CN114731892A

CN114731892A - 一种沙化土地综合治理方法

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Publication number: CN114731892A
Application number: CN202210449933.3A
Authority: CN
Inventors: 冯薇; 张宇清; 秦树高; 赖宗锐; 佘维维; 刘靓
Original assignee: Beijing Forestry University
Current assignee: Beijing Forestry University
Priority date: 2022-04-26
Filing date: 2022-04-26
Publication date: 2022-07-12

Abstract

本发明涉及一种沙化土地综合治理方法，所述治理方法包括：在沙地以草类植物设置网格状栅栏，所述栅栏最小单元的边长为1‑2m，高度为4‑6cm；在所述栅栏内的沙地散播固沙植物种子和藻种，以及添加功能微生物菌剂；其间在沙地表面分多次喷洒沙蒿胶。本发明的方法具有良好的土壤改良作用，在起到一定固沙效果的同时，还能够促进土壤微生物的生长繁殖，改善土壤微环境，促进植物生长。该方法的推广将增加农牧业的基础生产能力，具有重大的潜在经济社会效益。

Description

一种沙化土地综合治理方法

技术领域

本发明涉及荒漠化防治和生态环境修复领域，尤其涉及一种沙化土地综合治理方法。

背景技术

荒漠化危害越来越严重，防治荒漠化、遏制沙化土地的扩张，实现资源、经济的可持续发展已迫在眉捷。传统固沙技术包括机械固沙、化学固沙和生物固沙，尽管取得了良好的成效，但恢复速度慢，且沙地固定后土壤养分的提升较弱，难以提供植物生长所必须的基本元素；一些化学材料因成本、材料来源受限等因素均未能大规模应用。

因此，探索一套易于获得、价格低廉、无二次污染、改善土壤结构、提高土壤肥力，且能为后续植物生长创造有利条件的固沙集成技术势在必行。

发明内容

本发明的目的是提供一种沙化土地综合治理方法，解决沙化土地治理过程中土壤肥力不足、固沙速度慢、植被恢复微弱等问题，实现半干旱荒漠区沙漠化高效治理和区域生态安全保障。

本发明提供一种沙化土地综合治理方法，包括：在沙地以草类植物设置网格状栅栏，所述栅栏最小单元的边长为1-2m，高度为4-6cm；在所述栅栏内的沙地散播固沙植物种子和藻种，以及添加功能微生物菌剂；其间在沙地表面分多次喷洒沙蒿胶。

藻类作为一种拓殖生物，不仅能在多数生命形式无法生存的严酷环境中生长和繁殖，而且还以其特有的生活、代谢方式影响并改善自然环境，在荒漠化综合治理方面具有特殊作用。但是，在荒漠藻培育初期，流沙表面的荒漠藻生物量很低，不足以形成藻结皮，荒漠藻容易黏附在土壤颗粒表面，随风迁移。本发明研究发现，沙蒿胶具有良好的固沙效果，不但能够促进土壤微生物的生长繁殖，改善土壤微环境，还能加快生物结皮的形成发育。将其与生物结皮相结合应用于沙漠化的治理，在生物结皮培育前期给其生长发育提供稳定的微环境，在后续还能给生物结皮的生长发育提供养分。

功能微生物菌剂是一类经过生产扩繁后，制成溶液、粉末、固体的活性制剂。可以促进植物生长，抑制有害病菌，固定大气中的CO₂和N₂，增加土壤有机碳和全氮含量，还可以激活土壤中无机养分，加速有机物的分解转化，提高土壤与肥料中养分利用率，促进营养释放及作物的吸收利用。本发明添加功能微生物菌剂能在固沙的同时改良土壤结构。

