利用荒山资源培养微藻的方法 技术领域
本发明属于资源环境和生物技术领域，具体的说是一种利用荒山资源培养微藻的模式。
背景技术
我国虽然拥有广阔的国土面积，但是可耕土地十分有限。随着人口增加、城市建设不断扩大和工业化速度加快，可耕土地资源呈大幅度缩减趋势，人均农耕土地少的问题更加突出。与此同时，在我国特别是西部地区拥有大片的荒山野岭和无垠的盐碱土地资源，长期以来受到各种因素限制，这些土地资源既不适宜于农业耕作，也不能发展林牧产业，水土流失严重。如何开发利用上述荒芜土地资源的潜能，创建新型农产业，并提供新的就业机会，保障社会稳定和支撑经济持续发展，将是我国下一步需要发展的重大方向性课题。
众所周知，植物是生物圈中的第一生产力，而微藻是该生产力的重要组成部分。微藻不仅在水生态系统中是水产动物整个生长过程（或特定发育阶段）的唯一饵料或饵料生物的饵料，提供水生物圈运转的基本有机物质和能量。而且微藻种类占植物物种数量的近50%，数以万计的微藻广泛分布于地球的每一个角落。可以说，从热带经温带，到寒带和冰天雪地的南北二极，从淡水湖泊到海水以及盐碱沼泽，从水表到大洋深处都有微藻存在和繁衍，它们能够适应不同的光、温、湿度和营养生境。由于微藻在种质、生态分布、遗传信息、生化组成、代谢途径等方面具有出多样性、复杂性和特殊性，决定了其潜在的营养和药学价值，人类可能从中开发出大量结构特异的高附加值生物活性成分、生物能源和生物蛋白食品。可以确信，微藻资源将成为人类继发现微生物之后又一新的重要种质库、遗传信息库、生化物质库、再生药用资源库和特色产品博物馆。
但是，自然界并没有可以大量直接收集的微藻！无论何时、在何地开发上述资源，首先需要兴建一新型农产业，通过工程培养生产出微藻原料。由于不同微藻能适应不同光、温、盐、湿度和营养生境。理论上可以利用传统农业所不能耕作的荒芜土地（如盐碱荒地、沙漠和岩石丘陵地带）和各类水源（淡水、咸水、海水等），变废为宝，开发出高价值的微藻资源。
发明内容
本发明目的在于提供一种利用荒山资源培养微藻的模式，解决荒芜土地资源长期以来受到各种因素限制、无法有效利用等问题。
为实现上述目的本发明采用的技术方案为：
利用荒山资源培养微藻的模式：在荒山建成从山顶到山脚高度依次递减、面积依次增加的多级梯度平台；在地势最低的区域建坝围栏，形成蓄 水池塘，在地势最高的山顶建造人工储水池多个；在储水池下方多级梯度平台高度最高、环境相对净洁的梯度平台处，建造微藻种质培养车间；在储水池下方高差约7-15米处，建立液体处理消毒车间；选择空气干燥、质量净洁低洼处建造配气车间。
所述选择的荒山为长期水土流失严重、非耕作和不能进行林业种植的荒山野岭的荒芜土地资源和各类水资源。所述每级梯度平台宽约8-20米，长度在30-150米；所述人工储水池建造多个，每个储水池体积根据地势在几十到上百立方，储水池具有储存水和配制培养液的双重功能；所述储水池提供高水势保障水或培养液在通过管道自然流淌到每个微藻种质培养车间；所述微藻种质培养车间根据多个的人工储水池的不同，在其储水池下方多级梯度平台高度最高环境相对净洁的梯度平台，建造微藻种质培养车间。所述蓄水池塘内的水汇集雨水并收集已经收获藻体细胞后的废水，在山谷围栏形成；蓄水池塘边缘打水井，蓄水池塘中水分通过土壤渗透和过滤，自然沉降到地下回补地下井水消耗。所述水井到储水池铺设上水管道，利用水泵抽吸井水中的水分扬升到储水池中。所述配气车间内将二氧化碳和空气进行有效混合，其中二氧化碳的体积比例控制在1%-2%，然后混合气体经过微孔过滤和高压泵压缩，向不同梯度平台上的微藻种质培养车间内输送，用于解析微藻细胞光合作用在藻液内累积的氧气和补偿其二氧化碳消耗。
所述微藻种质培养车间的梯度平台上构建不同类型和大小的光生物反应器，光生物反应器为管道光生物反应器、平板光生物反应器、柱状光生物反应器或开放池式光生物反应器。所述消毒车间利用水压差将培养液通过管道从储水池自然流淌到消毒车间处理，然后提供给不同高位平台的微藻种质培养车间。所述经微藻种质培养车间培养后的微藻达到需要的密度后，完成细胞培养，将藻液收获，依靠管道和水从高位向低位自然流淌的力量，将培养后的藻液汇集到山谷底部的收集车间。
本发明所具有的优点：
1．本发明因地制宜通过工程措施将荒山野岭改造成多级梯度平台，在山谷低位建水井，并将水提升到山顶建造的储水池中，完成培养液配制和消毒处理后，利用不同类型和大小的生物反应器培养微藻，微藻培养后的水体排放到山谷围建的蓄水池塘中，蓄水池塘同时回收降雨回补井水。在利用长期水土流失严重、非传统农业耕作、不能发展林业的荒山野岭等荒芜土地资源，同时构建水循环利用的生态栽培模式，创建微藻资源开发新产业，开展规模化细胞工程培养单细胞微藻，生产人类社会大量需要的生物能源、生物蛋白和高附加值的生物活性物质等产品。
2．本发明利用微藻的生物多样性和非农业耕作的荒芜土地资源和水资源，创建微藻资源开发新产业，生产人类社会大量需要产品。
