绿色沙漠地表防风结构技术领域
本发明涉及一种沙漠结构，尤其涉及一种绿色沙漠地表防风结构，属于沙漠治理
技术领域。
背景技术
沙漠化是一个世界性的生态环境问题。据不完全统计，荒漠和荒漠化土地在非洲
占55％，北美和中美占19％，南美占10％，亚洲占34％，澳大利亚占75％，欧洲占2％。中国荒
漠化土地面积为262.2万平方公里，占国土面积的27.4％，近4亿人口受到荒漠化的影响，同
时，每年因荒漠化危害造成的直接经济损失达1200亿元。
目前，学者对荒漠化的研究主要集中在土地沙质荒漠化方面。常用的治理沙漠的
手段有植物造林，沙障，草方格等。但是单纯的植树难度很大，植物埋入深度需要很大，植物
存活率很低，见效慢，需要投入大量的人力和物力。沙障、草方格见效快，但是投入也比较
大，很难大面积使用。新出现的手段还有土壤表面结皮技术，有化学、物理和生物结皮，单纯
的物理和化学结皮很脆弱且不稳定，同时化学结皮对周围环境也有一定的污染。而生物结
皮是通过细菌、真菌、蓝绿藻等的生长中产生大量粘液，这些具有粘性附属物的菌体和粘性
液体通过与藻类物质的交联结合成结皮，但此方法对环境有一定的要求，且结皮生长缓慢，
见效慢。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中沙漠治理存在的难题，本发明提供了一种利用自
然环境中天然存在的微生物反应固结沙土结构形成的沙漠地表防风结构。
技术方案：本发明所述的第一种绿色沙漠地表防风结构，在沙漠地表覆盖防风层，
该防风层由微生物防渗加固液处理得到，其中，沙漠中粒径为0.075-60mm的砂土含量大于
50％，且防固液中的微生物为好养型细菌，所述防风层在最大风速为20m/s的情况下不被吹
散。
这种地表防风结构适用于粗颗粒沙漠，沙漠砂土的透水透气性较好，对应地采用
好养型细菌制备的微生物防固液，其在有氧环境下能很好地发挥作用。该防风层具有防风
作用和防蒸发作用，利用微生物防渗加固液的反应副产物是植物生长的氮源，有利于植物
的生长。微生物防渗加固液促成的地表防风层相比单纯的化学结皮较稳定，且不会对环境
造成污染。
从效果和效率方面考虑，尿素水解细菌是很好的选择。水解尿素过程中产生碳酸
根，在碱性条件下和钙盐产生碳酸钙沉淀，同时产生了氯化铵，可以为植物的生长提供氮
源，促进植物生长。具体来说，尿素水解细菌可以为巴氏生孢八叠球菌，例如保藏编号为
CGMCC No.1.3687，或者为地尿素芽孢杆菌，例如保藏编号为CGMCC No.1.7272。
微生物的增殖方式可以为：将菌种放在酵母浸粉20-30g/L、NH4Cl 8-12g/L、pH为
8-9.5的液体培养基中，置于25-30℃摇床中以80-108次/min下的速度培养24-48h。
对应的微生物防渗加固液可以包括以下成分：尿素水解细菌107-109个/L、尿素
0.3-3mol/L、钙盐0.3-3mol/L及氯化钠0-15g/L。进一步地，尿素与钙盐的浓度比为2:1-1:
1；再进一步地，尿素与钙盐的浓度比为1.5:1。钙盐为可溶性钙盐；进一步可以为硝酸钙、氯
化钙、醋酸钙中的一种或几种。
本发明所述的第二种绿色沙漠地表防风结构，在沙漠地表覆盖防风层，该防风层
由微生物防渗加固液处理得到，其中，沙漠中粒径≤0.075mm的砂土含量≥50％，加固液中
的微生物为兼性厌氧菌，所述防风层在最大风速为20m/s的情况下不被吹散。
这种地表防风结构适用于细颗粒沙漠，沙漠砂土的透水透气性差，对应采用兼性
