一种沙漠原位微生物覆膜技术及其联合沙柳的绿色生态治理方法与流程

本发明涉及一种沙漠的绿色生态治理方法，尤其涉及一种沙漠原位微生物覆膜技术及其联合沙柳的绿色生态治理方法。

背景技术

在全球各地因风沙问题引起的沙化、侵蚀现象造成了生物的减少以及环境的破坏，直接或间接的对国家和社会造成了重大经济损失和严重生态问题。因此，各国在防风固沙领域都投入了大量的人力和物力，目的在于创新沙漠治理机制，也因此收到了较好的成效。通过对沙漠的治理不仅能够改善生态环境和农牧业生产条件，更重要的是对促进经济结构调整和社会进步也具有重要意义。

沙漠风沙土是风成砂性母质上发育起来的特殊性土壤，颗粒细小、磨圆度较好、粒间无粘聚力、松散、易流动、易风蚀。国内外有诸多学者对于沙漠荒漠化治理控制治理问题进行了深入的研究，取得了较好的成果。如，通过研究大气氮沉降、微生物菌落和沙漠植被三者之间的相互影响机理，寻求助长沙漠植被的方法，发现氮素的沉降量增加，使得沙漠中养分增加，微生物富集，利于植被的生长，依据沙漠景观建立概念模型研究对生物土壤结皮分布的地貌控制等。公开号cn106717226a的专利申请公开了一种应用秸秆草毯进行沙漠绿化方法,利用秸秆草毯对沙漠进行治理，秸秆草毯内有草种、树种、花种、菜种等,并进行混播，这些种子生根、发芽，可以改善沙漠的绿化和生态。公开号cn206118663u的专利申请公开了一种沙地植物生态治理及其装置,包括圆环,所述圆环外侧连接有集水叶片，结构简单，操作方便，为可降解塑料制成，降解后的塑料还可以为植物提供养料，装置安装方便，不会被风吹走，沙体流动幅度不大时也可以维持在沙地表面，不轻易破坏，值得推广。以上发明中治理模式是进行植被防护，植被防护的工作体现在对植物物种的选择上，不足之处在于完全依靠植物根系的包裹，因沙漠气候条件使得绿色植被成活困难，即使成活也只能使流动沙丘变成半固定沙丘，未能从根本上截断沙尘的源头，同时植物固沙会造成自然风场的风向发生改变，扰动的风场在风速减小的区域出现沙尘的再搬运与再堆积。

采用化学加固也是沙漠工程中常用的治理措施，公开号cn101548595b的专利申请公开了基于有机复合材料的化学固沙绿化技术的沙漠治理方法，在撒播植生用绿化物的沙或土层上，喷洒亲水性聚氨酯树脂固化剂溶液，形成多孔质固化沙层，在没有丰富的地下水源、强风蚀的沙漠特有环境下，可以对沙进行稳定、有效的固化，实现植物绿化功能和对荒漠化土地的生态恢复及治理。公开号cn106348872a的专利申请公开了改良沙化土质的土壤治理肥料及其制备方法,使用制备而成的改良沙化土质的土壤治理肥料能有效提高土壤肥力、降低沙化程度。但利用化学建材的灌浆来加固土壤，会带来严重的水土污染，对环境造成不良影响。

有机物质复合材料也是一种防沙治理手段，公开号cn106358482a的专利申请公开了一种治理沙漠、沙地的方法，可通过人力或机械向沙漠、沙地表面以任意顺序洒水和撒固态有机物质，或者直接洒由固态有机物质形成的具有粘结性及粘附性的溶液,利用搅拌装置将洒有固态有机物质形成的溶液或撒有固态有机物质和洒水后的沙漠、沙地表面沙体拌匀，使沙漠、沙地表层的沙体改性。但降解产物具有一定的毒副作用，会给周边生态带来危害。公开号cn106947492a的专利申请公开了一种复合固沙模型及其制备方法和应用，通过先在场地上喷播纤维丝，然后在其表面喷洒生物加固液，微生物加固液在沙土表层及内部结硬，结合纤维丝共同形成加筋结构，克服了原有微生物固沙方法表层脆性大、耐久性差、易风蚀的缺点，但其使用的生物加固液为外来菌种，生长难以控制，破坏原生态系统的结构和工程，导致原有生物群落的衰退和消失，可能对环境造成不可逆转的污染。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出一种沙漠原位微生物覆膜技术及其联合沙柳的绿色生态治理方法。用筛选自待治理区沙漠的自源菌种，对沙漠土进行原位覆膜，防止外来生物入侵压制和排挤本地生物，真正做到以沙治沙的目的。在此技术基础上联合耐旱、抗风蚀、耐沙埋、生长迅速、根茎发达、防风固沙、保持水土功效显著的植物沙柳固定微生物覆膜层下沙土，为沙漠治理提供良好的绿色治理联动结构。

