CN114467397A - 一种利用微藻原位改良盐碱地土壤的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用微藻原位改良盐碱地土壤的系统及方法，将微藻细胞液接种到所述池塘中，向池塘中输送污水，并在线监测池塘中的各营养物浓度，以对微藻进行培养；微藻培养周期结束后，将筛网抬起，并充分静置，将水分沥干，使微藻截留在筛网上；将筛网上的微藻刮下，投加至土壤中作为土壤改良剂。利用微藻进行原位盐碱地土壤修复，相比于传统农作物，微藻不仅繁殖速度快、生长周期短、在种植过程中易于管理，而且在生长过程中还会产生胞外分泌物从而提高土壤中的有机质，同时其优秀的渗透压和pH值的调节能力使其在盐碱地的治理和改良具有潜力。
Description
技术领域
本发明涉及微生物技术领域，特别是指一种利用微藻原位改良盐碱地土壤的系统及方法。
背景技术
这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
目前利用微藻改良盐碱地的方法整体思路是在反应器内的优良环境中先获得足够的蓝藻生物质，收获后再制成菌肥投放农田中，这种方法费时费力，且对盐碱地的改良效果并不明显。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种利用微藻原位改良盐碱地土壤的系统及方法。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
第一方面，本发明提供一种利用微藻原位改良盐碱地土壤的系统，包括顶盖、微藻生长室、筛网和被改良土壤层，其中，
顶盖盖合于微藻生长室顶部；
筛网铺设于微藻生长室的底部；
被改良土壤层位于微藻生长室下方，形成微藻生长室的底部；
被改良土壤层的下方铺设有防渗层。
第二方面，本发明提供一种利用微藻原位改良盐碱地土壤的方法，包括如下步骤：
将微藻细胞液接种到所述微藻生长室中，向其中输送污水，对微藻进行培养；
微藻在生长过程中向周围分泌大量的胞外分泌物，渗入生长室下方的被改良土壤层中，改善盐碱地土壤的理化性质，重塑土壤微生物群落结构；
微藻培养周期结束后，将筛网抬起，并充分静置，将水分沥干，使微藻截留在筛网上；
将筛网上的微藻刮下进行收获，以备后续利用；
收获后将筛网返回至微藻生长室中，筛网上残留的微藻作为下一个培养周期的种子细胞。
上述本发明的一个或多个实施例取得的有益效果如下：
(1)微藻繁殖速度快、生长周期短，在生长过程中会产生胞外分泌物，胞外分泌物中含有大量的有机碳化合物，作为土壤微生物的碳源，以重塑盐碱地土壤微生物群落，同时其良好的渗透压和pH值调节能力使其在盐碱地的治理和改良具有潜力。同时，土壤层以及培养室水层之间的离子交换作用，可以大大改善盐碱地土壤的理化性质。
与传统物理化学修复技术相比，该方法操作简单、高效、低成本且无二次污染，可实现绿色环保的修复过程。与传统生物修复技术相比，微藻生长速率快、培养周期短、环境适应性强，可明显缩短盐碱地土壤的修复周期。与目前其他微藻生物修复技术相比，本发明整合了盐碱地原位土壤修复与微藻培养，减少了传统过程中微藻的运输与储存成本；利用筛网自然静置作为固液分离的方法，减少了传统收获过程中能源密集型(如离心、抽滤等)的收获方式，节约盐碱地土壤修复的成本。
(2)在对土壤进行修复过程中，微藻可利用自身的光合作用高效固定大气中的CO2，理论上1g微藻生物质可从空气中固定1.8gCO2，远远高于传统耐盐高等植物，因此，利用微藻进行原位盐碱地土壤修复的同时，可实现碳减排的功效。
