本發(fā)明涉及一種種植結(jié)構(gòu)及種植方法，尤其涉及一種沙漠種植結(jié)構(gòu)及在沙漠中種植植物的方法，屬于沙漠治理技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

沙漠化是一個(gè)世界性的生態(tài)環(huán)境問題。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，荒漠和荒漠化土地在非洲占55％，北美和中美占19％，南美占10％，亞洲占34％，澳大利亞占75％，歐洲占2％。中國(guó)荒漠化土地面積為262.2萬平方公里，占國(guó)土面積的27.4％，近4億人口受到荒漠化的影響，同時(shí)，每年因荒漠化危害造成的直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)1200億元。

目前，學(xué)者對(duì)荒漠化的研究主要集中在土地沙質(zhì)荒漠化方面。常用的治理沙漠的手段有植物造林，沙障，草方格等。但是單純的植樹難度很大，植物埋入深度需要很大，植物存活率很低，見效慢，需要投入大量的人力和物力。沙障、草方格見效快，但是投入也比較大，很難大面積使用。新出現(xiàn)的手段還有土壤表面結(jié)皮技術(shù)，有化學(xué)、物理和生物結(jié)皮，單純的物理和化學(xué)結(jié)皮很脆弱且不穩(wěn)定，同時(shí)化學(xué)結(jié)皮對(duì)周圍環(huán)境也有一定的污染。而生物結(jié)皮是通過細(xì)菌、真菌、藍(lán)綠藻等的生長(zhǎng)中產(chǎn)生大量粘液，這些具有粘性附屬物的菌體和粘性液體通過與藻類物質(zhì)的交聯(lián)結(jié)合成結(jié)皮，但此方法對(duì)環(huán)境有一定的要求，且結(jié)皮生長(zhǎng)緩慢，見效慢。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中沙漠治理存在的難題，本發(fā)明的第一目的是提供一種利用自然環(huán)境中天然存在的微生物反應(yīng)固結(jié)沙土結(jié)構(gòu)，為植物提供良好生態(tài)環(huán)境的沙漠種植結(jié)構(gòu)；本發(fā)明的第二目的是提供在該沙漠中種植植物的方法。

技術(shù)方案：本發(fā)明所述的沙漠種植結(jié)構(gòu)，從沙漠表面向下開設(shè)種植坑，并在該種植坑的部分表面設(shè)防滲層，然后在種植坑內(nèi)種植植物后回填沙漠土并在其表面設(shè)地表防風(fēng)層，其中，沙漠中粒徑≤0.075mm的砂土含量≥50％，防滲層和地表防風(fēng)層由微生物防滲加固液處理得到，且該微生物防滲加固液中的微生物為兼性厭氧菌，防滲層與未設(shè)防滲層沙漠的滲透系數(shù)之比小于5％，地表防風(fēng)層在最大風(fēng)速為20m/s的情況下不被吹散。

本發(fā)明的沙漠種植結(jié)構(gòu)適用于細(xì)顆粒沙漠，沙漠砂土的透水透氣性差，對(duì)應(yīng)采用兼性厭氧菌制備的微生物防固液，其在無氧條件下也能發(fā)揮作用。從效果和效率方面考慮，上述微生物可以為反硝化細(xì)菌，其在還原硝酸鹽的過程中產(chǎn)生碳酸根，在堿性條件下和鈣鹽產(chǎn)生碳酸鈣沉淀，同時(shí)可以為植物的生長(zhǎng)提供氮源，促進(jìn)植物生長(zhǎng)。

進(jìn)一步地，反硝化細(xì)菌可以但不限于假單胞菌屬或產(chǎn)堿桿菌屬的細(xì)菌，例如可以為硝基還原假單胞菌，CGMCCNo.1.2343，或熒光假單胞菌，CGMCCNo.1.3893。

本發(fā)明微生物防滲加固液包括以下成分：反硝化細(xì)菌10⁷-10⁹個(gè)/L、硝酸鹽0.01-1mol/L、鈣鹽0.02-3mol/L、碳源0.03-1.5mol/L、氮源0.002-0.2mol/L及氯化鈉0-15g/L。

