專利名稱：土壤藻類對(duì)荒漠半荒漠土壤的改良方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及土壤改良領(lǐng)域，更具體涉及一種土壤藻類對(duì)荒漠半荒漠土壤的改良方法。
背景技術(shù)：
荒漠化是一個(gè)全球性的環(huán)境問(wèn)題，其擴(kuò)展趨勢(shì)已經(jīng)嚴(yán)重威脅到人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。目前，地球上受到荒漠化影響的土地面積有3800萬(wàn)km2，占陸地面積的1/4。近些年來(lái)，全世界每年約有600萬(wàn)hm2的土地發(fā)生沙漠化且有不斷擴(kuò)展的趨勢(shì)，而我國(guó)是荒漠化危害較為嚴(yán)重的國(guó)家之一；據(jù)第二次全國(guó)荒漠化監(jiān)測(cè)，我國(guó)荒漠化面積已達(dá)267.4萬(wàn)km2，且以每年以1.04萬(wàn)km2的速度擴(kuò)展。日趨嚴(yán)重的荒漠化不僅對(duì)西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展及人們的生存環(huán)境造成了嚴(yán)重威脅，而且成為我國(guó)全面建設(shè)小康社會(huì)的奮斗目標(biāo)和全面改善全國(guó)生態(tài)狀況的重要障礙；荒漠化帶來(lái)的惡劣生態(tài)環(huán)境條件已給我國(guó)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展帶來(lái)嚴(yán)重影響。
近些年來(lái)針對(duì)日益惡化的土地退化問(wèn)題，人們開(kāi)始利用新的科學(xué)技術(shù)尋找荒漠半荒漠土壤的改良方法，其中生物技術(shù)是目前土壤改良和荒漠化防治中應(yīng)用較多的技術(shù)。它主要是通過(guò)建立人工植被，保護(hù)和恢復(fù)天然植被，最終達(dá)到防止土壤沙化，治理和開(kāi)發(fā)利用荒漠化土地的目的。應(yīng)該承認(rèn)結(jié)合生物學(xué)的綜合治理是土壤荒漠化防治的根本途徑，但目前這一領(lǐng)域僅僅局限于高等耐旱植物的引種馴化，優(yōu)化選擇和合理配置防護(hù)林等方面，著眼點(diǎn)主要集中在防治沙塵暴上，忽視了對(duì)土壤的改良，而對(duì)于荒漠化防治而言，改良土壤才是關(guān)鍵的問(wèn)題。只有有效地改善了荒漠半荒漠土壤的結(jié)構(gòu)和理化性狀，改變了土壤的生物微環(huán)境，才能夠遏制土壤沙化，最終防止沙塵暴的發(fā)生，同時(shí)改良的土壤還可以恢復(fù)生產(chǎn)力。由于荒漠生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性，目前在荒漠半荒漠土壤改良方面成功的案例尚不多見(jiàn)，主要的改良方法包括物理、化學(xué)和生物方法，目前集中于土壤改良劑的研制開(kāi)發(fā)、耐旱植物的引種馴化和基因改良、荒漠水分的有效利用和管理等方面；但這些技術(shù)方法在實(shí)際應(yīng)用中都存在不同程度的困難和弱點(diǎn)。
土壤藻類是以土壤為生境的藻類集群，是土壤微生物中唯一具有光合自養(yǎng)能力的有機(jī)物質(zhì)制造者，在它們的生命過(guò)程中，通過(guò)其自身的生理活動(dòng)及其對(duì)其他生物的作用，對(duì)于土壤形成和土壤肥力的提高，產(chǎn)生直接和間接的影響，土壤藻是土壤生物的先行者和土壤中的生物催化劑，它參與土壤的發(fā)生、發(fā)育及與有效肥力形成有關(guān)的許多生物化學(xué)過(guò)程，對(duì)土壤的形成和熟化都起著重要作用，在土壤改良中具有實(shí)際應(yīng)用潛力。