CN116848988B - 一种适用于风沙地区光伏电站的生态环境修复方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及生态环境修复技术领域，公开了一种适用于风沙地区光伏电站的生态环境修复方法。本发明通过将光伏电站所在区域的沙地起垄形成沙垄区和种植区；在所述沙垄区和所述种植区进行一次矿化，降低表土层的流动性；在所述沙垄区上制作挡风墙，再对所述沙垄区进行至少2次矿化；在所述种植区种植耐寒耐旱植物后，再对所述种植区进行矿化，降低深层土种植区沙子的流动性、提高保水力，在不影响植物正常生长的前提下，增强植物周围土壤抗剪强度，保证沙土的矿化强度；另外，通过对沙垄区进行多次矿化，逐步提高深层土沙垄区的矿化强度，形成较高的固结度，增加土壤的抗剪强度，弥补了传统草方格技术易倒伏、易被淹没的缺陷，保证植物的存活率。

Description

一种适用于风沙地区光伏电站的生态环境修复方法
技术领域
本发明涉及生态环境修复技术领域，具体涉及一种适用于风沙地区光伏电站的生态环境修复方法。
背景技术
光伏发电是一种清洁、可持续的发电途径，具有很好的节能减排效益。因此，近年来，我国光伏产业迅速发展，青藏高原丰富的风光资源使其成为我国光伏规模化发展的重点区域，同时其脆弱的生态环境也是我国生态保护与修复的重点区域。另外还有西北风沙区，随着时间的推移，环境问题也开始逐渐显现，例如，光伏电站建设会扰动地表、破坏植被，使其原有的生态功能消失殆尽，土地逐渐荒漠化。
在现有的固沙技术中，草方格障碍(Straw Checkerboard Barrier,SCB)在沙化治理中占据主导地位，SCB技术具有操作简单、成本低、见效快等优点，但其也有一定的局限性，如沙地太松散，在强风情况下秸秆和植物被吹倒后会被流沙淹没，另外沙粒流动堆积在秸秆周围，可能导致植物因根系露出地表而死亡。中国专利CN110249920A公开了一种适用于光伏电站建立生态修复体系的方法及其应用，根据研究区域不同的风力侵蚀特点，采用草方格沙障、砾石压盖措施及红泥覆盖措施有效的阻止风沙继续侵蚀地表，通过在草方格沙障内栽植乡土先锋植物，结合接种生物结皮措施，以快速形成地表覆盖物进行生态修复，后期建立管控和监测机制，破坏的地表恢复植被，使植物群落正常演替，形成稳定的生态***。但是并没有对沙地进行固化，在强风情况下容易导致植物被流沙淹没甚至死亡。
因此，如何对光伏电站生态环境修复方法进行改进，既能提升沙化土壤的矿化强度，又能保证植物存活率，是本领域亟待解决的一个技术难题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种适用于风沙地区光伏电站的生态环境修复方法，该方法无毒无害，无二次污染，既能提升沙化土壤的矿化强度，又能保证植物存活率。
第一方面，本发明提供了一种适用于风沙地区光伏电站的生态环境修复方法，包括如下步骤：
(1)将光伏电站所在区域的沙地起垄形成沙垄区和种植区；
(2)对所述沙垄区和所述种植区进行第一次矿化，包括依次喷洒固定化菌剂和第一胶结液；
(3)在所述沙垄区上制作挡风墙，之后只对所述沙垄区进行至少2次矿化，分别包括：依次滴灌第一菌液、第一固定液和第二胶结液；
(4)在所述种植区种植耐寒耐旱植物后，再对所述种植区进行矿化，包括：依次滴灌第二菌液、第二固定液和第三胶结液；
步骤(2)中所述固定化菌剂中的菌种为碳酸盐矿化菌，载体为带正电荷的氧化石墨烯；
步骤(3)中所述第一菌液和步骤(4)中所述第二菌液的菌株均为巴斯德芽孢杆菌。
在一种可选的实施方式中，所述固定化菌剂的制备方法包括：将所述带正电荷的氧化石墨烯加到10倍体积的稀释剂中，然后以5％的接种量接入所述碳酸盐矿化菌种子液，在30℃、200rpm下振荡培养48h～96h后，进行冷冻干燥，即得到固定化菌剂。
在一种可选的实施方式中，所述碳酸盐矿化菌为巴斯德芽孢杆菌。
在一种可选的实施方式中，所述固定化菌剂的加入量为40g/m2～100g/m2，优选为60g/m2；在进行喷洒前，采用10～50重量倍的稀释剂进行稀释，优选为30重量倍的稀释剂。
在一种可选的实施方式中，所述稀释剂为酵母提取物18g/L～25g/L、硫酸铵8g/L～12g/L以及Tris 13g/L～16g/L。
在一种可选的实施方式中，所述带正电荷的氧化石墨烯制备方法包括：在溶剂存在下，依次加入氧化石墨烯、活化剂和功能分子反应即可。