本发明上述技术的实施还离不开起初工程设施的建立，即在沙地以草类植物设置网格状栅栏，所述栅栏最小单元的边长为1-2m，高度为4-6cm。现有技术也有采用生物措施、工程措施、化学措施等结合的治理沙地方法，如CN109121527A，但是，该现有技术要编织网格状草垫然后还要在草垫上铺设地膜，工程量相当大且成本较高。本发明经过大量研究发现，进行本发明所述的工程设施，可以就地取材、操作简单，且草类植物既可以降低地表风速，为微生物提供稳定的环境，还可以为微生物提供养分(植物的主要成分为纤维素、木质素、淀粉、蛋白质和糖类等)，从而后期无需过多复杂的处理，最后实现较优的治理效果。

根据本发明提供的沙化土地综合治理方法，所述草类植物为麦草，在其收割后，将麦草扎入沙地深4-6cm，高出地表4-6cm。需要说明的是，本发明所述麦草为小麦收获后的秸秆。可采用铁锹将麦草扎入沙地。

根据本发明提供的沙化土地综合治理方法，所述固沙植物种子为油蒿、杨柴和柠条中的一种或多种。

根据本发明提供的沙化土地综合治理方法，所述藻种由自然发育良好的藻结皮处理得到藻粉后再经扩繁得到。

在本发明的具体实施方式中，藻种制备可采用如下方法：

选取自然发育良好的藻结皮，采集表层0-10mm的结皮层备用。将采集的藻结皮自然风干、粉碎，过1mm筛，收集藻粉，作为藻结皮扩繁的种源。在BG11液体培养基中加入藻粉(每升培养基中接种50g藻粉)，搅拌均匀后倒入培养盘中，并向培养盘中加入风沙土(每升BG11培养基中加入100g风沙土)，使风沙土均匀铺满盘底。将培养盘置于培养架上，在室温和自然光照下培养3周。培养结束后，将培养的藻种及其所固着的沙粒一并收集，自然风干、研磨、过1mm筛后，装入灭菌自封袋中，于-20℃保存。

其中，藻结皮种源采集时间为一年中降雨较多的生长季7-8月份，种源采集的地方为毛乌素沙地典型固沙灌木区、半固定沙地、沙丘的不同部位，确保所采集的藻结皮具有代表性。藻结皮的采集厚度为藻结皮层的厚度，约10mm。

根据本发明提供的沙化土地综合治理方法，所述功能微生物菌剂为光合固碳菌剂、固氮菌剂、解磷解钾菌剂和复合菌剂中的一种或多种。添加功能微生物菌剂能够促进表层土壤中碳、氮、有效磷和有效钾的含量增加；增加微生物的数量和生物量，通过一定数量微生物捆绑、菌丝缠绕、胞外分泌物等方式稳定流动沙面。

根据本发明提供的沙化土地综合治理方法，所述功能微生物菌剂为光合固碳菌剂和固氮菌剂以质量比1-1.2:1-1.2组成的混合物。

根据本发明提供的沙化土地综合治理方法，先散播固沙植物种子，用量为5±1g/m²，再散播藻种，用量为200±10g/m²，再第一次喷施沙蒿胶，然后添加功能微生物菌剂，用量为100±10g/m²。

根据本发明提供的沙化土地综合治理方法，所述沙蒿胶的喷洒频率为每40-50天一次，总共三次，每次用量为0.6±0.1g/m²。沙蒿胶的野外喷洒浓度以0.20％为宜。

沙蒿胶是从多年生半灌木白沙蒿(Artemisia sphaerocephalaKrasch.)种子表皮提取的一种亲水性胶体，具有较高的黏度和良好的吸水性、保水性以及热稳定性。沙蒿胶具有以下优势：1)可以均匀分散在水中，配成不同浓度的沙蒿胶溶液；2)是一种环境友好型材料，不会产生污染；3)沙蒿是中国半干旱沙区广泛分布的固沙植物，沙蒿胶的原材料来源广泛，易于获得；4)沙蒿胶能够促进土壤微生物的生长繁殖，加快生物结皮的形成发育，改善土壤微环境。另外，沙蒿胶的胶结作用具有时效性，且易被微生物分解，因此，需定期添加，以维持和促进沙面的稳定和微生物的繁殖。

