CN110881404A - 一种裸露土覆盖藻液喷剂 - Google Patents

一种裸露土覆盖藻液喷剂 Download PDF

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Abstract

本发明属于环保领域，具体属于防止城市建设过程中裸露土堆尘土飞扬的藻液喷剂。本发明是这样解决技术问题的：由藻粉及培养液两部分组成，其中藻粉的制作过程如下：11月1日‑11月10日在北京铲取藻结皮厚度在1mm左右，加水震荡得到均一藻结皮悬浊液，水稀释100倍后滴加到培养皿培养得到藻落，并纯化，接下来将纯化藻落转接到培养基中，在中低温条件下培养扩殖，最后离心收集藻泥，阴干得到藻粉并保存；通过上述方法得到的藻粉50g加入到1L培养液中，即可以得到本裸露土藻液覆盖喷剂。本发明可以达到的技术效果为：在城市裸露土表面在中低温条件下快速形成土壤藻结皮，固土防尘，降低城市悬浮颗粒物含量，成本低，没有副产物，比较环保。

Description

一种裸露土覆盖藻液喷剂
技术领域
本属于环保领域，具体属于防止城市建设过程中裸露土堆尘土飞扬的藻液喷剂。
背景技术
在城市建设中，通常会产生大量的临时性土堆，少则几天，多则几个月，甚至几年才进行处理，而这一部分临时性裸露土堆一方面影响城市景观，另一方面则是城市沙尘的主要发源地。临时堆放的裸露土堆，土壤毛管和土壤团聚体结构被破坏，导致其保水性能变差，干旱大风天气会进一步蒸发土壤表层水分，导致裸露土表层土被吹起导致其成为沙尘源。
为防止施工扬尘，目前通常采用物理方法、化学、生物方法来防止沙尘飞扬，物理防护，在临时性土堆表面铺设防护网，特点是见效快，但是投入较大，大范围使用受阻，化学防护，如化学结皮的喷洒，在土层表面形成一种不透性的薄膜，进而引起土面固定作用，特点是见效快，但是投入大，有的化学固土剂对环境有污染，目前正在试用过程中。生物防护：主要是在裸露土及边缘种植防护林及草灌结合，防止起尘，进而达到固土的目的，这几种方法各有利弊，目前的防尘工程多以生物防治和物理防治共同使用，达到综合治理的目的。但植树种草一方面恢复周期慢，管理成本也较高，但无论哪种方法，人工及经济成本都比较高，增加城市建设成本，而很多施工企业为降低成本，会采取减少或取消对裸露土的进一步处理。
城市裸露土通常为深层土壤(20cm以下)，土壤沙粒含量高，保水性能差，有机质含量低，微生物活性差，通过普通的物理、生物措施可以一定程度上降低沙尘飞扬，但对于临时性裸露土堆操作成本过高。城市裸露土的沙尘起扬或泥水横流其本质原因还是土壤表层对风雨的抗侵蚀能力较弱引起的，因此，需要一种成本低且环保性能好的方式来解决临时性裸露土堆的风蚀水蚀问题。
生物藻结皮(Soil algal crusts)通常分布在干旱及半干旱地区，高级阶段会形成生物结皮，其结构更为复杂，由隐花植物如蓝细菌藻类地衣藓类和土壤微生物，以及相关的其他生物体通过菌丝体假根和分泌物等与土壤表层颗粒胶结形成，是土壤拓植演替中的重要结构，对土壤理化性质和肥力起着重要作用，在沙漠中是沙土固定的重要标志，对土壤抗侵蚀性能的提高有着显著功效。
