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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 加碘凹凸棒對(duì)小油菜中碘的積累和土壤微生物的影響
- 來(lái)源：
- 第十一屆“挑戰(zhàn)杯”國(guó)賽作品
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 簡(jiǎn)介：
- 凹凸棒是一種天然稀有非金屬粘土礦物，因其特殊的結(jié)構(gòu)而具有較大的比表面積，故有較強(qiáng)的吸附性。近年來(lái)在甘肅中、西部發(fā)現(xiàn)大型含碘凹凸棒礦，儲(chǔ)量達(dá)到5.5億t。加強(qiáng)該資源的開(kāi)發(fā)利用研究，拓寬應(yīng)用領(lǐng)域是甘肅省凹凸棒產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。另外，我國(guó)普遍存在的碘缺乏病，其防治措施除食用加碘鹽外，培育富碘食品也是有效的防治途徑。 利用凹凸棒獨(dú)特的吸水性、粘結(jié)性、較強(qiáng)的離子交換性能和吸附性能，針對(duì)甘肅西部多沙壤土而開(kāi)發(fā)出的土壤改良劑，既可改善土壤的理化性質(zhì)，又能有效地調(diào)節(jié)土壤肥效和促進(jìn)植物生長(zhǎng)。因此，利用凹凸棒這一特性和植物對(duì)元素的富集性，探討通過(guò)控釋肥技術(shù)提高碘肥中碘的有效性，減少碘的固定、揮發(fā)與淋失，可達(dá)到生產(chǎn)富碘蔬菜的目的。目前，將富碘凹凸棒應(yīng)用到土壤中對(duì)蔬菜生長(zhǎng)、碘富集作用，以及土壤微生物群落組成、結(jié)構(gòu)影響的相關(guān)研究未見(jiàn)報(bào)道。 本研究以小油菜為實(shí)驗(yàn)材料，通過(guò)在土壤中施用加碘凹凸棒，研究了含碘量不同的凹凸棒對(duì)蔬菜生長(zhǎng)、碘富集以及土壤微生物的影響。結(jié)果表明：加碘凹凸棒能增加小油菜的生物量，當(dāng)凹凸棒中碘酸鉀含量為100mg kg-1時(shí)，可顯著提高小油菜地上部分生物量，增幅為45.62%；當(dāng)25 mg kg-1時(shí)，可增加根生物量，增幅80.77%；加碘凹凸棒不影響小油菜總碘含量和葉碘含量，但凹凸棒中碘酸鉀含量與小油菜總碘含量相關(guān)；凹凸棒中碘酸鉀含量≥100 mg kg-1時(shí)，能顯著提高小油菜根中的碘含量；凹凸棒中碘酸鉀含量影響土壤微生物類群總數(shù)、放線菌數(shù)量和細(xì)菌數(shù)量，不影響真菌數(shù)量；碘酸鉀含量≤50 mg kg-1時(shí)能極顯著增加土壤中微生物總數(shù)，放線菌數(shù)量和細(xì)菌數(shù)量。與對(duì)照相比，放線菌、細(xì)菌、真菌數(shù)量增幅都隨改良劑中碘酸鉀含量的增加而減少；加碘凹凸棒影響土壤微生物類群間組成比例，隨著凹凸棒中碘酸鉀含量的增加，放線菌和真菌所占比例上升，細(xì)菌所占比例下降；土壤微生物多樣性指數(shù)在不同處理間存在著差異，凹凸棒中碘酸鉀含量100 mg kg-1時(shí)多樣性指數(shù)最大。
- 詳細(xì)介紹：
- 凹凸棒是一種天然稀有非金屬粘土礦物，其礦物幾乎遍及世界各地，但具有工業(yè)意義的礦床并不是很多，僅限于美國(guó)、中國(guó)、印度、西班牙等國(guó)。我國(guó)自1976年在江蘇六合小盤山首次發(fā)現(xiàn)凹凸棒礦之后，相繼在江蘇、安徽、山東、遼寧等14個(gè)省區(qū)發(fā)現(xiàn)凹凸棒礦點(diǎn)，產(chǎn)量以江蘇盱眙居首位,為世界優(yōu)質(zhì)礦藏。近年來(lái)在河北、山西和甘肅等地又發(fā)現(xiàn)凹凸棒礦，尤其是在甘肅中、西部發(fā)現(xiàn)大型含碘凹凸棒礦，是世界上首次發(fā)現(xiàn)的含碘種屬，儲(chǔ)量達(dá)到5.5億t。