在一种可选的实施方式中，所述活化剂为质量比为1：0.5～1.5的1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基硫代琥珀酰亚胺(NHS)。
在一种可选的实施方式中，所述功能分子为聚乙烯亚胺(PEI)。
在一种可选的实施方式中，所述溶剂为水。
在一种可选的实施方式中，所述氧化石墨烯和所述活化剂的质量比为20：0.5～1.5。
在一种可选的实施方式中，所述氧化石墨烯的质量和所述功能分子的体积比为20：1.5～2.5，比例关系为mg/L。
在一种可选的实施方式中，所述溶剂和所述功能分子的体积比为100：1.5～2.5。
在一种可选的实施方式中，所述反应温度为室温，反应时间为5h～7h。
在一种可选的实施方式中，所述第一菌液和第二菌液的制备方法包括：将所述碳酸盐矿化菌种子液于25℃～35℃下，搅拌转速120r/min，接入到稀释剂中，发酵培养至有效活菌数达到4×109CFU/mL以上，采用稀释剂进行稀释，即得到第一菌液和第二菌液；所述第一菌液的OD600＝0.5～2；所述第二菌液的OD600＝0.2～1。
在一种可选的实施方式中，所述第一胶结液中含有0.8M～2.25M的尿素和0.8M～1.5M的氯化钙，优选为氯化钙浓度为1.2M、尿素浓度为1.5M。
在一种可选的实施方式中，所述第一胶结液中所述氯化钙和所述尿素的摩尔比1：1～1.5。
在一种可选的实施方式中，所述第一胶结液的加入量为3L/m2～10L/m2，优选为8L/m2。
在一种可选的实施方式中，所述第一固定液为浓度0.04M～0.08M的氯化钙溶液，第二固定液为浓度0.01M～0.04M的氯化钙溶液，起到固定细胞的作用。
在一种可选的实施方式中，所述第一菌液的加入量为2L/m2～6L/m2；优选为第一菌液的OD600＝1.5，加入量为4L/m2。
在一种可选的实施方式中，所述第一固定液的浓度为0.04M～0.08M，加入量为0.2L/m2～0.6L/m2；优选为第一固定液的浓度为0.05M，加入量为0.5L/m2。
在一种可选的实施方式中，所述第二胶结液中含有1.5M～4.5M的尿素和1.5M～3M的氯化钙，所述第二胶结液中所述氯化钙和所述尿素的摩尔比1：1～1.5，所述第二胶结液的加入量为20L/m2～30L/m2；优选为氯化钙浓度和尿素浓度均为2M，使用量为25L/m2。
在一种可选的实施方式中，在滴灌所述第一菌液后静置2h～8h，优选为5h；在滴灌所述第一固定液后静置1h～3h，优选为2h。
在一种可选的实施方式中，所述第二菌液的加入量为1L/m2～3L/m2；优选为第二菌液的OD600＝0.5，加入量为2L/m2。
在一种可选的实施方式中，所述第二固定液的浓度为0.01M～0.04M，加入量为0.2L/m2～0.6L/m2；优选加入量为0.25L/m2。
在一种可选的实施方式中，所述第三胶结液中含有0.2M～1.2M的尿素和0.2M～0.8M的氯化钙，所述第三胶结液中所述氯化钙和所述尿素的摩尔比1：1～1.5，所述第三胶结液的加入量为20L/m2～30L/m2；优选为氯化钙浓度和尿素浓度均为0.5M，使用量为25L/m2。
在一种可选的实施方式中，在滴灌所述第二菌液后静置2h～8h，优选为5h；在滴灌所述第二固定液后静置1h～3h，优选为2h。
在一种可选的实施方式中，步骤(1)中还包括铺设灌溉***的步骤，所述灌溉***包括：
主管道，设置于所述沙垄区下方，所述主管道连接光伏板清洗水箱；和，
分支管道，设置于所述主管道两侧的种植区下方，所述分支管道与所述主管道连通，在所述分支管道上设置有出液口。
在一种可选的实施方式中，步骤(1)中每条沙垄的高度为10cm～30cm，相邻两条沙垄之间的距离为0.5m～1.5m。
在一种可选的实施方式中，每块种植区面积为0.25m2～2.25m2。
在一种可选的实施方式中，步骤(4)中，在光伏板遮阴区种植喜阴植物，在非光伏板遮阴区种植喜阳植物。
由于光伏板需要定期清洗，本发明收集光伏板的清洗水，储存在总水箱中，根据不同植物的生长特性，通过控制灌溉***，灌溉范围，精准浇灌，定期定量通过导水管进行精准浇灌，实现了水资源高效利用，不同植物种植区域灌溉***可独立控制。
青藏高原荒漠化环境植被在自然条件下恢复非常困难，本发明通过将微生物诱导碳酸盐沉淀技术、草方格技术和光伏电站下中光伏板下的阴面以及光伏板间的阳面相结合，充分利用光伏电站清洗水为灌溉***提供水源，同时也区别于传统的生物矿化，而是结合沙垄、分区等设计，控制微生物矿化强度，保障防风固沙的效果的同时，也为植被恢复提供了适宜的环境。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下优点：
