荒漠藻结皮复配凹凸棒基高分子固沙材料的制备与性能研究

摘要

土地荒漠化始终是人类亟待解决的严重生态环境问题。我国是受荒漠化危害十分严重的国家之一，沙漠化土地面积大、分布广，每年造成的经济损失高达上亿元，防沙治沙工作已经刻不容缓。研发更加先进、实用，成本低廉，治理效果好的固沙技术和材料，具有十分重要的意义。
　　常规的单一固沙技术本身具有各种局限性。本研究尝试从植物固沙技术和化学固沙技术结合的角度入手，将二者相结合，利用其自身的特点，取长补短，达到提高综合治理效果的目的。鉴于荒漠环境严重缺水，蒸发量大，风沙侵蚀剧烈，大多数植物难以存活，本研究将人工培养的荒漠藻类和复合高吸水性树脂材料相结合，利用了荒漠藻类生命力和适应性强以及化学合成树脂材料固沙见效快和储水能力强的特点，既固定了流沙，又为藻类及高等植物的生长提供了稳定的环境和水分支持。本研究主要包括以下几个方面内容:
　　研究培养基pH和植物生长调节剂对人工培养荒漠藻类生理特性的影响，探究最适人工培养条件。结果表明，培养基pH和植物生长调节剂(6-BA)对人工培养荒漠藻类生理特性有显著影响。培养基pH为7.5时，人工培养荒漠藻类的叶绿素a、可溶性糖、可溶性蛋白等的含量最高，丙二醛含量较低。当培养基中植物生长调节剂(6-BA)浓度为0.5 mg/L时，人工培养荒漠藻类的叶绿素a和可溶性糖的含量最高，丙二醛(MDA)含量较低。人工培养荒漠藻类的最适培养基pH为7.5，最佳植物生长调节剂(6-BA)浓度为0.5 mg/L;中性偏碱性环境较适合荒漠藻类生长繁殖，植物生长调节剂对荒漠藻类生长具有调节作用。
　　研究添加酸改性凹凸棒石黏土及超声作用对高分子吸水树脂材料性能的影响。将经过酸化提纯改性的凹凸棒石黏土与丙烯酸和丙烯酰胺等分别在普通加热和超声作用的条件下接枝共聚反应，制备出一种吸水能力和机械性能强，材料成本低，能够适应严酷环境的凹凸棒基高分子吸水树脂材料，并测定其吸水倍率、吸盐水倍率、保水率和在不同pH溶液中的吸水倍率。结果表明，酸改性凹凸棒石黏土添加量为10％，并在200 W超声作用下制得的凹凸棒基高分子吸水树脂材料的吸水性能最佳，保水率最大，吸水倍率最大可达到1257.54 g/g，吸盐水倍率最大达到209.45 g/g，且该材料具有较广泛的pH适应性。
　　将人工培养荒漠藻与凹凸棒基高分子吸水树脂材料复配用于固沙，通过测定发育形成的人工藻类土壤结皮的生理指标，研究二者复配的最佳方式和比例，以及水分对人工藻类土壤结皮形成和发育的影响。结果表明，人工培养荒漠藻与凹凸棒基高分子吸水树脂材料具有良好的生物相容性，两者复配的最佳比例是1∶2，最佳复配方式是A1（即先另取一定质量的沙土与凹凸棒基高分子吸水树脂材料按10∶1的质量比混合后均匀撒于需固定的沙土表面，再将人工培养荒漠藻均匀撒于其上），此种条件下形成的结皮叶绿素a含量、厚度及藻类鲜重最大。水分对人工藻类土壤结皮的形成有重要影响，缺乏水分的环境不利于结皮的迅速形成和生长;水分低于一定限值时，会明显抑制结皮的生长。浇水量为15 mL/次时形成的结皮叶绿素a含量、厚度及藻类鲜重最大。
　　将人工培养荒漠藻与凹凸棒基高分子吸水树脂材料以不同的复配比例和复配方式进行固沙，通过测定固沙试样固结层的抗压强度、渗透性、耐水性、抗冲蚀能力、保水性、抗冻性等指标，研究固沙材料的固沙效果。结果表明，先另取一定质量的沙土与凹凸棒基高分子吸水树脂材料按10∶1的质量比混合后均匀撒于需固定的沙土表面，再将人工培养荒漠藻均匀撒于其上，形成的人工藻类土壤结皮虽然渗透性稍差，但具有最佳的抗压强度、耐水性、抗冲蚀能力、保水性和抗冻性，可以起到良好的固沙作用。
　　本研究将人工培养的荒漠藻类和合成高分子材料相结合运用于荒漠化治理，既保留了化学固沙材料见效快、固沙效果好的优点，又利用了荒漠地区的野生低等生物——荒漠藻类的生命力顽强、对荒漠地区环境适应力强、能够改善土壤肥力等的特点，为荒漠地区流沙固定，及该区域后续植被恢复和生态演替起到了积极作用。从而有助于解决荒漠化土地植被和生产能力恢复的问题，符合可持续发展的要求。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 固沙技术材料研究现状