本发明采用以下技术方案实现：一种沙漠原位微生物覆膜技术及其联合沙柳的绿色生态治理方法，其包括步骤：

步骤一：对待治理沙漠区进行区域分割，将所述待治理沙漠区分割为多个植被种植区与多个微生物覆膜沙土区；

步骤二：将沙漠自源菌cgmccno.15633种子活化，逐级扩大培养；

步骤三：在步骤一的基础上，在多个所述微生物覆膜沙土区内分别喷洒沙漠自源生物胶结剂，每个微生物覆膜沙土区在沙漠自源生物胶结剂的作用下形成微生物覆膜层，固定所述待治理沙漠区的表层沙土；

所述沙漠自源生物胶结剂包括沙漠自源菌液、胶结营养液以及胶结颗粒；所述沙漠自源菌液由步骤二的沙漠自源菌经过扩培而成；所述胶结营养液由co(nh2)2、cacl2.2h2o物质组成；所述胶结颗粒主要成分为可降解高分子吸水聚合物；

步骤四：在所述多个植被种植区内分别种植多棵沙柳，每个植被种植区在相应的沙柳作用下形成植被层，固定所述待治理沙漠区的下部沙土层。

作为上述方案的进一步改进，多个所述微生物覆膜沙土区与多个所述植被种植区相互交错分布。

进一步地，多个所述微生物覆膜沙土区阵列式布局，每个微生物覆膜沙土区的四角分别布局一个所述植被种植区。

作为上述方案的进一步改进，所述胶结颗粒以每平方米50-70克均匀喷洒入所述微生物覆膜沙土区内；一平方米的所述微生物覆膜沙土区喷洒5-6升沙漠自源菌液，12-15升的所述胶结营养液。

作为上述方案的进一步改进，以所述胶结颗粒喷洒日的后一日为第一日，在所述第一日，所述沙漠自源菌液和所述胶结营养液以体积比为1:2.5的比例交替进行喷洒，其交替顺序为先喷洒所述沙漠自源菌液，再喷洒所述胶结营养液，依次交替进行；所述沙漠自源菌液与所述胶结营养液交替喷洒的间隔时间为1小时；第二、三、四日每日各自喷洒与第一日相同体积的胶结营养液。

进一步地，所述第一日的4小时内共喷洒沙漠自源菌液与胶结营养液各2次。

进一步地，所述胶结颗粒的喷洒过程，所述沙漠自源菌液和所述胶结营养液这两种液体的配制过程与喷洒过程，各自通过不同喷灌设备分别完成。

作为上述方案的进一步改进，在步骤二中：将沙漠自源菌cgmccno.15633种子活化，再接入摇瓶、种子罐及发酵罐逐级扩大培养。

作为上述方案的进一步改进，所述沙漠自源菌液由所述沙漠自源菌经过扩培并离心后加入新鲜培养基组成，所述新鲜培养基由酵母粉20克/每升、0.1～1molnacl、0.05～1molnh4cl、0.1～1molco(nh2)2物质组成。

作为上述方案的进一步改进，所述胶结营养液由0.4mol～1molco(nh2)2、0.25mol～0.5molcacl2.2h2o物质组成。

本发明的优点在于：

1、采用从待治理沙漠区的土壤中筛选的沙漠自源微生物(即沙漠自源菌cgmccno.15633)固定待治理沙漠区的表层，形成性能稳定、强度高、保水性强的微生物覆膜，从根本上阻断沙尘的源头，同时自源微生物的使用减少了外来微生物对待治理沙漠区造成的影响，实现沙漠治理的原位微生物覆膜技术在沙漠绿色生态治理中的应用；

2、采用沙漠自源微生物固定沙漠表层沙土，添加可降解胶结颗粒所形成的微生物覆膜层具有良好的透水透气性能，可以将大气水汽或雨水等渗透到下部沙土层，为种植区植物根系提供足够水气滋养，使得植被的成活率大大得到提高；