本发明提供的适用于风沙地区光伏电站的生态环境修复方法，(1)将光伏电站所在区域的沙地起垄形成沙垄区和种植区；(2)对所述沙垄区和所述种植区进行第一次矿化，包括依次喷洒固定化菌剂和第一胶结液；(3)在所述沙垄区上制作挡风墙，之后只对所述沙垄区进行至少2次矿化，分别包括：依次滴灌第一菌液、第一固定液和第二胶结液；(4)在所述种植区种植耐寒耐旱植物后，再对所述种植区进行矿化，包括：依次滴灌第二菌液、第二固定液和第三胶结液；本发明先采用固定化菌剂和第一胶结液进行喷洒矿化，降低表土层的流动性，再采用巴斯德芽孢杆菌菌液、固定液和胶结液进行分区滴灌矿化，降低深层土种植区沙子的流动性、提高保水力，在不影响植物正常生长的前提下，增强植物周围土壤抗剪强度，保证沙土的矿化强度；另外，通过对沙垄区进行多次矿化，逐步提高深层土沙垄区的矿化强度，形成较高的固结度，增加土壤的抗剪强度，弥补了传统草方格技术易倒伏、易被淹没的缺陷，保证植物的存活率。
本发明固定化菌剂的载体为带正电荷的氧化石墨烯；由于表层土壤由于沙化严重，表层沙土含水率低，表层土壤中微生物定殖较为困难，本发明将菌株固定在带正电荷的氧化石墨烯上，一方面氧化石墨烯是一种很好的多孔载体，带正电荷的氧化石墨烯可以更好的吸附微生物细胞，提高微生物的活性和稳定性，改善微生物应对不良条件而导致性能的下降；另一方面，石墨烯因其较大的比表面积以及丰富的含氧官能团，可提升根际土壤保水持肥能力、细胞抗氧化酶活性和活性氧清除能力；并且可以提高植物对逆境胁迫的耐受性。将石墨烯应用于盐碱、沙化、矿山修复等风沙地区的植被恢复，能够有效提高植被的成活率和保存率。
本发明的碳酸盐矿化菌为巴斯德芽孢杆菌，可实现对沙化土壤的快速矿化。
本发明提供的生态环境修复方法，无毒无害、无二次污染，矿化过程中胶结液中的尿素以及固定化菌剂中的石墨烯留在土壤中，分别为后期种植植物提供养分和提升根际土壤保水持肥能力。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
为了解决上述相关技术中存在的问题，根据本发明的第一方面，本发明提供了一种适用于风沙地区光伏电站的生态环境修复方法，包括如下步骤：
(1)将光伏电站所在区域的沙地起垄形成沙垄区和种植区；
(2)对所述沙垄区和所述种植区进行第一次矿化，包括依次喷洒固定化菌剂和第一胶结液；
(3)在所述沙垄区上制作挡风墙，之后只对所述沙垄区进行至少2次矿化，分别包括：依次滴灌第一菌液、第一固定液和第二胶结液；
(4)在所述种植区种植耐寒耐旱植物后，再对所述种植区进行矿化，包括：依次滴灌第二菌液、第二固定液和第三胶结液；
步骤(2)中所述固定化菌剂中的菌种为碳酸盐矿化菌，载体为带正电荷的氧化石墨烯；
步骤(3)中所述第一菌液和步骤(4)中所述第二菌液的菌株均为巴斯德芽孢杆菌。
在一种可选的实施方式中，所述固定化菌剂的制备方法包括：将所述带正电荷的氧化石墨烯加到10倍体积的稀释剂中，然后以5％的接种量接入所述碳酸盐矿化菌种子液，在30℃、200rpm下振荡培养48h～96h后，进行冷冻干燥，即得到固定化菌剂。
在一种可选的实施方式中，所述碳酸盐矿化菌为巴斯德芽孢杆菌。
在一种可选的实施方式中，所述固定化菌剂的加入量为40g/m2～100g/m2，优选为60g/m2；在进行喷洒前，采用10～50重量倍的稀释剂进行稀释，优选为30重量倍的稀释剂。
在一种可选的实施方式中，所述稀释剂为酵母提取物18g/L～25g/L、硫酸铵8g/L～12g/L以及Tris 13g/L～16g/L。
在一种可选的实施方式中，所述带正电荷的氧化石墨烯制备方法包括：在溶剂存在下，依次加入氧化石墨烯、活化剂和功能分子反应即可。
在一种可选的实施方式中，所述活化剂为质量比为1：0.5～1.5的1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基硫代琥珀酰亚胺(NHS)。
在一种可选的实施方式中，所述功能分子为聚乙烯亚胺(PEI)。
在一种可选的实施方式中，所述溶剂为水。
在一种可选的实施方式中，所述氧化石墨烯和所述活化剂的质量比为20：0.5～1.5。
在一种可选的实施方式中，所述氧化石墨烯的质量和所述功能分子的体积比为20：1.5～2.5，比例关系为mg/L。