加強(qiáng)凹凸棒的開(kāi)發(fā)利用研究，拓寬應(yīng)用領(lǐng)域是凹凸棒產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。 凹凸棒不僅在化工、建材、造紙、醫(yī)藥、食品和硅酸鹽等工業(yè)方面得到廣泛應(yīng)用，它還是一種重要的農(nóng)用礦產(chǎn)資源，主要利用其良好的吸附性、濕水后的粘性和可塑性用在農(nóng)藥、肥料及土壤改良等方面。有研究表明：將土壤懸浮液加入凹凸棒培養(yǎng)基中能刺激根的生長(zhǎng)，臨澤凹凸棒能促進(jìn)園茄、番茄、黃瓜、草莓、玉米增產(chǎn)，提高園茄、玉米粗蛋白含量?？梢?jiàn)，凹凸棒在促進(jìn)農(nóng)作物增產(chǎn)，改良果實(shí)品質(zhì)方面大有可為。但長(zhǎng)期以來(lái)凹凸棒的應(yīng)用研究主要集中在提純方法、改性、吸附性能等方面，凹凸棒在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用研究非常少。 碘是合成甲狀腺激素的必需元素，在人和動(dòng)物體的新陳代謝作用過(guò)程中起著極為重要的作用。缺碘可引起甲狀腺腫和克汀病，碘缺乏對(duì)人體發(fā)育造成的全部影響，稱為碘缺乏?。ê?jiǎn)稱IDD）。國(guó)內(nèi)外大量調(diào)查研究證實(shí)，目前除冰島外全世界所有國(guó)家都有IDD流行，大約有16億人受到碘缺乏的威脅。我國(guó)所有省、市均有IDD，病區(qū)人口達(dá)到4.25億，嚴(yán)重影響了人民健康和社會(huì)發(fā)展。 1994年開(kāi)始，我國(guó)政府在全國(guó)采取了全民食用加碘鹽的措施，取得了良好成效。但無(wú)機(jī)碘易揮發(fā)損失，特別是由于碘具有雙側(cè)閾值，高碘或低碘都會(huì)對(duì)機(jī)體產(chǎn)生不同性質(zhì)、不同程度的生物學(xué)效應(yīng)，高碘攝入同樣會(huì)致病。事實(shí)證明，在正常情況下，人體中碘的80%來(lái)自植物性食品和空氣。碘鹽和碘油雖然是比較有效的防治碘缺乏病的措施，但是在一些地區(qū)由于種種原因而使它們難以推廣應(yīng)用效果不理想。因此，有必要探索新的補(bǔ)碘方法——農(nóng)業(yè)法補(bǔ)碘，它包括灌溉水補(bǔ)碘、作物施碘、牲畜補(bǔ)碘或其他補(bǔ)碘措施。在進(jìn)行菠菜施碘的水培試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)培養(yǎng)液中IO3-1濃度為1 μmol L-1 時(shí)菠菜葉片中的碘質(zhì)量分?jǐn)?shù)就可以達(dá)到3 mg kg-1 （以鮮重計(jì)），人們每天僅需食用50 g 左右這種含碘菠菜就能滿足人體150 μg d-1的需碘量。因此，除食鹽加碘之外，尋求和培育含碘的食品將是一種從根本上防治IDD的有效措施。 文獻(xiàn)報(bào)道土壤中低濃度碘可促進(jìn)蔬菜生長(zhǎng)，高碘則抑制蔬菜生長(zhǎng)；蔬菜可從土壤中富集碘 ，因此可探討通過(guò)控釋肥技術(shù)提高碘肥中碘的有效性，減少碘的固定、揮發(fā)與淋失。凹凸棒具有獨(dú)特的吸水性、可塑性、粘結(jié)性，較強(qiáng)的離子交換性能和吸附性能，能有效地吸附水體和土壤中的各種有利于農(nóng)作物生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)元素，調(diào)節(jié)pH值，保持并調(diào)節(jié)土壤肥效，促進(jìn)植物生長(zhǎng)，是一種良好緩釋劑和土壤改良劑。將碘酸鉀添加到凹凸棒中施用到土壤中對(duì)蔬菜生長(zhǎng)及碘的含量、分布的影響未見(jiàn)報(bào)道。 