3、以待治理沙漠区的微生物固定沙漠表层沙土，植被根系固定沙漠底层沙土，二者联合是在不破坏原有的沙地生态自平衡体系的基础上，将绿色微生物技术与沙漠生态环境治理的完美结合，是沙漠生态系统的绿色治理与恢复中的原始科技创新。

附图说明

图1为对待治理沙漠区进行区域分割后示意图；

图2为沙漠原位微生物覆膜技术及其联合沙柳的绿色生态治理沙漠治理效果图；

图3为微生物覆膜层固定沙漠表层土，植物固定沙漠底层土结构示意图；

图4为采用本发明提供的方法对微生物固定沙土层贯入阻力测试结果趋势图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本实施例的沙漠原位微生物覆膜技术及其联合沙柳的绿色生态治理方法包括以下步骤。

步骤一：对待治理沙漠区进行区域分割，将所述待治理沙漠区分割为多个植被种植区与多个微生物覆膜沙土区。

多个所述微生物覆膜沙土区与多个所述植被种植区最好相互交错分布，优选的为多个所述微生物覆膜沙土区阵列式布局，每个微生物覆膜沙土区的四角分别布局一个所述植被种植区。另外，多个所述微生物覆膜沙土区与多个所述植被种植区相互交错分布，还可满足当地沙漠景观设计的需求。

步骤二：将沙漠自源菌cgmccno.15633种子活化，逐级扩大培养。

在本实施例中，将沙漠自源菌cgmccno.15633种子活化，再接入摇瓶、种子罐及发酵罐逐级扩大培养。所述菌为具有胶结固化作用的自源微生物，自源微生物的提取防止了外来生物侵入适宜生长新区后菌群迅速繁殖导致破坏当地生态安全。菌株gy1#，已于2018年4月18日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(简称为cgmcc)，保藏中心登记号为cgmccno.15633。该菌为葡萄球菌staphylococcussp.。

步骤三：在步骤一的基础上，在多个所述微生物覆膜沙土区内分别喷洒沙漠自源生物胶结剂，每个微生物覆膜沙土区在沙漠自源生物胶结剂的作用下形成微生物覆膜层，固定所述待治理沙漠区的表层沙土。

所述沙漠自源生物胶结剂包括沙漠自源菌液、胶结营养液以及胶结颗粒。所述沙漠自源菌液由步骤二的沙漠自源菌经过扩培而成，如所述沙漠自源菌液由所述沙漠自源菌经过扩培并离心后加入新鲜培养基组成，所述新鲜培养基由酵母粉20克/每升、0.1～1molnacl、0.05～1molnh4cl、0.1～1molco(nh2)2物质组成。；所述胶结营养液由co(nh2)2、cacl2.2h2o物质组成，如所述胶结营养液由0.4mol～1molco(nh2)2、0.25mol～0.5molcacl2.2h2o物质组成。所述胶结颗粒主要成分为可降解高分子吸水聚合物，均匀喷洒入所述微生物沙漠治理区的土壤内。

以所述胶结颗粒喷洒日的后一日为第一日，在所述第一日，自源菌液和胶结营养液以体积比为1:2.5的比例交替进行喷洒，具体交替顺序为先喷洒自源菌液，再喷洒胶结营养液，依次交替进行，所述自源菌液与胶结胶结营养液交替喷洒的间隔时间为1小时。第二、三、四日每日各自喷洒与第一日相同体积的胶结营养液。所述胶结颗粒的喷洒和两种胶结液的配制过程与喷洒过程各自通过不同喷灌设备分别完成。

在实施过程中，所述胶结颗粒以每平方米50-70克均匀喷洒入所述微生物覆膜沙土区内；一平方米的所述微生物覆膜沙土区喷洒5-6升沙漠自源菌液，12-15升的所述胶结营养液。以所述胶结颗粒喷洒日的后一日为第一日，在所述第一日，所述沙漠自源菌液和所述胶结营养液以体积比为1:2.5的比例交替进行喷洒，其交替顺序为先喷洒所述沙漠自源菌液，再喷洒所述胶结营养液，依次交替进行；所述沙漠自源菌液与所述胶结营养液交替喷洒的间隔时间为1小时；第二、三、四日每日各自喷洒与第一日相同体积的胶结营养液。所述第一日的4小时内共喷洒沙漠自源菌液与胶结营养液各2次。所述胶结颗粒的喷洒过程，所述沙漠自源菌液和所述胶结营养液这两种液体的配制过程与喷洒过程，各自通过不同喷灌设备分别完成。