1．2 荒漠生物土壤结皮的固沙作用研究现状

1．3 人工生物土壤结皮的固沙作用研究现状

1．4 研究目的、意义及内容

1．4．1 研究目的及意义

1．4．2 研究内容

2 研究材料与方法

2．1 研究材料

2．2 研究方法

2．2．1 不同pH培养基对荒漠藻生理特性影响的实验方法

2．2．2 不同添加量的植物生长调节剂对荒漠藻生理特性影响的实验方法

2．2．3 凹凸棒石黏土的酸改性方法

2．2．4 凹凸棒基高分子吸水树脂材料的制备方法

2．2．5 人工培养荒漠藻与凹凸棒基高分子吸水树脂材料的复配固沙方法

2．2．6 水分对复配后人工藻类土壤结皮形成的影响实验

2．2．7 固沙效果测试实验

2．3 指标测定方法

2．3．1 生理指标测定

2．3．2 凹凸棒基高分子吸水树脂材料性能测定

2．3．3 复配实验指标测定

2．3．4 固沙效果测试实验指标测定

2．4 数据处理

3 结果与分析

3．1 人工培养条件对荒漠藻生理特性的影响

3．1．1 培养基pH对荒漠藻叶绿素a含量的影响

3．1．2 培养基pH对荒漠藻MDA含量的影响

3．1．3 培养基pH对荒漠藻可溶性糖含量的影响

3．1．4 培养基pH对荒漠藻可溶性蛋白含量的影响

3．1．5 植物生长调节剂对荒漠藻叶绿素a含量的影响

3．1．6 植物生长调节剂对荒漠藻MDA含量的影响

3．1．7 植物生长调节剂对荒漠藻可溶性塘含量的影响

3．2 制备方式对凹凸棒基高分子吸水树脂材料的性能影响

3．2．1 酸改性凹凸棒石黏土添加量对树脂材料吸水倍率的影响

3．2．2 酸改性凹凸棒石黏土添加量对树脂材料吸盐水倍率的影响

3．2．3 酸改性凹凸棒石黏土添加量对树脂材料保水率的影响

3．2．4 溶液pH及酸改性凹凸棒石黏土添加量对树脂吸水倍率的影响

3．2．5 超声功率对树脂材料吸水倍率的影响

3．2．6 超声功率对树脂材料吸盐水倍率的影响

3．2．7 超声功率对树脂材料保水率的影响

3．2．8 溶液pH及超声功率对树脂材料吸水率的影响

3．3 人工培养荒漠藻复配凹凸棒基高分子吸水树脂材料的生理特性

3．3．1 复配方式对人工藻类土壤结皮生理特性的影响

3．3．2 复配比例对人工藻类土壤结皮生理特性的影响

3．3．3 水分对人工藻类土壤结皮生理特性的影响

3．4 人工培养荒漠藻复配凹凸棒基高分子吸水树脂材料的固沙效果

3．4．1 抗压强度

3．4．2 渗透性

3．4．3 耐水性

3．4．4 抗冲蚀性

3．4．5 保水性

3．4．6 抗冻性

4 结论与讨论

4．1 人工培养条件对荒漠藻生理特性的影响

4．2 制备方式对凹凸棒基高分子吸水树脂材料的性能影响

4．3 人工培养荒漠藻复配凹凸棒基高分子吸水树脂材料的生理特性

4．4 人工培养荒漠藻复配凹凸棒基高分子吸水树脂材料的固沙效果

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果