CN115247132A - 一种组合型人工生物结皮治理荒漠的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种组合型人工生物结皮治理荒漠的方法，包括如下步骤：1)石果衣共生菌、石果衣共生藻和地衣内生菌的制备；2)将石果衣共生菌、石果衣共生藻和地衣内生菌溶于水中，得到混合菌液，将混合菌液喷洒至待治理的荒漠上。本发明所用的实施材料均为环保安全的生物材料，无毒无害，不会造成环境污染，所用石果衣共生菌、共生藻抗旱能力强，对水资源的依赖小，所用菌的菌丝可以固定土壤颗粒，起到固沙作用。人工生物固沙材料应用于野外治理荒漠后，经过3个月培养，土壤结皮硬度和厚度提高，土壤脲酶、蔗糖酶活性增强，缩短了荒漠地区生物结皮形成的时间，提高了荒漠生态系统的营养水平。且操作施工简便，后期的维护成本低。
Description
技术领域
本发明属于环境领域，具体涉及一种组合型人工生物结皮治理荒漠的方法。
背景技术
荒漠化指在干旱、半干旱、亚湿润的干旱地区由于人类活动和气候变异而导致的土壤性质退化，影响全球至少1/4陆地和1/5人口。荒漠化地区生态系统脆弱、生物多样性降低、各种自然灾害频发，且荒漠化面积仍呈现继续扩张的趋势，严重制约了经济和社会的发展。我国土地荒漠化形势严峻，已成为中国乃至亚太地区沙尘暴主要灾源地之一。荒漠治理是国家在生态建设和环境保护方面的迫切需求。
荒漠生态系统因水分限制，导致维管束植物群落难以大面积连续而以斑块状分布，从而为微型生物结皮提供了生态位，并独具优势。
微型生物结皮是由蓝细菌、藻类、微型真菌、地衣、苔藓和表层几毫米的土壤组成的一层土表硬壳。微型生物结皮中微生物组分分泌的胞外物质和发达的菌丝体可固定土壤微粒，同时提高土壤的肥力，演替过程中生物多样性也随之不断增加。地衣结皮是微型生物结皮的重要组成部分及主要类型之一，在固沙、固碳和固氮能力方面独具优势。荒漠地衣体发达的假根可以穿透土壤，固定土壤微粒，形成结皮后地表的粗糙度增加，进一步提高结皮的机械强度和抗干扰能力。
地衣是由地衣型真菌和相应的藻类和/或蓝细菌组成的共生体，它们能够耐受高温、极寒、寡营养、干旱和强紫外辐射等严酷的环境，在地球上广泛分布，所占陆地面积占地球总面积的8％以上，是岩石风化和土壤形成的先锋生物。地衣在野外状态下生长极为缓慢，采集地衣体碎片来繁殖结皮是不可循环利用的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对荒漠地区干旱少雨、风蚀、水蚀引起的土壤生产力下降等现象以及沙尘暴天气；现有的荒漠治理措施中植物措施对水分需求量大，化学措施成本高，容易造成环境污染，工程措施的需要长期维护。
基于现有技术中存在的问题，本发明提供一种用于人工生物结皮治理荒漠的成套产品，包括石果衣共生菌、石果衣共生藻和地衣内生菌。
进一步，所述石果衣共生菌为石果衣共生菌Endocarponpusillum；所述石果衣共生藻为石果衣共生藻Diplosphaera chodatii；所述地衣内生菌为地衣内生菌Coniolariella hispanica。
所述产品可为由保藏编号为CGMCCNo.3893的石果衣共生菌(Endocarponpusillum)F07020、保藏编号为CGMCCNo.3892的石果衣共生藻(Diplosphaera chodatii)A07020和保藏编号为CGMCCNo.21087的地衣内生菌(Coniolariella hispanica)F147-9组成的菌藻组合物。
进一步，所述石果衣共生菌、石果衣共生藻和地衣内生菌分别独立包装。
进一步，所述石果衣共生菌、石果衣共生藻和地衣内生菌的接种量比例为15:5:4。
本发明还提供一种用于人工生物结皮治理荒漠的方法，包括如下步骤：
1)石果衣共生菌、石果衣共生藻和地衣内生菌的制备；
2)将石果衣共生菌、石果衣共生藻和地衣内生菌溶于水中，得到混合菌液，将混合菌液喷洒至待治理的荒漠上。
进一步，所述步骤2)中石果衣共生菌、石果衣共生藻和地衣内生菌的接种量比例为15:5:4。
进一步，所述步骤2)中石果衣共生菌的接种量为7.5g/m2、石果衣共生藻的接种量为2.5g/m2、地衣内生菌的接种量为2g/m2。