根据本发明提供的沙化土地综合治理方法，还包括：在添加功能微生物菌剂后，每周浇水1次，共浇水4次，每次浇水至田间最大持水量。

根据本发明提供的沙化土地综合治理方法，所述沙地为半干旱荒漠区的流动沙地。

本发明提供了一种沙化土地综合治理方法，该方法具有良好的土壤改良作用，在起到一定固沙效果的同时，还能够促进土壤微生物的生长繁殖，改善土壤微环境，促进植物生长。该方法的推广将增加农牧业的基础生产能力，具有重大的潜在经济社会效益。

附图说明

图1为实施例1中综合治理前后样地照片；

图2为实施例1中麦草方格和植物纤维网格设置图；

图3为实施例1中综合治理对土壤微生物量氮、有机碳和有机磷的影响；

图4为实施例1中综合治理对植被高度和植被盖度的影响；

图5为实施例1中综合治理对土壤微生物多样性的影响；其中，G：植物纤维网，S：麦草方格，1、2、3、4、5分别为对照、光合固碳菌剂、固氮菌剂、解磷解钾菌剂、复合菌剂；

图6为实施例1中综合治理对土壤微生物群落结构的影响；其中，G：植物纤维网，S：麦草方格，1、2、3、4、5分别为对照、光合固碳菌剂、固氮菌剂、解磷解钾菌剂、复合菌剂；(条形图中从左到右不同的颜色代表的物质分别对应着从上到下的图例)；

图7为实施例2中综合治理前后样地照片；

图8为实施例2中综合治理对土壤酶活性的影响(条形图中从左到右不同的颜色代表的物质分别对应着从上到下的图例)；

图9为实施例2中综合治理对幼苗出苗量的影响。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

1、研究区概况：试验在宁夏毛乌素沙地生态系统国家定位观测研究站开展，该站位于宁夏盐池县(东经106°300′-107°410′，北纬37°40′-38°100′，海拔1530m)，位于毛乌素沙地南缘，地处干旱区与半干旱区、荒漠草原与典型草原、农区与牧区以及黄土高原与鄂尔多斯台地的过渡区域。油蒿(Artemisia ordosica)、杨柴(Astragalusmongolicum)和柠条(Caragana korshins)为优势的沙生灌木。该地区广泛分布的藻结皮、地衣结皮和苔藓结皮，在我国干旱、半干旱区均有分布，具有很强的代表性。三类结皮的优势种分别为具鞘微鞘藻(Microcoleusvaginatus)、胶衣(Collematenax)和拟双色真藓(Byumargenteum)，其盖度高达40％以上。

2、实验材料购置：本实施例所使用的沙蒿胶购于河南省中亿生物科技有限公司，其施用量为0.6g/m²，本实施例中每个样地称取180g备用；油蒿、杨柴和柠条种子(5g/m²)购于宁夏盐池县粮食局，每个样地称取1kg备用；功能微生物菌剂购于国家微生物肥料技术研究推广中心，具体选择了光合固碳菌剂：沼泽红假单胞菌(Rhodopseudomonaspalustris)；固氮菌剂：圆褐固氮菌(Azotobacterchroococcum)；解磷解钾菌剂：巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)、胶冻样芽孢杆菌(Bacillus mucilaginosus)；复合菌剂：枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、胶冻样芽孢杆菌(Bacillus mucilaginosus)、短小芽孢杆菌(Bacillus pumillus)、沼泽红假单胞菌(Rhodopseudomonaspalustris)、酵母菌、霉菌。

