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藻类还可以固沙?

已有 6308 次阅读 2018-6-2 23:29 |系统分类:科普集锦

 这是我去年写的一个科普小短文。


什么?藻类还可以固沙?


是的,你没有听错。

这固沙的,不是大型藻类,是微藻。

传统的荒漠化治理方式

一是植树种草。

植树,即栽种树苗,或扦插树枝,然后浇水维护。

可是往往成活率很低,或者成活了,一两年或几年后有些树苗又死了,因为降雨或地下水分不足以支撑树苗的生长。

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荒漠种树需要大量的水

种草,常采用撒播或飞播草种的方式。 

种子的萌发率一般比较低,而且会被流沙掩埋,或被动物摄食。

植树种草,尤其是植树,往往并不能固定流沙。在风力的作用下,树木间的沙被掏蚀,树根裸露出来,树木易倒伏或死亡。

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风掏空了树根部的沙土

还有一种固定流沙的方法,就是构建物理沙障。

用以构建沙障的材料有两大类。

一是生物材料,如稻草、麦秆、芦苇或其他易得的生物材料(如玉米秆、柳条),掩埋一部分到沙里,一部分露出沙面,围成1米见方的正方形格子。

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柳条方格

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玉米秆方格

二是非生物材料,如砾石、黏土、塑料(尼龙)布条等,在沙面构建1米见方的格子。

这些方格有很好的阻止沙粒流动的作用,在保护公路、铁路、输油(气)管道等工程方面得以广泛应用,并取得了很好的效果。

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                                                                                             聚乙烯网方格

但是其缺点也是明显的。首先其造价比较高,材料和人工费都比较高;其次,其耐久性比较差。生物材料一般2-4年就腐朽了,失去阻止流沙的作用;而非生物材料的方格,也会逐渐风化、腐蚀或被流沙掩埋。 

因此,需要重新构建方格,又需要大笔的经费投入。

用生物土壤结皮治理荒漠化

有没有一种既经济又持久有效的治理荒漠化的方法呢?

答案是有的,即效法自然。

中国科学院水生生物研究所刘永定研究员的研究团队发现,在荒漠的固定、半固定沙丘上或丘间地,或者沙漠中的绿洲沙土表面,有一层不同于沙土颜色的表层。

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藻类生物结皮

在干燥的情况下,这一表层呈灰色、黑色、褐色或暗绿色,在降雨湿润后呈现蓝绿、绿色或暗褐色。

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苔藓-藻类生物结皮


镜检发现这一表层由藻类、沙粒和/或苔藓、地衣等组成。它们被称为生物土壤结皮。主要由藻类组成的结皮,称为藻结皮;以地衣为优势种,称为地衣结皮;以苔藓为优势种,称为苔藓结皮;苔藓、藻类均为优势的,则称为藻藓或藓藻结皮。 

生物土壤结皮的发育均是从藻类结皮开始的,即先由藻类拓殖,形成藻结皮,而后苔藓或地衣定植,发育到藻藓、地衣或苔藓结皮。 生物土壤结皮的形成,减少了风蚀,固定了流沙。

那么,有没有办法通过人为干预的方法快速形成生物土壤结皮呢?

水生所的研究者们采集荒漠里的生物土壤结皮,带回实验室,取藻结皮用液体培养基进行培养。待到藻类大量生长繁殖后,分离、纯化其优势种类。

这些优势种类主要是蓝藻。

通过逐步放大培养的方法,获得荒漠生物土壤结皮优势蓝藻的大量生物量,然后喷洒接种到流沙表面,形成藻类结皮,固定流沙。我们称之为“人工生物结皮”治理荒漠化技术,即通过人工接种规模化培养的蓝藻,诱导形成藻类生物结皮的方法。

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藻种培养(王伟波供图)

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放大培养(王伟波供图)

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规模化培养(王伟波供图)

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喷洒接种(王伟波供图)

藻类固定流沙治理荒漠化技术需要注意哪些关键环节呢?

编辑文章

用来接种的藻类必须是荒漠藻吗?

