为1至2mm。
通过上述接种过程固定在载体上的藻类或蓝藻细菌的一部分，与地衣类形成真菌的一部分进行生物学结合，形成地衣类的地衣体。而形成的地衣体通过粉芽、裂芽或营养繁殖等方式，进一步形成大量的地衣体。
然后，使形成有所述地衣体的藻类或蓝藻细菌放置在具备该藻类或蓝藻细菌生长环境的物体上，诱导地衣体的繁殖。
接种地衣类形成真菌，形成地衣体后，将其放置在具备藻类或蓝藻细菌的生长环境的物体上。比如，如果是在树上容易生长的藻类或蓝藻细菌、则安放在树上，如果是在石头或岩石上容易生长的藻类或蓝藻细菌、则安放在石头或岩石上。即，所述物体是指藻类或蓝藻细菌，按品种最适合于生长的物体。从而，本发明中，与藻类或蓝藻细菌的生长环境相关的物体，可根据藻类或蓝藻细菌的种类决定，包括但不局限于树、石头、岩石、软木（cork）、沙子。
使藻类或蓝藻细菌放置在适生长物体上后，按藻类或蓝藻细菌的生长条件，持续供应水和营养，诱导地衣体的繁殖。
本发明的地衣类的地衣体大量生产方法，除了在地衣类形成真菌接种的地方、形成地衣体，利用该地衣体之外，由于地衣类繁殖、会大量形成地衣体，从而可以利用大量的地衣体。在具体实施例中，本发明的发明人确认了可通过本发明的地衣类地衣体大量生产方法，大量生产地衣体的事实（参见实施例6）。
发明的效果
本发明的有益效果是可将沙漠、废煤矿地、油类污染地等植物无法生长的荒地改良成可使植物生长的土壤，进行生态复原。特别是，这种生态复原，可防止沙漠扩大，防止黄沙引发的环境污染，废煤矿地及油类污染地引发的环境污染，有助于改善地球温暖化，可防止因此引发的生态环境破坏。另外，可大量生产供应生态复原所需的地衣类地衣体，从而可有效实现生态复原。
附图说明
图1为表示废煤矿地的图。废煤矿地大部分没有植物覆盖，裸露的是废煤块，只有一部分地方零散分布有地衣类。而有地衣类的地方存在苔藓及桦树等植物。
图2为地衣类-栖息废煤矿地土壤与地衣类未栖息的废煤矿地土壤中的微生物新陈代谢活力比较示意图。
图3为表示地衣类-栖息废煤矿地土壤与地衣类未栖息的废煤矿地土壤的纤维素分解力调查结果的图。
图4为本发明的一实施例中，对地衣体大量生产过程，按过程日进行观察，拍摄的地衣体形成图像放大示意图。
图5为本发明的一实施例中，将藻酸作为固定化载体使用时的蓝藻细菌在固定化载体内的细胞数量变化示意图。
图6及图7为本发明的一实施例中，将藻酸及/或PVA作为固定化载体使用的情况下，经6个月后进行干燥或者未进行干燥的蓝藻细菌生物学土壤丛形成结果观察示意图。
图8为本发明一实施例中，将藻酸及/或PVA作为固定化载体使用的情况下，由蓝藻细菌生成的生物学土壤丛压缩强度比较示意图。
图9为本发明一实施例中，将藻酸及/或PVA作为固定化载体使用的情况下，由蓝藻细菌生成的生物学土壤丛水分保持能力比较示意图。
图10为固定在本发明固定化载体上的蓝藻细菌生物量与未固定的蓝藻细菌生物量比较示意图。
具体实施方式
下面，通过以下实施例对本发明更加详细地进行说明。但这些实施例的目的在于提高对本发明的理解。因此，本发明的范围不受限于这些实施例。
实施例1：地衣类的收集
在位于韩国江原道太白市西北7km远处咸白山的废煤矿地中收集3种地衣类。这些废煤矿地大部分没有植物覆盖，裸露着废煤炭，一部分地衣类群以小块（patch）状零散分布。一部分小块中生长有苔藓、辽东桦树（BetulaSchmidt）及白桦树（Betulacostata）。而地衣类从外侧分界面到苔藓及植物生长的内侧，均有生长（参见图1）。收集所生长的地衣类，委托Dr.Harada博士对其进行分类，保管在韩国地衣类研究所（顺川大学、韩国），在位于日本千叶县的国家历史博物馆协会（Natonal History Museum and Institute；CBM）进行复制。所收集的地衣类被查明是瘦柄红石蕊、矮石蕊（Cladonia humilisJ.R.Laundon）、拉姆洛萨石蕊（C.ramulosa，J.R.Laundon）。
另外，在中国沙坡头（Shapotou）及内蒙古沙漠收集zhong生长在该地区的地衣类。分析结果有平茶渍属、橙衣属、石蕊属、胶衣属、皮果衣属、双缘衣属、石果衣属、弗路根辖（Flugensia）属、文字衣属、聚盘衣属、石耳属、哑铃孢属、蜈蚣衣属、茶渍属、黑蜈蚣衣属、大孢蜈蚣衣属、小痂衣属、梅衣属、脐鳞属、石花属、珊瑚枝属、球状菌属、黄枝衣属、泡鳞衣属、脐衣（属、松萝属、柱衣属、黄梅衣属、石黄衣属。然后从上述收集的地衣类中可分离出坚韧胶衣、石果衣、弗路根辖种、脐鳞种、泡鳞衣种、黄梅衣种的地衣类形成霉菌，并分离出地木耳、肉色念珠藻、集合微鞘藻（Microcoleus sociatus）、具鞘微鞘藻、单歧藻属、眉藻属等共生藻类或蓝藻细菌。