土壤藻结皮形成周期短，要求条件低，可以成为我们进行城市裸露土治理的一个关键技术。可以在城市临时性裸露土表面培养土壤藻结皮，只要藻结皮达到一定的厚度，就可以很大程度上缓解风雨对裸露土的侵蚀，降低沙尘。它属于生物防治的范畴，土壤微生物尝尝聚集土壤颗粒而形成生物土壤结皮。土壤藻是土壤微生物中唯一具有光合自养功能的有机物质制造者，在他们的生命过程中，通过其自身的生理活动及其对其他生物的作用，对于土壤形成和土壤肥力的提高，产生直接和间接的影响。一般而言，土壤环境越稳定，藻结皮的覆盖度越高，分布越广泛，由于藻类属于低等植物，对环境要求不高，因此只要有一个相对稳定的土壤环境，即可以发育形成藻结皮，丝状藻类对分布于结构差的砂土上。藻结皮能够积累土壤细颗粒，黏化土壤，可能是由于其不仅具有一定程度的生物、化学风华作用，并且还能够稳定土壤表面，从而减少土壤细颗粒被降雨、径流及风力侵蚀，同时，土壤藻结皮可以改变土壤表层形态，增加土壤表面积，扩大土壤表层接收空气中细小颗粒，从而在土壤表面累积黏粒和粉粒。人工施加固氮蓝藻后，自行进行光合作用，生长，进而产生结皮，进而达到增加土壤有机质，改善土壤结构，达到降低沙尘飞扬的目的。目前，采用以陆生固氮蓝藻为主题的微生物类群(包括陆生固氮蓝藻、丝状绿藻、细菌、真菌、地衣和苔藓等)形成的生物土壤结皮在干旱贫瘠的荒漠环境中生存生长，即荒漠土壤结皮中主要类群固氮蓝藻的培养物进行快速固沙，陆生固氮蓝藻作为不良环境的先锋和荒漠区的拓植者，具有抗干旱、耐贫瘠的特点，在缺水时处于休眠状态而不会死亡，这是其他植物无可比拟的，当陆生固氮蓝藻生长形成1.5-2.1mm厚以上结皮时，流沙得以固定。利用陆生固氮蓝藻固沙是根据固定、半固定沙漠地区生态系统中生物自然演化的规律，即从流沙到全固定区，生物区系以蓝藻为主体的微生物结皮-地衣-苔藓-小灌木阶梯式水封分布，发挥或强化荒漠区自然的生态工程师的作用，而不是传统的造林绿化方法，这种方法，可用于半固定沙漠向流沙区拓展和工程扰动区的生态恢复。对干旱荒漠区流沙的固定、土壤拓植、发育及环境该两种具有不可替代的作用，目前已在新疆古尔班通古特沙漠进行了野外试验，已经达到了初步的效果，有效的利用生物资源，利用自然法则，进行沙漠化防治。
但利用藻结皮在沙漠中进行沙化防治周期也较长，多达2-3年才形成35％左右的覆盖度，如果将这种技术引入到防治城市裸露土侵蚀方面，因为其周期长，也不太可行。降水和大风天气都可以都城市裸露土产生一定程度上的侵蚀，进而导致扬沙和地面泥水横流。有关土壤结皮对土壤稳定性及防治土壤侵蚀方面的研究多集中于其抗风蚀方面。通过北京市环保局的监测，在北京4级以上大风天气就可以吹起0.25mm以下的细小颗粒，造成空气质量下降。在水蚀对土壤的影响方面，降雨强度越大，对地面的打击作用越强，溅蚀量大，有研究表明，在雨滴直径相同时，溅蚀量与降雨强度呈线性关系，降雨量越大，雨水的总动能就越大，土壤渗透性就会降低，土壤如果存在坡面，坡面就会出现水流，而水流进一步将势能转化为动能，冲击土壤表层，将细小黏土颗粒和溶于水的营养物质带走，导致水蚀，如果这部分雨水流至城市街区，就会导致街区路面被泥水污染，影响路面通行及城市景观。
尤其是北方的冬半年，气温低，降水少，大风日数多，此时的裸露土如果不进行妥善处理，会成为大风天气下主要的沙尘源，因此亟需要一种能在冬半年快速有效覆盖城市裸露土的新措施，特别是培养适合北方土壤的藻液以在短时间内使裸露土形成稳定的藻结皮来阻止风蚀水蚀。
发明内容
本发明的目的旨在为城市裸露地面提供一种藻液喷剂，尤其是冬半年实施，以利于松散土壤表层快速形成藻结皮，降低风雨对裸露土的侵蚀，减少城市本地沙尘源。土壤藻结皮在生长过程中会分泌多糖，多糖不但可以为土壤微生物活动提供能量，还可以通过藻丝固定土壤颗粒，增加土壤的紧实度，增加土壤抗侵蚀能力。结皮可以显著降低风蚀，即使休眠或者死亡的结皮，对于防风固沙也具有很强的作用，对于水蚀，土壤结皮也有较强的抵御功能。