厌氧菌制备的微生物防固液，其在无氧条件下也能发挥作用。从效果和效率方面考虑，上述
微生物可以为反硝化细菌，其在还原硝酸盐的过程中产生碳酸根，在碱性条件下和钙盐产
生碳酸钙沉淀，同时可以为植物的生长提供氮源，促进植物生长。
进一步地，反硝化细菌可以但不限于假单胞菌属或产碱杆菌属的细菌，例如可以
为硝基还原假单胞菌，CGMCCNo.1.2343，或荧光假单胞菌，CGMCCNo.1.3893。
对应的微生物防渗加固液包括以下成分：反硝化细菌107-109个/L、硝酸盐0.01-
1mol/L、钙盐0.02-3mol/L、碳源0.03-1.5mol/L、氮源0.002-0.2mol/L及氯化钠0-15g/L。
上述钙盐为可溶性钙盐，可以但不限于硝酸钙、氯化钙、醋酸钙中的一种或几种。
碳源可以但不限于醋酸盐、葡萄糖、玉米秸秆等，氮源可以但不限于氯化铵、硫酸铵、硝酸
铵、尿素、麸皮、玉米秆等，硝酸盐可以但不限于硝酸钠、硝酸钾、硝酸钙、硝酸铵等
微生物的增殖方式可以为：将反硝化菌种放入到液体培养基中，在25-35℃的环境
温度下，以50-150rad/min的转速培养24-48h，其中，液体培养基包括硝酸盐0.01-1mol/L、
氯化钙0.02-3g/L、碳源0.01-1mol/L、氯化铵0.05-0.5g/L，硫酸亚铁0.01-0.03g/L，并将pH
调制7-8。
优选的，利用含有好养型细菌的微生物防渗加固液处理沙漠地表1-5次，利用含有
兼性厌氧菌的微生物防渗加固液处理沙漠地表3-5次；其中，处理1次就有效果，处理5次效
果很明显，能够结成1-3cm厚的硬壳层。
进一步地，利用所述微生物防渗加固液每次的处理量为1-5L/m2，处理量控制在该
范围内可以获得较好的效果，而且节省时间和成本。
防固液处理后覆盖覆盖层，以防止阳光暴晒导致细菌死亡。
相邻处理次数之间间隔3-6h，用于细菌反应，如果间隔时间太短，会对前一次的处
理造成一定程度的破坏，因为喷洒时的冲击力会对短时间内形成的硬壳层造成破坏；如果
处理时间太长会增加施工时间成本。最后一次处理后至少72h撤掉覆盖层，这里的覆盖层为
黑色土工布或稻草席。
有益效果：与现有技术相比，本发明的显著优点为：(1)本发明的绿色沙漠地表防
风结构依赖的微生物反应过程是自然界，尤其是土体的生态环境中本身存在的过程，相比
单纯的物理结皮和化学结皮较稳定，且不会对环境造成污染；(2)本发明采用的微生物-植
物联合治沙技术，相比单纯的种植植物存活率要高；(3)本发明主要依赖的是“生物水泥”技
术，相比利用其他细菌、真菌和蓝藻等产生的生物结皮见效快，且对环境基本没要求；(4)本
发明操作简单，处理期短且耐久性好，不需要大量的人力和物力投入。
附图说明
图1-1和1-2分别为本发明风蚀试验风速和气温的变化状态图；
图2-1～2-6分别为本发明风蚀试验的现场图片。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
本发明的绿色沙漠地表结构，在沙漠地表覆盖防风层，该防风层由微生物防渗加
固液处理得到，其中，沙漠中粒径为0.075-60mm的砂土含量大于50％，且防固液中的微生物
为好养型细菌，沙漠中粒径≤0.075mm的砂土含量≥50％，加固液中的微生物为兼性厌氧
菌，防风层的厚度为1-3cm，且在最大风速为20m/s的情况下不被吹散。
1.地表防风层抗风蚀能力实验(粗颗粒砂土-好养型细菌)
1.1配制试样：
