一种放线菌固沙的新方法
【专利摘要】本发明涉及一种放线菌固沙的新方法，该方法选取内氏放线菌Actinomycesnaeslundii，然后将放线菌置于含尿素和钙离子的营养汤培养基中富集得到具有诱导固化作用的放线菌菌液，再将富集得到固化作用放线菌菌液分多次均匀喷洒于沙土表层，将喷有菌液的沙土置于自然干燥环境下培养数天后终止实验，放线菌通过固化作用将沙土表层的沙粒胶结固定，使得表层沙粒不会发生迁移。该方法操作简便、易于控制，成本低，可广泛用于干旱区移动半移动沙丘的固定。
【专利说明】一种放线菌固沙的新方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种放线菌固沙的新方法，尤其是具有固化作用的放线菌固定可移动 沙丘的方法，属于生物环境工程【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 土地沙漠化是一个世界性生态环境问题。中国是世界上沙漠面积较大、分布较广、 沙漠化危害严重的国家之一。据1994-1996年全国的沙漠化普查结果，全国沙漠及沙漠化 总面积占国土总面积的17.85%。长期以来由于气候干旱和人类活动的加剧，土地的不合 理使用，对荒漠化治理投入的不足，造成严重的土地退化。据调查，从50年代至70年代， 平均每年沙漠化土地增加1560km2 ;70年代中期至80年代中期，平均每年沙漠化土地增加 2100km2,从80年代中期至90年代，平均每年沙漠化土地增加2460km2。目前仍呈继续扩大 的趋势，在北方万里风沙线上，每年8级以上的大风沙日为30?100天，还经常出现强沙尘 暴，我国三北防护林地区，包括中国西北大部、华北北部和东北西部，每年有大量农田和草 场受风沙危害，，数以千计的水库和大批灌渠受风沙侵袭，800多公里铁路和数千公里公路 经常受到风沙的侵袭和压埋。
[0003] 荒漠化不断扩展，沙尘暴越来越频繁，不仅对生产建设造成极大破坏，而且给人民 生命财产带来重大损失。荒漠化破坏土地资源，使可利用土地减少，质量下降，造成农牧业 生产减产甚至绝收。破坏交通、水利等生产基础设施，制约经济发展。荒漠化加剧了农牧民 贫困程度，影响社会安定和民族团结，荒漠化使人类生存环境恶化，耕地、草场、林地等可利 用土地资源质量下降或生产力丧失，破坏生产和生活设施；荒漠化使生物质量变劣，物种丰 度降低，对生物多样性构成严重威胁。因此，荒漠化是干旱、半干旱地区产生贫困的重要因 素。
[0004] 目前我国正在对沙漠化进行积极整治，并且在局部地区出现了人进沙退的可喜局 面，但总体来看还是沙进人退，荒漠化土地人在不断扩大，耕地、草场减少，环境恶化，严重 的制约了国民经济发展，荒漠化形势十分严峻。目前，固沙常用技术主要有工程（或物理/ 机械）固沙、生物固沙、化学固沙及综合固沙。
[0005] 工程治沙主要采取机械途径，通过对风沙的阻、输、导、固工程达到减轻风沙作用， 防止风沙危害的目的。目前以有的工程治沙技术包括两大类：（1)铺设草方格，建立立体 栅栏，设置各种材料网膜的固沙工程技术；（2)引水拉沙，治沙造田技术。它是利用河流、海 (湖泊）、水库的水源，自流引水或机械抽水，以水力冲拉沙丘，既消除沙害，又扩大耕地的 办法。这是中国陕北沙区群众的创举，并在其他有水源的地方推广应用。
