沙漠化是当今全球面临的主要生态环境问题之一,不但对社会经济效益产生明显的负面影响,还严重威胁到人类的生存和可持续发展。由于生态环境的破坏,目前我国成为世界上沙漠化面积较大及危害程度较严重的国家之一。因此,研制各项新型固沙材料对于沙漠化的防治具有重要的理论及实际意义。生物结皮是由土壤微生物、藻类结皮、地衣结皮和苔藓结皮等与土壤形成的一个复合的生物土壤层,它的存在、发展对于沙漠化环境的改善具有重要价值,如可以加强沙漠化土壤表面的抗侵蚀能力,保持沙漠化土壤水分,改善沙漠化土壤的养分条件,为沙漠化地区植被的恢复创造有利条件等,因此一直是沙漠学研究的重要领域,受到国内外学者的重视。凹凸棒土特殊的链层状晶体结构,该结构使凹凸棒土具有许多独特的物理化学性质,凹凸棒土经酸改性后带有活性羟基,可通过吸附架桥作用引入不同的高分子,生成带有某些特定官能团的高分子,从而赋予凹凸棒土新的性能,使其具有更好的吸水性、保水性和吸附性。由于沙漠地区较高的昼夜气温差异和较大范围的温度波动,使单纯的生物结皮在干燥的环境条件下存活率下降,从而影响其固沙效果。但将制备的复合高分子材料(过硫酸钾-丙烯酰胺-凹凸棒土复合物)与人工生物结皮按一定质量比配比、在系列环境条件下进行复配,是否能制备出对环境无二次污染,更具有营养性及固沙性的新型固沙材料呢?因此,本研究拟以人工培养的沙漠生物结皮、功能化的凹凸棒土及高分子材料为材料,通过实验测定其生物活性和不同环境条件下的自繁殖能力,探索沙漠生物结皮的优化扩增基质和控制因素,确定功能化凹凸棒土与高分子材料的优化复合条件。并根据实验结果,将生物结皮、功能化的凹凸棒土、高分子材料三者进行优化复配,制备具有自繁殖能力的生物型高分子固沙材料。主要研究内容如下:通过将蓝藻结皮和苔藓结皮接种到5种不同的培养液(MS、Knop、Beneck、BG11和BBM)中生长15天,依据蓝藻结皮和苔藓结皮生长状况,用光镜观察细胞的死亡,破损、污染数量和污染程度,确定蓝藻结皮和苔藓结皮的培养基为BBM和MS,然后在光照培养箱中大量培养。通过不同时间、温度和光照强度对蓝藻结皮的叶绿素a含量、丙二醛(MDA)含量、可溶性蛋白含量以及可溶性糖含量的变化分析,得出25℃的温度和120μE·m-2·s-1的光照强度是光照培养箱内适合蓝藻结皮生长的最佳环境条件,在此环境条件下蓝藻结皮受到的环境胁迫最小并且能够快速生长。通过不同时间、温度和光照强度对苔藓结皮的叶绿素a含量、MDA含量、可溶性蛋白含量以及可溶性糖含量的变化分析,得出30℃的温度和120μE·m-2·s-1的光照强度是光照培养箱内适合苔藓结皮生长的最佳环境条件,在此环境条件下苔藓结皮受到的环境胁迫最小并且能够快速生长。通过用1 mol·L-1、2 mol·L-1、3 mol·L-1、4 mol·L-1、5 mol·L-1和6 mol·L-1硫酸改性凹凸棒土,研究其吸水性能、保水性能及pH变化对吸水率的影响,得出4 mol·L-1硫酸改性的凹凸棒土具有最好的吸水性能和保水性能,4 mol·L-1硫酸改性的凹凸棒土的吸水率受pH值的变化影响最大;并进一步用X衍射以及扫描电镜分析其表征,得出3 mol·L-1和4 mol·L-1硫酸改性的凹凸棒土具有最好的吸附性。通过研究不同浓度的硫酸改性凹凸棒基高分子固沙材料的吸水性能、保水性能及pH值变化对吸水率的影响,得出4 mol·L-1硫酸改性的凹凸棒基高分子固沙材料具有最好的吸水性能和保水性能,4 mol·L-1硫酸改性的凹凸棒基高分子固沙材料的吸水率受pH值的变化影响最大;并进一步用X衍射以及扫描电镜分析不同浓度硫酸改性的凹凸棒基高分子固沙材料的表征,得出3 mol·L-1和4 mol·L-1硫酸改性的凹凸棒基高分子固沙材料具有最好的吸附性。通过蓝藻结皮和4 mol·L-1硫酸改性后的凹凸棒基高分子固沙材料以不同质量比复配后的生物活性的研究,得出蓝藻结皮与4 mol·L-1硫酸改性后的凹凸棒基高分子固沙材料以1:3质量比配比生长情况最佳;进一步研究400 g·m-2和500 g·m-2两种喷洒量对结皮生长过程中叶绿素a含量、MDA含量、可溶性蛋白含量和可溶性糖含量产生不同影响,得出喷洒量为500 g·m-2的蓝藻结皮复配4 mol·L-1硫酸改性后的凹凸棒基高分子固沙材料的生理特性最好。通过苔藓结皮和4 mol·L-1硫酸改性后的凹凸棒基高分子固沙材料以不同质量比复配后的生物活性的研究,得出苔藓结皮与4 mol·L-1硫酸改性后的凹凸棒基高分子固沙材料以1:4质量比配比生长情况最佳;进一步研究400 g·m-2和500 g·m-2两种喷洒量对结皮生长过程中叶绿素a含量、MDA含量、可溶性蛋白含量和可溶性糖含量产生不同影响,得出喷洒量为500 g·m-2的苔藓结皮复配4 mol·L-1硫酸改性后的凹凸棒基高分子固沙材料的生理特性最好。通过实验结果,本研究找出了一套生物型复合高分子固沙材料的优化制备方法,制备出了具有自繁殖能力和生物活性的新型的蓝藻型和苔藓型凹凸棒基高分子固沙材料,而且制备需要的原材料丰富、便宜、易得,因此具有广阔的应用前景。