采用保藏编号为CGMCCNo.1.3687的巴氏生孢八叠球菌进行增殖培养，将生长到对
数期的微生物、硝酸钙、氯化钠、尿素按照浓度为微生物108个/L，尿素1.5mol/L，钙离子
1.5mol/L，氯化钠9g/L混合于水溶液中，得到微生物防渗加固液的试样。
1.2实验方法：将盛有试样的盘子放在风洞试验洞室中，并将试样表面处理平整，
用一定风速吹蚀试样，10min后，试验结束称量损失量，并计算单位面积损失量。
1.3实验条件及其结果：
(1)在8.8m/s风速下，对于未处理砂土的损失量1.2g/cm2。
A.采用本发明0.1M、0.25M、0.3M、0.5M、0.75M、1M、2M、3M处理液分别处理沙漠地
表，每次的处理量为4L/m2，损失分别为1.17g/cm2、1g/cm2、0.6g/cm2、0.5g/cm2、0g/cm2、0g/
cm2、0g/cm2、0g/cm2；
B.采用本发明0.5M处理液分别处理沙漠地表1次、2次、3次、4次、5次，每次的处理
量为4L/m2，损失分别为0.5g/cm2、0.2g/cm2、0g/cm2、0g/cm2、0g/cm2；
其中，上述处理液的浓度是指其中钙离子的浓度，上述用斜体表示的处理液浓度
为对照实验，下同。
(2)在风速15m/s时，未处理的砂土的损失量为1.6g/cm2。
A.采用本发明0.1M、0.25M、0.3M、0.5M、0.75M、1M、2M、3M处理液分别处理沙漠地
表，每次的处理量为4L/m2，损失分别为1.6g/cm2、1.5g/cm2、0.7g/cm2、0.6g/cm2、0.2g/cm2、
0g/cm2、0g/cm2、0g/cm2；
B.采用本发明0.5M处理液分别处理沙漠地表1次、2次、3次、4次、5次，每次的处理
量为4L/m2，损失分别为0.6g/cm2、0.3g/cm2、0g/cm2、0g/cm2、0g/cm2。
C.采用本发明0.5M处理液处理沙漠地表1次，每次的处理量分别为0.5L/m2、1.0L/
m2、2.0L/m2、3.0L/m2、4.0L/m2、5.0L/m2，损失分别为1.6g/cm2、1.4g/cm2、1.2g/cm2、1.0g/
cm2、0.8g/cm2、0.5g/cm2。
(3)在风速为20m/s时，未处理砂土的损失量为3g/cm2。
A.采用本发明0.1M、0.25M、0.3M、0.5M、0.75M、1M、2M、3M处理液分别处理沙漠地
表，每次的处理量为4L/m2，损失分别为3.0g/cm2、3.0g/cm2、2.0g/cm2、1.8g/cm2、1.6g/cm2、
1.5g/cm2、1.0g/cm2、0.8g/cm2；
B.采用本发明1M处理液分别处理沙漠地表1次、2次、3次、4次、5次，每次的处理量
为4L/m2，损失分别为1.5g/cm2、1.2g/cm2、0.8g/cm2、0.2g/cm2、0g/cm2。
C.采用本发明1M处理液处理沙漠表面4次，处理量为4L/m2，钙离子和尿素的比例
为1.5:1和1:1，损失量分别是0g/cm2、0.2g/cm2。
2.地表防风层抗风蚀能力实验(细颗粒砂土-兼性厌氧菌)
2.1配制试样：
采用保藏编号为CGMCCNo.1.2343的硝基还原假单胞菌进行增殖培养，将生长到对
数期的微生物108个/L、硝酸盐0.05mol/L、硝酸钙0.08mol/L、碳源0.03mol/L、氮源
0.005mol/L、氯化钠9mol/L混合于水溶液中，得到微生物防渗加固液的试样。