上述鈣鹽為可溶性鈣鹽，可以但不限于硝酸鈣、氯化鈣、醋酸鈣中的一種或幾種。碳源可以但不限于醋酸鹽、葡萄糖、玉米秸稈等，氮源可以但不限于氯化銨、硫酸銨、硝酸銨、尿素、麩皮、玉米稈等，硝酸鹽可以但不限于硝酸鈉、硝酸鉀、硝酸鈣、硝酸銨等

微生物的增殖方式可以為：將反硝化菌種放入到液體培養(yǎng)基中，在25-35℃的環(huán)境溫度下，以50-150rad/min的轉(zhuǎn)速培養(yǎng)24-48h，其中，液體培養(yǎng)基包括硝酸鹽0.01-1mol/L、氯化鈣0.02-3g/L、碳源0.01-1mol/L、氯化銨0.05-0.5g/L，硫酸亞鐵0.01-0.03g/L，并將pH調(diào)制7-8。

進(jìn)一步地，防滲層可以全部或部分設(shè)于種植坑的表面。還可以在種植坑的底部表面設(shè)防滲層形成坑底防滲層。其中，坑底防滲層的直徑為植樹坑深度的0.9-1.2倍。

上述地表防風(fēng)層的四周向植物種植位置傾斜，具有良好的集水作用；優(yōu)選的傾斜角度為1-3％，其中，建筑上常用％表示斜率，等于高差/長(zhǎng)度。

上述地表防風(fēng)層上設(shè)有灌溉孔，其中，灌溉孔可以距離植物種植位置2-5cm。

上述種植坑內(nèi)種植的植物多為多年生耐寒耐旱灌木；種植坑的深度可以為0.3-1.5m；種植坑在沙漠上間隔設(shè)置，其間距為樹冠直徑的1.5-3倍。

本發(fā)明所述在沙漠中種植植物的方法，包括如下步驟：在沙漠中開挖種植坑，利用微生物防滲加固液對(duì)種植坑的部分表面進(jìn)行處理形成防滲層；在種植坑內(nèi)種植植物并回填沙漠土；利用微生物防滲加固液對(duì)沙漠地表進(jìn)行處理形成地表防風(fēng)層；其中，沙漠中粒徑≤0.075mm的砂土含量≥50％，微生物防滲加固液中的微生物為兼性厭氧菌，防滲層與未設(shè)防滲層沙漠的滲透系數(shù)之比小于5％，地表防風(fēng)層在最高風(fēng)速為20m/s的情況下不被吹散。

優(yōu)選的，利用所述微生物防滲加固液分別處理種植坑部分表面和沙漠地表3-5次，其中，處理3次就有效果，處理5次效果很明顯，能夠結(jié)成至少3cm厚的硬殼層。進(jìn)一步地，利用所述微生物防滲加固液每次的處理量為1-5L/m²，處理量控制在該范圍內(nèi)可以獲得較好的效果，而且節(jié)省時(shí)間和成本。然后覆蓋覆蓋層，以防止陽光暴曬導(dǎo)致細(xì)菌死亡。相鄰處理次數(shù)之間間隔3-6h，用于細(xì)菌反應(yīng)，如果間隔時(shí)間太短，會(huì)對(duì)前一次的處理造成一定程度的破壞，因?yàn)閲姙r(shí)的沖擊力會(huì)對(duì)短時(shí)間內(nèi)形成的硬殼層造成破壞；如果處理時(shí)間太長(zhǎng)會(huì)增加施工時(shí)間成本。最后一次處理后至少72h撤掉覆蓋層，這里的覆蓋層為黑色土工布或稻草席。

有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)為：(1)本發(fā)明的綠色沙漠種植結(jié)構(gòu)依賴的微生物反應(yīng)過程是自然界，尤其是土體的生態(tài)環(huán)境中本身存在的過程，相比單純的物理結(jié)皮和化學(xué)結(jié)皮較穩(wěn)定，且不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染；(2)本發(fā)明采用的微生物-植物聯(lián)合治沙技術(shù)，相比單純的種植植物存活率要高；(3)本發(fā)明主要依賴的是“生物水泥”技術(shù)，相比利用其他細(xì)菌、真菌和藍(lán)藻等產(chǎn)生的生物結(jié)皮見效快，且對(duì)環(huán)境基本沒要求；(4)本發(fā)明操作簡(jiǎn)單，處理期短且耐久性好，不需要大量的人力和物力投入。