利用藻類改良土壤在理論上是可行的，本發(fā)明則提供了一條具有可操作性的、切實(shí)有效的途徑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在于提供一種土壤藻類對(duì)荒漠半荒漠土壤的改良方法，以期在荒漠生態(tài)系統(tǒng)干旱缺水的環(huán)境中，利用盡量少的水分來(lái)培植土壤微生物結(jié)皮，達(dá)到提高土壤團(tuán)聚體大小和增加團(tuán)聚體數(shù)目，增加土壤含水量，豐富有機(jī)質(zhì)含量，最終改善土壤理化性狀，提高土壤生產(chǎn)力。該方法簡(jiǎn)單易行，操作方便，能夠有效改良荒漠半荒漠土壤和防治沙塵暴。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取了以下技術(shù)措施1、藻種的分離、純化采集荒漠半荒漠地區(qū)的微生物結(jié)皮，每克土壤使用20mL的無(wú)菌水浸泡12-24小時(shí)，浸泡過(guò)程中攪拌12-24次得到土壤懸液(土壤顆粒懸浮在水中形成的懸濁液)；土壤懸液按10-1到10-8稀釋，無(wú)菌滴管吸取水溶液接種到含朱氏10號(hào)培養(yǎng)基的固體平板上，每一平皿滴加土壤懸液0.04-0.06mL進(jìn)行培養(yǎng)，21-28天后可以得到15種左右的藻落，主要是藍(lán)藻、綠藻和硅藻；用接種針挑出不同藻體，顯微鏡下觀察鑒定；并在無(wú)菌朱氏10號(hào)培養(yǎng)液中清洗3-4次，接種到瓊脂平板培養(yǎng)皿中進(jìn)行單獨(dú)培養(yǎng)；單獨(dú)培養(yǎng)的藻種，8-10次重復(fù)平板劃線接種培養(yǎng)可獲得純化培養(yǎng)的單藻落；2、藻種的培養(yǎng)、篩選和保存將通過(guò)分離純化步驟獲得的藻種接種到液體培養(yǎng)基中，在光照30-60μmol m-2s-1和溫度20-28℃條件下通氣培養(yǎng)；不同種藻類使用不同培養(yǎng)液，藍(lán)藻如微鞘藻、顫藻、席藻、魚(yú)腥藻、念珠藻等使用BG11和HGZ培養(yǎng)液，綠藻如綠球藻、原球藻、小球藻等使用BBM或朱氏培養(yǎng)液。通過(guò)實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)和生理試驗(yàn)比較其生長(zhǎng)速率、不同藻種對(duì)環(huán)境的抗性，同時(shí)研究不同藻種的胞外分泌物，并通過(guò)室內(nèi)和室外荒漠半荒漠土壤表面的藻類接種培養(yǎng)試驗(yàn)，選擇生長(zhǎng)速率快、抗逆能力強(qiáng)、胞外物質(zhì)分泌多的藻種；將篩選的具有優(yōu)良抗性性狀、生長(zhǎng)速率快的藻種培養(yǎng)18-28天左右后，離心收集藻泥，陰干后干燥保存。
3、藻種的復(fù)水和擴(kuò)大培養(yǎng)，在30-60μmol m-2s-1和20-28℃下對(duì)干燥保存的藻種進(jìn)行復(fù)水，恢復(fù)其生理活性，并使用氣升式生物反應(yīng)器進(jìn)行藻種的擴(kuò)大培養(yǎng)，在28-32天內(nèi)可以獲得野外接種所需要的生物量；4、環(huán)境適應(yīng)性鍛煉，在室內(nèi)模擬野外環(huán)境，使大量培養(yǎng)的藻類逐步適應(yīng)變動(dòng)的環(huán)境條件，關(guān)閉反應(yīng)器的溫度控制部分，使藻種適應(yīng)溫度的變化；模擬野外光強(qiáng)的變化，從早上開(kāi)始逐步增加光強(qiáng)，到中午達(dá)到最大光強(qiáng)，隨后光強(qiáng)緩慢下降，到晚上降低到0μmol m-2s-1；5、野外接種、培養(yǎng)，將室內(nèi)培養(yǎng)得到的藻類接種到荒漠半荒漠土壤中，采用地膜覆蓋、定時(shí)噴灑BG11、HGZ或BBM培養(yǎng)液等方法進(jìn)行野外培養(yǎng)；包括以下步驟a、圈圍接種場(chǎng)地，防止人畜的干擾；b、每平方米噴灑1-3L水使接種場(chǎng)地表面保持濕潤(rùn)，接種所選的藻種到荒漠半荒漠土壤上；c、將接種場(chǎng)地用地膜覆蓋，每天上午8:00-9:00揭開(kāi)地膜，下午3:30-4:30壓膜。d、每天上午9:00-10:00左右使用噴霧器每平方米噴灑1-3L培養(yǎng)液，保證地表一定的濕度以利于藻類的生長(zhǎng)；e、接種初期需要接種初期保證溫度不低于18℃和光照不低于25μmol m-2s-1，以利于藻種在土壤表層的附著和生長(zhǎng)。