本发明是这样解决技术问题的：由藻粉及培养液两部分组成，其中藻粉的制作过程如下：
11月1日-11月10日在北京选取原有裸露土表层已存在的藻结皮，铲取藻结皮厚度在1mm左右，按照藻结皮∶水(重量/体积)＝1∶20的比例混在一起，恒温震荡机震荡24h，得到均一藻结皮悬浊液，并用水稀释100倍，用滴管将稀释后的藻结皮悬浊液0.05ml滴加到培养皿上，在15℃恒温光照条件下培养20天得到藻落，清洗后再转接到琼脂培养皿中进行培养，15次重复后获得纯化藻落，接下来将纯化藻落转接到培养基中，光照30μmol·m-2·s-1和温度10-15℃，在中低温条件下选择生长状况好的藻种进行培养扩殖，最后6000r/m离心收集藻泥，阴干得到藻粉并保存；
培养液的配比如下：每1000份水加入0.5gCO(NH2)2、1g KH2PO4、0.5g MgSO4·7H2O、蔗糖20g、保水剂50g、粘合剂20g、0.1gFeCl·6H2O；
通过上述方法得到的藻粉50g加入到1L培养液中，即可以得到本裸露土藻液覆盖喷剂。
本发明还可以这样解决上述技术问题：制作藻粉及培养液过程中所使用的水均为去离子水。
配制成的藻液用稀HCl或稀NaOH调节pH至6.5-7.5之间。
本发明可以达到的技术效果为：在北方城市裸露土表面在中低温条件下快速形成土壤藻结皮，固土防尘，降低城市悬浮颗粒物含量，规模化生产后成本低，没有副产物，环保易推广。
附图说明
图1为本发明与其他喷剂及空白第15天时形成土壤藻结皮覆盖度对比柱状图；
图2为本发明与其他试剂及空白第15天时形成土壤藻结皮厚度对比柱状图；
图3为本发明与其他试剂及空白第15天时土壤藻结皮粘结力对比柱状图；
图4为本发明与其他试剂及空白第15天时土壤藻结皮抗冲性对比柱状图；
图5为本发明与其他试剂及空白第15天时土壤流失量对比柱状图；
具体实施方式
为在城市裸露土上快速形成土壤藻结皮，我们进行了多个试验对比：
A试验：7月中旬在北京铲取藻结皮，厚度在1mm左右，按照藻结皮∶水(重量/体积)＝1∶20的比例混在一起，恒温震荡机震荡24h，得到均一藻结皮悬浊液，并用水稀释100倍，用滴管将稀释后的藻结皮悬浊液0.05ml滴加到培养皿上，在15℃恒温光照条件下培养20天得到藻落，清洗后再转接到琼脂培养皿中进行培养，15次重复后获得纯化藻落，接下来将纯化藻落转接到培养基中，光照30μmol·m-2·s-1和温度10-15℃，在中低温条件下选择生长状况好的藻种进行培养扩殖，最后6000r/m离心收集藻泥，阴干得到藻粉并保存；
培养液的配比如下：每1000份水加入0.5gCO(NH2)2、1g KH2PO4、0.5g MgSO4·7H2O、蔗糖20g、保水剂50g、粘合剂20g、0.1gFeCl·6H2O；
配制成的藻液用稀HCl或稀NaOH调节pH至6.5-7.5之间。
B试验：11月上旬在北京铲取藻结皮，厚度在1mm左右，按照藻结皮∶水(重量/体积)＝1∶20的比例混在一起，恒温震荡机震荡24h，得到均一藻结皮悬浊液，并用水稀释100倍，用滴管将稀释后的藻结皮悬浊液0.05ml滴加到培养皿上，在15℃恒温光照条件下培养20天得到藻落，清洗后再转接到琼脂培养皿中进行培养，15次重复后获得纯化藻落，接下来将纯化藻落转接到培养基中，光照40μmol·m-2·s-1和温度10-15℃，在中低温条件下选择生长状况好的藻种进行培养扩殖，最后6000r/m离心收集藻泥，阴干得到藻粉并保存；