微生物覆膜层的厚度可根据环境以及治理的目标进行调整。

步骤四：在所述多个植被种植区内分别种植多棵沙柳，每个植被种植区在相应的沙柳作用下形成植被层，固定所述待治理沙漠区的下部沙土层。

沙柳为少数可以在盐碱地生长的植物之一，枝条不怕沙压，萌芽力强，根系发达，是固定沙土的同时不破坏、不污染沙土本身的材料特性，又能固定沙土流失、稳定水系的首选植物。至于植被层的密度，可根据环境以及治理的目标进行调整。

通过本发明提供的一种沙漠原位微生物覆膜技术及其联合沙柳的绿色生态治理方法，对待治理沙漠区分割为多个植被种植区和多个微生物覆膜沙土区，所述微生物覆膜沙土区在沙漠自源生物胶结剂的作用下形成微生物覆膜层，固定所治理沙漠区的表层沙土，所述植被种植区在沙柳作用下形成植被层，固定所述待治理沙漠区的下部沙土层，二者结合，实现对待治理沙漠区的综合治理。

实施例2

自然界中部分微生物在新陈代谢的过程中可诱导生成碳酸钙，能将松散的砂土胶结成具有一定强度、渗透性良好的绿色新型人工材料。

由于沙漠土壤是微生物的良好载体，利用微生物可以在多孔介质中生长、运移和繁殖等特性，分离沙漠中具有固定、粘结效果的自源菌种，生成沙漠微生物覆膜层固定表层沙土，使得流动沙丘经固定覆膜而成为半固定、固定沙丘，从根本上阻断沙尘暴的源头。微生物覆膜层表现出与岩土基质亲和性、良好的透气透水性、保水性等特点，让它成为沙漠生态治理中“会呼吸的天然屏障”。进一步，甄选耐旱、耐贫瘠植物种植并实现其优化配置，实现原位微生物覆膜层与沙地绿色植物间相互依存、互为依托，并共同构建沙沙漠生态系统的新格局。

基于以上分析，本发明提供一种沙漠原位微生物覆膜技术及其联合沙柳的绿色生态治理方法，包括如下步骤。

步骤一：对待治理沙漠区进行区域分割，将所述待治理沙漠区分割为多个植被种植区2与多个微生物覆膜沙土区1。

如图1所示，多个所述微生物覆膜沙土区1与多个所述植被种植区2互相交错分布。多个所述微生物覆膜沙土区阵列式布局，在长宽均为10000米的区域内每隔长宽均为2000米设置阵列式的多个所述微生物覆膜沙土区1，每个微生物覆膜沙土区1的四角分别布局一个所述植被种植区2，所述植被种植区2的直径为300米。

步骤二：所述沙漠自源菌(cgmccno.15633)种子活化，并接入摇瓶和罐逐级扩大培养。

步骤三：对所有所述微生物覆膜区1内喷洒沙漠自源绿色生物胶结剂，形成一定厚度的微生物覆膜层4，所述的沙漠自源生物胶结剂包括沙漠自源菌液、胶结营养液以及胶结颗粒。

在所述微生物覆膜区1内喷洒可降解胶结颗粒，为使微生物固定沙土区固定层具有良好强度、可塑性和渗透性，将胶结颗粒以每平方米50-70克均匀喷洒入所述所有待治理微生物覆膜沙土区的土壤内，所述胶结颗粒的主要成分为可降解高分子吸水聚合物。

以保水剂即所述胶结颗粒的喷洒日的后一日为第一日，所述第一日，自源菌液和胶结营养液以体积比为1:2.5的比例交替进行喷洒，具体为一平方米的微生物固化区喷洒5-6升的自源菌液，12-15升的胶结营养液，交替顺序为先喷洒自源菌液，再喷洒胶结营养液，依次交替进行，所述自源菌液与胶结营养液交替喷洒的间隔时间为1小时，即自源菌液喷洒完一小时后喷洒胶结营养液，再过一小时喷洒自源菌液，再过一小时喷洒胶结营养液，所述第一天4小时内共喷洒自源菌液与胶结营养液各2次。第二、三、四日每日各自喷洒与第一日相同体积的胶结营养液。所述胶结颗粒、自源菌液与胶结营养液的配制过程与喷洒过程各自通过不同喷灌设备分别完成。