在一种可选的实施方式中，所述溶剂和所述功能分子的体积比为100：1.5～2.5。
在一种可选的实施方式中，所述反应温度为室温，反应时间为5h～7h。
在一种可选的实施方式中，所述第一菌液和第二菌液的制备方法包括：将所述碳酸盐矿化菌种子液于25℃～35℃下，搅拌转速120r/min，接入到稀释剂中，发酵培养至有效活菌数达到4×109CFU/mL以上，采用重量倍的稀释剂进行稀释，即得到第一菌液和第二菌液；所述第一菌液的OD600＝0.5～2；所述第二菌液的OD600＝0.2～1。
在一种可选的实施方式中，所述第一胶结液中含有0.8M～2.25M的尿素和0.8M～1.5M的氯化钙，优选为氯化钙浓度为1.2M、尿素浓度为1.5M。
在一种可选的实施方式中，所述第一胶结液中所述氯化钙和所述尿素的摩尔比1：1～1.5。
在一种可选的实施方式中，所述第一胶结液的加入量为3L/m2～10L/m2，优选为8L/m2。
在一种可选的实施方式中，所述第一固定液为浓度0.04M～0.08M的氯化钙溶液，第二固定液为浓度0.01M～0.04M的氯化钙溶液，起到固定细胞的作用。
在一种可选的实施方式中，所述第一菌液的加入量为2L/m2～6L/m2；优选为第一菌液的OD600＝1.5，加入量为4L/m2。
在一种可选的实施方式中，所述第一固定液的浓度为0.04M～0.08M，加入量为0.2L/m2～0.6L/m2；优选为第一固定液的浓度为0.05M，加入量为0.5L/m2。
在一种可选的实施方式中，所述第二胶结液中含有1.5M～4.5M的尿素和1.5M～3M的氯化钙，所述第二胶结液中所述氯化钙和所述尿素的摩尔比1：1～1.5，所述第二胶结液的加入量为20L/m2～30L/m2；优选为氯化钙浓度和尿素浓度均为2M，使用量为25L/m2。
在一种可选的实施方式中，在滴灌所述第一菌液后静置2h～8h，优选为5h；在滴灌所述第一固定液后静置1h～3h，优选为2h。
在一种可选的实施方式中，所述第二菌液的加入量为1L/m2～3L/m2；优选为第二菌液的OD600＝0.5，加入量为2L/m2。
在一种可选的实施方式中，所述第二固定液的浓度为0.01M～0.04M，加入量为0.2L/m2～0.6L/m2；优选加入量为0.25L/m2。
在一种可选的实施方式中，所述第三胶结液中含有0.2M～1.2M的尿素和0.2M～0.8M的氯化钙，所述第三胶结液中所述氯化钙和所述尿素的摩尔比1：1～1.5，所述第三胶结液的加入量为20L/m2～30L/m2；优选为氯化钙浓度和尿素浓度均为0.5M，使用量为25L/m2。
在一种可选的实施方式中，在滴灌所述第二菌液后静置2h～8h，优选为5h；在滴灌所述第二固定液后静置1h～3h，优选为2h。
在一种可选的实施方式中，步骤(1)中还包括铺设灌溉***的步骤，所述灌溉***包括：
主管道，设置于所述沙垄区下方，所述主管道连接光伏板清洗水箱；和，
分支管道，设置于所述主管道两侧的种植区下方，所述分支管道与所述主管道连通，在所述分支管道上设置有出液口。
在一种可选的实施方式中，步骤(1)中每条沙垄的高度为10cm～30cm，相邻两条沙垄之间的距离为0.5m～1.5m。
在一种可选的实施方式中，每块种植区面积为0.25m2～2.25m2。
在一种可选的实施方式中，步骤(4)中，在光伏板遮阴区种植喜阴植物，在非光伏板遮阴区种植喜阳植物。
由于光伏板需要定期清洗，本发明收集光伏板的清洗水，储存在总水箱中，根据不同植物的生长特性，通过控制灌溉***，灌溉范围，精准浇灌，定期定量通过导水管进行精准浇灌，实现了水资源高效利用；不同植物种植区域灌溉***可独立控制。
为了便于数据之间的对比，实施例1～实施例3和对比例1～对比例7中待修复土壤都为沙化土壤，位于青藏高原，面积为50m2。
本发明使用的巴斯德芽孢杆菌，购自美国菌种保藏中心，编号ATCC 11859。
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本发明所要求保护的范围。
实施例1
本实施例提供的适用于风沙地区光伏电站的生态环境修复方法，包括如下步骤：
(1)将光伏电站所在区域的沙地起垄形成沙垄区和种植区，相邻两条沙垄之间的距离为1m，沙垄高度约为25cm，每块种植区的面积为1m2，在沙垄下20cm铺设灌溉***，灌溉***包括：主管道，设置于所述沙垄区下方，所述主管道连接光伏板清洗水箱；和分支管道，设置于所述主管道两侧的种植区下方，所述分支管道与所述主管道连通，在所述分支管道上设置有出液口，相邻两个分支管道之间的距离为35cm；主管道和分支管道用于向沙地传输菌液、固定液、胶结溶液以及灌溉用水。