附圖說明

圖1為本發(fā)明沙漠種植結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖2為本發(fā)明沙漠種植結(jié)構(gòu)滲流量隨時(shí)間變化圖；

圖3-1和3-2分別為本發(fā)明風(fēng)蝕試驗(yàn)風(fēng)速和氣溫的變化狀態(tài)圖；

圖4-1～4-6分別為本發(fā)明風(fēng)蝕試驗(yàn)的現(xiàn)場(chǎng)圖片。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明。

如圖1所示，本發(fā)明的沙漠種植結(jié)構(gòu)，沙漠中粒徑≤0.075mm的砂土含量≥50％，從沙漠1表面向下開設(shè)一定深度的梯形的種植坑2，種植坑2間隔布置，并在該種植坑的底部設(shè)防滲層3，然后在種植坑2內(nèi)種植植物后回填沙漠土，在沙漠土的表面設(shè)地表防風(fēng)層4，其中，所述防滲層3和地表防風(fēng)層4由微生物防滲加固液處理得到，該微生物防固液中的微生物選用兼性厭氧菌，防滲層與未設(shè)防滲層沙漠的滲透系數(shù)之比小于5％，地表防風(fēng)層4在最大風(fēng)速為20m/s的情況下不被吹散；上述地表防風(fēng)層的四周向植物種植位置傾斜，且在地表防風(fēng)層周圍設(shè)有灌溉孔5。

1.防滲層滲透實(shí)驗(yàn)

1.1配制試樣：

采用保藏編號(hào)為CGMCCNo.1.2343的硝基還原假單胞菌進(jìn)行增殖培養(yǎng)，將生長(zhǎng)到對(duì)數(shù)期的微生物10⁸個(gè)/L、硝酸鹽0.05mol/L、硝酸鈣0.08mol/L、碳源0.03mol/L、氮源0.005mol/L、氯化鈉9mol/L混合于水溶液中，得到微生物防滲加固液的試樣。

1.2變水頭試驗(yàn)：

試樣截面直徑50mm，高度100mm，打開水閥，使水自下而上流經(jīng)試樣，記錄25mm水頭變化需要的時(shí)間差，計(jì)算得到滲透系數(shù)。

1.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

沒有經(jīng)過處理的試樣的滲透系數(shù)為5.3*10^-4，處理3次后試樣的滲透系數(shù)為2.5*10^-6，處理5次后試樣的滲透系數(shù)為1.5*10^-7。

此外，通過測(cè)定單位時(shí)間的滲流量可反映采用本發(fā)明微生物防滲加固液處理和未經(jīng)處理的沙漠土的滲透性能強(qiáng)弱，并將測(cè)得的數(shù)據(jù)繪制斜線，如圖2所示，橫軸表示滲透時(shí)間，縱軸表示滲流量，未處理的斜線斜率大，說明其滲透性很大；而經(jīng)過滲透液處理過一次的斜線斜率已經(jīng)很小了，說明其滲透性改善很多，事實(shí)上，采用本發(fā)明防滲液處理過的防滲層，防滲液滲透完需要的時(shí)間是未處理過的3.5倍以上。

2.地表防風(fēng)層抗風(fēng)蝕能力實(shí)驗(yàn)

2.1配制試樣：

采用1.1中配制的試樣。

2.2實(shí)驗(yàn)方法：將盛有試樣的盤子放在風(fēng)洞試驗(yàn)洞室中，并將試樣表面處理平整，用一定風(fēng)速吹蝕試樣，10min后，試驗(yàn)結(jié)束稱量損失量，并計(jì)算單位面積損失量。

2.3實(shí)驗(yàn)條件及其結(jié)果：

(1)在8.8m/s風(fēng)速下，對(duì)于未處理砂土的損失量1.2g/cm²。

A.采用本發(fā)明0.01M、0.02M、0.05M、0.1M、0.2M、0.3M處理液分別處理沙漠地表，每次的處理量為4L/m²，損失分別為1.17g/cm²、0.6g/cm²、0.2g/cm²、0g/cm²、0g/cm²、0g/cm²；