6、管理工作，主要是對(duì)接種藻類的區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)和看護(hù)，此外還要防止人畜外力的破壞作用。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，安全性好，不存在對(duì)環(huán)境的危害；成本低廉，需水量大大少于植樹(shù)造林和種草；通過(guò)土壤藻類在地表的不斷生長(zhǎng)繁殖及藻類在生命活動(dòng)過(guò)程中分泌的有機(jī)物質(zhì)有效地改善荒漠半荒漠土壤的理化性狀，提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，增加土壤的含水量，促進(jìn)土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；此外這種對(duì)土壤的改良效應(yīng)具有長(zhǎng)期性、穩(wěn)定性。


圖1為接種念珠藻120天的結(jié)皮土壤與沒(méi)有接種藻類的對(duì)照土壤團(tuán)聚體顆粒在三種水力處理下的級(jí)配情況。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例土壤藻類對(duì)荒漠半荒漠土壤改良方法的具體步驟A、藻種的分離、純化采集內(nèi)蒙古四子王旗半荒漠地區(qū)的微生物結(jié)皮，每克土壤使用20mL的無(wú)菌水浸泡12-24小時(shí)，浸泡過(guò)程中攪拌12-24次；土壤懸液按10-1到10-8稀釋，無(wú)菌滴管吸取水溶液接種到固體平板上，每一平皿滴加土壤懸液0.04mL進(jìn)行培養(yǎng)，21天左右得到多種藻落，主要含顫藻、微鞘藻、念珠藻、單歧藻、綠球藻、小球藻、原球藻；將以上分離的藻種，用無(wú)菌接種針或解剖針挑出，在無(wú)菌培養(yǎng)液中清洗3-4次，接種到瓊脂平板培養(yǎng)皿中進(jìn)行培養(yǎng)；將該步驟重復(fù)操作8-10次可以獲得純化培養(yǎng)的單藻落；B、藻種的培養(yǎng)、篩選和保存通過(guò)以上分離純化步驟獲得了微鞘藻、念珠藻、單歧藻和小球藻四個(gè)藻種的純培養(yǎng)物，將它們分別接種到液體培養(yǎng)基中，在光照40μmol m-2s-1和溫度20℃條件下通氣培養(yǎng)；通過(guò)實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)試驗(yàn)在相同培養(yǎng)條件下(40μmol m-2s-1和20℃)比較其生長(zhǎng)速率；通過(guò)設(shè)置變動(dòng)的環(huán)境條件(類似荒漠半荒漠地區(qū)春季的溫度光照晝夜變動(dòng)情況)，乃至逆境條件(高溫45℃，低溫-20℃，高光2000μmol m-2s-1和滲透脅迫)比較不同藻種對(duì)環(huán)境的抗性，同時(shí)研究不同藻種的胞外分泌物，并通過(guò)室內(nèi)和室外荒漠半荒漠土壤表面的藻類接種培養(yǎng)試驗(yàn)，選擇生長(zhǎng)速率快、抗逆能力強(qiáng)、胞外物質(zhì)分泌多的藻種；通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)念珠藻和微鞘藻具有優(yōu)良抗性性狀、生長(zhǎng)速率快，將它們培養(yǎng)20天后，離心收集藻泥，室溫20℃陰干后在干燥條件下保存。
