一種利用藍藻固沙的新方法
【專利摘要】本發明公開一種利用藍藻固沙的新方法，首先選取具有固化作用的藍藻，將藻種置于適宜培養基中富集培養；然后將生長良好的藻液均勻攪拌并加入適量陽離子金屬化合物得到具有固化作用的藻液，再將富集得到藻液分多次均勻噴灑于沙土表面，將噴有藻液的沙土置于自然干燥環境下培養數天后終止實驗，藍藻通過固化作用將沙土表面的沙粒膠結固定，使得表層沙粒不會發生遷移。該方法操作簡便、易于控制，成本低，可廣泛用于干旱區移動半移動沙丘的固定。
【專利說明】一種利用藍藻固沙的新方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種利用藍藻固沙的新方法，屬于生物環境工程【技術領域】。
【背景技術】
[0002] 土地沙漠化是一個世界性生態環境問題。中國是世界上沙漠面積較大、分布較廣、 沙漠化危害嚴重的國家之一。據1994-1996年全國的沙漠化普查結果，全國沙漠及沙漠化 總面積占國土總面積的17.85%。長期以來由于氣候干旱和人類活動的加劇，土地的不合理 使用，對荒漠化治理投入的不足，造成嚴重的土地退化。據調查，從50年代至70年代，平 均每年沙漠化土地增加1560平方公里；70年代中期至80年代中期，平均每年沙漠化土地 增加2100平方公里，從80年代中期至90年代，平均每年沙漠化土地增加2460平方公里。 目前仍呈繼續擴大的趨勢，在北方萬里風沙線上，每年8級以上的大風沙日為30~100天，還 經常出現強沙塵暴，我國三北防護林地區，包括中國西北大部、華北北部和東北西部，每年 有大量農田和草場受風沙危害，，數以千計的水庫和大批灌渠受風沙侵襲，800多公里鐵路 和數千公里公路經常受到風沙的侵襲和壓埋。
[0003] 荒漠化不斷擴展，沙塵暴越來越頻繁，不僅對生產建設造成極大破壞，而且給人民 生命財產帶來重大損失。荒漠化破壞土地資源，使可利用土地減少，質量下降，造成農牧業 生產減產甚至絕收。破壞交通、水利等生產基礎設施，制約經濟發展。荒漠化加劇了農牧民 貧困程度，影響社會安定和民族團結，荒漠化使人類生存環境惡化，耕地、草場、林地等可利 用土地資源質量下降或生產力喪失，破壞生產和生活設施；荒漠化使生物質量變劣，物種豐 度降低，對生物多樣性構成嚴重威脅。因此，荒漠化是干旱、半干旱地區產生貧困的重要因 素。
[0004] 目前我國正在對沙漠化進行積極整治，并且在局部地區出現了人進沙退的可喜局 面，但總體來看還是沙進人退，荒漠化土地人在不斷擴大，耕地、草場減少，環境惡化，嚴重 的制約了國民經濟發展，荒漠化形勢十分嚴峻。目前，固沙常用技術主要有工程（或物理/ 機械）固沙、生物固沙、化學固沙及綜合固沙。
[0005] 工程治沙主要采取機械途徑，通過對風沙的阻、輸、導、固工程達到減輕風沙作用， 防止風沙危害的目的。目前以有的工程治沙技術包括兩大類：（1)鋪設草方格，建立立體柵 欄，設置各種材料網膜的固沙工程技術；（2)引水拉沙，治沙造田技術。它是利用河流、海 (湖泊)、水庫的水源，自流引水或機械抽水，以水力沖拉沙丘，既消除沙害，又擴大耕地的辦 法。這是中國陜北沙區群眾的創舉，并在其他有水源的地方推廣應用。
[0006] 生物固沙是通過封育，營造植物等手段，達到防治沙漠、穩定綠洲，提高沙區環境 質量和生產潛力的一種技術措施。主要有以下幾種固沙技術：（1)天然植被的保護與合理 利用技術（即封育技術)，這是目前保護天然植被及其生物多樣性的最主要途徑；（2)飛播 治沙技術，是利用飛機在沙區或沙化地區進行播種的機械化造林方法，適于人口稀少的偏 遠沙區的治理，而且飛播治沙面積大，防風固沙成效好；（3)營造防風固沙林技術，我國在 三北地區營造的防風固沙林帶我國防治風沙侵蝕的一項巨大工程，現己初具規模，對防止 風沙侵蝕起到了很好的作用；（4)人工種草和改良草地技術；（5)農田防護林網技術；（6) 營造灌木群落技術；（7)五帶一體的防沙治沙技術，建立封沙育草帶，前沿阻沙帶，草障植 物帶，灌溉造林帶，固沙防火帶，采用植物沙障和機械沙障相結合的辦法，建成堅固的防風 固沙體系，主要用于鐵路、公路兩側。如穿過騰格里沙漠的包蘭鐵路，在寧夏沙坡頭一帶采 用該技術在沙海建立了一條長達30多公里的綠色屏障，鎖住了流沙，確保了包蘭鐵路的暢 通。