实施例2：收集的地衣类的成分分析
将实施例1的从废煤矿地收集的3种地衣类，用去离子化蒸馏水清洗两遍，常温下保存3天。为了分析该地衣类地衣体的成分（K、Ca、Mg、Fg、Cu、Mn、Ni、As及Cr）浓度，使用改良的塔哈嫩等【Tarhanen，S.，S.Mets，T.Holopainen and J.Okaanen.1999.Membrane permeability response of lichen Bryoria fluscescens to wet deposited heavy metal sand acid rain.Environ.Pollut.104:121-129.（Tarhanen，S.，S.Mets，T.Holopainen和J.Okaanen，1999年；小孢发属地衣B.fluscescens对湿沉积金属和酸雨的膜渗透性反应环境污染104:121-129）】的方法。具体地，将各地衣类种的子样品（500mg），在90℃条件下干燥24小时，通过分解装置（digestion system），以225℃，以HNO3及HClO4高纯（superpur）（10：3ml），进行湿式分解，过滤分离固体残留物。之后，利用感应结合等离子分光仪（Inductively coupled plasma spectrometer；Model D-Time3000DC，岛津制作所，日本），对基本成分浓度进行分析。其结果如下表1所示，各种分析的浓度以μg g-1DW表示。
表1
拉姆洛萨石蕊 矮石蕊 瘦柄红石蕊 显著性
K 3735±205 4043±211 2989±234 *
Ca 3710±61 2884±54 538±48 *
Mg 263±10 342±13 255±25 *
Fe 1795±116 2996±248 1724±212 *
Cu 8.85±0.73 7.44±0.51 7.31±0.27 *
Ni 0.88±0.30 1.09±0.72 0.83±0.41 N．S
As 6.60±2.11 5.46±5.34 5.57±3.85 N．S
Mn 59.8±1.44 67.3±1.18 41.3±2.66 *
Cr 25.2±11.4 13.5±1.93 8.04±0.92 *
上面的结果是以各地衣类的8个复制物为对象进行的平均及标准偏差。
*：表示各地衣类种之间的显著性差异。（P<0.001）
N．S：无显著性
如表1所示，与瘦柄红石蕊相比，拉姆洛萨石蕊与矮石蕊的营养成分及重金属浓度更高。这表明，在废煤矿生长的地衣类种，对土壤中的重金属具有耐性。
实施例3：地衣类栖息地土壤特性比较
对实施例1的废煤矿地衣类-栖息废煤矿地土壤与地衣类未栖息的废煤矿地土壤之间的土壤特征差异进行分析。具体地从LCC土壤及NBC土壤，离地面3cm深的部位，分别随机取5个土壤样品。收集栖息于废煤矿地的地衣类地皮（carpet）下方的部分作为LCC土壤样品。对收集的土壤以2mm网筛过滤后，为了进行下一分析保存在4℃环境中。对这些土壤通过标准实验室方法【Kim，H.1995.SoilSampling，Preparation，andAnalysis.Marcel Dekker Inc.，New York（Kim，H.，1995年；土壤取样、制备和分析，马塞尔·德克尔公司，纽约）】检测土壤pH值。另外，为了检测土壤的重金属，以研钵捣碎土壤后，通过100目网筛进行过滤。取过滤的土壤10g，以0.1NHCl50ml，在30℃条件下提取30分钟后过滤。之后通过感应结合等离子分光仪（Model D-Time3000DC，岛津制作所，日本）检测金属浓度。
表2
NBC土壤 LCC土壤
PH（1：5） 4.57 4.78
K 7.78±2.28 10.61±2.89
Ca N．D 44.09±18.9***
Mg N．D 4.14±1.61***
Na 112.4±37.7 25.7±17.6***
Fe 158.5±13.5 70.1±9.97***
Cu 1.71±0.13 1.46±0.11***
Ni 0.043±0.024 0.012±0.017**
As N．D 0.12±0.19
Mn 3.07±0.61 0.47±0.28***