[0006] 生物固沙是通过封育，营造植物等手段，达到防治沙漠、稳定绿洲，提高沙区环境 质量和生产潜力的一种技术措施。主要有以下几种固沙技术：（1)天然植被的保护与合理 利用技术（即封育技术），这是目前保护天然植被及其生物多样性的最主要途径；(2)飞播 治沙技术，是利用飞机在沙区或沙化地区进行播种的机械化造林方法，适于人口稀少的偏 远沙区的治理，而且飞播治沙面积大，防风固沙成效好；（3)营造防风固沙林技术，我国在 三北地区营造的防风固沙林带我国防治风沙侵蚀的一项巨大工程，现己初具规模，对防止 风沙侵蚀起到了很好的作用；(4)人工种草和改良草地技术；（5)农田防护林网技术；(6) 营造灌木群落技术；（7)五带一体的防沙治沙技术，建立封沙育草带，前沿阻沙带，草障植 物带，灌溉造林带，固沙防火带，采用植物沙障和机械沙障相结合的办法，建成坚固的防风 固沙体系，主要用于铁路、公路两侧。如穿过腾格里沙漠的包兰铁路，在宁夏沙坡头一带采 用该技术在沙海建立了一条长达30多公里的绿色屏障，锁住了流沙，确保了包兰铁路的畅 通。
[0007] 化学固沙是在风沙环境下，利用化学材料与工艺，对易发生沙害的沙丘或沙质地 表建造一层能够防治风力吹扬又具有保持水分和改良沙地性质的固结层，以达到控制和改 善沙害环境，提高沙地生产力的技术措施。化学固沙技术，包含了沙地固结技术和保水增肥 两大内容，它和植物固沙相结合可大大提高植物的成活率。国外化学固沙研究始于20世纪 30年代，国内始于20世纪60年代，世界上已有46个国家研制出100多种化学制剂，用于流 沙的土壤改良，主要有以下四大类：水泥浆、水玻璃类、石油产品类和高分子聚合物高吸水 树脂类等固沙材料。
[0008] 各种单一的固沙措施都有其特点和局限性，工程固沙虽快速有效，但成本高且与 生物环境相容性差；生物固沙虽有很好的生态环境保护作用，但因沙漠或沙地恶劣的气候 水文条件，通常使植物无法种植或种植后无法存活；化学固沙虽成本低廉、施工快速方便、 生物相容性好，但通常固沙周期较短；就大面积治理而言，现代防沙工程要求高效廉价、快 速方便。
[0009] 我国的科技人员从长期的生产实践中，发现流动沙丘固定后，生态环境条件最明 显的变化是沙地形成完整的结皮层。生物结皮在荒漠化治理中的作用主要体现在遏制土壤 荒漠化以及为荒漠化地区的生态系统恢复提供良好的基础环境。生物结皮中细菌、真菌、地 衣和苔藓植物的地下菌丝和假根能够粘结土壤颗粒，并形成结构稳定的有机、无机复合层， 从而改变荒漠化土壤表面单一、匀质、松散的原始状态，使土壤表面趋于固定化。生物结皮 有效地减小了风和水对荒漠化地表的侵蚀，从而一定程度上遏制了荒漠化进程。因此，荒漠 化治理工作中，生物结皮的出现和发展指示了流动沙地向固定和半固定沙地转化的重要阶 段，可被用作生态环境健康评价指标。早在1900年，生态学家就开始重视生物结皮的多种 作用（Johansen，1993)，这种作用主要包括固定土壤的能力；影响养分循环和维管植物群 落等。近年来，越来越多的研究者正在探讨生物结皮是怎样适应干旱和半干旱的土地生态 系统，在此基础上研究沙漠生物结皮人工接种固沙技术，该技术是利用荒漠藻的拓殖固沙 作用，在传统固沙植被带内人工接种荒漠藻类，促进荒漠藻生物结皮的形成，并因地制宜地 建立不同类型的藻类、草本、灌木、乔木稳定的复合生态系统为目标的综合治沙技术，开辟 荒漠化治理的新途径。细菌是干旱荒漠环境中广泛存在的微生物类型，在生物结皮的形成 过程中发挥着及其重要的作用，诸多研究发现某些特殊细菌在适当条件下能够通过固化作 用固化土壤，这为荒漠化治理提供了新的思路。
【发明内容】
[0010] 本发明的目的在于，提供一种放线菌固沙的新方法，该方法选取的内氏放线菌 Actinomyces naeslundii，然后将放线菌置于含尿素和f丐离子的营养汤培养基中富集得到 具有诱导固化作用的放线菌菌液，再将富集得到固化作用放线菌菌液分多次均匀喷洒于沙 土表面，将喷有菌液的沙土置于自然干燥环境下培养数天后终止实验，放线菌通过固化作 用将沙土表面的沙粒胶结固定，使得表层沙粒不会发生迁移。该方法操作简便、易于控制， 成本低，可广泛用于干旱区移动半移动沙丘的固定。
[0011] 本发明所述的一种放线菌固沙的新方法，按下列步骤进行：