3、藻种制备和扩繁：

1)培养基土壤：本实施例选了流动沙丘表面风沙土为藻结皮的培养基土壤。采集流动沙丘表面0-5cm深度的风沙土，过2mm筛去除石块和植被根系等杂物。取一部分样品用于裸沙pH值、有机碳、有效氮、有效磷、速效钾含量的测定。剩余部分作为培养基土壤备用。

2)藻种制备：本实施例采集不同固沙灌木林地和沙丘不同位置(迎风坡、背风坡、丘间地和丘顶)下发育良好的藻结皮，采集表层0-10mm厚的藻结皮层，将所采集到的藻结皮样品运回实验室，室内风干，去除枯枝落叶、根系、石块等杂物后，使用研钵研碎，过1mm筛，制成藻粉，备用。

3)藻种扩繁：在BG11液体培养基中加入上述藻粉(每升培养基中加入50g藻粉)，搅拌均匀后倒入培养盘中，并向培养盘中加入培养基土壤(每升BG11培养基中加入100g培养基土壤)，使培养基土壤均匀铺满盘底。在室温和自然光照下培养，21天后将所培养的藻种及其所固着的沙粒一并收集，自然风干、研磨、过1mm筛后，装入灭菌自封袋中，于-20℃保存。

每升BG11培养基组分为：NaNO₃ 1.5g；K₂HPO₄ 0.04g；MgSO₄·7H₂O 0.075g；CaCl₂·7H₂O 0.036g；Ca₂CO₃ 0.02g；柠檬酸0.006g；柠檬酸铁铵0.006g；乙二胺四乙酸钠盐0.001g；微量元素A₅溶液1ml。其中每升微量元素A₅溶液组分为H₃BO₄ 2.86g；MnCl₂·4H₂O 1.81g；ZnSO₄ 0.222g；Na₂MoO₄ 0.39g；CuSO₄·5H₂O0.079g；Co(NO₃)₂·6H₂O 0.05g。

4、样地选择：在站区内选择一个流动的、地势较为平坦的新月形沙丘为实验样地(如图1所示)(迎风坡30m×20m)，在迎风坡设置30个5m×4m的实验小区。

5、工程措施布设：在30个实验小区内，15个实验小区布设1m×1m植物纤维网格，其余15个小区布设1m×1m的麦草方格(材料取自小麦收获后的秸秆，用铁锹将小麦秸秆扎入流沙地深5cm，高出流沙地5cm)，如图2所示，左边为麦草方格，右边为植物纤维网格。

6、优势固沙灌木种子撒播：在上述步骤5中所布设工程措施的样地中添加优势固沙灌木种子(油蒿、杨柴和柠条)，3种优势灌木种子的散播总量为5g/m²(其中三者比例为1:1:1)。

7、荒漠藻种的接种：将步骤3中扩繁后的藻粉用无菌蒸馏水稀释，均匀接种在步骤5中布设的麦草方格和植物纤维网格内(接种量为200g藻种/m²)。

8、喷施沙蒿胶：在上述步骤7样地中，喷施沙蒿胶，喷施频率为1.5月/次，每次喷施量为0.6g/m²，共喷施3次。沙蒿胶不仅能增加沙面的稳定性，而且为微生物的生长发育提供碳源。研究发现沙蒿胶的胶结作用具有时效性，且易被微生物分解，因此，需定期添加，以维持和促进沙面的稳定和微生物的繁殖。

9、功能微生物菌剂的添加：在完成第一次沙蒿胶喷施的样地中，分别添加100g/m²的光合固碳菌剂、固氮菌剂、解磷解钾菌剂和复合菌剂。

10、浇水：添加完功能微生物菌剂后，浇水至田间最大持水量，浇水间隔时间为1周，共浇水4次。

观测指标：自接种当日起，每年定期观测，观测期为长期。观测指标：植被盖度、微生物量碳、微生物量氮、土壤有效磷、速效钾、有机碳、总糖、土壤酚氧化酶、N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶和酸性磷酸酶活性。

