一种干旱区快速固沙的生物结皮丸粒的制备方法

技术领域

本发明涉及生物结皮制备技术领域，特别是涉及一种干旱区快速固沙的生物结皮丸粒的制备方法。

背景技术

生物结皮是由生长在土壤表层的细菌、藻类、地衣、苔藓和微生物等个体微小的生物成分与土壤相互作用形成的复合系统。生物结皮层的形成对防风固沙、减轻水土流失以及促进土壤养分积累具有重要作用，被认为是支撑干旱区生态系统健康和稳定的重要组成成分。因此，促进生物结皮形成与繁衍是退化沙区生态系统修复起的关键。

当前利用生物结皮固沙技术还存在一系列不足：(1)人工生物结皮的“液态”材质和较高的接种条件成为限制其大规模推广的瓶颈；(2)固态粉末状生物结皮材料野外环境下抗逆能力弱、存活率低；(3)固态粉末由于质量很轻，采用飞播操作难度高、效果差，不能大规模应用。

通过对“野生”生物结皮调查发现，其种群形成与拓殖过程常呈现出显著“斑块”状，这种“斑块”状的生存与拓殖方式是结皮生物适应干旱沙区胁迫生境的一种策略，相比于松散状的个体，其在干旱、高温、风蚀环境中的存活能力更强，也可能是其保障自身发挥生态功能的一个自然选择状态。本发明模仿上述情况将生物结皮按一定的大小和形状，以群体“斑块”形式聚集在一起，形成丸粒化。

发明内容

本发明的目的是提供一种干旱区快速固沙的生物结皮丸粒的制备方法，以解决上述利用生物结皮固沙在野外环境下抗逆能力弱、存活率低的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种干旱区快速固沙的生物结皮丸粒的制备方法，包括以下步骤：

(1)将培养的生物结皮使用粉碎机粉碎过筛后，与保水剂混合均匀形成混合料；

(2)将混合料中加入去离子水混合均匀形成密度为1.75～2.21g/cm

(3)称取2g混合物制作成半径为0.55～0.65cm的球形生物结皮丸粒；

(4)将制作的生物结皮丸粒缓慢晾干。

优选的，步骤(1)中的生物结皮为人工培养的藻结皮和藓结皮的混合物。

优选的，步骤(1)中将人工培养的藻结皮和藓结皮分别使用粉碎机粉碎后过80目筛。

优选的，步骤(1)中的保水剂为沙蒿胶。

优选的，步骤(1)中的藻结皮、藓结皮和沙蒿胶的质量比为5-7:3-5:0.5-1.5。

优选的，步骤(1)中的藻结皮、藓结皮和沙蒿胶的质量比为6:4:1。

其中沙蒿胶具有粘度高、保水性强、分散性好等优点，此外更重要的是沙蒿胶可以在逆境胁迫时为结皮提供一个稳定的微环境，后期还可以为结皮的生长提供营养物质，可以促进生物结皮生长与分布。

优选的，步骤(2)中的混合料与去离子水的质量比为9-12:0.5-2。

优选的，步骤(2)中的混合料与去离子水的质量比为10:1。

优选的，步骤(4)中将制作成的生物结皮丸粒放置于室温20～25℃、空气相对湿度50±5％、光照250±50μmolm

本发明特殊使用藻结皮、藓结皮为生物结皮混合物，能够增加丸粒对环境的耐受能力，当使用以隐花植物为主的结皮生物时，其多为变水植物，由于缺乏维管束植物的维管束组织，个体保水能力弱，对环境水分状况变化十分敏感。

本发明以群体形式(丸粒)可以发挥群体优势，显著提升结皮吸水和保水能力，而生物结皮丸粒化优点在于在发挥群体优势的同时增强生物结皮对环境的耐受能力。结皮群体丸粒化类似于“蚂蚁抱团”，干旱区生态系统脆弱极为容易受到其他因素的干扰，丸粒化结构最外层生物结皮在面对环境胁迫时可以对内层生物结皮起到360°保护作用，增强结皮对环境胁迫的耐受能力，从而提升拓殖成功率，促进干旱退化沙区的生态修复。

丸粒状结构在接种时较片状结构更有助于快速扩大接种面积。圆球形是自然状态下的大多数结皮拓殖形状，相比于其他形状，比表面积最大，更易于从周边获取水分、样方等资源，也可以快速拓殖，圆球形是个自然选择的结果，也是本发明仿生的理论依据。

因此，本发明采用上述结构的一种干旱区快速固沙的生物结皮丸粒的制备方法，具有以下有益效果：

(1)本发明制得到的生物结皮丸粒克服了人工接种生物结皮的水热环境条件以及运输储存条件的限制，解决了现有技术中普遍使用的液态材质的人工生物结皮不利于储存运输和恶劣条件下接种成活率低的问题。

(2)通过将结皮生物个体聚集，增加了人工生物结皮的抗逆性与拓殖成活率，解决了现有技术中固态细粉状材料在野外胁迫条件下同样容易死亡的问题。

(3)生物结皮丸粒的制作简单易行，成本低，适合大规模产业化生产。

(4)将生物结皮制作为球状，相比粉状、矩形片状、三角形片状，球状的崩解率、干旱条件下一年后的盖度、一年后结皮的叶绿素含量均优于其他形态，说明本发明将生物结皮制作成球状能够增强生物结皮材料对环境胁迫的耐受能力，是破解当前利用人工培养生物结皮材料实现固沙产业化发展瓶颈的关键。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1是不同形状和大小生物结皮制品崩解率差异；