[0012] a、放线菌来源及培养：选取内氏放线菌Actinomyces naeslundii，将菌株置于营 养肉汤培养基中复苏后转接至含有50mL营养汤培养基的锥形瓶中，pH调节为4-11，然后将 锥形瓶置于转速为130转/分、温度为30°C的条件下培养48小时，得到放线菌菌液；
[0013] b、诱导固化作用放线菌驯化富集：将步骤a得到的放线菌菌液置于质量含量为 1-20%的尿素、0. 01-0. 5摩尔/升钙离子的营养汤培养基中混合，将混合液置于转速为130 转/分、温度为30°C的条件下培养5-7天富集得到固化作用菌液，菌液pH为4-11 ;
[0014] c、诱导固化作用放线菌固沙：将步骤b富集得到具有固化作用的放线菌菌液按 10-100毫升/100克沙的比例喷洒在沙土表层，其中菌液中菌密度为104-108CFU/毫升，将 喷洒菌液后的沙土置于自然干燥环境下培养7-15天后，再次喷洒相同菌液2-5次置于自然 环境中自然风干后终止实验，放线菌通过固化作用得以固定沙土表层，阻止沙土在风力作 用下迁移。
[0015] 步骤b中所述的营养汤培养基为营养肉汤和淘米水。
[0016] 步骤c中所述的放线菌固化作用后沙土表层可形成一层坚硬的外壳，可耐风速为 10-70 米 / 秒。
[0017] 步骤c中所述的放线菌通过水解尿素诱导矿物沉淀作用固沙。
[0018] 本发明所述的一种放线菌固沙的新方法，该方法中放线菌信息：分类命名：内氏 放线菌，拉丁名：Actinomyces naeslundii，保藏单位和保藏号：美国模式菌种收集中心； 保藏号：ATCC 12104,中国代理商地址：北京市朝阳区东方东路11号北京中原公司，购买时 间：2013年9月8日。
[0019] 本发明所述的一种放线菌固沙的新方法，该方法是将具有诱导固化作用的放线菌 置于质量含量为1-20%的尿素和0. 01-0. 5摩尔/升钙离子的营养汤培养基中富集得到具 有固化作用的放线菌菌液；再将富集得到固化作用的放线菌菌液10-100毫升均匀喷洒在 100-200克沙土表面，将喷洒菌液后的沙土置于日常干燥环境下培养7-15天后，再次喷洒 相同菌液后2-5次置于自然环境中自然风干后终止实验，放线菌通过固化作用得以固定沙 土表层。
[0020] 本发明所述的一种放线菌固沙的新方法，该方法中放线菌来源及培养：选取内氏 放线菌（Actinomyces naeslundii)，菌株来自来自美国模式菌种收集中心（ATCC 12104)， 将菌株置于营养肉汤培养基（NB)中复苏后转接至含有50mL营养汤培养基的锥形瓶中，pH 调节为4-11，然后将锥形瓶置于转速为130转/分、温度为30°C的条件下培养48小时，得 到放线菌菌液；
[0021] 具有诱导固化作用放线菌驯化富集：将富集得到的放线菌置于质量含量为 1-20%的尿素、0. 01-0. 5摩尔/升钙离子的营养汤培养基中，将混合液置于转速为130转/ 分、温度为30°C的条件下培养5-7天富集得到固化作用菌液，菌液pH为4-11 ;
[0022] 具有诱导固化作用放线菌固沙：将富集得到具有固化作用的放线菌菌液按照 10-100毫升/100克沙的比例喷洒在沙土表层，其中菌液中菌密度为104-108CFU/毫升，将 喷洒菌液后的沙土置于自然干燥环境下培养7-15天后，再次喷洒相同菌液2-5次置于自然 环境中自然风干后终止实验，放线菌通过固化作用得以固定沙土表层，阻止沙土在风力作 用下迁移。
[0023] 本发明所述的方法中所选用的放线菌培养基为营养肉汤和淘米水；所选用的沙土 为新疆维吾尔自治区古尔班通古特沙漠阜康北沙窝表层沙土，放线菌固化作用后沙土表层 可形成一层坚硬的外壳，可耐风速为10-70米/秒；所选用的放线菌为能够水解尿素且具有 诱导固化作用。