B.采用本發(fā)明0.05M處理液分別處理沙漠地表3次、4次、5次，每次的處理量為4L/m²，損失分別為0.2g/cm²、0g/cm²、0g/cm²；

其中，上述處理液的濃度是指其中鈣離子的濃度，上述用斜體表示的處理液濃度為對(duì)照實(shí)驗(yàn)，下同。

(2)在風(fēng)速15m/s時(shí)，未處理的砂土的損失量為1.6g/cm²。

A.采用本發(fā)明0.01M、0.02M、0.05M、0.1M、0.2M、0.3M處理液分別處理沙漠地表，每次的處理量為4L/m²，損失分別為1.6g/cm²、0.7g/cm²、0.4g/cm²、0.1g/cm²、0g/cm²、0g/cm²；

B.采用本發(fā)明0.05M處理液分別處理沙漠地表3次、4次、5次，每次的處理量為4L/m²，損失分別為0.4g/cm²、0.2g/cm²、0g/cm²。

C.采用本發(fā)明0.05M處理液處理沙漠地表3次，每次的處理量分別為0.5L/m²、1.0L/m²、2.0L/m²、3.0L/m²、4.0L/m²、5.0L/m²，損失分別為1.6g/cm²、1.3g/cm²、1.0g/cm²、0.7g/cm²、0.4g/cm²、0.2g/cm²。

(3)在風(fēng)速為20m/s時(shí)，未處理砂土的損失量為3g/cm²。

A.采用本發(fā)明0.01M、0.02M、0.05M、0.1M、0.2M、0.3M處理液分別處理沙漠地表，每次的處理量為4L/m²，損失分別為3.0g/cm²、1.7g/cm²、1.3g/cm²、1.0g/cm²、0.7g/cm²、0.3g/cm²；

B.采用本發(fā)明0.1M處理液分別處理沙漠地表3次、4次、5次，每次的處理量為4L/m²，損失分別為1.0g/cm²、0.8g/cm²、0g/cm²。

本實(shí)驗(yàn)說明本發(fā)明沙漠種植結(jié)構(gòu)中的地表防風(fēng)層的防風(fēng)作用植物的降風(fēng)和綠化作用，達(dá)到治理沙漠的目的。本發(fā)明中的地表防風(fēng)層還具有防蒸發(fā)作用，降水經(jīng)斜坡匯聚到樹干周圍的灌溉孔，具有很好的集水作用，滲入地表后不易蒸發(fā)，再配合以人工灌溉，植物存活率高、生長(zhǎng)良好。所用微生物反應(yīng)過程的剩余產(chǎn)物是植物生長(zhǎng)所需氮源，有利于植物生長(zhǎng)。形成的地表防風(fēng)層相比單純的物理結(jié)皮和化學(xué)結(jié)皮較穩(wěn)定，且不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。

3.現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證風(fēng)蝕試驗(yàn)

每塊試驗(yàn)場(chǎng)地尺寸為2*2m，每塊場(chǎng)地四周設(shè)置高度為5cm的沙障，進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，一塊為完全沒有經(jīng)過處理的對(duì)比組，一塊為經(jīng)過本發(fā)明微生物防滲加固液處理的實(shí)驗(yàn)組(實(shí)驗(yàn)試樣參見1.1)。處理后在自然條件下進(jìn)行試驗(yàn)，觀察變化過程。

圖3-1、3-2分別記錄試驗(yàn)期間的風(fēng)速和氣溫變化情況。

圖4-1和4-4為試驗(yàn)第1天的現(xiàn)場(chǎng)圖片，圖4-2和4-5為試驗(yàn)第3天的現(xiàn)場(chǎng)圖片，圖4-3和4-6為試驗(yàn)第7天的現(xiàn)場(chǎng)圖片，其中，圖4-1～4-3沒有經(jīng)過處理，圖4-4～4-6采用本發(fā)明防滲液0.05M處理過3次，用量為4L/m²?？梢悦黠@看出，第7天的時(shí)候，沒有經(jīng)過處理的場(chǎng)地已經(jīng)看不到沙障了，基本全部被風(fēng)蝕掉了，可是僅處理過一次的試驗(yàn)地仍然保持5cm沙障的高度不變，充分說明了本發(fā)明的可行性和有效性。

實(shí)施例1

本實(shí)施例在沙漠中種植植物的方法，包括如下步驟：

第1步，準(zhǔn)備微生物防滲加固液：采用保藏編號(hào)為CGMCCNo.1.2343的硝基還原假單胞菌進(jìn)行增殖培養(yǎng)，將生長(zhǎng)到對(duì)數(shù)期的微生物10⁸個(gè)/L、硝酸鈉0.05mol/L、硝酸鈣0.08mol/L、葡萄糖0.03mol/L、硝酸銨0.005mol/L、氯化鈉9mol/L混合于水溶液中；