土壤微生物是土壤的重要組成部分，是土壤有機(jī)質(zhì)和土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和循環(huán)的動(dòng)力。它參與土壤中有機(jī)質(zhì)的分解、腐殖質(zhì)的形成、土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和循環(huán)等過(guò)程，是判斷土壤肥力高低及土壤營(yíng)養(yǎng)狀況的重要指標(biāo)，對(duì)作物生長(zhǎng)和維持土壤肥力有著重要意義。土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和組成多樣、均勻不僅能提高土壤生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與和諧性，同時(shí)也提高對(duì)抗土壤微生態(tài)環(huán)境惡化的緩沖能力。近年來(lái)土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)的生物學(xué)指標(biāo)越來(lái)越受到重視。土壤微生物是土壤質(zhì)量變化最敏感的指標(biāo)。使用土壤改良劑是改善土壤質(zhì)量和土地可持續(xù)利用的重要的農(nóng)業(yè)措施之一。土壤改良劑不同，土壤微生物種群、數(shù)量和活性也會(huì)不同，從而對(duì)土壤肥力和生產(chǎn)力產(chǎn)生影響。加碘凹凸棒施用到土壤中對(duì)土壤微生物群落組成結(jié)構(gòu)有何影響也未見(jiàn)報(bào)道。 本研究以小油菜為實(shí)驗(yàn)材料，通過(guò)在土壤中施用加碘凹凸棒，研究了含碘量不同的凹凸棒對(duì)蔬菜生長(zhǎng)和碘的富集作用及土壤微生物的影響，探索培育含碘蔬菜的方法，為人體自然補(bǔ)碘和凹凸棒礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)利用提供參考。結(jié)果表明：加碘凹凸棒能增加小油菜的生物量，凹凸棒中碘酸鉀含量為100mg kg-1時(shí)，顯著提高小油菜地上部分生物量，增幅45.62%，25 mg kg-1時(shí)增加根生物量，增幅80.77%。加碘凹凸棒不影響小油菜總碘含量和葉碘含量，但凹凸棒中碘酸鉀含量與小油菜總碘含量相關(guān)。凹凸棒中碘酸鉀含量≥100 mg kg-1時(shí)，能顯著提高小油菜根中的碘含量，碘酸鉀含量與根碘含量相關(guān)。凹凸棒中碘酸鉀含量影響土壤微生物類群總數(shù)、放線菌數(shù)量和細(xì)菌數(shù)量，不影響真菌數(shù)量。碘酸鉀含量≤50 mg kg-1時(shí)能極顯著增加土壤中微生物總數(shù)，放線菌數(shù)量和真菌數(shù)量。與對(duì)照相比，放線菌、細(xì)菌、真菌數(shù)量增幅都隨改良劑中碘酸鉀含量的增加而減少。加碘凹凸棒影響土壤微生物類群間組成比例。隨著凹凸棒中碘酸鉀含量的增加，放線菌和真菌所占比例上升，細(xì)菌所占比例下降。土壤微生物多樣性指數(shù)在不同處理間存在著差異，凹凸棒中碘酸鉀含量100 mg kg-1時(shí)多樣性指數(shù)最大。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 目的：研究加碘凹凸棒對(duì)栽培小油菜碘富集和土壤微生物的影響，探索培育富碘蔬菜的方法，為人體自然補(bǔ)碘和甘肅富碘凹凸棒礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)利用提供參考。 基本思路：盆栽土壤風(fēng)干后過(guò)5mm篩入盆，每盆加碘含量不同的凹凸棒。實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。