进一步，所述步骤2)中每平方米的用水量为3L。
本发明还要求保护一种菌种混合物，所述菌种混合物为上述任一所述的菌种混合物。
上述产品或者上述方法或者菌种混合物在治理荒漠或者野外防风固沙中的应用也应在本发明的保护范围之内。
本发明有益效果在于：本发明与其他方法相比，有益技术效果是：所用的实施材料均为环保安全的生物材料，无毒无害，不会造成环境污染，所用石果衣共生菌Endocarponpusillum F07020 CGMCC No.3893、共生藻Diplosphaera chodatii A07020 CGMCCNo.3892和地衣内生菌(Coniolariellahispanica)F147-9抗旱能力强，对水资源的依赖小，所用菌的菌丝可以固定土壤颗粒，起到固沙作用。人工生物固沙材料应用于野外治理荒漠后，经过3个月培养，土壤结皮硬度和厚度提高，土壤脲酶、蔗糖酶活性增强，缩短了荒漠地区生物结皮形成的时间，提高了荒漠生态系统的营养水平。且操作施工简便，后期的维护成本低。
保藏说明
菌种名称：石果衣共生菌
拉丁名：Endocarponpusillum
菌株编号：F07020
保藏机构：中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心
保藏机构简称：CGMCC
地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号
保藏日期：2010年05月31日
保藏中心登记入册编号：CGMCC No.3893
菌种名称：石果衣共生藻
拉丁名：Diplosphaera chodatii
菌株编号：A07020
保藏机构：中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心
保藏机构简称：CGMCC
地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号
保藏日期：2010年05月31日
保藏中心登记入册编号：CGMCC No.3892
菌种名称：地衣内生菌
拉丁名：Coniolariellahispanica
菌株编号：F147-9
保藏机构：中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心
保藏机构简称：CGMCC
地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号
保藏日期：2020年12月07日
保藏中心登记入册编号：CGMCC No.21087
附图说明
图1为实施例一形成的土壤结皮的硬度差异。
图2为实施例一形成的土壤结皮的厚度差异。
图3为实施例一处理后土壤中脲酶活性的差异。
图4为实施例一处理后土壤中蔗糖酶活性的差异。
图5为对照组土壤结皮(a)、石果衣共生菌与共生藻及地衣内生菌处理形成的土壤结皮(b)。
图6为石果衣共生菌Endocarpon pusillum F07020 CGMCC No.3893的生长曲线。
图7为石果衣共生藻Diplosphaera chodatii A07020 CGMCC No.3892的生长曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，给出的实施例仅为了阐明本发明，而不是为了限制本发明的范围。以下提供的实施例可作为本技术领域普通技术人员进行进一步改进的指南，并不以任何方式构成对本发明的限制。
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
本发明实施中使用的主要设备说明：
人工气候箱：宁波江南仪器公司，GXZ智能型。
组织捣碎机：北京众力挽生物科技有限公司购入，美国Waring公司LB20ES型。
本发明实施中使用的主要检测试剂盒说明：
土壤脲酶(S-UE)检测试剂盒(喀斯玛商城货号：BC0120)
土壤蔗糖酶(S-SC)检测试剂盒(喀斯玛商城货号：BC0240)
下述实施例中所用的培养基配方如下：
优化菌液体培养基：酵母浸粉2g，大豆蛋白胨2g，蔗糖40g，土豆浸汁200g/L，蒸馏水1L。