培养液的配比如下：每1000份水加入3gCO(NH2)2、1g KH2PO4、0.5g MgSO4·7H2O、蔗糖20g、保水剂50g、粘合剂20g、0.1gFeCl·6H2O；
C试验：11月1日-11月10日在北京选取原有裸露土表层已存在的藻结皮，铲取藻结皮厚度在1mm左右，按照藻结皮∶水(重量/体积)＝1∶20的比例混在一起，恒温震荡机震荡24h，得到均一藻结皮悬浊液，并用水稀释100倍，用滴管将稀释后的藻结皮悬浊液0.05ml滴加到培养皿上，在15℃恒温光照条件下培养20天得到藻落，清洗后再转接到琼脂培养皿中进行培养，15次重复后获得纯化藻落，接下来将纯化藻落转接到培养基中，光照30μmol·m-2·s-1和温度10-15℃，在中低温条件下选择生长状况好的藻种进行培养扩殖，最后6000r/m离心收集藻泥，阴干得到藻粉并保存；
培养液的配比如下：每1000份水加入0.5gCO(NH2)2、1g KH2PO4、0.5g MgSO4·7H2O、蔗糖20g、保水剂50g、粘合剂20g、0.1gFeCl·6H2O；
通过上述方法得到的藻粉50g加入到1L培养液中，即可以得到本裸露土藻液覆盖喷剂。
配制成的藻液用稀HCl或稀NaOH调节pH至6.5-7.5之间。
D试验：11月上旬在北京铲取藻结皮，厚度在1mm左右，按照藻结皮∶水(重量/体积)＝1∶20的比例混在一起，恒温震荡机震荡24h，得到均一藻结皮悬浊液，并用水稀释100倍，用滴管将稀释后的藻结皮悬浊液0.05ml滴加到培养皿上，在15℃恒温光照条件下培养20天得到藻落，清洗后再转接到琼脂培养皿中进行培养，15次重复后获得纯化藻落，接下来将纯化藻落转接到培养基中，光照40μmol·m-2·s-1和温度10-15℃，在中低温条件下选择生长状况好的藻种进行培养扩殖，最后6000r/m离心收集藻泥，阴干得到藻粉并保存；
培养液的配比如下：每1000份水加入3gCO(NH2)2、1g KH2PO4、0.5g MgSO4·7H2O、蔗糖20g、保水剂50g、0.1gFeCl·6H2O；
配制成的藻液用稀HCl或稀NaOH调节pH至6.5-7.5之间。
E试验：11月上旬在北京铲取藻结皮，厚度在1mm左右，按照藻结皮∶水(重量/体积)＝1∶20的比例混在一起，恒温震荡机震荡24h，得到均一藻结皮悬浊液，并用水稀释100倍，用滴管将稀释后的藻结皮悬浊液0.05ml滴加到培养皿上，在15℃恒温光照条件下培养20天得到藻落，清洗后再转接到琼脂培养皿中进行培养，15次重复后获得纯化藻落，接下来将纯化藻落转接到培养基中，光照40μmol·m-2·s-1和温度10-15℃，在中低温条件下选择生长状况好的藻种进行培养扩殖，最后6000r/m离心收集藻泥，阴干得到藻粉并保存；
培养液的配比如下：每1000份水加入3gCO(NH2)2、1g KH2PO4、0.5g MgSO4·7H2O、保水剂50g、粘合剂20g、0.1gFeCl·6H2O；
配制成的藻液用稀HCl或稀NaOH调节pH至6.5-7.5之间。
另外，还需以自然裸土作为对照。
具体实施方式：