Cr 0.085±0.039 0.072±0.071
上面的结果是对各土壤的10个样品的平均及标准偏差。
**：显著性的差异为P<0.01
***：显著性差异为P<0.001
N．D：没有检测出
如表2所示，与NBC土壤相比，LCC土壤的pH值更高。另外，LCC土壤和NBC土壤在一些成分方面显示出显著性差异。具体地，与NBC土壤相比，LCC土壤的K、Ca及Mg浓度高出很多。特别是NBC土壤中没有检测出Ca和Mg。Na在NBC土壤中的含量很高。Fe、Cu、Ni及Mn的重金属浓度NBC土壤的检测值高于LCC土壤。与之相反，LCC土壤和NBC土壤之间的As及Cr浓度没有显示出显著性差异。
实施例3：对地衣类栖息地土壤的微生物个体数分析
为了分析LCC土壤和NBC土壤的微生物活性，首先采用稀释平板法，通过直接计数法，测定琼脂培养基及土豆琼脂培养基中的蓝藻细菌和菌类的数量。其结果，如表3所示，与NBC土壤相比LCC土壤的蓝藻细菌及菌类（fungi）非常高。但菌类的结构非常简单，使用有机化合物。因此，可以推断LCC土壤的菌类数量远远多于NBC土壤。
表3
NBC土壤 LCC土壤
蓝藻细菌 4.38×103 1.27×106
菌类 6.66×103 1.92×104
实施例4：地衣类栖息地土壤的微生物酶活性及代谢活动量调查
检测分析LCC及NBC土壤中的与有机物分解相关的微生物酶活性及微生物的代谢活动量（microbial metabolic activity，或称基础土壤呼吸量（Basal soil respiration））。具体实验方法如下。这些分析结果全部都是以土壤的干燥（105℃）重量为基础算出的。另外，为了使LCC土壤及NBC土壤之间的显著性差异特征化，利用一元分散分析（One-way-ANONA;SPSS Version11.0）统计法。
4-1．磷酸酶及β-葡萄糖苷酶活性测定
磷酸酶及β-葡萄糖苷酶的活性检测，分别作为基质使用对硝基苯磷酸二钠（p-nitrophenyl phosphate disodium；PNPP，0.115M）或对硝基苯基-β-D-喃葡萄糖（p-nitrophenyl-β-D-glucopyranoside；PNG，0.05M）进行测定（Mansciandaro，G.，B.Ceccanti and C.Garc1994.Anaerobic digestion of straw and pig wastewater:II.Optimization of the process.Agrochimica3:195-203.（Mansciandaro，G.，B.Ceccanti和C.Garc，1994年；草和猪污水的厌氧消化：II过程优化，农业化学3:195-203））。这些检验法基于对硝基酚（PNP）的释放和检测。具体地，向1.0g土壤样品添加0.1M苹果酸缓冲溶液（pH6.5）2ml和基质1ml，在37℃条件下，恒温处理90分钟。之后，在2℃条件下急速冷却15分钟，使反应停止。接下来，添加0.5M CaCl2和2ml的0.5M NaOH，对该混合物以2000xg条件，离心分离5分钟。为了终止β-葡萄糖苷酶的检测，使用三羟基甲基氨基甲烷（tris hydroxy methyl aminomethane；THAM）。在分光光度计（spectrophotometer）398nm上，检测了PNP量。对于对照组以相同方法进行检测，但在基质恒温处理后反应停止前添加到土壤中。其结果如表4所示。
4-2．木聚糖酶活性检测
为了检测木聚糖酶的活性，将1.0g土壤样品在10ml基质溶液（来自混合于2M乙酸缓冲溶液（pH5.5）的燕麦（oat spelts）的木聚糖（xylan）1.7%w/v）和2M乙酸缓冲溶液（buffer）10ml中，以50℃条件，进行24小时恒温处理。恒温处理过程中释放的还原糖在
Figure BDA00002738922600212
溶液中，会降低亚铁氰化钾（III）（Potassium hexacyanoferrate（III））含量。这里，通过普鲁斯蓝反应（Prussian blue reaction），以测色法对亚铁氰化钾（III）进行测定（Kandeler，E.，J.LuxhФi，D，Tscherko and J.Magid.1999.xylanase，invertase and protease at thesoil-litter interface of a loamy sand.SoilBiol.Biochem.31:1171-1179.（Kandeler，E.，J.Luxh，D，Tscherko和J.Magid，1999年；壤质沙土的土壤屑界面的木聚糖酶、转化酶和蛋白酶；土壤生物学与生物化学，31:1171-1179））。其结果如表4所示。