2.2实验方法：将盛有试样的盘子放在风洞试验洞室中，并将试样表面处理平整，
用一定风速吹蚀试样，10min后，试验结束称量损失量，并计算单位面积损失量。
2.3实验条件及其结果：
(1)在8.8m/s风速下，对于未处理砂土的损失量1.2g/cm2。
A.采用本发明0.01M、0.02M、0.05M、0.1M、0.2M、0.3M处理液分别处理沙漠地表，每
次的处理量为4L/m2，损失分别为1.17g/cm2、0.6g/cm2、0.2g/cm2、0g/cm2、0g/cm2、0g/cm2；
B.采用本发明0.05M处理液分别处理沙漠地表3次、4次、5次，每次的处理量为4L/
m2，损失分别为0.2g/cm2、0g/cm2、0g/cm2；
其中，上述处理液的浓度是指其中钙离子的浓度，上述用斜体表示的处理液浓度
为对照实验，下同。
(2)在风速15m/s时，未处理的砂土的损失量为1.6g/cm2。
A.采用本发明0.01M、0.02M、0.05M、0.1M、0.2M、0.3M处理液分别处理沙漠地表，每
次的处理量为4L/m2，损失分别为1.6g/cm2、0.7g/cm2、0.4g/cm2、0.1g/cm2、0g/cm2、0g/cm2；
B.采用本发明0.05M处理液分别处理沙漠地表3次、4次、5次，每次的处理量为4L/
m2，损失分别为0.4g/cm2、0.2g/cm2、0g/cm2。
C.采用本发明0.05M处理液处理沙漠地表3次，每次的处理量分别为0.5L/m2、
1.0L/m2、2.0L/m2、3.0L/m2、4.0L/m2、5.0L/m2，损失分别为1.6g/cm2、1.3g/cm2、1.0g/cm2、
0.7g/cm2、0.4g/cm2、0.2g/cm2
(3)在风速为20m/s时，未处理砂土的损失量为3g/cm2。
A.采用本发明0.01M、0.02M、0.05M、0.1M、0.2M、0.3M处理液分别处理沙漠地表，每
次的处理量为4L/m2，损失分别为3.0g/cm2、1.7g/cm2、1.3g/cm2、1.0g/cm2、0.7g/cm2、0.3g/
cm2；
B.采用本发明0.1M处理液分别处理沙漠地表3次、4次、5次，每次的处理量为4L/
m2，损失分别为1.0g/cm2、0.8g/cm2、0g/cm2。
3.现场验证风蚀试验
每块试验场地尺寸为2*2m，每块场地四周设置高度为5cm的沙障，进行对比试验，
一块为完全没有经过处理的对比组，一块为经过本发明微生物防渗加固液处理沙漠地表的
实验组(实验试样参见1.1)。处理后在自然条件下进行试验，观察变化过程。
图1-1、1-2分别记录试验期间的风速和气温变化情况。
图2-1和2-4为试验第1天的现场图片，图2-2和2-5为试验第3天的现场图片，图2-3
和2-6为试验第7天的现场图片，其中，图2-1～2-3没有经过处理，图2-4～2-6采用本发明防
渗液0.3M处理过1次，用量为4L/m2。可以明显看出，第7天的时候，没有经过处理的场地已经
看不到沙障了，基本全部被风蚀掉了，可是仅处理过一次的试验地仍然保持5cm沙障的高度
不变，充分说明了本发明防风层的可行性和有效性。
实施例1
本实施例在沙漠地表覆盖防风层，包括如下步骤：
第1步，准备微生物防渗加固液：采用保藏编号为CGMCCNo.1.3687的巴氏生孢八叠
球菌进行增殖培养，将生长到对数期的微生物、硝酸钙、氯化钠、尿素按照浓度为微生物108
个/L，尿素1.5mol/L，钙离子1.5mol/L，氯化钠9g/L混合于水溶液中；