选取的裸露土位于北京市顺义区木林镇东沿头村，为城市基建废土场，包括地铁开挖土、城市建筑基土等，都属于土壤深层土，沙粒含量高，土壤水分易流失，所有的试验都在室外进行，以尽可能保持试剂在自然状态下的效果。试验土堆设为高1.8m，锥形，自然坡度(约为30度)，直径约为4.5m，每个试验设三个重复，共18个土堆。另外，因为本实验主要是防止冬春季节的沙尘飞扬，因此，筛选的藻也主要是在低温下生长状况良好的藻类。
培养液中主要含有藻类需要的一些基本元素，CO(NH2)2主要是提供氮素，KH2PO4提供磷素和钾素，MgSO4·7H2O提供镁素，保水剂主要是防止水分过度流失，导致土壤表层缺水影响藻结皮的形成，粘合剂主要是起到防止外界扰动，外界扰动会导致土壤结皮不易形成，葡萄糖可以为藻类的生长及微生物的快速繁殖提供大量且可快速利用的能量来源，0.1gFeCl·6H2O主要是有利于叶绿素的形成，增强其本身的光合作用。将藻液pH调节至6.5-7.5主要是因为北方土壤CaCO3含量高，多呈碱性，不利于土壤藻在土壤表层的快速增殖，将藻液pH调至中性，可以促进藻类生长，使土壤表层藻结皮快速形成，所述的稀HCl或稀NaOH浓度为0.5mol·L-1。在整个制作藻液的过程中统一使用蒸馏水，是为了避免在试验中被其他外界微量菌类或者其他未知元素污染，导致试验结果无法解释。
测定指标：
结皮覆盖度：在土堆自然坡上，完全随机选取10cm×10cm的区域，利用数码照相，然后分割网格法计算藻结皮覆盖面积及占总面积的比值，每个土堆选三个重复，每个试验处理设9个重复，期间每三天往土堆上均匀喷一次本发明所述营养液，喷洒量为0.5kg·m-2，以保证土壤表面的营养供应和水分。
结皮厚度：在田间，用刻刀切开结皮，用游标卡尺测定。
土壤粘结力：用土壤剪切力仪分别测定，各重复测定20次，去除极大值和极小值后取平均值(单位：kg·cm-2)
土壤抗冲性：模拟降雨，降雨强度为120mm/h，当生物结皮表面被水流冲破时所用时间。
土壤流失量：在每个土堆边缘底部铺设干净塑料布，利用人工降雨冲蚀土堆，降雨强度为120mm/h，冲蚀下来的泥土烘干称重。
从实验结果上来看，A/B/C/D/E各试验都能较好地促进土壤藻结皮的形成，尤其是C试验，使土壤藻结皮形成的覆盖度达到了82％，相对于对照而言提高了近7倍，而没有加粘合剂的D试验，藻结皮提高的幅度最小，但也提高了3倍多，但在B试验中，由于未将藻液pH调至中性(6.5-7.5)导致其藻结皮的形成速度相对于C试验更慢一些。从藻结皮形成的厚度而言，除A/D两个试验外，其他试验相对于对照也都达到了显著提升，但B/C两个试验间差异不显著，说明对于藻结皮形成早期而言，C试验的加氮量已经足够其生长，氮加量对于其厚度增加无影响。
通过对土壤粘结力、抗冲性、土壤流失量三个指标的测定，可以知道各个实验对藻结皮形成的质量高低，土壤粘结力方面，各个实验相对于对照都有了大幅度的提高，并且以B试验提高的幅度最大，因为其含氮量高，有利于微生物生长繁殖，微生物分泌物也会进一步增加藻结皮的形成，增加其粘结力，粘合剂的加入也一定程度上增加了土壤的粘结力，从D试验中可以看出，未加粘合剂时，虽然其粘合力相对于对照仍然是增强的，但其增加的幅度最小。而在抗冲性试验中，C试验反而是抗冲性最强的，可能是其结皮的厚度大并且覆盖度最高。而土壤流失量来说，喷洒藻液都可以一定程度上降低雨水对土壤的侵蚀，而除D试验外，其他几个实验间差别较小。
因此，我们综合考量，试验3结果较好，其形成的藻结皮覆盖度高，厚度大，粘合力强，抗冲性强，土壤流失量小，可以很好地解决背景技术中提出的科学问题。