结果如图3、图4、图5、图6所示，可以看出，3个月内能达到以下有益效果：

(1)土壤微生物氮、有效磷和有机碳含量均显著提高，土壤酸性磷酸酶、N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶和酚氧化酶活性显著增大，最大分别平均提高了24.0％、125％、43.0％、22.1％。

(2)土壤细菌中变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)相对丰度得到提高；土壤细菌的α-多样性呈增加的趋势，并且对土壤细菌群落结构也具有显著影响。

(3)样方内植物生长迅速，其植被盖度和高度在3个月内平均可达40％和60cm。

实施例2

实施例2在宁夏毛乌素沙地生态系统国家定位观测研究站内的流动沙地开展。在流动沙面上(如图7所示)共设置2m×2m的样方42个。42个样方均扎设麦草方格，均喷施0.6g/m²的沙蒿胶，均散播5g/m²的优势固沙种子，共设置6个处理和一个对照，每个处理和对照共有6个重复。6个处理分别为：人工藻种添加(人工藻种制备参照实施例1)，光合固碳菌剂(添加量和成分参照实施例1)、菌剂附着剂(有机肥，添加量100g/m²)、光合固碳菌剂+菌剂附着剂、复合菌剂(添加量和成分参照实施例1)、复合菌剂+附着剂。其中，菌剂附着剂购买于河南液禾号农业技术推广中心，主要成分：总养分(氮、磷和钾)>32％，黄腐酸和腐殖酸>5％，中微量元素>2％，活性蛋白>16％。

以上措施实施2个月后，光合固碳菌剂+菌剂附着剂和复合菌剂+菌剂附着剂的土壤酶活性(如图8所示)，油蒿、柠条和杨柴的幼苗量(如图9所示)显著高于其他处理。光合固碳菌剂+菌剂附着剂处理和复合菌剂+菌剂附着剂处理间无显著差异。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims

1.一种沙化土地综合治理方法，其特征在于，包括：

在沙地以草类植物设置网格状栅栏，所述栅栏最小单元的边长为1-2m，高度为4-6cm；

在所述栅栏内的沙地散播固沙植物种子和藻种，以及添加功能微生物菌剂；

其间在沙地表面分多次喷洒沙蒿胶。

2.根据权利要求1所述的沙化土地综合治理方法，其特征在于，所述草类植物为麦草，在其收割后，将麦草扎入沙地深4-6cm，高出地表4-6cm。

3.根据权利要求1所述的沙化土地综合治理方法，其特征在于，所述固沙植物种子为油蒿、杨柴和柠条中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的沙化土地综合治理方法，其特征在于，所述藻种由自然发育良好的藻结皮处理得到藻粉后再经扩繁得到。

5.根据权利要求1所述的沙化土地综合治理方法，其特征在于，所述功能微生物菌剂为光合固碳菌剂、固氮菌剂、解磷解钾菌剂和复合菌剂中的一种或多种。

6.根据权利要求5所述的沙化土地综合治理方法，其特征在于，所述功能微生物菌剂为光合固碳菌剂和固氮菌剂以质量比1-1.2:1-1.2组成的混合物。

7.根据权利要求1-6任一项所述的沙化土地综合治理方法，其特征在于，先散播固沙植物种子，用量为5±1g/m²，再散播藻种，用量为200±10g/m²，再第一次喷施沙蒿胶，然后添加功能微生物菌剂，用量为100±10g/m²。

8.根据权利要求7所述的沙化土地综合治理方法，其特征在于，所述沙蒿胶的喷施频率为每40-50天一次，总共三次，每次用量为0.6±0.1g/m²。

9.根据权利要求7所述的沙化土地综合治理方法，其特征在于，还包括：在添加功能微生物菌剂后，每周浇水1次，共浇水4次，每次浇水至田间最大持水量。

10.根据权利要求1所述的沙化土地综合治理方法，其特征在于，所述沙地为半干旱荒漠区的流动沙地。