卡诺拉根际和硅酸盐溶解细菌 对本土海绿石页岩风化和钾释放的影响外文翻译资料

 2022-05-02 22:57:43

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卡诺拉根际和硅酸盐溶解细菌

对本土海绿石页岩风化和钾释放的影响

摘要:

盆栽试验是在温室条件下进行的，油菜植物生长在石英（作为填充材料）、青绿岩页岩和硅酸盐溶解细菌的混合物中。 在180天的时间内，盆栽用K（ K）或不用K（-K）灌溉。 在生长期结束时，收获植物并在干燥灰分提取后通过火焰光度计测定其K吸收。 用X射线衍射仪研究每个锅中粘土大小的颗粒。 两种营养液都发生了海绿石的蠕化作用。 用硅酸盐溶解细菌和无钾营养液处理的14Aring;峰值强度高于纯营养液。 在用硅酸盐溶解细菌和无钾营养液处理时，14/10峰值比为7.58，与其他处理的峰相比，在95％水平上有统计学差异。 从云母夹层释放云母和形成蛭石云母的风化是根际中发生的主要过程。 因此矿物学研究的结果与研究结果一致的温室试验都证实，即使在单一生长期内，通过从矿物风化作用释放K，主要通过施用海绿石有利于植物的生长。

关键词:海绿石.硅酸盐溶解细菌.根际效应.风化

介绍

钾在土壤中最重要的来源是铝硅酸盐，包括长石，云母，伊利石和蛭石。 钾以可溶，可交换，不可交换和结构形式存在。 土壤中粘土矿物的含量和类型会影响不可交换K的量，它可以提供80-100％的K给植物。 当可交换性钾的量由于作物吸收钾而达到低水平时，不可改变的K可以从粘土部分中主要云母的夹层中释放。 含钾的矿物如云母，钾长石，蛭石和伊利石是一个很好的和可再生的钾储层.

根际土壤体积小，特有的土壤容积，其特征是有机和无机化合物的通量和梯度。 根际的化学，物理和生物特性取决于从根释放的低分子量和高分子量物质。 低分子量渗出物可以代表根际中微生物的易获得C源; 根也释放粘质物质。 在根际内，土壤，植物根系和土壤之间存在密切的相互作用微生物。 细菌可能以根系分泌物为食，并释放有机化合物。 另一方面，微生物可以通过分泌具有增溶，螯合，还原和/或氧化能力的分子来改变根际特性，从而影响营养矿化和营养物种形成。

已经报道过种植和施肥后云母矿物的变化。 黑麦草的根际中，三八面体云母（金云母）是K的唯一来源，通过快速风化释放夹层K并随后被植物吸收。 蛭石的形成可以通过复合物的形成和酸化合物的生成来促进。 另外，由于植物吸收导致根表面土壤溶液中K浓度的降低，可能会发生矿物学变化。 根部活性和有机质分解促进了三八面体云母（金云母）的钾释放。 增加的根际酸度产生蛭石和少量的蒙脱石和羟基层间蛭石（HIV）。 表明，有机物质的加入促进了苜蓿，大麦和油菜（甘蓝型油菜）根际上的坡缕石形成高岭石。

根际细菌群落对植物生长有不同的影响。 有些人正在利用根分泌物作为营养而不影响植物（中性互作）。 在消极的相互作用中，致病细菌由于其对植物的攻击而具有有害作用，而另一些通过定居宿主并刺激植物生长而对植物生长具有积极作用。 它们的作用是间接的，即作为生物防治剂或直接作用，即增加营养物质采集.

一些土壤微生物可通过降低pH值，产生有机酸和改变氧化还原电位来溶解不可用形式的含K矿物如云母和正长石。 科伦坡等研究了Fe矿物质，植物和微生物之间的相互作用以及影响Fe可用性的因素，如氧化还原过程，Fe络合过程和土壤pH。 他们证明微生物和植物可以通过释放铁载体和渗出物（例如植物营养素和类黄酮）来结合和溶解铁。 盛和他报道，微生物对伊利石和长石的溶解作用是由于有机酸如草酸和酒石酸的产生，也是由于荚膜多糖的产生有助于矿物质溶解释放钾。 方和燕报道了土壤芽孢杆菌对伊利石和长石风化的积极作用。他们观察到，通过排泄多糖和有机酸，钾的浓度增加。Sugumaran和Janarthanam显示，芽孢杆菌细菌从云母和正长岩风化作用释放钾和硅。