[0007] 化學固沙是在風沙環境下，利用化學材料與工藝，對易發生沙害的沙丘或沙質地 表建造一層能夠防治風力吹揚又具有保持水分和改良沙地性質的固結層，以達到控制和改 善沙害環境，提高沙地生產力的技術措施。化學固沙技術，包含了沙地固結技術和保水增肥 兩大內容，它和植物固沙相結合可大大提高植物的成活率。國外化學固沙研究始于20世紀 30年代，國內始于20世紀60年代，世界上已有46個國家研制出100多種化學制劑，用于流 沙的土壤改良，主要有以下四大類：水泥漿、水玻璃類、石油產品類和高分子聚合物高吸水 樹脂類等固沙材料。
[0008] 各種單一的固沙措施都有其特點和局限性，工程固沙雖快速有效，但成本高且與 生物環境相容性差；生物固沙雖有很好的生態環境保護作用，但因沙漠或沙地惡劣的氣候 水文條件，通常使植物無法種植或種植后無法存活；化學固沙雖成本低廉、施工快速方便、 生物相容性好，但通常固沙周期較短；就大面積治理而言，現代防沙工程要求高效廉價、快 速方便。
[0009] 大量科學研究證明，藻類作為一類在生物進化史上具有特別意義的生物類群，在 荒漠化綜合治理方面具有特殊的作用。藻類作為拓殖生物，不僅能在多數生命形式無法生 存的嚴酷環境中生長與繁殖，而且還以其特有的生活、代謝方式影響并改善著自然環境。藻 類生物結皮在防風固沙、防止土壤侵蝕和改變水分分布狀況等方面，扮演著重要的角色。在 荒漠化日益嚴重的今天，利用荒漠藻類改良土壤，防風固沙，具有積極的意義。我國的科技 人員從長期的生產實踐中，發現流動沙丘固定后，生態環境條件最明顯的變化是沙地形成 完整的結皮層，同時結皮層對降水在近地表的再分配以及植物群落的結構組成產生影響。 荒漠藻類作為沙漠中的先鋒生物，可以改變沙漠土壤中的物質循環，促進土壤異養微生物 的生長，改變沙漠生境中的生物多樣性，改變其土壤結構和水分分布狀況，從而促進土壤的 發育。同時沙漠藻類在生長過程中分泌的多糖不僅提供能源，而且在防風固沙和土壤生態 演替過程具有重要的作用。
[0010] 荒漠藻綜合固沙技術就是利用荒漠藻生物結皮的固定沙表和抗風蝕的作用，與傳 統的生物治沙措施相結合，將荒漠藻接種到高等植物的株(行）間，通過養護成活，在高等 植物的株(行）間形成生物結皮，由于生物結皮的形成固定了沙表面，為其它植物的定居和 生長創造了條件，高等植物的株(行）間的草本植被也迅速發育形成，最終形成藻類、草本、 灌木(喬木）相結合的穩定的植被生態系統，覆蓋整個沙表面，起到防風固沙的作用，大大 提高了防風固沙效果。荒漠藻種屬于固氮藍藻，為土壤藻如微鞘藻(Microcoleus)，偽枝藻 (Scytonema),念珠藻（Nostoc),席藻（Phormidium)等。研究證明在干旱、半干旱荒漠地區 天然形成的藻結皮形成速度緩慢，人工培育的荒漠藻結皮可以在一年時間內完成自然過程 需要13年才能完成的生物結皮過程。沙漠生物結皮人工接種固沙技術是利用荒漠藻的 拓殖固沙作用，在傳統固沙植被帶內人工接種荒漠藻類，促進荒漠藻生物結皮的形成，并因 地制宜地建立不同類型的藻類、草本、灌木、喬木穩定的復合生態系統為目標的綜合治沙技 術，開辟荒漠化治理的新途徑。
【發明內容】
[0011] 本發明的目的在于，提供一種利用藍藻固沙的新方法，該方法首先對選取的藍藻 進行富集培養；然后將富集培養得到的藻液均勻攪拌，并加入陽離子金屬化合物得到具有 固化作用的藻液；最后，將富集得到的藻液分多次均勻噴灑于沙土表面，將噴有藻液的沙 土置于自然干燥環境下培養數天后終止實驗，藍藻通過固化作用將沙土表面的沙粒膠結固 定，使得表層沙粒不會發生遷移。該方法操作簡便、易于控制，成本低，可廣泛用于干旱區移 動半移動沙丘的固定。
