基本信息
- 项目名称：
- 加碘凹凸棒对小油菜中碘的积累和土壤微生物的影响
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 凹凸棒是一种天然稀有非金属粘土矿物，因其特殊的结构而具有较大的比表面积，故有较强的吸附性。近年来在甘肃中、西部发现大型含碘凹凸棒矿，储量达到5.5亿t。加强该资源的开发利用研究，拓宽应用领域是甘肃省凹凸棒产业发展的关键。另外，我国普遍存在的碘缺乏病，其防治措施除食用加碘盐外，培育富碘食品也是有效的防治途径。 利用凹凸棒独特的吸水性、粘结性、较强的离子交换性能和吸附性能，针对甘肃西部多沙壤土而开发出的土壤改良剂，既可改善土壤的理化性质，又能有效地调节土壤肥效和促进植物生长。因此，利用凹凸棒这一特性和植物对元素的富集性，探讨通过控释肥技术提高碘肥中碘的有效性，减少碘的固定、挥发与淋失，可达到生产富碘蔬菜的目的。目前，将富碘凹凸棒应用到土壤中对蔬菜生长、碘富集作用，以及土壤微生物群落组成、结构影响的相关研究未见报道。 本研究以小油菜为实验材料，通过在土壤中施用加碘凹凸棒，研究了含碘量不同的凹凸棒对蔬菜生长、碘富集以及土壤微生物的影响。结果表明：加碘凹凸棒能增加小油菜的生物量，当凹凸棒中碘酸钾含量为100mg kg-1时，可显著提高小油菜地上部分生物量，增幅为45.62%；当25 mg kg-1时，可增加根生物量，增幅80.77%；加碘凹凸棒不影响小油菜总碘含量和叶碘含量，但凹凸棒中碘酸钾含量与小油菜总碘含量相关；凹凸棒中碘酸钾含量≥100 mg kg-1时，能显著提高小油菜根中的碘含量；凹凸棒中碘酸钾含量影响土壤微生物类群总数、放线菌数量和细菌数量，不影响真菌数量；碘酸钾含量≤50 mg kg-1时能极显著增加土壤中微生物总数，放线菌数量和细菌数量。与对照相比，放线菌、细菌、真菌数量增幅都随改良剂中碘酸钾含量的增加而减少；加碘凹凸棒影响土壤微生物类群间组成比例，随着凹凸棒中碘酸钾含量的增加，放线菌和真菌所占比例上升，细菌所占比例下降；土壤微生物多样性指数在不同处理间存在着差异，凹凸棒中碘酸钾含量100 mg kg-1时多样性指数最大。
- 详细介绍：
- 凹凸棒是一种天然稀有非金属粘土矿物，其矿物几乎遍及世界各地，但具有工业意义的矿床并不是很多，仅限于美国、中国、印度、西班牙等国。我国自1976年在江苏六合小盘山首次发现凹凸棒矿之后，相继在江苏、安徽、山东、辽宁等14个省区发现凹凸棒矿点，产量以江苏盱眙居首位,为世界优质矿藏。近年来在河北、山西和甘肃等地又发现凹凸棒矿，尤其是在甘肃中、西部发现大型含碘凹凸棒矿，是世界上首次发现的含碘种属，储量达到5.5亿t。加强凹凸棒的开发利用研究，拓宽应用领域是凹凸棒产业发展的关键。 凹凸棒不仅在化工、建材、造纸、医药、食品和硅酸盐等工业方面得到广泛应用，它还是一种重要的农用矿产资源，主要利用其良好的吸附性、湿水后的粘性和可塑性用在农药、肥料及土壤改良等方面。有研究表明：将土壤悬浮液加入凹凸棒培养基中能刺激根的生长，临泽凹凸棒能促进园茄、番茄、黄瓜、草莓、玉米增产，提高园茄、玉米粗蛋白含量。可见，凹凸棒在促进农作物增产，改良果实品质方面大有可为。但长期以来凹凸棒的应用研究主要集中在提纯方法、改性、吸附性能等方面，凹凸棒在农业上的应用研究非常少。 碘是合成甲状腺激素的必需元素，在人和动物体的新陈代谢作用过程中起着极为重要的作用。缺碘可引起甲状腺肿和克汀病，碘缺乏对人体发育造成的全部影响，称为碘缺乏病（简称IDD）。国内外大量调查研究证实，目前除冰岛外全世界所有国家都有IDD流行，大约有16亿人受到碘缺乏的威胁。我国所有省、市均有IDD，病区人口达到4.25亿，严重影响了人民健康和社会发展。 1994年开始，我国政府在全国采取了全民食用加碘盐的措施，取得了良好成效。但无机碘易挥发损失，特别是由于碘具有双侧阈值，高碘或低碘都会对机体产生不同性质、不同程度的生物学效应，高碘摄入同样会致病。事实证明，在正常情况下，人体中碘的80%来自植物性食品和空气。碘盐和碘油虽然是比较有效的防治碘缺乏病的措施，但是在一些地区由于种种原因而使它们难以推广应用效果不理想。因此，有必要探索新的补碘方法——农业法补碘，它包括灌溉水补碘、作物施碘、牲畜补碘或其他补碘措施。