海绿石可能是K的来源，并且它在高仕达省以砂岩形式存在。 油菜是该地区主要的油料作物，并且由于其高K需求被认为是该研究的合适植物。

本研究的主要目的是（1）研究根和硅酸盐溶解细菌（SDB）对油菜根际中海绿石的转化的影响，以及（2）比较油菜从青绿岩中提取结构钾的能力。

材料和方法

生长培养基和细菌培养

盆栽试验在温室条件下进行。 实验设计是完全随机化的2times;2times;2因子，有三个重复。 处理由营养液（含或不含K），含和不含SDB以及3个月和6个月的生长期组成。

作为柯培德山脉的一部分，海绿石页岩从伊朗高仕达省东北部马拉夫塔普地区的塔米尔地层收集。 将海绿石页岩磨碎并筛分。 杰克逊的方法，吉得里克和霍普和梅拉和杰克逊用于除去化学胶结剂并分离粘土部分。 通过在pH 5缓冲的1N乙酸钠除去碳酸盐。使用1N HCl加入醋酸钠直至泡腾消失.

在80℃下用30％H 2 O 2氧化有机物质后，用连二硫酸柠檬酸盐碳酸氢盐除去铁氧化物，并通过沉降分离粘土样品。 为了排除可溶性和可交换性钾，通过加入1N CaCl 2，将钙绿泥石页岩的可交换表面用Ca饱和。 饱和粘土用蒸馏水洗涤几次以除去过量的CaCl 2。 然后将样品干燥并用于盆栽实验。

从哈马丹省采集的大于0.1mm的石英砂被用作植物生长培养基。 它不含粘土矿物或其他物质，几乎包含纯SiO2。 在用于盆栽试验之前，首先在水中清洗三次以去除灰尘和垃圾，然后用0.5M HCl浸泡三次，最后用蒸馏水冲洗至少七次，直到pH变为中性然后烘干。 用X射线荧光测定了青绿岩页岩和石英砂的元素组成。

本研究中使用的SDB（芽孢杆菌属）通过系列稀释平板计数法使用作为选择性培养基的亚历山德罗夫培养基从土壤样品中分离。 用含有不溶性含钾矿物质的琼脂培养基对释放的K进行半定量评估。培养平板3天，进一步检查在亚历山德罗夫琼脂上显示增溶区域的分离物以定量评估从肉汤中释放的K媒体（补充1％白云母云母）。 将每个分离物的1毫升过夜培养物接种到25ml 亚历山德罗夫肉汤中。 将所有接种的烧瓶温育2周。 与一组未接种的对照相比，在每个阶段从三个培养瓶孵育7,15和20天估计肉汤中释放的K的量。 最好的分离株的菌落首先在营养肉汤培养基中培养，然后在摇床上在27℃下培养48小时。培养基变得不透明后，将它们以9391times;g离心15分钟以从培养基中排除K，然后与9g l -1 NaCl溶液充分混合。 最后，将1-2ml接种物（含有1.0times;10 7 cfu）施加到每个罐上。

实验和分析

花盆中充满了20克粘土和980克石英砂的混合物。 对于用SDB处理，加入1-2ml接种溶液。 油菜（甘蓝型油菜）的四个强壮的种子放入每个盆中并在温室条件下生长6个月。 根据需要，所有的盆都用蒸馏水或营养液灌溉。 完整的营养液每升具有以下组成：5ml 1M Ca（NO3）2·4H2O; 2毫升1M MgSO4·7H2O; 5ml 1M KNO 3; 1ml 1M KH 2 PO 4;

2.5毫升Fe EDDHA 6％; 和1ml含H3BO3 2.86gminus;1，MnCl2·4H2O 1.81gminus;1，ZnSO4·7H2O

0.22gminus;1，0.038g CuSO4·5H2Ominus;1和H2MoO4·H2O

0.028克minus;1。 不含K的营养液与完全营养液相似，不含KNO3和KH2PO4，但含有25 ml / L的0.05 M Ca（H2PO4）2·H2O.