4-3．蔗糖酶（Invertase）活性检测
为了检测蔗糖酶活性，将1.0g（干燥重量）土壤样品在50mM10ml蔗糖溶液与10ml2M乙酸缓冲溶液（pH5.5）中，以50℃条件，进行3小时恒温处理。以与检测木聚糖酶活性相同的方法，检测还原糖。其结果如表4所示。
4-4．尿素酶（Urease）活性检测
为了检测尿素酶的活性，使用尿素作为基质进行检测。使用4ml的0.1M磷酸盐缓冲溶液，对1.0g（干燥重量）土壤样品进行处理后，以37℃条件，进行1.5小时恒温处理。利用选择性氨气电极（ammonia-selective gas electrode；Model720A，Orion Research，美国），对释放的NH4 +量进行了检测。其结果如表4所示。
4-5．纤维素酶（Cellulase）活性检测
为了检测纤维素酶活性，将2.5g（干燥重量）土壤样品放入50ml锥形烧瓶中，以0.5ml甲苯及缓冲（buffered）的2%CMC（羧甲基纤维素：carboxymethyl cellulose）进行处理后，以30℃条件，进行了24小时恒温处理（Deng.S.P.and M.A.Tabatabai.1994.Callulase activity of soils.SoilBiol.Biochem.26:1347-1354.（Deng.S.P.和M.A.Tabatabai，1994年；土壤中的纤维素酶活性；土壤生物学与生物化学，26:1347-1354））。之后，均匀混合好上清液，以15000g速度，离心分离3次，每次15分钟。之后，将10ml上清液转入50ml塑料离心分离管后，用2g的钾-饱和阳离子交换树脂（K-saturatedcation exchange resin）进行处理。将获得的混合液摇匀30分钟后，对其上清液，通过纳尔逊索莫吉言方法（Nelson-Somogyi method）（Deng，S.P.and M.A.Tabatabai.1994.Colorimetric determination of reducing sugars in soils.SoilBiol.Biochem.26:473-477.（Deng，S.P.和M.A.Tabatabai.1994年.还原糖在土壤中的比色测定.土壤生物学与生物化学26:473-477.）），以还原糖测定法，进行分析。对于获自CMC-处理的土壤中的土壤提取物的蓝色溶液，在测色检测法之前，采用与上述方法相同的方法进行1次离心分离。其结果如表4所示。
4-6．微生物的代谢活动量检测
为了检测LCC及NBC土壤中的微生物代谢活动量，使用CO2检测方法（Langer，U.and T.G2001.Effects of alkaline dust deposits from phosphate fertilizer production on microbial biomass and enzyme activities in grassland soils.Environ.Pollut.112:321-327.（Langer，U.和T.G，2001年；源于磷肥生产的碱性尘土沉积对草地土壤的微生物量和酶活性的作用；环境污染(Environ.Pollut.)，112:321-327））进行检测。具体地，分别取25g LCC及NBC土壤，分别放入聚丙烯（polypropylene）烧杯中，在装有25ml的0.1N NaOH的封闭1L玻璃容器中，在25℃条件下，进行5天恒温处理。之后，添加5ml的0.5M BaCl2及几滴酚酞（phenolphthalein）指示剂后，以0.1NHCl进行滴定，检测释放出的二氧化碳量。另外，为了调查与土壤微生物呼吸相关的地衣类缺乏效果，向各土壤样品接种地衣类地衣体的热水提取物后，检测基础土壤呼吸量。具体地，对25g干燥的地衣类地衣体，以200ml蒸馏水，在90℃条件下，提取3小时。接下来，将5ml提取物完全混合到各5g土壤中。在室温下干燥24小时土壤后，以上述方法，对接种的土壤进行恒温处理。该结果表示为μg CO2-C/g土壤。其结果如图2所示。
4-7．结果