每盆播種15粒，待小油菜出苗后定苗10株，田間管理至收獲。收獲后測(cè)定小油菜生物量，不同部位的碘含量，以及盆栽土壤中微生物數(shù)量和組成。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 凹凸棒具有吸水性、較強(qiáng)的離子交換性能和吸附性能。利用其特性，配合各種有利于農(nóng)作物生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)元素和人體所需的微量元素，可研制成一種性能良好的元素緩釋劑和土壤改良劑。本作品通過(guò)在凹凸棒中添加碘酸鉀施用到土壤中，應(yīng)該能減少碘的固定、揮發(fā)與淋失，提高碘肥中碘的有效性。但這種加碘凹凸棒對(duì)栽培蔬菜生長(zhǎng)、碘富集作用，以及土壤微生物群落組成、結(jié)構(gòu)影響的相關(guān)研究未見(jiàn)報(bào)道。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 我國(guó)雖有豐富的凹凸棒礦物資源，但對(duì)凹凸棒在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用研究相對(duì)滯后，拓寬凹凸棒的應(yīng)用領(lǐng)域是發(fā)展凹凸棒產(chǎn)業(yè)的首要問(wèn)題之一。另外，培育富碘食品，拓展碘缺乏病防治途徑也十分必要。 利用富碘凹凸棒促進(jìn)蔬菜生長(zhǎng)和碘的富集，不僅為人體補(bǔ)碘提供新途徑，還為甘肅富碘凹凸棒礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)利用開(kāi)拓了新領(lǐng)域。本文研究結(jié)果將為探索富微量元素經(jīng)濟(jì)作物生產(chǎn)、開(kāi)發(fā)高附加值農(nóng)副產(chǎn)品提供理論依據(jù)。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 通過(guò)小油菜盆栽實(shí)驗(yàn)研究了添加碘酸鉀的凹凸棒施用到土壤中對(duì)小油菜生物量、碘含量及土壤微生物的影響，結(jié)果表明：加碘凹凸棒能增加小油菜的生物量，凹凸棒中碘酸鉀含量為100mg kg-1時(shí)，顯著提高小油菜地上部分生物量，增幅45.62%，25 mg kg-1時(shí)增加根生物量，增幅80.77%。加碘凹凸棒不影響小油菜總碘含量和葉碘含量，但凹凸棒中碘酸鉀含量與小油菜總碘含量相關(guān)。凹凸棒中碘酸鉀含量≥100 mg kg-1時(shí)，能顯著提高小油菜根中的碘含量，碘酸鉀含量與根碘含量相關(guān)。凹凸棒中碘酸鉀含量影響土壤微生物類群總數(shù)、放線菌數(shù)量和細(xì)菌數(shù)量，不影響真菌數(shù)量。碘酸鉀含量≤50 mg kg-1時(shí)能極顯著增加土壤中微生物總數(shù)，放線菌數(shù)量和真菌數(shù)量。與對(duì)照相比，放線菌、細(xì)菌、真菌數(shù)量增幅都隨改良劑中碘酸鉀含量的增加而減少。加碘凹凸棒影響土壤微生物類群間組成比例。隨著凹凸棒中碘酸鉀含量的增加，放線菌和真菌所占比例上升，細(xì)菌所占比例下降。土壤微生物多樣性指數(shù)在不同處理間存在著差異，凹凸棒中碘酸鉀含量100 mg kg-1時(shí)多樣性指數(shù)最大。
獲獎(jiǎng)情況
- 本作品獲2009年度甘肅省第七屆大學(xué)生“挑戰(zhàn)杯”競(jìng)賽特等獎(jiǎng)。
鑒定結(jié)果
- 待鑒定
參考文獻(xiàn)