(2)第一次矿化：向沙垄区和种植区先喷洒固定化菌剂，再喷洒8L/m2第一胶结液(第一胶结液包括浓度为1.5M的尿素和浓度为1.2M的氯化钙)，单次矿化后，在植物可以正常生长的前提下，降低了沙子的流动性；
固定化菌剂的制备方法包括：
带正电荷的氧化石墨烯制备方法包括：称取20mg氧化石墨烯超声分散到100mL超纯水中，在搅拌下加入1mL 0.5mg/mL的EDC和1mL 0.5mg/mL的NHS溶液，再加入2mL PEI溶液，在室温下搅拌反应6h后，离心除去上层溶液，将下层得到的PEI修饰的氧化石墨烯(GO-PEI)黑色固体产物用超纯水洗涤3次后，再将得到的GO-PEI放入真空干燥箱中50℃干燥；
将上述带正电荷的氧化石墨烯加到10倍体积的稀释剂中，然后以5％的接种量接入巴斯德芽孢杆菌种子液，在30℃、200rpm下振荡培养72h后，进行冷冻干燥，即得到固定化菌剂；固定化菌剂在使用前将60g/m2的固定化菌剂以30重量倍稀释剂进行稀释；稀释剂为：酵母提取物22g/L、硫酸铵10g/L以及Tris 15g/L。
(3)在沙垄上插上修剪整齐的废弃秸秆等材料，制成挡风墙，以削弱风力的侵蚀。
(4)第二次矿化：只针对沙垄区进行第二次矿化，首先灌入OD600＝1.5的第一菌液4L/m2，静置5h，然后灌入0.05M的氯化钙溶液0.5L/m2，静置2h后，再灌入25L/m2第二胶结液(第二胶结液包括浓度均为2M的尿素和氯化钙)。
(5)第三次矿化：重复第二次矿化的过程，完成第三次矿化后，废弃秸秆制成的挡风墙可以牢固地固定在沙垄上。
(6)第三次矿化完成18h后，在种植区的光伏板遮阴区种植喜阴植物羌活，在种植区的非光伏板遮阴区种植喜阳植物红景天后，对种植区进行第四次矿化，首先灌入OD600＝0.5的第二菌液2L/m2，静置5h，然后灌入0.03M的氯化钙溶液0.25L/m2，静置2h后，再灌入25L/m2第三胶结液(第二胶结液包括浓度均为0.5M的尿素和氯化钙)；
第一菌液和第二菌液的制备方法包括：将巴斯德芽孢杆菌种子液于30℃下，搅拌转速120r/min，接入到稀释剂中，发酵培养至有效活菌数达到4×109CFU/mL以上后停止发酵，即得到碳酸盐矿化菌菌液；再采用稀释剂稀释至OD600＝1.5，得到第一菌液；再采用稀释剂稀释至OD600＝0.5，得到第二菌液；稀释剂为：酵母提取物22g/L、硫酸铵10g/L以及Tris15g/L。
实施例2
本实施例提供的适用于风沙地区光伏电站的生态环境修复方法，包括如下步骤：
(1)将光伏电站所在区域的沙地起垄形成沙垄区和种植区，相邻两条沙垄之间的距离为0.5m，沙垄高度约为10cm，每块种植区的面积为0.25m2，在沙垄下30cm铺设灌溉***，灌溉***包括：主管道，设置于所述沙垄区下方，所述主管道连接光伏板清洗水箱；和分支管道，设置于所述主管道两侧的种植区下方，所述分支管道与所述主管道连通，在所述分支管道上设置有出液口，相邻两个分支管道之间的距离为20cm；主管道和分支管道用于向沙地传输菌液、固定液、胶结溶液以及灌溉用水。
(2)第一次矿化：向沙垄区和种植区先喷洒固定化菌剂，再喷洒3L/m2第一胶结液(第一胶结液包括浓度为0.8M的尿素和浓度为0.8M的氯化钙)，单次矿化后，在植物可以正常生长的前提下，降低了沙子的流动性；
固定化菌剂的制备方法包括：
带正电荷的氧化石墨烯制备方法包括：称取20mg氧化石墨烯超声分散到100mL超纯水中，在搅拌下加入1mL 0.5mg/mL的EDC和1mL 0.5mg/mL的NHS溶液，再加入2mL PEI溶液，在室温下搅拌反应6h后，离心除去上层溶液，将下层得到的PEI修饰的氧化石墨烯(GO-PEI)黑色固体产物用超纯水洗涤3次后，再将得到的GO-PEI放入真空干燥箱中50℃干燥；
将上述带正电荷的氧化石墨烯加到10倍体积的稀释剂中，然后以5％的接种量接入巴斯德芽孢杆菌种子液，在30℃、200rpm下振荡培养48h后，进行冷冻干燥，即得到固定化菌剂；固定化菌剂在使用前将40g/m2的固定化菌剂以50重量倍稀释剂进行稀释；稀释剂为：酵母提取物18g/L、硫酸铵12g/L以及Tris 13g/L。
(3)在沙垄上插上修剪整齐的废弃秸秆等材料，制成挡风墙，以削弱风力的侵蚀。