表4是LCC土壤及NBC土壤中的微生物酶活性检测结果。土壤微生物酶与土壤有机物的分解相关，其在LCC土壤中显著性地被活化。特别是，与LCC土壤相比，NBC土壤的纤维素酶、β-葡萄糖苷酶及蔗糖酶的活性非常小小。与LCC土壤相比，NBC土壤促进土壤氮（N）矿化作用（mineralization）的尿素酶的活性也很微弱。
表4
Figure BDA00002738922600241
地衣类栖息带来微生物酶的活性提高，而这一情况还可通过微生物代谢活性检测结果（参见图1）确认。LCC土壤在恒温处理过程中维持很高的土壤呼吸量，但NBC土壤表现出的土壤呼吸量几乎可以忽略不计。将地衣类地衣体的热水提取物分别添加到LCC土壤及NBC土壤时，恒温处理过程中的土壤呼吸量明确上升（参见图2）。NLCC土壤的CO2增加量远远高于BC土壤。与LCC土壤（增加2.3倍）相比，土壤呼吸量的诱导在NBC土壤（增加8.2倍）中更为显著。从这些结果表明，地衣类的栖息可以诱发刺激土壤微生物的酶活性。
实施例5：地衣类栖息地土壤的纤维素分解力调查
通过棉带（cotton strip）检测法（Chew，I.，J.P.Obbard andR.R.Stanforth.2001.Microbial cellulose decomposition in soils from a rifle range contaminated with heavy metals.Environ.Pollut.111:367-375.（Chew，I.，J.P.Obbard和R.R.Stanforth，2001年；步枪射程范围内重金属污染土壤中微生物引起的纤维素分解；环境污染111:367-375）），对LCC土壤及NBC土壤的纤维素分解进行检测。所述检测法是为了检测各土壤系的分解率，由国际生物学项目（International Biological Programme）（Latter，P.M.and D.W.H.Walton.1998.The cotton strip assay for cellulose decomposition studies in soil，pp.175-222.InA.F.Harrison，P.M.Latter and D.W.H.Walton（eds.），Cotton Strip Assay:An Index of Decompositionin Soils（Symposium No.24），Institute of Terrestrial Ecology.（Latter，P.M.和D.W.H.Walton，1998年；对土壤中纤维素分解研究的棉花条检测，pp.175-222；在A.F.Harrison，P.M.Latter和D.W.H.Walton编著的棉花条检测：土壤分解指标论文集第24卷中，陆地生态系统研究所））开发。埋在土壤内的由96%纯纤维构成的棉织物，按每小时拉伸强度的损失率，检测分解率。本实验中，使用未漂白的100%棉织物。分别装有2kg土壤（湿的（wet）wt.等同物（equivalent））的2个同样的托盘分别装放LCC及NBC个土壤样品。棉带尺寸为3×8cm，在121℃条件下，在高压釜中杀菌20分钟。向托盘中放入土壤层（1kg湿的（wet）wt.），将棉带放在土壤表面后，用剩余土壤覆盖。本试验中为了获得8条棉带复制物，4条棉带在经过30天以上完成（例如15天及30天）。将托盘在25℃条件下进行恒温处理，每隔五天向土壤添加初始重量的灭菌蒸馏水。取出的棉带用蒸馏水手洗，风干后为了消除“角部”效果，各面磨去0.5cm。之后在50℃条件下干燥12小时。拉伸强度的损失通过万能试验机（Universal Testing Machine，AGS-5kNJ，岛津制作所，日本），以缠绕（wrap）方向，进行检测。其结果如表4、图3所示。
如表4所示，LCC土壤的纤维素分解率增高。NBC土壤中，棉带几乎没有分解，其15天及30天恒温处理后的拉伸强度损失分别仅为0.5%及3%。但LCC土壤的15天及30天恒温处理后的拉伸强度损失为12%及20%。这一结果表明，微生物的酶活性与表3的有机碳物质分解有关。另外，证明所述实施例4的结果外，还可以证明地衣类栖息使废煤矿地土壤的微生物酶活性得到激发。
实施例6：地衣体的生产