第2步，選擇帶有細(xì)顆粒砂土的沙漠，根據(jù)要種植植物要求的行距列距以及種植坑的大小布置種植植物所需要的空間并進(jìn)行種植坑的開挖；

第3步，利用微生物防滲加固液對(duì)種植坑表面進(jìn)行處理，處理3次，每次處理的微生物防滲加固液的噴灑量為3L/m²，噴后覆蓋一層覆蓋層，如黑色土工布、稻草席等，最后一次噴灑后72h撤掉覆蓋層，從而形成防滲層；

第4步，將植物苗放入種植坑中，并回填混有肥料的砂土；

第5步，將種植坑范圍內(nèi)的地面整理成向樹干傾斜的斜坡，斜坡坡度為2％，并利用微生物防滲加固液對(duì)地表進(jìn)行防滲加固處理形成地表防風(fēng)層，處理時(shí)在樹干周圍預(yù)留灌溉孔，灌溉孔距離樹干3cm。

實(shí)施例2

本實(shí)施例在沙漠中種植植物的方法，包括如下步驟：

第1步，準(zhǔn)備微生物防滲加固液：采用保藏編號(hào)為CGMCCNo.1.3893的熒光假單胞菌進(jìn)行增殖培養(yǎng)，將生長(zhǎng)到對(duì)數(shù)期的微生物10⁷個(gè)/L、硝酸鉀0.01mol/L、醋酸鈣0.02mol/L、玉米秸稈0.1mol/L、硫酸銨0.002mol/L混合于水溶液中；

第2步，選擇帶有細(xì)顆粒砂土的沙漠，根據(jù)要種植植物要求的行距列距以及種植坑的大小布置種植植物所需要的空間并進(jìn)行種植坑的開挖；

第3步，利用微生物防滲加固液對(duì)種植坑表面進(jìn)行處理，處理4次，每次處理的微生物防滲加固液的噴灑量為1L/m²，噴后覆蓋一層覆蓋層，如黑色土工布、稻草席等，最后一次噴灑后80h撤掉覆蓋層，從而形成防滲層；

第4步，將植物苗放入種植坑中，并回填混有肥料的砂土；

第5步，將種植坑范圍內(nèi)的地面整理成向樹干傾斜的斜坡，斜坡坡度為1％，并利用微生物防滲加固液對(duì)地表進(jìn)行防滲加固處理形成地表防風(fēng)層，處理時(shí)在樹干周圍預(yù)留灌溉孔，灌溉孔距離樹干2cm。

實(shí)施例3

本實(shí)施例在沙漠中種植植物的方法，包括如下步驟：

第1步，準(zhǔn)備微生物防滲加固液：采用保藏編號(hào)為CGMCCNo.1.3893的熒光假單胞菌進(jìn)行增殖培養(yǎng)，將生長(zhǎng)到對(duì)數(shù)期的微生物10⁹個(gè)/L、硝酸銨1mol/L、氯化鈣3mol/L、醋酸鹽1.5mol/L、氯化銨0.2mol/L、氯化鈉15mol/L混合于水溶液中；

第2步，選擇帶有細(xì)顆粒砂土的沙漠，根據(jù)要種植植物要求的行距列距以及種植坑的大小布置種植植物所需要的空間并進(jìn)行種植坑的開挖；

第3步，利用微生物防滲加固液對(duì)種植坑表面進(jìn)行處理，處理5次，每次處理的微生物防滲加固液的噴灑量為5L/m²，噴后覆蓋一層覆蓋層，如黑色土工布、稻草席等，最后一次噴灑后72h撤掉覆蓋層，從而形成防滲層；

第4步，將植物苗放入種植坑中，并回填混有肥料的砂土；

第5步，將種植坑范圍內(nèi)的地面整理成向樹干傾斜的斜坡，斜坡坡度為3％，并利用微生物防滲加固液對(duì)地表進(jìn)行防滲加固處理形成地表防風(fēng)層，處理時(shí)在樹干周圍預(yù)留灌溉孔，灌溉孔距離樹干5cm。