在进行菠菜施碘的水培试验中发现，当培养液中IO3-1浓度为1 µmol L-1 时菠菜叶片中的碘质量分数就可以达到3 mg kg-1 （以鲜重计），人们每天仅需食用50 g 左右这种含碘菠菜就能满足人体150 µg d-1的需碘量。因此，除食盐加碘之外，寻求和培育含碘的食品将是一种从根本上防治IDD的有效措施。 文献报道土壤中低浓度碘可促进蔬菜生长，高碘则抑制蔬菜生长；蔬菜可从土壤中富集碘 ，因此可探讨通过控释肥技术提高碘肥中碘的有效性，减少碘的固定、挥发与淋失。凹凸棒具有独特的吸水性、可塑性、粘结性，较强的离子交换性能和吸附性能，能有效地吸附水体和土壤中的各种有利于农作物生长的营养元素，调节pH值，保持并调节土壤肥效，促进植物生长，是一种良好缓释剂和土壤改良剂。将碘酸钾添加到凹凸棒中施用到土壤中对蔬菜生长及碘的含量、分布的影响未见报道。 土壤微生物是土壤的重要组成部分，是土壤有机质和土壤养分转化和循环的动力。它参与土壤中有机质的分解、腐殖质的形成、土壤养分转化和循环等过程，是判断土壤肥力高低及土壤营养状况的重要指标，对作物生长和维持土壤肥力有着重要意义。土壤微生物群落结构和组成多样、均匀不仅能提高土壤生态系统的稳定性与和谐性，同时也提高对抗土壤微生态环境恶化的缓冲能力。近年来土壤质量评价的生物学指标越来越受到重视。土壤微生物是土壤质量变化最敏感的指标。使用土壤改良剂是改善土壤质量和土地可持续利用的重要的农业措施之一。土壤改良剂不同，土壤微生物种群、数量和活性也会不同，从而对土壤肥力和生产力产生影响。加碘凹凸棒施用到土壤中对土壤微生物群落组成结构有何影响也未见报道。 本研究以小油菜为实验材料，通过在土壤中施用加碘凹凸棒，研究了含碘量不同的凹凸棒对蔬菜生长和碘的富集作用及土壤微生物的影响，探索培育含碘蔬菜的方法，为人体自然补碘和凹凸棒矿产资源的开发利用提供参考。结果表明：加碘凹凸棒能增加小油菜的生物量，凹凸棒中碘酸钾含量为100mg kg-1时，显著提高小油菜地上部分生物量，增幅45.62%，25 mg kg-1时增加根生物量，增幅80.77%。加碘凹凸棒不影响小油菜总碘含量和叶碘含量，但凹凸棒中碘酸钾含量与小油菜总碘含量相关。凹凸棒中碘酸钾含量≥100 mg kg-1时，能显著提高小油菜根中的碘含量，碘酸钾含量与根碘含量相关。凹凸棒中碘酸钾含量影响土壤微生物类群总数、放线菌数量和细菌数量，不影响真菌数量。碘酸钾含量≤50 mg kg-1时能极显著增加土壤中微生物总数，放线菌数量和真菌数量。与对照相比，放线菌、细菌、真菌数量增幅都随改良剂中碘酸钾含量的增加而减少。加碘凹凸棒影响土壤微生物类群间组成比例。随着凹凸棒中碘酸钾含量的增加，放线菌和真菌所占比例上升，细菌所占比例下降。土壤微生物多样性指数在不同处理间存在着差异，凹凸棒中碘酸钾含量100 mg kg-1时多样性指数最大。
作品图片
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 目的：研究加碘凹凸棒对栽培小油菜碘富集和土壤微生物的影响，探索培育富碘蔬菜的方法，为人体自然补碘和甘肃富碘凹凸棒矿产资源的开发利用提供参考。 基本思路：盆栽土壤风干后过5mm筛入盆，每盆加碘含量不同的凹凸棒。实验重复3次。每盆播种15粒，待小油菜出苗后定苗10株，田间管理至收获。收获后测定小油菜生物量，不同部位的碘含量，以及盆栽土壤中微生物数量和组成。
科学性、先进性及独特之处
- 凹凸棒具有吸水性、较强的离子交换性能和吸附性能。利用其特性，配合各种有利于农作物生长的营养元素和人体所需的微量元素，可研制成一种性能良好的元素缓释剂和土壤改良剂。本作品通过在凹凸棒中添加碘酸钾施用到土壤中，应该能减少碘的固定、挥发与淋失，提高碘肥中碘的有效性。但这种加碘凹凸棒对栽培蔬菜生长、碘富集作用，以及土壤微生物群落组成、结构影响的相关研究未见报道。
应用价值和现实意义
- 我国虽有丰富的凹凸棒矿物资源，但对凹凸棒在农业方面的应用研究相对滞后，拓宽凹凸棒的应用领域是发展凹凸棒产业的首要问题之一。另外，培育富碘食品，拓展碘缺乏病防治途径也十分必要。 利用富碘凹凸棒促进蔬菜生长和碘的富集，不仅为人体补碘提供新途径，还为甘肃富碘凹凸棒矿产资源的开发利用开拓了新领域。本文研究结果将为探索富微量元素经济作物生产、开发高附加值农副产品提供理论依据。