向2ml微型管添加500μl的3次蒸馏水后，充分溶解地衣类共生藻类或蓝藻细菌。在具有MY培养基的板上，按一定大小接种16处所述溶解后的地衣类共生藻类或蓝藻细菌各4μl。将接种的地衣类共生藻类或蓝藻细菌在18℃条件下培养2周。在培养后的地衣类共生藻类或蓝藻细菌上放置地衣类形成真菌或其块体。具体地，向乳钵（mortar）中放入地衣类形成真菌15个后放入蒸馏水约300μl，进行研磨。向研磨后的地衣类形成真菌添加300μl水，混合均匀。接下来用端部被切断的黄尖（yellow tip）取8μl左右的地衣类形成真菌，放在地衣类共生藻类或蓝藻细菌上。另外，直接使用地衣类形成真菌块体时，选择一定大小的地衣类形成真菌，放置在地衣类共生藻类或蓝藻细菌上，使之混合均匀。
之后，对放置上去的地衣类形成真菌与地衣类共生藻类或蓝藻细菌，维持15℃，培养约1个月左右，使它们完全结合（形成地衣体。接下来，将其转移到软木等自然物体上，维持15℃，培养1个月以上。培养过程中将10%的10ml BBM培养基（Bold Basal Medium）稀释到水中，作为培养液提供。
通过这一方法使地衣类共生藻类或蓝藻细菌与地衣类形成真菌结合成一体，形成地衣体。这一过程的显微镜观察结果如图4所示。如图4所示，本发明的地衣类形成真菌放置在地衣类共生藻类或蓝藻细菌后，经过1个月左右即形成地衣体。另外，转移到软木等自然物体上后，只需一两个月，地衣体便旺盛繁殖。因此，所述方法可以大量生产地衣类地衣体。
实施例7：荒地的生态复原
为了荒地的生态复原，进行如下实验。首先，在BG11液体培养基上，以20℃温度，培养2周蓝藻细菌后，以2000rpm进行离心分离，仅收集沉淀物。将该沉淀物与在121℃条件下灭菌15分钟的海藻酸钠混合，以适当的大小（1-2mm），制成球形，在0.1M CaCl2水溶液中，放置30分钟，得到粒子形凝胶体后，清洗2次，制得含蓝藻细菌的藻酸粒子。制得藻酸粒子放入密封的塑料箱中，以4℃条件保存到使用前。这些制得的藻酸盐粒子的大小与随藻酸盐粒子大小及时间而变化的蓝藻细菌密度变化如图5所示。如图5所示，藻酸粒子的大小越小，蓝藻细菌密度随时间急剧增加。
接下来，对地衣类、地衣类繁殖体、藻类或蓝藻细菌在使用固定化载体时，能否形成生物学土壤丛进行观察。具体地，将干燥的蓝藻细菌及其与PVA的混合物、未干燥的蓝藻细菌及其与PVA混合物、上述制得的藻酸粒子及其与PVA的混合物，分别均匀播撒在沙子上，分别播撒2g，在35℃温度下培养6个月后，观察生物学土壤丛的形成与否。对照组分别使用蒸馏水与PVA。检测经过一定期间后形成的生物学土壤丛的厚度、压缩强度及水分保持能力。其结果如图6至9所示。
首先，如图6、图7所示，使用藻酸钠或PVA的固定化载体时，可以看到形成生物学土壤丛。形成的生物学土壤从的压缩强度达到较高水平（参见图8），水分保持能力也相当优异（参见图9）。被所述固定化载体固定的蓝藻细菌等的生物量与未固定的普通蓝藻细菌等相比，更加优异（参见图10）。这证明本发明的荒地生态复原方法完全可以实现自然迁徙的第一步地衣类的定居及生长。
工业实用性
本发明可以使沙漠、废矿地区、油类污染地等植物无法生长的荒地的土壤改良成可生长植物的土壤，可以延迟地球暖化，防止生态遭到破坏。

Claims (35)

1.一种荒地生态复原方法，其特征在于，其包括以下步骤：
（a）将地衣类共生藻类及蓝藻细菌中的一种以上与固定化载体混合，进行固定化；（b）将所述固定化载体导入到以生态复原为目的的荒地中；（c）向所述固定化载体接种地衣类形成真菌或地衣体；（d）形成及繁殖地衣体，使其生长为地衣类。
2.一种荒地生态复原方法，其特征在于，其包括以下步骤:
（a）将地衣类共生藻类及蓝藻细菌中的一种以上、地衣类形成真菌或地衣体与固定化载体混合，进行固定化；（b）将所述固定化载体导入到以生态复原为目的的荒地中；（c）在所述固定化载体上形成及繁殖地衣体，使其生长为地衣类。
3.根据权利要求1或2所述的荒地生态复原方法，其特征在于，所述藻类选自共球藻属、假共球藻属、裂丝藻属、橘色藻属中的任意一种。
4.根据权利要求1或2所述的荒地生态复原方法，其特征在于，所述蓝藻细菌选自念珠藻属、鞘丝藻属、微鞘藻属、鱼腥藻属、色球藻属、粘球藻属、席藻属、伪枝藻属、集胞藻属、眉藻属及单歧藻属中的任意一种。
5.根据权利要求1或2所述的荒地生态复原方法，其特征在于，所述地衣类形成真菌选自平茶渍种、橙衣种、石蕊种、胶衣种、皮果衣种、双缘衣种、石果衣种、弗路根辖种、文字衣种、聚盘衣种、石耳种、哑铃孢种、蜈蚣衣种、茶渍种、黑蜈蚣衣种、大孢蜈蚣衣种、小痂衣种、梅衣种、脐鳞种、石花种、珊瑚枝种、球状菌种、黄枝衣种、泡鳞衣种、脐衣种、松萝种、柱衣种、黄梅衣种、石黄衣种中的一种以上。
