CN113906854B - 一种利用人工复合生物结皮治理干旱区盐碱地的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用人工复合生物结皮治理干旱区盐碱地的方法。将人工培养扩繁后的藻结皮、藓结皮和芽孢杆菌按照21：9：1的比例混合形成复合生物结皮接种到盐碱地，在夜间进行结皮层饱和水平的浇水2周时间，形成稳定结皮层，通过调节表层土壤水盐运移，显著降低土壤pH值和电导率，同时通过捕获光合作用与固氮作用，增加土壤养分含量，提高盐碱地生物多样性，为干旱区盐碱地整体修复奠定基础。本发明操作简便、绿色、环保，且成本低，减少了后续维护所需的大量人力和物力消耗，为实现广大干旱区盐碱地治理提供了新的思路与技术支撑。

Description

一种利用人工复合生物结皮治理干旱区盐碱地的方法
技术领域
本发明属于盐碱地治理技术领域，具体为一种利用人工复合生物结皮治理干旱区盐碱地的方法。
背景技术
土壤盐碱化是世界性环境问题，大量土壤资源因土壤盐碱化而荒芜。盐碱土的形成与气候、地形、水文和地质等因素的综合作用有着密切的关系。干旱区盐碱地形成主要是由于水分蒸发使得土壤盐分上升到地面聚集，导致土壤板结、有机质减少、钠盐增加、地表透气性变差和生物多样性及生产力降低。以往治理盐碱地多采取物理和化学措施，取得了一定的治理效果，但多偏重于工程措施，治标不治本，难以使土壤的理化性质得到本质性的改善，效果持续周期短，易反复。而且，利用物理和化学修复措施还带来一些副作用，例如：利用淡水洗盐将Na+、Cl-等盐离子排走的同时，土壤中一些植物必需的矿质元素如P、Fe、Mg和Zn等也被排走；利用化学修复措施，容易引起土壤板结，还会引进新的有毒副作用的物质，对环境和土壤造成污染，而且由于化学反应的可逆性，化学修复亦不能从根本上解决问题。因此，亟需一种绿色、环保、可持续且成本低廉、一劳永逸的新型盐碱地治理技术。
生物结皮是由微细菌、真菌、藻类、地衣、苔藓等隐花植物及其菌丝、分泌物等与土壤颗粒粘结形成的复合物，是干旱半干旱区重要的覆盖类型(覆盖度在40％以上)。生物结皮是干旱区生态系统工程师，它的拓殖与繁衍可以显著改善土壤物理、化学和生物属性。特别是生物结皮可为维管束植物和其他土壤微生物生长繁殖提供有利生境，而维管束植物和微生物的生长又利用了盐碱土中的离子，且在生长及腐蚀过程中能够分泌酸性物质和胞外多糖，从而进一步减低了土壤盐碱性。藻类广泛存在于世界各干旱区，是荒漠植被演替过程中的先锋拓殖生物，藓结皮属于生物结皮发育的高级阶段，对土壤的固定、防止土壤的退化，改善土壤表面的物理化学生物学特性、土壤抗风蚀水蚀、促进盐碱地植被演化具有重要意义。
发明内容
基于上述，本发明的目的旨在提供一种利用人工复合生物结皮治理干旱区盐碱地的方法。该方法通过在盐碱地表接种人工复合生物结皮材料形成生物结皮来改善盐碱地理化属性，绿色、环保、可持续，具有操作简便且新颖，成本低且效果好，减少了大量人力和财力消耗的优点。
本发明的优点是通过以下技术方案实现的；
一种利用人工复合生物结皮治理干旱区盐碱地的方法，其步骤如下：
a.制备结皮种源和培养基质土选取盐碱地周边发育较好的藻结皮和藓结皮，厚度为1cm，在阴凉处晾干，除去杂质，粉碎，过60目筛，制成藻结皮和藓结皮种源，同时从中分离提纯芽孢杆菌作为芽孢杆菌扩繁的种源；分别采集藻结皮和藓结皮层下0-5cm土壤混匀，过1mm筛，分成两份，一份为人工藻和藓结皮培养的基质土，另外一份土壤121℃灭菌40分钟，作为芽孢杆菌培养的基质载体；