3．本发明开展规模化细胞工程培养单细胞微藻，实现水资源循环利用、 减少二氧化碳含量，属于环境友好的生态发展模式。另外，该模式充分借助地势高低，使液体（水、培养液、藻种、藻液）依次自然流动，减少对泵体的过度依赖，节省成本和电力，也减少了微藻培养过程中潜在的污染程度。
4．本发明利用荒芜土地创建新型农产业，开发微藻新资源生产稀有产品。即利用长期水土流失严重、非农业耕作、不能发展林业的荒山野岭等荒芜土地资源，因地制宜变废为宝，通过工程措施改造成多级梯度平台，然后构建不同类型和大小的生物反应器，创建微藻资源开发的新型农产业，开展规模化细胞工程培养单细胞微藻，生产人类社会大量需要的生物能源、生物蛋白和高附加值的生物活性物质等产品。
附图说明
图1为本发明荒山改造成为开发微藻资源的基本工程布局框架示意图。其中：1水井，2配电室，3储水池，4微藻种质培养车间，5消毒车间，6光生物反应器，7收获车间，8蓄水池塘，9混合气体车间。
具体实施方式
实施例1
在云南构建了1个利用荒芜土地资源开发微藻的基地。基地面积400多亩，该地地质不能进行农业耕作的羊肝石土壤，土壤褐红色，系羊肝石风化后的贫瘠土壤，只有非常稀疏的草本和小灌木生长，晴天土层颗粒细小、干燥，风起扬尘严重，雨后土壤颗粒吸水膨胀化成泥土，并因雨水冲刷造成严重的水土流失，长期作用导致地表沟壑纵横，为典型的荒山野岭。
本发明提出了开发利用荒山资源培养微藻的方法，通过科学合理规划和工程措施改造，创建了利用荒山资源和循环利用水资源，开发微藻资源的新型农业栽培模式（参见图1）。
1.根据山坡的等高线进行科学合理的规划，确定较少的工程平整量，从山顶向下就荒山山势而建立十几个台阶，每个台阶宽约12米宽，长50-100米。改造后的荒山成多个培养用的梯度平台区。
2.选择在相临山的中间即山谷位置，地势最低的区域建坝，形成一个蓄水池塘8，储水量维持在1000-1500吨。在池塘边缘打探一台深水井1；并在深水井1旁建设符合安全标准的配电室2；在地势最高的山顶建造五个人工储水池3，储水池3体积在100立方；从水井1到储水池3铺设上水管道，利用水泵抽吸井水并上扬到储水池3中。
3.在储水池3下方5米处，高度最高的第一个平台建造微藻种质（藻种）培养车间4，培养车间1000平米，培养微藻藻种。
4.为防止培养液存放过程中发生不必要的变化，坚持做到在使用前临时配制培养液。
5.在储水池3下方，高度差约15米处，建立1个培养液体处理消毒车间5。储水池3内的培养液依靠水压差，通过管道自然流淌到消毒车间5 进行处理，去除培养液中存在的微生物（细菌、杂微、原生动物细胞和孢子）、杂质颗粒。
6．选择山谷一角、空气质量净洁的低洼处建造混合气体（配气）车间9。在混合气体（配气）车间9内将工业废气二氧化碳和空气进行有效混合，其中二氧化碳的体积比例控制在1.0%-2%，气体混合后经过微孔过滤和风机压缩，通过送气管道向不同梯度平台上的光生物反应器培养单元内输送，混合气体可发挥搅拌藻液、解析微藻细胞光合作用在藻液内累积的氧气和补偿其二氧化碳消耗等作用。
7.在不同高度的平台台阶，根据生产需要进一步建立大小和类型不同的光生物反应器6，光生物反应器6可以为管道光生物反应器、柱状光生物反应器、平板光生物反应器或开放池式光生物反应器。消毒处理过的培养液通过管道系统罐入到光生物反应器中，同时在高位藻种培养车间内培养的微藻藻种，通过管道自动进行接种，然后通气开始细胞工程培养微藻。根据需要在光生物反应器上面可搭建温室大棚，以实现挡风、遮雨和保持温度的作用。
8．微藻培养7-10天，细胞密度达到所需生物量，结束细胞培养，并依靠水从高位向低位自然流淌的力量，将藻液通过管道汇集到高度较低的藻体收获车间，进行细胞加工处理。进一步开发微藻生物能源、微藻蛋白、生物活性物质等产品。
9．微藻细胞收获后的残余水体，排放到山谷围建的水体回收与回补蓄水池塘8中，蓄水池塘8同时起到回收降雨的作用，另外蓄水池塘8中水分经过土壤过滤和自然沉降到地下，可以补偿井水水量。
通过上述模式建立的新型农业，可开发出人类社会大量需求的微藻产品。该过程实现就地取水，经过配料和消毒处理后，细胞工程培养微藻，最后残余水分回收并不断回补地下水损失，该地区在维持降雨与蒸发基本平衡的基础上，可实现水资源的循环利用。该模式运转过程中，微藻细胞生长不断吸收太阳光能并合成有机物质，提供人类社会所需产品。同时，实现通过光合作用吸收二氧化碳，发挥回收日益增加的工业废气排除的二氧化碳，有利于减少温室气体含量，实现延缓温室效应的目的。另外，水体中添加培养微藻的营养物质，通过微藻细胞的有效吸收并转化成有机物质，水体中富营养化成分含量已经很低，根据我们实验分析有些矿物质（如造成我国富营养化程度最严重的氮含量）甚至比地下水本身都要少，达到国家1类水质标准。因此，本发明建立的模式生态环保、环境友好，可充分利用荒山和水资源，为人类社会大量生产微藻产品。