是的。只有分离自荒漠生物土壤结皮的藻种,才可以用来工程化培养并接种到流沙表面,形成生物结皮。而且,并不是所有分离纯化于荒漠生物土壤结皮的藻类均适用。只有那些早期可以在流沙表面拓殖的、具有较强抗逆特性的藻种才可以用来规模化培养并接种。

这些藻种都是丝状蓝藻。它们具有较强的适应极端温度、抗干旱、抗强光(或紫外线)辐射的能力。

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荒漠丝状蓝藻(Jiaoli Zheng拍摄)

有人听说接种的是蓝藻,兴奋地提议道:“太湖里那么多蓝藻,收去治理荒漠化多好啊!既治理了水体富营养化,又治理了荒漠化。”这就闹笑话了,湖泊里的水华蓝藻是浮游植物,不能形成生物土壤结皮。 

在流沙上接种荒漠藻形成生物土壤结皮需要什么支撑条件? 

在接种荒漠藻后,沙粒最好不能有太强的流动性,否则藻种会被刮走或被掩埋,对在短期内形成生物土壤结皮不利。

那怎么办呢?方法是与物理方格、植树种草相结合。

由生物材料或非生物材料扎成的方格,可以减少沙粒的流动性,形成稳定的流沙表面,为荒漠藻定植、生长和繁殖创造条件。

由耐干旱的草种、灌丛形成的植被,同样可以起到对沙粒流动的阻碍作用,从而为荒漠藻定植、生长和繁殖创造条件。

因此,这一治理荒漠化的技术被称为“藻草灌(乔)综合治理荒漠化技术”。

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刘永定等编著的《荒漠蓝藻生物学与生物土壤结皮固沙》

有人可能会说了,既然可以形成植被,为什么还要接种荒漠藻?这一问题可以参看我上文所述,即仅有植被,并不一定可以完全固定流沙。

荒漠藻接种后不管不问,就可以形成生物土壤结皮了吗?

不行!接种后,需要定期洒水,使其保持活性状态,并逐渐生长。为减少用水量,可在雨季进行荒漠藻接种。也可以在降雪期间进行接种。

也许有人会说:“还要浇水啊!荒漠藻不是很耐干旱吗?”

是的,虽然荒漠藻很耐干旱,可没有水分它们就处在休眠状态,不生长怎么能够形成生物土壤结皮,从而在短期内固定流沙呢?

而且,它们需要的水分,相对于植树来说,简直不值得一提。更重要的是,一旦形成生物土壤结皮后,就不需要浇水了。

还有,虽然生物土壤结皮不怕极端温度、干旱、强光、大风,但它最怕的是践踏。动物,尤其是放牧时的人、牛、羊、骆驼的踩踏,破坏了结皮的完整性,进而使其失去固定流沙的能力。因此,在接种区防止动物的践踏是非常有必要的。

打不死的小强,也怕啪唧一脚啊!

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被踩踏破坏的生物土壤结皮

所有的沙漠都可以用荒漠藻进行治理吗? 

不可以,也没有必要。

控制流沙和治理荒漠化是两个概念。

控制流沙往往是人们为了保护某些设施的需要而采取的工程措施。例如,为了保护穿沙公路、铁路、输油输气管线不被掩埋,需要控制两侧的沙面的流动性。在沙漠中建设的一些其他设施,如油井、机房、营房等,为了不被沙掩埋,也需要采取一些“锁边”工程。

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穿沙公路两侧的沙障

这些措施要物理与生物的相结合,即物理沙障、植树种草相结合,如果再采用接种荒漠藻形成生物土壤结皮的技术,则可以降低后期维护成本,生态长效。

做到这些,必须有水。因此,采取地下水或引水措施是必不可少的。

如果不是为了上述目的,人类还是放弃所谓的治理沙漠的念头吧!它们已经存在了成千上万年了,有些比人类的历史还要长。

除非你坚守“与天斗,其乐无穷”的信条!

治理荒漠化,就是将由于人为原因如过度放牧、开垦以及其他活动(如开矿、采油、修路等)使原本脆弱的生态系统崩溃,沙化了的土地逆转过来的过程。

这些地方往往有一定的年降雨量(不低于100mm),而且在某些生境如低洼处、丘间地、稀疏植被下等有天然的生物土壤结皮存在。这表明该区域可以形成生物土壤结皮。

用荒漠藻治理荒漠化需要哪些要素或设施?

优良的固沙藻种;

藻种规模化培养设施;

藻类培养物运输与接种工具;

对藻类培养和接种以及检测技术能够熟练掌握的人。




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