第2步，选择带有粗颗粒砂土的沙漠，利用微生物防渗加固液对沙漠地表进行处
理，处理3次，每次处理的微生物防渗加固液的喷洒量为3L/m2，喷后覆盖一层覆盖层，如黑
色土工布、稻草席等，最后一次喷洒后72h撤掉覆盖层，从而形成防风层。
实施例2
本实施例在沙漠地表覆盖防风层，包括如下步骤：
第1步，准备微生物防渗加固液：采用保藏编号为CGMCC No.1.7272的地尿素芽孢
杆菌进行增殖培养，将生长到对数期的微生物、氯化钙及尿素按照浓度为微生物107个/L，
尿素0.3mol/L及钙离子0.3mol/L混合于水溶液中；
第2步，选择带有粗颗粒砂土的沙漠，利用微生物防渗加固液对沙漠地表进行处
理，处理1次，每次处理的微生物防渗加固液的喷洒量为1L/m2，喷后覆盖一层覆盖层，如黑
色土工布、稻草席等，最后一次喷洒后80h撤掉覆盖层，从而形成防风层。
实施例3
本实施例在沙漠地表覆盖防风层，包括如下步骤：
第1步，准备微生物防渗加固液：采用保藏编号为CGMCC No.1.3687的巴氏生孢八
叠球菌进行增殖培养，将生长到对数期的微生物、醋酸钙、氯化钠、尿素按照浓度为微生物
109个/L，尿素3mol/L及钙离子3mol/L及氯化钠15g/L混合于水溶液中；
第2步，选择带有粗颗粒砂土的沙漠，利用微生物防渗加固液对沙漠地表进行处
理，处理5次，每次处理的微生物防渗加固液的喷洒量为5L/m2，喷后覆盖一层覆盖层，如黑
色土工布、稻草席等，最后一次喷洒后72h撤掉覆盖层，从而形成防风层。
实施例4
本实施例在沙漠地表覆盖防风层，包括如下步骤：
第1步，准备微生物防渗加固液：采用保藏编号为CGMCCNo.1.2343的硝基还原假单
胞菌进行增殖培养，将生长到对数期的微生物108个/L、硝酸钠0.05mol/L、硝酸钙0.08mol/
L、葡萄糖0.03mol/L、硝酸铵0.005mol/L、氯化钠9mol/L混合于水溶液中；
第2步，选择带有细颗粒砂土的沙漠，利用微生物防渗加固液对沙漠地表进行处
理，处理5次，每次处理的微生物防渗加固液的喷洒量为5L/m2，喷后覆盖一层覆盖层，如黑
色土工布、稻草席等，最后一次喷洒后72h撤掉覆盖层，从而形成防风层。
实施例5
本实施例在沙漠地表覆盖防风层，包括如下步骤：
第1步，准备微生物防渗加固液：采用保藏编号为CGMCCNo.1.3893的荧光假单胞菌
进行增殖培养，将生长到对数期的微生物107个/L、硝酸钾0.01mol/L、醋酸钙0.02mol/L、玉
米秸秆0.1mol/L、硫酸铵0.002mol/L混合于水溶液中；
第2步，选择带有细颗粒砂土的沙漠，利用微生物防渗加固液对沙漠地表进行处
理，处理3次，每次处理的微生物防渗加固液的喷洒量为1L/m2，喷后覆盖一层覆盖层，如黑
色土工布、稻草席等，最后一次喷洒后72h撤掉覆盖层，从而形成防风层。
实施例6
本实施例在沙漠地表覆盖防风层，包括如下步骤：
第1步，准备微生物防渗加固液：采用保藏编号为CGMCCNo.1.3893的荧光假单胞菌
进行增殖培养，将生长到对数期的微生物109个/L、硝酸铵1mol/L、氯化钙3mol/L、醋酸盐
1.5mol/L、氯化铵0.2mol/L、氯化钠15mol/L混合于水溶液中；
第2步，选择带有细颗粒砂土的沙漠，利用微生物防渗加固液对沙漠地表进行处
理，处理4次，每次处理的微生物防渗加固液的喷洒量为4L/m2，喷后覆盖一层覆盖层，如黑
色土工布、稻草席等，最后一次喷洒后72h撤掉覆盖层，从而形成防风层。