b.人工复合生物结皮接种材料的培养将藻、藓结皮和芽孢杆菌在室内各自分别进行培养增繁，采用小托盘底部钻孔并覆有细纱布进行培养，小托盘内放1cm厚度的基质土，以500、100和10g/m2接种量将藻、藓结皮碎片和芽孢杆菌菌剂均匀的撒在基质土上，然后将小托盘放置到大托盘内，大托盘内深大于小托盘沿的高度，每晚定期通过大托盘底浇水渗至小托盘土壤基质土饱和；
c.室内人工复合生物结皮材料培养的条件为：光周期12h，白昼温度25℃，夜间17℃。培养14-20天，停止浇水，晾干，将人工培养的藻结皮、藓结皮和芽孢杆菌菌剂按照21：9：1比例混匀，形成人工复合生物结皮材料；
d.人工复合生物结皮移植盐碱及养护提出小托盘底部的细纱布，将人工复合生物结皮接种材料，按照藻结皮21：藓结皮9：芽孢杆菌1的比例混合，并且以500g/m2的接种量移植盐碱地荫湿低洼处，用塑料网遮蔽炽热的阳光，2周内每晚以雾状水气进行均匀施水，并使接种材料达到饱和，但不产生入渗和径流为准，以促进其接种成功，在盐碱地形成结皮。
本发明的优点在于：
本发明利用藻类能在极端环境(高温、干旱、高pH、盐碱、高紫外辐射)下生长、繁殖，对各种胁迫具有独特的生理适应性，通过增加土壤酶活性的特点，为其它异养微生物提供了碳源和氮源改善土壤生境，为其它生物的生存提供基础。藓结皮属于生物结皮发育的高级阶段，对环境有较强的改善能力，同时其生长拓殖所需的条件也比藻结皮高。
本发明以藻结皮、藓结皮和芽孢杆菌混匀，形成人工复合生物结皮材料，在盐碱地表接种形成结皮层，调控水盐运移，降低土壤的pH和电导率，达到盐碱地治理的目的。人工复合生物结皮技术克服了传统的盐碱地改良技术的缺点，在较小投入的前提下，从根本上改善盐碱地土壤的理化性质，增强治理的可持续性。同时，该发明减少了传统盐碱地治理措施所需的人力和物力耗费，绿色，环保，可持续高，为盐碱地的修复提供了新的思路与方法。
附图说明
图1为人工复合生物结皮接种对盐碱地土壤pH的影响
图2为人工复合生物结皮接种对盐碱地土壤电导率的影响
具体实施方式
一种利用人工复合生物结皮治理干旱区盐碱地的方法，其步骤如下：a.制备结皮种源和培养基质土选取盐碱地周边发育较好的藻结皮和藓结皮，厚度为1cm，在阴凉处晾干，除去杂质，粉碎，过60目筛，制成藻结皮和藓结皮种源，同时从中分离提纯芽孢杆菌作为芽孢杆菌扩繁的种源；分别采集藻结皮和藓结皮层下0-5cm土壤混匀，过1mm筛，分成两份，一份为藻结皮和藓结皮培养的基质土，另外一份土壤121℃灭菌40分钟，作为芽孢杆菌培养的基质土；
b.人工复合生物结皮接种材料的培养将藻、藓结皮和芽孢杆菌在室内各自分别进行培养增繁，采用小托盘底部钻孔并覆有细纱布进行培养，小托盘内放1cm厚度的基质土，以500、100和10g/m2接种量将藻、藓结皮碎片和芽孢杆菌菌剂均匀的撒在基质土上，然后将小托盘放置到大托盘内，大托盘内深大于小托盘沿的高度，每晚定期通过大托盘底浇水渗至小托盘土壤基质土饱和；
c.室内人工复合生物结皮材料培养的条件为：光周期12h，白昼温度25℃，夜间17℃。培养14-20天，停止浇水，晾干，将人工培养的藻结皮、藓结皮和芽孢杆菌菌剂按照21：9：1比例混匀，形成人工复合生物结皮材料；
d.人工复合生物结皮移植盐碱及养护提出小托盘底部的细纱布，将人工复合生物结皮接种材料，按照藻结皮21：藓结皮9：芽孢杆菌1的比例混合，并且以500g/m2的接种量移植盐碱地荫湿低洼处，面积为25m2，覆盖塑料网，2周内每晚以雾状水气进行均匀施水，并使接种材料达到饱和，但不产生入渗和径流为准，以促进其接种成功，在盐碱地形成结皮。