(4)第二次矿化：只针对沙垄进行第二次矿化，首先灌入OD600＝0.5的第一菌液2L/m2，静置2h，然后灌入0.04M的氯化钙溶液0.2L/m2，静置1h后，再灌入20L/m2第二胶结液(第二胶结液包括浓度为1.5M的尿素和浓度为1.5M的氯化钙)。
(5)第三～六次矿化：重复第二次矿化的过程，完成第三～六次矿化后，废弃秸秆制成的挡风墙可以牢固地固定在沙垄上。
(6)第六次矿化完成12h后，在种植区的光伏板遮阴区种植喜阴植物羌活，在种植区的非光伏板遮阴区种植喜阳植物红景天后，对种植区进行第七次矿化，首先灌入OD600＝0.2的第二菌液1L/m2，静置2h，然后灌入0.01M的氯化钙溶液0.2L/m2，静置1h后，再灌入20L/m2第三胶结液(第二胶结液包括浓度为0.2M的尿素和浓度为0.2M的氯化钙)；
第一菌液和第二菌液的制备方法包括：将巴斯德芽孢杆菌种子液于25℃下，搅拌转速120r/min，接入到稀释剂中，发酵培养至有效活菌数达到4×109CFU/mL以上后停止发酵，即得到碳酸盐矿化菌菌液；再采用稀释剂稀释至OD600＝0.5，得到第一菌液；再采用稀释剂稀释至OD600＝0.2，得到第二菌液；稀释剂为：酵母提取物18g/L、硫酸铵12g/L以及Tris13g/L。
实施例3
本实施例提供的适用于风沙地区光伏电站的生态环境修复方法，包括如下步骤：
(1)将光伏电站所在区域的沙地起垄形成沙垄区和种植区，相邻两条沙垄之间的距离为1.5m，沙垄高度约为30cm，每块种植区的面积为2.25m2，在沙垄下10m铺设灌溉***，灌溉***包括：主管道，设置于所述沙垄区下方，所述主管道连接光伏板清洗水箱；和分支管道，设置于所述主管道两侧的种植区下方，所述分支管道与所述主管道连通，在所述分支管道上设置有出液口，相邻两个分支管道之间的距离为50cm；主管道和分支管道用于向沙地传输菌液、固定液、胶结溶液以及灌溉用水。
(2)第一次矿化：向沙垄区和种植区先喷洒固定化菌剂，再喷洒10L/m2第一胶结液(第一胶结液包括浓度2.25M的尿素和1.5M氯化钙)，单次矿化后，在植物可以正常生长的前提下，降低了沙子的流动性；
固定化菌剂的制备方法包括：
带正电荷的氧化石墨烯制备方法包括：称取20mg氧化石墨烯超声分散到100mL超纯水中，在搅拌下加入1mL 0.5mg/mL的EDC和1mL 0.5mg/mL的NHS溶液，再加入2mL PEI溶液，在室温下搅拌反应6h后，离心除去上层溶液，将下层得到的PEI修饰的氧化石墨烯(GO-PEI)黑色固体产物用超纯水洗涤3次后，再将得到的GO-PEI放入真空干燥箱中50℃干燥；
将上述带正电荷的氧化石墨烯加到10倍体积的稀释剂中，然后以5％的接种量接入巴斯德芽孢杆菌种子液，在30℃、200rpm下振荡培养96h后，进行冷冻干燥，即得到固定化菌剂；固定化菌剂在使用前将100g/m2的固定化菌剂以10重量倍稀释剂进行稀释；稀释剂为：酵母提取物25g/L、硫酸铵8g/L以及Tris 13g/L。
(3)在沙垄上插上修剪整齐的废弃秸秆等材料，制成挡风墙，以削弱风力的侵蚀。
(4)第二次矿化：只针对沙垄进行第二次矿化，首先灌入OD600＝2的第一菌液6L/m2，静置8h，然后灌入0.08M的氯化钙溶液0.6L/m2，静置3h后，再灌入30L/m2第二胶结液(第二胶结液包括浓度为3.75M的尿素和浓度为3M的氯化钙)。
(5)第三、四次矿化：重复第二次矿化的过程，完成第三、四次矿化后，废弃秸秆制成的挡风墙可以牢固地固定在沙垄上。
(6)第四次矿化完成24h后，在种植区的光伏板遮阴区种植喜阴植物羌活，在种植区的非光伏板遮阴区种植喜阳植物红景天后，对种植区进行第五次矿化，首先灌入OD600＝1的第二菌液3L/m2，静置8h，然后灌入0.04M的氯化钙溶液0.6L/m2，静置3h后，再灌入30L/m2第三胶结液(第三胶结液包括浓度为1.2M的尿素和浓度为0.8M的氯化钙)；
第一菌液和第二菌液的制备方法包括：将巴斯德芽孢杆菌种子液于35℃下，搅拌转速120r/min，接入到稀释剂中，发酵培养至有效活菌数达到4×109CFU/mL以上后停止发酵，即得到碳酸盐矿化菌菌液；再采用稀释剂稀释至OD600＝2，得到第一菌液；再采用稀释剂稀释至OD600＝1，得到第二菌液；稀释剂为：酵母提取物18g/L、硫酸铵12g/L以及Tris 16g/L。
对比例1
本对比例提供的适用于风沙地区光伏电站的生态环境修复方法，与实施例1的反应条件基本相同，唯一的区别仅在于，省略第三次矿化步骤。
对比例2