学术论文摘要
- 通过小油菜盆栽实验研究了添加碘酸钾的凹凸棒施用到土壤中对小油菜生物量、碘含量及土壤微生物的影响，结果表明：加碘凹凸棒能增加小油菜的生物量，凹凸棒中碘酸钾含量为100mg kg-1时，显著提高小油菜地上部分生物量，增幅45.62%，25 mg kg-1时增加根生物量，增幅80.77%。加碘凹凸棒不影响小油菜总碘含量和叶碘含量，但凹凸棒中碘酸钾含量与小油菜总碘含量相关。凹凸棒中碘酸钾含量≥100 mg kg-1时，能显著提高小油菜根中的碘含量，碘酸钾含量与根碘含量相关。凹凸棒中碘酸钾含量影响土壤微生物类群总数、放线菌数量和细菌数量，不影响真菌数量。碘酸钾含量≤50 mg kg-1时能极显著增加土壤中微生物总数，放线菌数量和真菌数量。与对照相比，放线菌、细菌、真菌数量增幅都随改良剂中碘酸钾含量的增加而减少。加碘凹凸棒影响土壤微生物类群间组成比例。随着凹凸棒中碘酸钾含量的增加，放线菌和真菌所占比例上升，细菌所占比例下降。土壤微生物多样性指数在不同处理间存在着差异，凹凸棒中碘酸钾含量100 mg kg-1时多样性指数最大。
获奖情况
- 本作品获2009年度甘肃省第七届大学生“挑战杯”竞赛特等奖。
鉴定结果
- 待鉴定
参考文献
- [1]袁惠君等。凹凸棒石粘土对灌淤土养分含量及小麦生长的影响。兰州理工大学学报，2008,34（6）:82-84. [9]胡涛等。凹凸棒土的应用研究[J]。中国矿业，2005，14（10）：73-76。 [2] 罗有文等。凹凸棒石粘土的生物学功能及其在动物生产上的应用[J]。硅酸盐通报，2006，25，（6）：159-164。 [3]赵美芝等。有机粘土的特性及其对肥料养分的缓释作用[J]。矿物学报，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] 洪春来等。几种蔬菜对外源碘的吸收与积累特性[J]。应用生态学报，2007，18（10）：2313-2318。 [6]尚占环等。江河源区退化高寒草地土壤微生物与地上植被及土壤环境的关系[J]。草业学报，2007，16（1）：34-40。
同类课题研究水平概述
- 将碘酸钾添加到凹凸棒中施用到土壤中对蔬菜生长及碘的含量、分布的影响及对土壤微生物群落组成结构有何影响均未见报道。国内外同类课题的研究成果综述如下： 洪春来等用以硅藻土为载体的海藻固体碘肥研究小油菜、辣椒、萝卜、芹菜对外源碘吸收和积累的特性，结果表明，土壤碘含量在0～25 mg kg-1土时不影响蔬菜生物量，本文中加碘凹凸棒增加小油菜生物量可能与碘肥载体不同有关。有研究表明：将土壤悬浮液加入凹凸棒培养基中能刺激根的生长，可见，低碘凹凸棒增加根生物量可能是由于凹凸棒的作用。 孙向武等用粉末状硅藻土与粉状海带按比例混匀制成碘肥研究了菠菜对土壤中碘的吸收特性，结果表明，土壤碘含量≥5 mg kg-1土时，随土壤碘含量的增加，菠菜叶片碘含量增大，两者之间呈显著正相关关系。洪春来等的研究也表明，土壤碘含量≥10mg kg-1土时，随土壤碘含量的增加，小油菜可食部分碘含量增加。本文中小油菜叶碘的含量提高不明显可能由于凹凸棒含碘量少造成土壤碘含量较低（土壤碘含量≤2.4mg kg-1）所致。 严爱兰等利用同位素示踪技术研究了小油菜在水培条件下对碘(125I)的吸收和富集特征，表明小油菜根部能迅速吸收125I并向地上部分输送，小油菜各部位125I的比活度大小顺序是根＞茎＞叶。洪春来等的研究也表明，在不同浓度的海藻固体碘肥施用下，小油菜根部碘含量明显高于其它器官。 尚占环等对江河源区退化高寒草地土壤微生物与地上植被及土壤环境的关系研究中表明，硝化细菌数量与土壤全磷含量呈显著正相关；好气性固氮菌和嫌气性固氮菌与土壤有机质、速效氮、含水量呈显著正相关；与土壤容重呈负相关。可见细菌在改善土壤物理肥力和化学肥力方面起着巨大的作用。放线菌是土壤中不含氮和含氮的有机化合物分解作用的积极参与者。真菌适于偏酸环境中生长，是参与土壤中有机质分解过程汇总的主要成员之一。 姚拓等对天祝高寒草地土壤微生物数量动态研究表明，不同生境草地土壤微生物的数量分布与其所处生境及土壤因子密切相关。