优化菌固体培养基：酵母浸粉2g，大豆蛋白胨2g，琼脂粉20g，蔗糖40g，土豆浸汁200g/L，蒸馏水1L。
优化藻液体培养基：大豆蛋白胨5g，酵母浸粉1g，葡萄糖30g，蒸馏水1L。
优化藻固体培养基：大豆蛋白胨5g，酵母浸粉1g，琼脂粉20g，葡萄糖30g，蒸馏水1L。
实施例一：人工生物结皮培养及野外实施改良土壤实验
1.石果衣共生菌、石果衣共生藻和地衣内生菌干品的制备
将石果衣共生菌Endocarpon pusillum F07020 CGMCC No.3893接种于优化菌固体培养基上，培养15天后，选取培养基上生长的石果衣共生菌接种于优化菌液体培养基中活化培养。石果衣共生菌培养条件是22℃，150rpm培养30天。
将活化后的石果衣共生菌Endocarpon pusillum F07020 CGMCC No.3893静置过夜沉淀，弃去上清液。用组织捣碎机将石果衣共生菌Endocarpon pusillum F07020 CGMCCNo.3893打碎均匀，捣碎机转速设置为9-10，每次15s，共三次，取10mL菌液加在130mL优化菌液体培养基中，150rpm，20℃摇床培养30天。
收集培养至对数期的石果衣共生菌Endocarpon pusillum F07020 CGMCCNo.3893培养液，静置过夜沉淀，弃去上清液。用无菌的组织捣碎机将石果衣共生菌Endocarponpusillum F07020 CGMCC No.3893打碎，转速设置为9-10，每次15s，共打碎三次后将匀浆置于无菌容器中。
轻轻晃动使混合均匀，取出5-10mL，3000rpm离心5min后弃上清液，用无菌水重悬一次后3000rpm离心5min后弃上清液。将沉淀物105℃烘干2h，干燥至恒重，可得到单位体积(mL)石果衣共生菌Endocarponpusillum F07020CGMCC No.3893的干重。
2.石果衣共生藻的制备
将石果衣共生藻Diplosphaera chodatiiA07020 CGMCC No.3892接种于优化藻固体培养基上，培养15天后，选取培养基上生长的石果衣共生藻接种于优化藻液体培养基中活化培养。培养条件是22℃，150rpm，12h光照(光照强度2000lux)/12h暗培养20天。
将活化后的石果衣共生藻Diplosphaera chodatii A07020 CGMCC No.3892静置过夜沉淀，弃去上清液。取10mL沉淀共生藻Diplosphaera chodatii A07020CGMCC No.3892在130mL优化藻液体培养基中，150rpm，20℃，2000lux培养7天。
收集培养至对数期的石果衣共生藻Diplosphaera chodatii A07020 CGMCCNo.3892培养液，静置过夜沉淀，弃去上清液。沉淀后的弃去上清液的共生藻Diplosphaerachodatii A07020 CGMCC No.3892也全部转置于无菌容器中。
轻轻晃动使混合均匀，取出5-10mL，3000rpm离心5min后弃上清液，用无菌水重悬一次后3000rpm离心5min后弃上清液。将沉淀物105℃烘干2h，干燥至恒重，可得到单位体积(mL)石果衣共生藻Diplosphaera chodatii A07020CGMCC No.3892的干重。
3.地衣内生菌的制备
按照步骤1相同的方法，将石果衣共生菌替换成地衣内生菌Coniolariellahispanica F147-9 CGMCC No.21087进行地衣内生菌的培养后收集菌体并测定干重。
4.荒漠治理实验
在每平方米试验区内喷洒1.5L水润湿土壤。将含7.5g石果衣共生菌Endocarponpusillum F07020 CGMCC No.3893培养液和含2.5g共生藻Diplosphaera chodatii A07020CGMCC No.3892的培养液与1.5L水混合喷洒在试验区内，为菌+藻处理(M+P)；将含7.5g石果衣共生菌Endocarpon pusillum F07020 CGMCC No.3893培养液、含2.5g共生藻Diplosphaera chodatii A07020CGMCC No.3892培养液、含2g地衣内生菌Coniolariellahispanica F147-9CGMCC No.21087培养液与1.5L水混合喷洒在试验区内，为菌+藻+内生菌处理(M+P+Ef)。对照为喷洒3L水。每个处理方式3个重复。