本对比例提供的适用于风沙地区光伏电站的生态环境修复方法，与实施例1的反应条件基本相同，唯一的区别仅在于，省略第四次矿化步骤。
对比例3
本对比例提供的适用于风沙地区光伏电站的生态环境修复方法，与实施例1的反应条件基本相同，唯一的区别仅在于，采用碳酸盐矿化菌菌液替换固定化菌剂。
对比例4
本对比例提供的适用于风沙地区光伏电站的生态环境修复方法，与实施例1的反应条件基本相同，区别仅在于，采用固定化菌剂替换步骤(4)、步骤(5)、步骤(6)中的碳酸盐矿化菌菌液。
对比例5
本对比例提供的适用于风沙地区光伏电站的生态环境修复方法，与实施例1的反应条件基本相同，区别仅在于，不进行分区矿化，对沙垄区和种植区同时进行第一、二、三、四次矿化。
对比例6
本对比例提供的适用于风沙地区光伏电站的生态环境修复方法，与实施例1的反应条件基本相同，区别仅在于，调换第四次矿化和第二次矿化的顺序，即先种植植物，进行第四次矿化后，再制作挡风墙进行第二、第三次矿化。
对比例7
本对比例提供的适用于风沙地区光伏电站的生态环境修复方法，与实施例1的反应条件基本相同，唯一的区别仅在于，采用氧化石墨烯代替带正电荷的氧化石墨烯。
实验例1
分别对上述各实施例及对比例中修复后的沙垄区、种植区进行抗剪强度测试，以及种植区羌活和红景天的成活率结果如表1所示。
表1实施例及对比例中羌活和红景天成活率
从上表可以看出，实施例1～实施3沙垄抗剪强度1.37MPa～1.42MPa，种植区抗剪强度为0.43MPa～0.55MPa，羌活的成活率为71％～74％，红景天的成活率为80％～83％。
而对比例1沙垄区抗剪强度为0.77MPa，种植区抗剪强度为0.52MPa，羌活的成活率为47％，红景天的成活率为52％，说明省略第三次矿化步骤后沙垄区抗剪强度偏低，导致防风能力降低，从而导致植物的成活率降低。
对比例2沙垄区抗剪强度为1.41MPa，种植区抗剪强度为0.2MPa，羌活的成活率为53％，红景天的成活率为70％，说明省略第四次矿化步骤，在植物幼苗种植没有进一步加强种植区沙土的抗剪强度，从而导致植物的成活率降低。
对比例3沙垄区抗剪强度为1.41MPa，种植区抗剪强度为0.57MPa，羌活的成活率为61％，红景天的成活率为70％，说明采用碳酸盐矿化菌菌液代替实施例1中第一次矿化的固定化菌剂，种植区和沙垄区抗剪强度达到与实施例1同等水平，但是植物的成活率稍有降低，说明种植区表层土壤中使用固定化菌剂，不仅可以给微生物提供一个良好的生存环境，同时氧化石墨烯提高了植物对逆境胁迫的耐受性。
对比例4沙垄区抗剪强度为0.13MPa，种植区抗剪强度为0.08MPa，羌活的成活率为30％，红景天的成活率为44％，采用固定化菌剂替换实施例1步骤(4)、步骤(5)、步骤(6)中的碳酸盐矿化菌菌液，导致滴灌管道堵塞，滴灌矿化效果差，沙垄区和种植抗剪强度均大幅低于实施例1，从而导致植物成活率低。
对比例5沙垄区抗剪强度为1.44MPa，种植区抗剪强度为1.45MPa，羌活的成活率为17％，红景天的成活率为28％，说明不进行分区矿化，对沙垄区和种植区同时进行第一、二、三、四次矿化，导致种植区过度矿化，从而导致植物成活率低。
对比例6沙垄区抗剪强度为1.39MPa，种植区抗剪强度为0.52MPa，羌活的成活率为31％，红景天的成活率为43％，说明调换第四次矿化和第二次矿化的顺序，即先种植植物，此时沙垄区防风墙还未达到足够的抗剪强度，无法起到防风固沙的效果，从而导致植物成活率低。
对比例7沙垄区抗剪强度为1.03MPa，种植区抗剪强度为0.35MPa，羌活的成活率为55％，红景天的成活率为68％，说明采用氧化石墨烯代替带正电荷的氧化石墨烯，固定化菌剂中微生物的定殖效果变差，种植区和沙垄区的抗剪强度均有所降低，从而导致植物成活率降低。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种适用于风沙地区光伏电站的生态环境修复方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将光伏电站所在区域的沙地起垄形成沙垄区和种植区；
(2)对所述沙垄区和所述种植区进行第一次矿化，包括依次喷洒固定化菌剂和第一胶结液；
(3)在所述沙垄区上制作挡风墙，之后只对所述沙垄区进行至少2次矿化分别包括：依次滴灌第一菌液、第一固定液和第二胶结液；
(4)在所述种植区种植耐寒耐旱植物后，再对所述种植区进行矿化，包括：依次滴灌第二菌液、第二固定液和第三胶结液；