本发明利用藻类和藓类生物为材料抗盐碱能力、生长速率和改良效果的非维管束植物间协同作用，从对盐碱地土壤生物属性进行改良入手，来实现土壤系统的整体恢复。不同于以往的物理、化学和利用大型维管束植物的改良方法。
利用藻类和藓类生物为材料，通过适当的管理措施，使其在盐碱地表拓殖，形成稳定结皮层，对接种后的盐碱地进行定期取样分析，评估改良效果。结果表明，图1.为人工复合生物结皮接种对盐碱地土壤pH的影响。从图1中可以看出：人工复合生物结皮接种对盐碱地培养随着时间的增加，土壤pH逐渐减小，18月过后，土壤pH从5月的8.4降至8.25；图2.为人工复合生物结皮接种对盐碱地土壤电导率的影响，图2显示，人工复合生物结皮接种对盐碱地培养月数的增加，土壤电导率逐渐减小，说明人工复合生物结皮接种可显著降低盐碱地土壤pH值和电导率，改变了地表透气性。
表1为人工复合生物结皮接种前后盐碱地土壤养分含量变化
表1人工复合生物结皮接种前后盐碱地土壤养分含量变化
Figure GDA0003884721670000041
表2为人工复合生物结皮接种前后盐碱地草本植物物种数量、盖度和生物量变化
表2人工复合生物结皮接种前后盐碱地草本植物物种数量、盖度和生物量变化
种数(株/m<sup>2</sup>) 盖度(％) 生物量(g/m<sup>2</sup>)
接种前 4.2±1.1 1.3±0.2 7.4±1.6
接种后18个月 12.1±2.4 4.1±1.5 33.7±6.2
从表1和表2可以看出：人工复合生物结皮材料移植后，盐碱地土壤的有机质、氮、磷、钾比移植前有所提高，调节表层土壤水盐运移，改善土壤板结状况、增加有机质，形成稳定结皮层。同时通过光合作用与固氮作用，增加养分含量，提高盐碱地生物多样性，增加土壤养分含量及草本植物物种数量、盖度和生物量，为改良干旱区盐碱地整体修复奠定基础，一年过后，察看试验地，白花碱逐渐消退，人工复合生物结皮泛绿，蒿草、灰蓬草本植物萌生，盐碱地微环境得到改善，利用人工复合生物结皮治理干旱区盐碱地被见效。

Claims (1)

1.一种利用人工复合生物结皮治理干旱区盐碱地的方法，其步骤如下：
a.制备结皮种源和培养基质土选取盐碱地周边发育较好的藻结皮和藓结皮，厚度为1cm，在阴凉处晾干，除去杂质，粉碎，过60目筛，制成藻结皮和藓结皮种源，同时从中分离提纯芽孢杆菌作为芽孢杆菌扩繁的种源；分别采集藻结皮和藓结皮层下0-5cm土壤混匀，过1mm筛，分成两份，一份为藻结皮和藓结皮培养的基质土，另外一份土壤121℃灭菌40分钟，作为芽孢杆菌培养的基质土；
b.人工复合生物结皮接种材料的培养将藻、藓结皮和芽孢杆菌在室内各自分别进行培养增繁，采用小托盘底部钻孔并覆有细纱布进行培养，小托盘内放1cm厚度的基质土，以500、100和10g/m2接种量将藻、藓结皮碎片和芽孢杆菌菌剂均匀的撒在基质土上，然后将小托盘放置到大托盘内，大托盘内深大于小托盘沿的高度，每晚定期通过大托盘底浇水渗至小托盘土壤基质土饱和；
c.室内人工复合生物结皮材料培养的条件为：光周期12h，白昼温度25℃，夜间17℃，培养14-20天，停止浇水，晾干，将人工培养的藻结皮、藓结皮和芽孢杆菌菌剂按照21：9：1比例混匀，形成人工复合生物结皮材料；
d.人工复合生物结皮移植盐碱及养护提出小托盘底部的细纱布，将人工复合生物结皮接种材料，按照藻结皮21：藓结皮9：芽孢杆菌1的比例混合，并且以500g/m2的接种量移植盐碱地荫湿低洼处，覆盖塑料网，2周内每晚以雾状水气进行均匀施水，并使接种材料达到饱和，但不产生入渗和径流为准，以促进其接种成功，在盐碱地形成结皮。
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