图2是干旱条件下不同形状和大小生物结皮制品接种一年后盖度差异；

图3是湿润条件下不同形状和大小生物结皮制品接种一年后盖度差异；

图4是干旱条件下不同形状和大小生物结皮制品接种一年后叶绿素a+b含量差异；

图5是湿润条件下不同形状和大小生物结皮制品接种一年后叶绿素a+b含量差异。

具体实施方式

以下将对本发明进行进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明并不限于本实施例。

实施例1

一种干旱区快速固沙的生物结皮丸粒的制备方法，包括以下步骤：

(1)将人工培养的藻结皮和藓结皮分别使用粉碎机粉碎后过80目筛，与沙蒿胶按照6:4:1质量比混合均匀；

(2)将结皮与沙蒿胶混合物与去离子水按10:1质量比混合成密度为2.0g/cm

(3)称取2g混合物，制做成半径为0.6cm的球形生物结皮丸粒；

(4)将制作成的生物结皮丸粒放置于室温20℃、空气相对湿度50％、光照250μmolm

图1是分别将生物结皮粉末、4g矩形生物结皮片、2g矩形生物结皮片、4g三角形生物结皮片、2g三角形生物结皮片、4g生物结皮丸粒和2g生物结皮丸粒放入呈有大量蒸馏水的容器中，每1小时、2小时、3小时、5小时、10小时后测量一次结皮崩解率(结皮一触即碎时视为崩解)。

从图1中可以看出粉末状结皮崩解最快而后依次是2g三角形生物结皮片、2g矩形生物结皮片、2g生物结皮丸粒、4g三角形生物结皮片、4g矩形生物结皮片、4g的生物结皮丸粒。说明本发明将生物结皮制作成球状丸粒或不同片状可以有效降低其崩解率，提高生物结皮的抗逆能力，也说明了将结皮制备成片状或丸粒，可以发挥群体优势的同时增强生物结皮对环境的耐受能力。

图2是在干旱接种粉末状生物结皮、2g三角形生物结皮片、2g矩形生物结皮片、2g生物结皮丸粒、4g三角形生物结皮片、4g矩形生物结皮片、4g生物结皮丸粒一年后测得它们的盖度大小。

从图2中可以看出在干旱条件下接种2g生物结皮丸粒一年后结皮盖度最高达到50％，其次是接种4g生物结皮丸粒盖度达39％，说明在干旱条件下球状丸粒的固沙效果相比于其他形状的生物结皮具有较好的效果，本发明的生物结皮丸粒主要用于干旱区的快速固沙。

图3是在湿润条件下接种粉末状生物结皮、2g三角形生物结皮片、2g矩形生物结皮片、2g生物结皮丸粒、4g三角形生物结皮片、4g矩形生物结皮片、4g生物结皮丸粒一年后测得它们的盖度大小。

从图3中可以看出在湿润条件下接种粉末状生物结皮一年后结皮盖度最大，其次是接种4g生物结皮丸粒一年后盖度最高达到89％。在湿润条件下虽然接种粉末状生物结皮的盖度最大，但是本发明的4g生物结皮丸粒一年后的盖度也能达到89％，本发明的生物结皮丸粒也可以应用于湿润条件下的固沙。

图4是在干旱条件下接种和培养粉末状生物结皮、2g三角形生物结皮片、2g矩形生物结皮片、2g生物结皮丸粒、4g三角形生物结皮片、4g矩形生物结皮片、4g生物结皮丸粒一年后测得它们的叶绿素a+b含量大小。

从图4中可以看出在干旱条件接种2g生物结皮丸粒一年后单位面积结皮叶绿素含量a+b可到1.8mg/cm

图5是在湿润条件下接种和培养粉末状生物结皮、2g三角形生物结皮片、2g矩形生物结皮片、2g生物结皮丸粒、4g三角形生物结皮片、4g矩形生物结皮片、4g生物结皮丸粒一年后测得它们的叶绿素a+b含量大小。

从图5中可以看出在湿润条件下接种2g生物结皮丸粒一年后结皮单位面积叶绿素a+b含量最高为2.1mg/cm

综上所述，结合图1-5说明虽然在湿润条件下接种2g丸粒化生物结皮制品的样地一年后结皮盖度和叶绿素含量不及其他形状和大小的生物结皮制品，然而本发明主要是用于干旱区生态系统恢复，在干旱环境下在不影响其崩解率的同时接种2g生物结皮丸粒一年后结皮覆盖面积以及叶绿素含量显著大于其他形状和大小的生物结皮制品。

因此，本发明采用上述结构的一种干旱区快速固沙的生物结皮丸粒的制备方法，将生物结皮按一定的大小和形状，以群体形式聚集在一起形成丸粒化，可以在扩散范围缩小不显著的情况下，增强生物结皮材料对环境胁迫的耐受能力和成活率，因此制作生物结皮丸粒是破解当前利用人工培养生物结皮材料实现固沙产业化发展瓶颈的关键。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。