C、藻種的復(fù)水和擴(kuò)大培養(yǎng)，在40μmol m-2s-1和20℃條件下對(duì)干燥保存的念珠藻和微鞘藻藻種進(jìn)行復(fù)水，恢復(fù)其生理活性，并使用氣升式光生物反應(yīng)器進(jìn)行藻類的擴(kuò)大培養(yǎng)，在短時(shí)間內(nèi)可以獲得大量的生物量；D、環(huán)境適應(yīng)性鍛煉，在室內(nèi)模擬野外溫度和光照條件，使大量培養(yǎng)的藻類逐步適應(yīng)野外溫度光照的晝夜變化；E、野外接種、培養(yǎng)，將室內(nèi)培養(yǎng)得到的藻類接種到荒漠半荒漠土壤中，采用地膜覆蓋、定時(shí)噴灑培養(yǎng)液等方法進(jìn)行野外培養(yǎng)；包括以下步驟a、圈圍接種場(chǎng)地，防止人畜的干擾；b、每平方米噴灑1-3L水使接種場(chǎng)地表面保持濕潤(rùn)，接種所選的藻種到荒漠半荒漠土壤上；c、將接種場(chǎng)地用地膜覆蓋，每天上午9:00揭開(kāi)地膜，下午4:00壓膜。d、每天上午10:00左右使用噴霧器每平方米噴灑1-3L培養(yǎng)液，保證地表一定的濕度以利于藻類的生長(zhǎng)；e、接種初期需要保證不低于18℃和25μmol m-2s-1，以利于藻種在土壤表層的附著和生長(zhǎng)。
F、管理工作安排專人對(duì)接種藻類的區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)和看護(hù)，保證定時(shí)噴施培養(yǎng)液，接種初期保證不低于18℃和25μmol m-2s-1，此外還要防止人畜等外力的破壞作用。
結(jié)果通過(guò)120天的培養(yǎng)，在半荒漠土壤表面形成了一層微生物結(jié)皮，通過(guò)試驗(yàn)測(cè)定了快速濕潤(rùn)、緩慢濕潤(rùn)和機(jī)械破碎三種條件下有念珠藻接種形成結(jié)皮的土壤和沒(méi)有接種藻類的對(duì)照土壤的粒徑級(jí)配和平均重量粒徑指數(shù)(一種衡量土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的指標(biāo)，Le Bissonnais(1996)和Attou et al.(1998))，結(jié)果見(jiàn)圖1和表1，從中可以看出，土壤藻類的存在有助于土壤的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。
表1三種處理下的平均重量粒徑指數(shù)

權(quán)利要求
1.一種土壤藻類對(duì)荒漠半荒漠藻土壤的改良方法，它包括下列步驟A、藻種的分離、純化首先是采集荒漠半荒漠地區(qū)的微生物結(jié)皮，每克土壤使用20mL的無(wú)菌水浸泡12-24小時(shí)，浸泡過(guò)程中攪拌12-24次得到土壤懸液，土壤懸液按10-1到10-8稀釋，無(wú)菌滴管吸取水溶液接種到固體平板上，每一平皿滴加土壤懸液0.04-0.06mL進(jìn)行培養(yǎng)，21-28天后得到藻落；其次是在無(wú)菌培養(yǎng)液中清洗3-4次，接種到瓊脂平板培養(yǎng)皿中進(jìn)行單獨(dú)培養(yǎng)，單獨(dú)培養(yǎng)的藻種，8-10次重復(fù)平板劃線接種培養(yǎng)獲得純化培養(yǎng)的單藻落；B、藻種的培養(yǎng)、篩選和保存首先是將通過(guò)分離純化步驟獲得的藻種接種到液體培養(yǎng)基中，在光照30-60μmol m-2s-1和溫度20-28℃條件下通氣培養(yǎng)；其次是通過(guò)實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)和生理試驗(yàn)比較其生長(zhǎng)速率、不同藻種對(duì)環(huán)境的抗性，同時(shí)研究不同藻種的胞外分泌物，并通過(guò)室內(nèi)和室外荒漠半荒漠土壤表面的藻類接種培養(yǎng)試驗(yàn)，選擇生長(zhǎng)速率快、抗逆能力強(qiáng)、胞外物質(zhì)分泌多的藻種；第三是將篩選的抗性性狀、生長(zhǎng)速率快的藻種培養(yǎng)18-28天后，離心收集藻泥，陰干后干燥保存；C、藻種的復(fù)水和擴(kuò)大培養(yǎng)，在30-60μmol