[0012] 本發明所述的一種利用藍藻固沙的新方法，按下列步驟進行： a、 選取具有固化作用的藍藻Mxstec FACHB-103,采用常規的液體Jl培養基在 溫度為25°C，光照強度為45微摩爾/m 2/s光量子產量條件下進行富集培養7-30天，最終藻 液在680納米處的吸光度值為0. 2-2 ; b、 將步驟a富集培養得到的藻液置于低速攪拌器上，轉速為500-2000轉/分條件下攪 拌30-120分鐘，加入陽離子金屬化合物MgCl 2或MnCl2，配制成金屬陽離子濃度為0. 1-2摩 爾/升的混合藻液； c、 調節步驟b中富集得到固化作用混合藻液的pH為4-11，然后將混合藻液噴灑于沙 土表層，將噴灑藻液后的沙土置于日常干燥環境下培養7 -15天后，再次噴灑相同藻液1-3 次，置于自然環境中自然風干后終止實驗，藍藻通過固化作用得以固定沙土表層，阻止表層 沙土遷移。
[0013] 步驟c中所選用的沙土為干旱荒漠區地表層沙土，藍藻作用后沙土表層可形成一 定硬度的生物結皮，可耐風速為5-25米/秒。
[0014] 本發明所述的一種利用藍藻固沙的新方法，該方法中選取的藍藻，分類命名：海星 念珠藻，拉丁名：AbWoc (FACHB-103)，購買自中國科學院淡水藻種庫，購買時間： 2013年10月15日。
[0015] 本發明所述方法中所選用的沙土為新疆維吾爾自治區古爾班通古特沙漠阜康北 沙窩表層沙土，藍藻作用后沙土表層可形成一層生物結皮，可耐風速為5-25米/秒；所選取 的藍藻能適應高鹽堿高紫外輻射的干旱荒漠環境。
[0016] 本發明所述一種利用藍藻固沙的新方法，該方法的主要優點： ①采用具有固化作用的藍藻固定沙丘表面，其作用過程為藍藻誘導金屬陽離子形成礦物沉 淀，在沙粒表面形成穩定的生物結皮，其固沙效果穩定且環保;②對干旱環境移動半移動沙 丘的固定應用廣泛，操作簡單，節約成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發明原始沙土； 圖2為本發明實施例1效果圖； 圖3為本發明實施例2效果圖。
【具體實施方式】
[0018] 本發明不限于以下實施例； 實施例1 a、 選取具有固化作用的藍藻Mxstec FACHB-103,采用常規的液體Jl培養基在 溫度為25°C，光照強度為45微摩爾/m 2/s光量子產量條件下進行富集培養7天，最終藻液 在680納米處的吸光度值為0. 2 ; b、 將步驟a中富集培養得到的藻液置于低速攪拌器上，轉速為500轉/分條件下攪拌 30分鐘，加入陽離子金屬化合物MgCl2，配制成金屬陽離子Mg 2+濃度為2摩爾/升的混合藻 液； c、調節步驟b中富集得到固化作用混合藻液的pH為4,然后將20毫升混合藻液噴灑 于100 g干新疆維吾爾自治區古爾班通古特沙漠阜康北沙窩地表沙土表層，將噴灑混合藻 液后的沙土置于日常干燥環境下培養7天后，再次噴灑相同混合藻液1次，置于自然環境 中自然風干后終止實驗，體系中Mg 2+相對于其中藻細胞的生長處于飽和狀態，藍藻誘導碳 酸鎂沉淀，同時在藍藻胞外聚合物的作用下，沙土表層可形成一定硬度的生物結皮，可耐風 速為5米/秒，藍藻通過固化作用得以固定沙土表層，阻止表層沙土遷移。
[0019] 實施例2 a、 選取具有固化作用的藍藻Mxstec FACHB-103,采用常規的液體Jl培養基在 溫度為25°C，光照強度為45微摩爾/m 2/s光量子產量條件下進行富集培養15天，最終藻液 在680納米處的吸光度值為I. 0 ; b、 將步驟a中富集培養得到的藻液置于低速攪拌器上，轉速為1000轉/分條件下攪拌 60分鐘，加入陽離子金屬化合物MnCl 2，配制成金屬陽離子Mn2+濃度為1摩爾/升的混合藻 液； c、 調節步驟b中富集得到固化作用混合藻液的pH為7,然后將30毫升混合藻液均勻噴 灑于100 g新疆維吾爾自治區古爾班通古特沙漠阜康北沙窩地表沙土表層，將噴灑混合藻 液后的沙土置于日常干燥環境下培養10天后，再次噴灑相同混合藻液2次，置于自然環境 中自然風干后終止實驗，體系中Mn 2+相對于其中藻細胞的生長處于飽和狀態，藍藻誘導碳 酸錳沉淀，同時在藍藻胞外聚合物的作用下，沙土表層形成相對穩定的生物結皮，其耐受風 速為10米/秒，藍藻通過固化作用得以固定沙土表層，阻止表層沙土遷移。