在野外自然状态下生长3个月后，使用毫米尺测量土壤表面形成结皮的厚度，使用TYD-1型土壤硬度计测量土壤表面形成结皮的硬度。采集结皮及其下方5mm内的土壤，按照试剂盒内说明书方法检测土壤脲酶、蔗糖酶活性。
结果如图1-5所示，：经过3个月的自然生长后形成的土壤结皮已经初具规模，石果衣共生菌Endocarpon pusillum F07020 CGMCC No.3893与共生藻Diplosphaera chodatiiA07020 CGMCC No.3892及地衣内生菌Coniolariella hispanica F147-9 CGMCC No.21087能直接促进生物结皮的形成，与对照相比，菌+藻+内生菌(M+P+Ef)组合应用野外后形成的结皮土壤结皮硬度、结皮厚度显著提高，土壤脲酶、蔗糖酶活性显著增强。与菌藻(M+P)组合相比，菌+藻+内生菌(M+P+Ef)组合形成的结皮土壤肥力与之无明显差异，但土壤硬度明显提高(图1，2，3，4)，因此本发明所述的组合型人工生物结皮，在增加土壤结皮厚度方面比其更有优势，因此选择菌+藻+内生菌(M+P+Ef)作为人工生物结皮治理荒漠的方法。
本发明中提出的基于石果衣共生菌Endocarponpusillum F07020 CGMCC No.3893与共生藻Diplosphaera chodatii A07020 CGMCC No.3892添加地衣内生菌Coniolariellahispanica F147-9 CGMCC No.21087的混合微生物结皮培育方式能在较短时间内形成人工生物结皮，增加土壤结皮的厚度和硬度，改善土壤的营养状况，长期使用可以提高荒漠生态系统的多样性，为荒漠化治理提供优质材料。
以上对本发明进行了详述。对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明的宗旨和范围，以及无需进行不必要的实验情况下，可在等同参数、浓度和条件下，在较宽范围内实施本发明。虽然本发明给出了特殊的实施例，应该理解为，可以对本发明作进一步的改进。总之，按本发明的原理，本申请欲包括任何变更、用途或对本发明的改进，包括脱离了本申请中已公开范围，而用本领域已知的常规技术进行的改变。按以下附带的权利要求的范围，可以进行一些基本特征的应用。
Claims (9)
1.一种用于人工生物结皮治理荒漠的成套产品，其特征在于，包括石果衣共生菌、石果衣共生藻和地衣内生菌。
2.根据权利要求1所述的成套产品，其特征在于，所述石果衣共生菌为石果衣共生菌Endocarponpusillum；所述石果衣共生藻为石果衣共生藻Diplosphaera chodatii；所述地衣内生菌为地衣内生菌Coniolariella hispanica。
3.根据权利要求1或2所述的成套产品，其特征在于，所述石果衣共生菌、石果衣共生藻和地衣内生菌分别独立包装。
4.根据权利要求1或2所述的成套产品，其特征在于，所述石果衣共生菌、石果衣共生藻和地衣内生菌的接种量比例为15:5:4。
5.一种用于人工生物结皮治理荒漠的方法，包括如下步骤：
1)石果衣共生菌、石果衣共生藻和地衣内生菌的制备；
2)将石果衣共生菌、石果衣共生藻和地衣内生菌溶于水中，得到混合菌液，将混合菌液喷洒至待治理的荒漠上。
6.根据权利要求5中的方法，其特征在于，所述步骤2)中石果衣共生菌、石果衣共生藻和地衣内生菌的接种量比例为15:5:4。
7.根据权利要求5中的方法，其特征在于，所述步骤2)中石果衣共生菌的接种量为7.5g/m2、石果衣共生藻的接种量为2.5g/m2、地衣内生菌的接种量为2g/m2。
8.一种菌种混合物，所述菌种混合物为权利要求1-4任一所述的菌种混合物。
9.权利要求1-4任一所述产品或者权利要求5-7任一所述方法或者权利要求8所述菌种混合物在治理荒漠或者野外防风固沙中的应用。
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