6.根据权利要求1或2所述的荒地生态复原方法，其特征在于，所述地衣类选自平茶渍属、橙衣属、石蕊属、胶衣属、皮果衣属、双缘衣属、石果衣属、弗路根辖属、文字衣属、聚盘衣属、石耳属、哑铃孢属、蜈蚣衣属、茶渍属、黑蜈蚣衣属、大孢蜈蚣衣属、小痂衣属、梅衣属、脐鳞属、石花属、珊瑚枝属、球状菌属、黄枝衣属、泡鳞衣属、脐衣属、松萝属、柱衣属、黄梅衣属、石黄衣属地衣类中的一种以上。
7.根据权利要求1或2所述的荒地生态复原方法，其特征在于，所述固定化载体为天然聚合物的高分子聚合物材料。
8.根据权利要求7所述的荒地生态复原方法，其特征在于，所述天然聚合物的水分保持能力为以最初水分量为准，过一天后保有15%以上水分。
9.根据权利要求7所述的荒地生态复原方法，其特征在于，所述天然聚合物是藻酸或其盐、纤维素及多糖中的一种以上。
10.根据权利要求1或2所述的荒地生态复原方法，其特征在于，所述固定化载体的含量为总重量的1.0至3.5重量%。
11.根据权利要求1或2所述的荒地生态复原方法，其特征在于，所述步骤（a）还包括与固定化载体混合后进行挤出及成型，从而制备成型物，进行固定化的过程。
12.根据权利要求1或2所述的荒地生态复原方法，其特征在于，所述荒地为沙漠、废煤矿地、油类污染地、火山灰地、有害矿物处理地、工业垃圾处理地、岩石地及荒山中的任意一种。
13.根据权利要求1或2所述的荒地生态复原方法，其特征在于，所述导入为将固定化载体设置在荒地表面或离表面1cm以下的深度处。
14.根据权利要求1所述的荒地生态复原方法，其特征在于，所述步骤（c）的地衣类形成真菌以每单位面积（cm2）为准，接种1至20个菌体。
15.根据权利要求1所述的荒地生态复原方法，其特征在于，所述步骤（c）的地衣体以每单位面积（cm2）为准，接种1至20个个体。
16.根据权利要求1所述的荒地生态复原方法，其特征在于，所述步骤（b）及步骤（c），可以改变两个步骤的顺序。
17.根据权利要求1或16所述的荒地生态复原方法，其特征在于，在所述步骤中的最后一个步骤还包括以固定化载体直径的0.5至2倍厚度，涂布凝结剂的步骤。
18.根据权利要求17所述的荒地生态复原方法，其特征在于，所述凝结剂选自聚交酯、聚乙交酯、聚丙交酯乙交酯共聚物、聚β羟基丁酸、聚酸酐、聚原酸酯、聚氨酯、聚酰胺聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚乙二醇、聚环氧乙烷、聚对苯二甲酸乙二酯、聚乙烯醇、聚乙烯醚、聚乙烯酯、聚氯乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚硅氧烷、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、聚苯乙烯、聚氨酯及它们的共聚物；烷基纤维素等衍生纤维素、羟烃基纤维素、纤维素醚、纤维素酯、硝化纤维、甲基纤维素、乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟丁基甲基纤维素、醋酸纤维素、丙酸纤维素、醋酸丁酸纤维素、邻苯二甲酸乙酸纤维素、羧乙基纤维素、三乙酸纤维素及纤维素硫酸钠等合成纤维素；丙烯酸的聚合物，包括酯的这些物质的衍生物共聚物；或甲基丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸异丁酯、聚甲基丙烯酸己酯、聚甲基丙烯酸异癸酯、聚丙烯酸异丙酯、聚丙烯酸异丁酯及聚丙烯酸十八酯、聚丁酸、聚戊酸及聚乳酸己内酯，以及它们的共聚物和混合物中的任意一种以上。
19.一种荒地生态复原用组合物，其特征在于，其包括地衣类共生藻类及蓝藻细菌中的任意一种以上，包括地衣类形成真菌或地衣体，以及固定化载体。
20.根据权利要求19所述的荒地生态复原用组合物，其特征在于，所述藻类属于共球藻属、假共球藻属、裂丝藻属、橘色藻属中的任意一种。
21.根据权利要求19所述的荒地生态复原用组合物，其特征在于，所述蓝藻细菌选自念珠藻属、鞘丝藻属、微鞘藻属、鱼腥藻属、色球藻属、粘球藻属、席藻属、伪枝藻属、集胞藻属、眉藻属及单歧藻属中的任意一种。