- [1]袁惠君等。凹凸棒石粘土對(duì)灌淤土養(yǎng)分含量及小麥生長(zhǎng)的影響。蘭州理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2008,34（6）:82-84. [9]胡濤等。凹凸棒土的應(yīng)用研究[J]。中國(guó)礦業(yè)，2005，14（10）：73-76。 [2] 羅有文等。凹凸棒石粘土的生物學(xué)功能及其在動(dòng)物生產(chǎn)上的應(yīng)用[J]。硅酸鹽通報(bào)，2006，25，（6）：159-164。 [3]趙美芝等。有機(jī)粘土的特性及其對(duì)肥料養(yǎng)分的緩釋作用[J]。礦物學(xué)報(bào)，2001，21（2）：189-195。 [4]Martin J. K. and Foster R. C.. A model system for studying the biochemistry and biology of the root-soil interface [J]. Soil Biol. Biochem., 1985, 17,(3): 261-269. [5] 洪春來(lái)等。幾種蔬菜對(duì)外源碘的吸收與積累特性[J]。應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2007，18（10）：2313-2318。 [6]尚占環(huán)等。江河源區(qū)退化高寒草地土壤微生物與地上植被及土壤環(huán)境的關(guān)系[J]。草業(yè)學(xué)報(bào)，2007，16（1）：34-40。
同類課題研究水平概述
- 將碘酸鉀添加到凹凸棒中施用到土壤中對(duì)蔬菜生長(zhǎng)及碘的含量、分布的影響及對(duì)土壤微生物群落組成結(jié)構(gòu)有何影響均未見(jiàn)報(bào)道。國(guó)內(nèi)外同類課題的研究成果綜述如下： 洪春來(lái)等用以硅藻土為載體的海藻固體碘肥研究小油菜、辣椒、蘿卜、芹菜對(duì)外源碘吸收和積累的特性，結(jié)果表明，土壤碘含量在0～25 mg kg-1土?xí)r不影響蔬菜生物量，本文中加碘凹凸棒增加小油菜生物量可能與碘肥載體不同有關(guān)。有研究表明：將土壤懸浮液加入凹凸棒培養(yǎng)基中能刺激根的生長(zhǎng)，可見(jiàn)，低碘凹凸棒增加根生物量可能是由于凹凸棒的作用。 孫向武等用粉末狀硅藻土與粉狀海帶按比例混勻制成碘肥研究了菠菜對(duì)土壤中碘的吸收特性，結(jié)果表明，土壤碘含量≥5 mg kg-1土?xí)r，隨土壤碘含量的增加，菠菜葉片碘含量增大，兩者之間呈顯著正相關(guān)關(guān)系。洪春來(lái)等的研究也表明，土壤碘含量≥10mg kg-1土?xí)r，隨土壤碘含量的增加，小油菜可食部分碘含量增加。本文中小油菜葉碘的含量提高不明顯可能由于凹凸棒含碘量少造成土壤碘含量較低（土壤碘含量≤2.4mg kg-1）所致。 嚴(yán)愛(ài)蘭等利用同位素示蹤技術(shù)研究了小油菜在水培條件下對(duì)碘(125I)的吸收和富集特征，表明小油菜根部能迅速吸收125I并向地上部分輸送，小油菜各部位125I的比活度大小順序是根＞莖＞葉。洪春來(lái)等的研究也表明，在不同濃度的海藻固體碘肥施用下，小油菜根部碘含量明顯高于其它器官。 尚占環(huán)等對(duì)江河源區(qū)退化高寒草地土壤微生物與地上植被及土壤環(huán)境的關(guān)系研究中表明，硝化細(xì)菌數(shù)量與土壤全磷含量呈顯著正相關(guān)；好氣性固氮菌和嫌氣性固氮菌與土壤有機(jī)質(zhì)、速效氮、含水量呈顯著正相關(guān)；與土壤容重呈負(fù)相關(guān)?？梢?jiàn)細(xì)菌在改善土壤物理肥力和化學(xué)肥力方面起著巨大的作用。放線菌是土壤中不含氮和含氮的有機(jī)化合物分解作用的積極參與者。真菌適于偏酸環(huán)境中生長(zhǎng)，是參與土壤中有機(jī)質(zhì)分解過(guò)程匯總的主要成員之一。 姚拓等對(duì)天祝高寒草地土壤微生物數(shù)量動(dòng)態(tài)研究表明，不同生境草地土壤微生物的數(shù)量分布與其所處生境及土壤因子密切相關(guān)。