(3)所收获的微藻生物质可进行多元化利用，根据细胞内合成产物含量的不同，有针对性地提取相应的代谢产物并进行下游加工，生产出相应的高附加值生物产品，如生物柴油、高品质微藻蛋白、藻多糖、抗性药物、食品添加剂等，其收益可很好地补偿盐碱地修复的成本，具有良好的经济可行性。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明实施例的利用微藻原位改良盐碱地土壤的方法流程图。
图中，1-微藻生长室；2-筛网；3-顶盖；4-在线监测系统；5-防渗层。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
第一方面，本发明提供一种利用微藻原位改良盐碱地土壤的系统，包括顶盖、微藻生长室、筛网和被改良土壤层，其中，
顶盖盖合于微藻生长室顶部；
筛网铺设于微藻生长室的底部；
被改良土壤层位于微藻生长室下方，形成微藻生长室的底部；
被改良土壤层的下方铺设有防渗层。
防渗层用于对渗入被改良土壤的营养物质进行拦截，避免营养物质的流失。
在一些实施例中，所述筛网的材质为尼龙，其孔径小于10μm。在微藻生长室内铺设孔径小于10μm尼龙布料制成的筛网，可以有效防止大部分微藻渗入土壤中，同时防止土壤颗粒进入微藻培养体系不易分离。
在一些实施例中，所述顶盖的材质为有机玻璃或塑料薄膜。
由于在雨水较少的季节，微藻生长室中的水在阳光照射的作用下容易蒸发，时间一长就容易晒干，进而影响到微藻的培养。
顶盖采用透明材质制成，可以允许阳光的透过，保证微藻的正常生长。在微藻生长室的顶部加盖，微藻生长室中蒸发的水会在顶盖上凝结，并回流至微藻生长室中，可以有效防止微藻生长室中水分的蒸干，在较长时间内可以保证微藻的正常生长。
在一些实施例中，微藻生长室的高度为15-20cm。
在一些实施例中，被改良土壤层的厚度为20-40cm，优选为30cm。
第二方面，本发明提供一种利用微藻原位改良盐碱地土壤的方法，包括如下步骤：
将微藻细胞液接种到所述微藻生长室中，向其中输送污水，对微藻进行培养；
微藻在生长过程中向周围分泌大量的胞外分泌物，渗入生长室下方的被改良土壤层中，改善盐碱地土壤的理化性质，重塑土壤微生物群落结构；
微藻培养周期结束后，将筛网抬起，并充分静置，将水分沥干，使微藻截留在筛网上；
将筛网上的微藻刮下进行收获，以备后续利用；
收获后将筛网返回至微藻生长室中，筛网上残留的微藻作为下一个培养周期的种子细胞。
在一些实施例中，微藻生长室中初始的生物质浓度为0.2-0.5g/L。
进一步的，微藻的培养周期是6-10天。
在一些实施例中，对微藻进行培养过程中，在线监测微藻生长室中的各营养物浓度。
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
改良山东某滨海地区盐碱地土壤。具体工艺流程如图1所示，被改良土壤主体部分包括微藻生长室1、筛网2；附属结构主要包括污水管线、顶盖3和防渗层5。其中，微藻生长室由盐碱土构成；筛网2铺设于微藻生长室1内部，且其孔径小于10μm；筛网下部为被改良土壤层3；污水管线连通污水源和微藻生长室；顶盖4由透明材质制成，用于盖合于微藻生长室1顶部。利用在线监测设备5实时在线监测微藻生长室中污水的氮、磷、盐度、碱度、pH值、DO、微藻生物质浓度等数据，并根据实时数据随时对微藻生长室中的营养成分进行微调，以确保微藻细胞在微藻生长室中的生长状态。定期监测土壤盐度、碱度、有机质、氮、磷等数据，以确定修复周期。
步骤(1)微藻种子液的培养：选取盐泽螺旋藻Spirulina subsalsa作为藻种，将一定量盐泽螺旋藻置于标准Spirulina medium培养基(SP培养基)中进行扩大培养，SP培养基配方如表1所示。
表1
*A5溶液配方，如表2所示：