步骤(2)中所述固定化菌剂中的菌种为碳酸盐矿化菌，载体为带正电荷的氧化石墨烯；
步骤(3)中所述第一菌液和步骤(4)中所述第二菌液的菌株均为巴斯德芽孢杆菌。
2.根据权利要求1所述的适用于风沙地区光伏电站的生态环境修复方法，其特征在于，所述固定化菌剂的制备方法包括：将碳酸盐矿化菌种子液接种到含带正电荷的氧化石墨烯的稀释剂中，振荡培养48h～96h后，进行冷冻干燥，即得到固定化菌剂；和/或，
所述碳酸盐矿化菌为巴斯德芽孢杆菌；和/或，
所述固定化菌剂的加入量为40g/m2～100g/m2；在进行喷洒前，需采用10～50重量倍的稀释剂进行稀释；
所述稀释剂为酵母提取物18g/L～25g/L、硫酸铵8g/L～12g/L以及Tris13g/L～16g/L；
所述带正电荷的氧化石墨烯制备方法包括：在溶剂存在下，依次加入氧化石墨烯、活化剂和功能分子反应即可；
所述活化剂为质量比为1：0.5～1.5的1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐和N-羟基硫代琥珀酰亚胺；和/或，
所述功能分子为聚乙烯亚胺；和/或，
所述溶剂为水；和/或，
所述氧化石墨烯和所述活化剂的质量比为20：0.5～1.5；和/或，
所述氧化石墨烯的质量和所述功能分子的体积比为20：1.5～2.5，比例关系为mg/L；和/或，
所述溶剂和所述功能分子的体积比为100：1.5～2.5；和/或，
所述反应温度为室温，反应时间为5h～7h。
3.根据权利要求1所述的适用于风沙地区光伏电站的生态环境修复方法，其特征在于，所述第一菌液和所述第二菌液的制备方法包括：将碳酸盐矿化菌种子液接种到稀释剂中，发酵培养至有效活菌数达到4×109CFU/mL以上，采用稀释剂进行稀释，得到第一菌液和第二菌液；
所述第一菌液的OD600＝0.5～2；所述第二菌液的OD600＝0.2～1。
4.根据权利要求1所述的适用于风沙地区光伏电站的生态环境修复方法，其特征在于，所述第一胶结液中含有0.8M～2.25M尿素和0.8M～1.5M的氯化钙；和/或，
所述第一胶结液中所述氯化钙和所述尿素的摩尔比1：1～1.5；和/或，
所述第一胶结液的加入量为3L/m2～10L/m2。
5.根据权利要求1所述的适用于风沙地区光伏电站的生态环境修复方法，其特征在于，所述第一固定液和第二固定液均为氯化钙溶液。
6.根据权利要求1或3所述的适用于风沙地区光伏电站的生态环境修复方法，其特征在于，所述第一菌液的加入量为2L/m2～6L/m2；和/或，
所述第一固定液的浓度为0.04M～0.08M，加入量为0.2L/m2～0.6L/m2；和/或，
所述第二胶结液中含有1.5M～4.5M的尿素和1.5M～3M的氯化钙，所述第二胶结液中所述氯化钙和所述尿素的摩尔比1：1～1.5，所述第二胶结液的加入量为20L/m2～30L/m2；和/或，
在滴灌所述第一菌液后静置2h～8h；在滴灌所述第一固定液后静置1h～3h。
7.根据权利要求1或3所述的适用于风沙地区光伏电站的生态环境修复方法，其特征在于，所述第二菌液的加入量为1L/m2～3L/m2；和/或，
所述第二固定液的浓度为0.01M～0.04M，加入量为0.2L/m2～0.6L/m2；和/或，
所述第三胶结液中含有0.2M～1.2M的尿素和0.2M～0.8M的氯化钙，所述第三胶结液中所述氯化钙和所述尿素的摩尔比1：1～1.5，所述第三胶结液的加入量为20L/m2～30L/m2；
在滴灌所述第二菌液后静置2h～8h；在滴灌所述第二固定液后静置1h～3h。
8.根据权利要求1所述的适用于风沙地区光伏电站的生态环境修复方法，其特征在于，步骤(1)中还包括铺设灌溉***的步骤，所述灌溉***包括：
主管道，设置于所述沙垄区下方，所述主管道连接光伏板清洗水箱；和，
分支管道，设置于所述主管道两侧的种植区下方，所述分支管道与所述主管道连通，在所述分支管道上设置有出液口。
9.根据权利要求1所述的适用于风沙地区光伏电站的生态环境修复方法，其特征在于，步骤(1)中每条沙垄的高度为10cm～30cm，相邻两条沙垄之间的距离为0.5m～1.5m；和/或，
每块种植区面积为0.25m2～2.25m2。
10.根据权利要求1所述的适用于风沙地区光伏电站的生态环境修复方法，其特征在于，步骤(4)中，在光伏板遮阴区种植喜阴植物，在非光伏板遮阴区种植喜阳植物。
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