陆生固氮蓝藻具有光合作用，生物固氮量大，光能利用率远高于高等植物，生物固氮量仅次于豆科植物-根瘤菌共生固氮系统，将天然藻结皮中的优势蓝藻分离培养，固氮蓝藻培养物接种到城市裸露试验土上，以自然光，自然温度，保持湿度，一般在10天左右在土壤表面形成1-1.4mm厚绿色藻结皮，完全固化土壤表面。
接种时间，每年秋末冬初(10月下旬-11月上旬)，喷洒量：100g/m2，适当补充水分，可形成覆盖沙表面60％以上的结皮，另外一个需要注意的问题是藻液的存放条件和存放时间，藻液一般存放在4℃冰箱使藻液中的藻处于半休眠状态，存放时间也尽量不要超过1个月，以免受其他微生物污染变质降低藻的活性。
土壤藻结皮发育能够显著增加土壤抗侵蚀性，减少土壤流失可能有两方面原因。一方面是藻结皮的发育显著改善了土壤理化属性，降低土壤可蚀性，即藻结皮抗侵蚀作用的内因；另一方面，藻结皮的覆盖作用能够减缓降雨及径流侵蚀力，从而增加土壤抗侵蚀性，即藻结皮抗侵蚀作用的外因。只要藻结皮存在，即可保护下层土壤不被侵蚀。研究表明藻结皮能够分泌较多的胞外多糖，因此藻结皮对土壤颗粒的粘结作用大。藻结皮主要是通过覆盖作用提高土壤抗侵蚀性。
虽然我们只是做了土壤藻结皮对于雨水的抗蚀性试验，但其对风的抗蚀性也相对较强。因此，通过本发明可以在冬半年较低气温下快速使裸露土得到有效覆盖，形成较为完整的藻结皮，在使用后，可以降低扬沙，保护城市空气质量，尤其在冬季，效果更为显著。不但可以施用于城市建设裸露土堆和渣土场，还可以用于城市临时裸露地的覆盖。另外，通过大规模培养扩殖后，生产成本较低，易于大规模推广使用。

Claims (3)

1.一种裸露土覆盖藻液喷剂，其特征在于：由藻粉及培养液两部分组成，其中藻粉的制作过程如下：
11月1日-11月10日在北京选取原有裸露土表层已存在的藻结皮，铲取藻结皮厚度在1mm左右，按照藻结皮∶水(重量/体积)＝1∶20的比例混在一起，恒温震荡机震荡24h，得到均一藻结皮悬浊液，并用水稀释100倍，用滴管将稀释后的藻结皮悬浊液0.05ml滴加到培养皿上，在15℃恒温光照条件下培养20天得到藻落，清洗后再转接到琼脂培养皿中进行培养，15次重复后获得纯化藻落，接下来将纯化藻落转接到培养基中，光照30μmol·m-2·s-1和温度10-15℃，在中低温条件下选择生长状况好的藻种进行培养扩殖，最后6000r/m离心收集藻泥，阴干得到藻粉并保存；
培养液的配比如下：每1000份水加入0.5gCO(NH2)2、1g KH2PO4、0.5g MgSO4·7H2O、蔗糖20g、保水剂50g、粘合剂20g、0.1gFeCl·6H2O；
通过上述方法得到的藻粉50g加入到1L培养液中，即可以得到本裸露土藻液覆盖喷剂。
2.根据权利要求1所述的一种裸露土覆盖藻液喷剂，其特征在于：制作藻粉及培养液过程中所使用的水均为去离子水。
3.根据权利要求1或2所述的一种裸露土覆盖藻液喷剂，其特征在于：配制成的藻液用稀HCl或稀NaOH调节pH至6.5-7.5之间。
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CN115304419A (zh) * 2022-08-04 2022-11-08 内蒙古农业大学 一种藓类结皮层的制备方法及其应用

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