22.根据权利要求19所述的荒地生态复原用组合物，其特征在于，所述地衣类形成真菌选自平茶渍种、橙衣种、石蕊种、胶衣种、皮果衣种、双缘衣种、石果衣种、弗路根辖种、文字衣种、聚盘衣种、石耳种、哑铃孢种、蜈蚣衣种、茶渍种、黑蜈蚣衣种、大孢蜈蚣衣种、小痂衣种、梅衣种、脐鳞种、石花种、珊瑚枝种、球状菌种、黄枝衣种、泡鳞衣种、脐衣种、松萝种、柱衣种、黄梅衣种、石黄衣种中的一种以上。
23.根据权利要求19所述的荒地生态复原用组合物，其特征在于，所述地衣类选自平茶渍属、橙衣属、石蕊属、胶衣属、皮果衣属、双缘衣属、石果衣属、弗路根辖属、文字衣属、聚盘衣属、石耳属、哑铃孢属、蜈蚣衣属、茶渍属、黑蜈蚣衣属、大孢蜈蚣衣属、小痂衣属、梅衣属、脐鳞属、石花属、珊瑚枝属、球状菌属、黄枝衣属、泡鳞衣属、脐衣属、松萝属、柱衣属、黄梅衣属、石黄衣属地衣类中的任意一种以上。
24.根据权利要求19所述的荒地生态复原用组合物，其特征在于，所述固定化载体为天然聚合物的高分子聚合物材料。
25.根据权利要求24所述的荒地生态复原用组合物，其特征在于，所述天然聚合物的水分保持能力为以最初水分量为准，过一天后保有15%以上水分。
26.根据权利要求24所述的荒地生态复原用组合物，其特征在于，所述天然聚合物是藻酸或其盐、纤维素及多糖中的一种以上。
27.根据权利要求19所述的荒地生态复原用组合物，其特征在于，所述固定化载体的含量为总重量的1.0至3.5重量%。
28.根据权利要求19所述的荒地生态复原用组合物，其特征在于，所述组合物还包括凝结剂。
29.根据权利要求28所述的荒地生态复原用组合物，其特征在于，所述凝结剂选自聚交酯、聚乙交酯、聚丙交酯乙交酯共聚物、聚β羟基丁酸、聚酸酐、聚原酸酯、聚氨酯、聚酰胺聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚乙二醇、聚环氧乙烷、聚对苯二甲酸乙二酯、聚乙烯醇、聚乙烯醚、聚乙烯酯、聚氯乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚硅氧烷、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、聚苯乙烯、聚氨酯及它们的共聚物；烷基纤维素等衍生纤维素，羟烃基纤维素、纤维素醚、纤维素酯、硝化纤维、甲基纤维素、乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟丁基甲基纤维素、醋酸纤维素、丙酸纤维素、醋酸丁酸纤维素、邻苯二甲酸乙酸纤维素、羧乙基纤维素、三乙酸纤维素及纤维素硫酸钠等合成纤维素；丙烯酸的聚合物，包括酯的这些物质的衍生物共聚物，或甲基丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸异丁酯、聚甲基丙烯酸己酯、聚甲基丙烯酸异癸酯、聚丙烯酸异丙酯、聚丙烯酸异丁酯及聚丙烯酸十八酯、聚丁酸、聚戊酸及聚乳酸己内酯，以及它们的共聚物和混合物中的任意一种以上。
30.一种地衣类地衣体的大量生产方法，其特征在于，其包括以下步骤：
（a）人工培养地衣类共生藻类或蓝藻细菌；（b）向所述藻类或蓝藻细菌接种地衣类形成真菌，形成地衣体；（c）将形成有所述地衣体的藻类或蓝藻细菌放置在具备藻类或蓝藻细菌生长环境的物体上，诱导地衣体的繁殖。
31.根据权利要求30所述的地衣类地衣体的大量生产方法，其特征在于，所述藻类选自共球藻属、假共球藻属、裂丝藻属、橘色藻属中的任意一种。
32.根据权利要求30所述的地衣类地衣体的大量生产方法，其特征在于，所述蓝藻细菌选自念珠藻属、鞘丝藻属、微鞘藻属、鱼腥藻属、色球藻属、粘球藻属、席藻属、伪枝藻属、集胞藻属、眉藻属、及单歧藻属中的任意一种。
33.根据权利要求30所述的地衣类地衣体的大量生产方法，其特征在于，所述地衣类形成真菌选自平茶渍种、橙衣种、石蕊种、胶衣种、皮果衣种、双缘衣种、石果衣种、弗路根辖（Flugensia）种、文字衣种、聚盘衣种、石耳种、哑铃孢种、蜈蚣衣种、茶渍种、黑蜈蚣衣种、大孢蜈蚣衣种、小痂衣种、梅衣种、脐鳞种、石花种、珊瑚枝种、球状菌种、黄枝衣种、泡鳞衣种、脐衣种、松萝种、柱衣种、黄梅衣种、石黄衣种中的一种以上。
34.根据权利要求30所述的地衣类地衣体的大量生产方法，其特征在于，所述步骤（b）的地衣类形成真菌以每单位面积（cm2）为准，接种1至20个菌体。
35.根据权利要求30所述的地衣类地衣体的大量生产方法，其特征在于，所述物体为树木、石头、岩石、软木或沙子中的任意一种。
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