所述的自源菌液由沙漠自源微生物经过扩培并离心后加入新鲜培养基组成，所述新鲜培养基由酵母粉20克/每升、0.1～1molnacl、0.05～1molnh4cl、0.1～1molco(nh2)2物质组成。所述的胶结营养液由0.4mol～1molco(nh2)2、0.25mol～0.5molcacl2.2h2o物质组成。

步骤四：在所有所述植被种植区2内分别种植沙柳，分别形成一定密度的植被层3。根据沙柳品种和数量为所有沙柳施用底肥，供给沙柳整个生长周期内所需养分。

所述沙柳品种选取耐旱、抗风蚀、耐沙埋、生长迅速、防风固沙、保持水土功效显著、1～3年生无病虫害、小头直径≥0.7cm的生长健壮的沙柳枝条，在春季进行扦插，扦插采用株行距2m×2m(约222株/亩)的配置模式，扦插前所有所述沙柳枝条使用abt生根粉溶液进行预处理，扦插后的2年内分别在每年6月底之前进行一次施肥，所述施肥包括为所有沙柳施有机肥禽或畜粪便，同时配合施氮、磷、钾肥，有机肥施用量为1.5～3kg/株；氮、磷、钾肥0.2～0.3kg/株。

所有植被种植区2内的沙柳成长后形成密度合理的植被层，植被层3用于固定待治理沙漠区的地下土层即沙土层6，达到植物固定沙丘的效果。

所有的所述植被层3与所有的微生物覆膜层4共同作用固定所述待治理沙漠区，如图2、3所示。

对经过上述沙漠原位微生物覆膜技术及其联合沙柳的绿色生态治理方法处理过的沙漠覆膜层进行贯入仪测试；贯入仪检测微生物覆膜沙土层即微生物覆膜层4的强度，为减小检测对覆膜效果造成的影响，检测过程从喷洒沙漠绿色生物胶结剂的第四日开始，直到第七日结束。如图4所示分别为贯入试验贯入阻力测试结果散点图和趋势图。

使用10cm长度贯入杆，检测时匀速下压贯入仪，记录贯入杆每厘米处贯入仪的读数。贯入速度一般为1-1.5cm/s，贯入阻力不应小于17n。现场检测结果显示，当在第五日对微生物覆膜沙土区进行检测时，所述微生物覆膜区的贯入阻力达到17n，当在第七日对微生物覆膜区进行检测时，所述微生物覆膜沙土区的贯入阻力达到47n。

测试结果的判定：当微生物覆膜沙土层贯入阻力达到14-17n时即认为沙漠原位微生物覆膜层的强度满足使用要求。

如图2、3所示，通过本发明提供的沙漠原位微生物覆膜技术及其联合沙柳的绿色生态治理方法，在待治理沙漠区均匀喷洒可降解胶结颗粒，所述的胶结颗粒具有高保水能力、所吸液体不被简单的物理方法挤出，并且可反复释液吸液形成“微型水库”，提高沙漠生物覆膜层和植物种植区保液能力，改善沙漠覆膜层材料脆性大的缺点；对待治理沙漠区分割为多个植被种植区和多个微生物覆膜沙土区，所述微生物覆膜沙土区在沙漠自源微生物作用下形成原位微生物固定层，形成的微生物覆膜沙土层可以从根本上阻断沙尘的源头，实现沙漠的生态治理，另外，采用从待治理沙漠区的土壤中提取的沙漠自源微生物形成的原位微生物覆膜层固定待治理沙漠区，可以做到以沙治沙，尽可能减少了外来生物物种对待治理沙漠区造成的不良影响；所述植被种植区在沙柳作用下形成植被层3，沙柳发达的根系5固定所述待治理沙漠区的地下土层即沙土层6，微生物覆膜层4与植被层3相互依存、互为依托，共同构建沙漠生态系统的新格局，二者结合，实现对待治理沙漠区的综合固定，同时，通过对原位微生物覆膜层进行贯入仪测试，测试结果显示使用本发明所提出的方法，微生物覆膜层4效果稳定，强度符合使用要求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。