m-2s-1和18-28℃下對(duì)干燥保存的藻種進(jìn)行復(fù)水，恢復(fù)其生理活性，并使用氣升式生物反應(yīng)器進(jìn)行藻種的擴(kuò)大培養(yǎng)，在28-32天內(nèi)獲得野外接種所需要的生物量；D、環(huán)境適應(yīng)性鍛煉，在室內(nèi)模擬野外環(huán)境，使培養(yǎng)的藻類逐步適應(yīng)變動(dòng)的環(huán)境條件，關(guān)閉反應(yīng)器的溫度控制部分，使藻種適應(yīng)溫度的變化；模擬野外光強(qiáng)的變化，從早上開(kāi)始逐步增加光強(qiáng)，到中午達(dá)到光強(qiáng)，隨后光強(qiáng)下降，到晚上降低到0μmol m-2s-1；E、野外接種、培養(yǎng)，將室內(nèi)培養(yǎng)得到的藻類接種到荒漠半荒漠土壤中，采用地膜覆蓋、定時(shí)噴灑BG11、HGZ或BBM培養(yǎng)液進(jìn)行野外培養(yǎng)；F、管理工作，安排專人對(duì)接種藻類的區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)和看護(hù)，保證定時(shí)噴施培養(yǎng)液，接種初期保證不低于18℃和25μmol m-2s-1，此外還要防止人畜外力的破壞作用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種土壤藻類對(duì)荒漠半荒漠土壤的改良方法，其特征的野外接種培養(yǎng)步驟如下a、圈圍接種場(chǎng)地，防止人畜的干擾；b、每平方米噴灑1-3L水使接種場(chǎng)地表面保持濕潤(rùn)，接種所選的藻種到荒漠半荒漠土壤上；c、將接種場(chǎng)地用地膜覆蓋，每天上午8:00-9:00揭開(kāi)地膜，下午3:30-4:30壓膜；d、每天上午9:00-10:00使用噴霧器每平方米噴灑1-3L的BG11、HGZ或BBM培養(yǎng)液；e、接種初期不低于18℃和25μmol m-2s-1，以利于藻種在土壤表層的附著和生長(zhǎng)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種土壤藻類對(duì)荒漠半荒漠土壤的改良方法，步驟是1.藻種的分離、純化，從土壤結(jié)皮中分離藻類，進(jìn)行固體平板培養(yǎng)并使之純化；2.藻種的培養(yǎng)、篩選和保存，將藻接種到液體中通氣培養(yǎng)；選擇有實(shí)用價(jià)值的藻種，離心收集，干燥保存；3.對(duì)干燥藻種復(fù)水，恢復(fù)活性后擴(kuò)大培養(yǎng)；4.適應(yīng)性鍛煉，模擬野外條件，使藻種適應(yīng)多變環(huán)境；5.野外接種、培養(yǎng)，將藻接種到荒漠半荒漠土壤中，采用地膜覆蓋、定時(shí)噴灑培養(yǎng)液等進(jìn)行培養(yǎng)；6.管理。本發(fā)明通過(guò)藻類在地表的生長(zhǎng)繁殖及其細(xì)胞分泌物提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，增加土壤含水量和促進(jìn)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，從而有效改善土壤的理化及生物性狀。
文檔編號(hào)C09K17/14GK1654596SQ200510018149
公開(kāi)日2005年8月17日 申請(qǐng)日期2005年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月13日
發(fā)明者畢永紅, 胡征宇 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所