[0020] 實施例3 a、 選取具有固化作用的藍藻Mxstec FACHB-103,采用常規的液體Jl培養基在 溫度為25°C，光照強度為45微摩爾/m 2/s光量子產量條件下進行富集培養20天，最終藻液 在680納米處的吸光度值為1. 5 ; b、 將步驟a中富集培養得到的藻液置于低速攪拌器上，轉速為1500轉/分條件下攪拌 90分鐘，加入陽離子金屬化合物MgCl 2，配制成金屬陽離子Mg2濃度為0. 1摩爾/升的混合 藻液； c、 調節步驟b中富集得到固化作用混合藻液的pH為10,然后將20毫升混合藻液噴灑 于100 g新疆維吾爾自治區古爾班通古特沙漠阜康北沙窩地表沙土表層，將噴灑混合藻液 后的沙土置于日常干燥環境下培養12天后，再次噴灑相同混合藻液3次，置于自然環境中 自然風干后終止實驗，體系中Mg 2+相對于其中藻細胞的生長處于飽和狀態，藍藻誘導碳酸 鎂沉淀，同時在藍藻胞外聚合物的作用下，沙土表層可形成一定硬度的生物結皮，可耐風速 為15米/秒，藍藻通過固化作用得以固定沙土表層，阻止表層沙土遷移。
[0021] 實施例4 a、 選取具有固化作用的藍藻Mxstec FACHB-103,采用常規的液體Jl培養基在 溫度為25°C，光照強度為45微摩爾/m 2/s光量子產量條件下進行富集培養7-30天，最終藻 液在680納米處的吸光度值為2 ; b、 將步驟a中富集培養得到的藻液置于低速攪拌器上，轉速為2000轉/分條件下攪拌 120分鐘，加入陽離子金屬化合物MnCl 2，配制成金屬Mn2濃度為1. 5摩爾/升的混合藻液； c、 調節步驟b中富集得到固化作用混合藻液的pH為11，然后將30毫升混合藻液均勻 噴灑于100 g新疆維吾爾自治區古爾班通古特沙漠阜康北沙窩地表沙土表層，將噴灑混合 藻液后的沙土置于日常干燥環境下培養15天后，再次噴灑相同藻液3次，置于自然環境中 自然風干后終止實驗，體系中Mn 2+相對于其中藻細胞的生長處于飽和狀態，藍藻誘導碳酸 錳沉淀，同時在藍藻胞外聚合物的作用下，沙土表層形成相對穩定的生物結皮，其耐受風速 為25米/秒，藍藻通過固化作用得以固定沙土表層，阻止表層沙土遷移。
[0022] 按本發明所述方法，經過在新疆維吾爾自治區古爾班通古特沙漠阜康北沙窩實驗 表明：均可達到固沙效果。
【權利要求】
1. 一種利用藍藻固沙的新方法，其特征在于按下列步驟進行： a、 選取具有固化作用的藍藻Mxstec FACHB-103,采用常規的液體Jl培養基在 溫度為25°C，光照強度為45微摩爾/m 2/s光量子產量條件下進行富集培養7-30天，最終藻 液在680納米處的吸光度值為0. 2-2 ; b、 將步驟a富集培養得到的藻液置于低速攪拌器上，轉速為500-2000轉/分條件下攪 拌30-120分鐘，加入陽離子金屬化合物MgCl 2或MnCl2，配制成金屬陽離子濃度為0. 1-2摩 爾/升的混合藻液； c、 調節步驟b中富集得到固化作用混合藻液的pH為4-11，然后將混合藻液噴灑于沙 土表層，將噴灑藻液后的沙土置于日常干燥環境下培養7 -15天后，再次噴灑相同藻液1-3 次，置于自然環境中自然風干后終止實驗，藍藻通過固化作用得以固定沙土表層，阻止表層 沙土遷移。
2. 根據權利要求1所述的利用藍藻固沙的新方法，其特征在于步驟c中所選用的沙土 為干旱荒漠區地表層沙土，藍藻作用后沙土表層可形成一定硬度的生物結皮，可耐風速為 5-25米/秒。
【文檔編號】C09K17/00GK104314068SQ201410550092
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月17日 優先權日:2014年10月17日
【發明者】潘響亮, 宋文娟, 張道勇 申請人:中國科學院新疆生態與地理研究所