表2
培养体积100L，温度25℃，24小时连续光照(强度2500Lux)，培养周期10天。培养结束后，静置一段时间，收获螺旋藻。
步骤(2)微藻生长室的修筑：在盐碱土地内建设为长1m，宽0.5m，深0.2m的微藻微藻生长室，有效容积为0.1m3，微藻生长室内铺设孔径6.5μm尼龙筛网，下方0.3m厚的土层为被改良土壤层，在被改良土层下方铺设防渗层。向微藻生长室中抽送污水80L，微藻生长室上方加盖有机玻璃微藻生长室顶盖。
步骤(3)微藻培养：将步骤(1)中收获的螺旋藻接种到步骤(2)中的微藻生长室中，初始生物质浓度为0.4g/L，培养周期为9天，培养过程中，污水的氮浓度为250mg/L、磷浓度为7mg/L、盐度浓度为0.1％、pH值为7.5、DO值为6mg/L。
步骤(4)微藻生物质收获：螺旋藻培养9天后，将尼龙布料抬起并充分静置，使水分沥干，将截留在筛网上螺旋藻泥刮至无菌容器中，置于-20℃的冰箱内冷冻保存。残留在筛网中的螺旋藻随筛网一同返回至步骤(2)中的微藻生长室内，作为第二培养周期的初始螺旋藻藻种，并加入步骤(1)中新培养的螺旋藻藻种，调整微藻生长室中的初始生物质浓度至0.4g/L，开启第二培养周期。
步骤(5)微藻资源化利用：将步骤(4)中收获的螺旋藻置于冷冻干燥器中进行冷冻干燥至恒重，并充分研磨成粉末，利用分光光度法测得螺旋藻藻蓝蛋白含量为10％，可用于螺旋藻藻蓝蛋白的生产。
经过3-5个培养周期，土壤电导率下降22％，土壤盐度下降20％，收获螺旋藻粉80g，提取螺旋藻藻蓝蛋白5g。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种利用微藻原位改良盐碱地土壤的系统，包括顶盖、微藻生长室、筛网和被改良土壤层，其中，
顶盖盖合于微藻生长室顶部；
筛网铺设于微藻生长室的底部；
被改良土壤层位于微藻生长室下方，形成微藻生长室的底部；
被改良土壤层的下方铺设有防渗层。
2.根据权利要求1所述的利用微藻原位改良盐碱地土壤的系统，其特征在于：所述筛网的材质为尼龙，其孔径小于10μm。
3.根据权利要求1所述的利用微藻原位改良盐碱地土壤的系统，其特征在于：所述顶盖的材质为有机玻璃或塑料薄膜。
4.根据权利要求1所述的利用微藻原位改良盐碱地土壤的系统，其特征在于：微藻生长室的高度为15-20cm。
5.根据权利要求1所述的利用微藻原位改良盐碱地土壤的系统，其特征在于：被改良土壤层的厚度为20-40cm。
6.根据权利要求5所述的利用微藻原位改良盐碱地土壤的系统，其特征在于：被改良土壤层的厚度为30cm。
7.采用用权利要求1-6任一所述系统进行的利用微藻原位改良盐碱地土壤的方法，其特征在于：包括如下步骤：
将微藻细胞液接种到所述微藻生长室中，向其中输送污水，对微藻进行培养；
微藻在生长过程中向周围分泌大量的胞外分泌物，渗入生长室下方的被改良土壤层中，改善盐碱地土壤的理化性质；
微藻培养周期结束后，将筛网抬起，并充分静置，将水分沥干，使微藻截留在筛网上；
将筛网上的微藻刮下进行收获，以备后续利用；
收获后将筛网返回至微藻生长室中，筛网上残留的微藻作为下一个培养周期的种子细胞。
8.根据权利要求7所述的利用微藻原位改良盐碱地土壤的方法，其特征在于：池塘中初始的生物质浓度为0.2-0.5g/L。
9.根据权利要求8所述的利用微藻原位改良盐碱地土壤的方法，其特征在于：微藻的培养周期是6-10天。
10.根据权利要求7所述的利用微藻原位改良盐碱地土壤的方法，其特征在于：对微藻进行培养过程中，在线监测微藻生长室中的各营养物浓度。
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