[0024] 本发明所述方法主要优点：①该方法采用具有固化作用的尿素水解放线菌固定沙 丘表面，其作用过程为放线菌诱导矿物沉淀将沙土颗粒胶结形成稳定的结壳，其固沙效果 稳定且环保；②该方法对干旱环境移动、半移动沙丘的固定应用广泛，操作简单，节约成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0025] 图1为本发明原始沙土图；
[0026] 图2为本发明细菌固化作用后的沙土图。
【具体实施方式】
[0027] 本发明不限于以下实施例：
[0028] 本发明一种放线菌固沙的新方法，按下列步骤进行：
[0029] a、放线菌来源及培养：选取内氏放线菌Actinomyces naeslundii，将菌株置于营 养肉汤培养基中复苏后转接至含有50mL营养汤培养基的锥形瓶中，pH调节为4-11，然后将 锥形瓶置于转速为130转/分、温度为30°C的条件下培养48小时，得到放线菌菌液；
[0030] b、诱导固化作用放线菌驯化富集：将步骤a得到的放线菌置于质量含量为1-20% 的尿素、〇. 01-0. 5摩尔/升钙离子的营养汤为营养肉汤和淘米水培养基中混合，将混合液 置于转速为130转/分、温度为30°C的条件下培养5-7天富集得到固化作用菌液，菌液pH 为 4-11 ;
[0031] c、诱导固化作用放线菌固沙：将步骤b富集得到具有固化作用的放线菌菌液按照 10-100毫升/100克沙的比例喷洒在新疆维吾尔自治区古尔班通古特沙漠阜康北沙窝沙 土表层，其中菌液中菌密度为io4-io8cfu/毫升，将喷洒菌液后的沙土置于自然干燥环境下 培养7-15天后，再次喷洒相同菌液2-5次置于自然环境中自然风干后终止实验，放线菌通 过水解尿素诱导矿物沉淀固化作用得以固定沙土表层，形成一层坚硬的外壳，可耐风速达 10-70米/秒，阻止沙土在风力作用下迁移；具体实施例采用表格形式说明：
[0032] 下面是诱导固化作用的放线菌固沙的方法的具体实施例：
[0033]
【权利要求】
1. 一种放线菌固沙的新方法，其特征在于按下列步骤进行： a、 放线菌来源及培养：选取内氏放线菌Actinomyces naeslundii，将菌株置于营养肉 汤培养基中复苏后转接至含有50mL营养汤培养基的锥形瓶中，pH调节为4-11，然后将锥 形瓶置于转速为130转/分、温度为30°C的条件下培养48小时，得到放线菌菌液； b、 诱导固化作用放线菌驯化富集：将步骤a得到的放线菌菌液置于质量含量为1-20% 的尿素、0. 01-0. 5摩尔/升钙离子的营养汤培养基中混合，再将混合液置于转速为130转/ 分、温度为30°C的条件下培养5-7天富集得到固化作用菌液，菌液pH为4-11 ; c、 诱导固化作用放线菌固沙：将步骤b富集得到具有固化作用的菌液按10-100毫升 /100克沙的比例喷洒在沙土表层，其中菌液中菌密度为1〇 4-1〇8 CFU/毫升，将喷洒菌液后的 沙土置于自然干燥环境下培养7-15天后，再次喷洒相同菌液2-5次置于自然环境中自然风 干后终止实验，放线菌通过固化作用得以固定沙土表层，阻止沙土在风力作用下迁移。
2. 根据权利要求1所述的一种放线菌固沙的新方法，其特征在于步骤b中所述的营养 汤培养基为营养肉汤和淘米水。
3. 根据权利要求1所述的一种放线菌固沙的新方法，其特征在于步骤c中所述的放线 菌固化作用后沙土表层可形成一层坚硬的外壳，可耐风速为10-70米/秒。
4. 根据权利要求1所述的一种放线菌固沙的新方法，其特征在于步骤c中所述的放线 菌通过水解尿素诱导矿物沉淀作用固沙。
【文档编号】E02D3/12GK104264658SQ201410555699
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年10月17日 优先权日:2014年10月17日
【发明者】潘响亮, 宋文娟, 张道勇 申请人:中国科学院新疆生态与地理研究所