第三个月结束时，所有盆中每盆仅收获一株植物，并且在所有重复中测定苗生物量，K浓度和K吸收。 此外，将根部周围的生长培养基的粘土部分分离。

6个月后收获植物。 将枝条洗涤并在70℃下干燥48小时。 仔细清洗根部以除去石英砂和粘土颗粒，然后在70℃下干燥48小时。 称重生物质，然后在550℃下灰化4小时。 用10ml 2N HCl溶解灰分，用火焰光度计测定K浓度。 通过将K浓度（mg gminus;1）乘以干质量（g potminus;1）来计算芽和根中的钾吸收量、总K吸收量。由植物产生的是茎和根中K吸收量的总和。

在实验结束时，植物被拔除，附着在根上的细小部分是根际土壤通过在270目筛上水洗而与石英砂分离。 分离的悬浮液风干。 通过X射线衍射（XRD）测定植物生长前后的根际土壤粘土部分的矿物组成。 对于K和Mg饱和的样品，都制备了定向载玻片。 K饱和样品在550℃加热，Mg饱和样品用乙二醇（EG）溶剂化。

在环境温度和相对湿度下使用由Bruker AXS制造的D8 ADVANCE衍射仪（在40Kv和30mA下产生）分析取向板。 峰值净面积用作定量评估任何对青绿岩页岩的矿物学变化的指标。 使用Eva软件在背景扣除和噪音去除后在Mg处理的粘土中测定。

使用标准技术处理岩石样品和未受干扰的样品，并用奥林巴斯BX51偏振显微镜在平面偏振和交叉偏振光下进行检查，制备薄切片。 微观形态描述根据Bullock和Stoops等人 .

图1实验中使用的不与根际相互作用的粘土大小的绿泥石页岩的X射线衍射图谱（Mg /空气干燥的Mg饱和的和空气干燥的，镁甘氨酸饱和的和甘油溶剂化的，K /空气干燥的K饱和的和风干的，K 550 K饱和和550°C加热）

统计分析

方差分析使用SAS 9.1软件进行。 通过5％概率水平的不同处理之间的LSD测试来比较平均值。

结果

该研究的高纯度生长培养基成分通过X射线荧光显示。 数据显示石英砂不会促进植物对钾的吸收。

根据图1在绿泥石页岩的粘土组分中观察到绿泥石，云母（海绿石），高岭石和混合层云母 - 蛭石。 实验前Mg饱和样品的X射线衍射图谱表明11-Aring;峰强度低，这很可能是由于云母 - 蛭石（图1）。 该峰保留在镁甘氨酸处理中，并在K饱和后转移至10Aring;。 在我们的样品中，一级和三级峰与云母有关。5Aring;明确的二级峰的存在表明了二八面体云母（Fanning et al。1989）。 实验前的绿泥石页岩的XRD图谱表明，主要矿物为云母（绿石）（gt; 50％），绿泥石和云母蛭石。

已经使用偏光显微镜研究了从阿塔米尔形成的薄切片。 绿砂石作为绿色矿物出现，在薄片中具有完美的劈理和多色性特征（图二）; 它主要由还原环境中的海相成岩作用形成。 发白的石英颗粒是母岩的主要成分。

阿塔米尔地层的主要成分是Lititicitic有机长石和细石灰颗粒。 这种青绿岩石包括55-60％的石英，5-10％的长石和10-15％的沉积物。 铁氧化物和碳酸盐是主要的固井剂，占样品的30-35％。

结果表明，SDB，营养液（NS）和生长期（GP）处理在生物量产量，K浓度和K吸收量方面存在统计学差异。 此外，相互作用效应（NStimes;GP，SDBtimes;NStimes;GP）对于生物量，K浓度和K吸收具有显着性（表1).

卡诺拉酶的K含量为12.1g kg -1。 考虑到在每个盆中种植四种油菜籽，因此起源于种子的K量为0.145mg pot -1。

在完全营养液的情况下，与无SDB的处理相比，6个月后用SDB处理的生物量显着增加（图1）。3a).

3个月后，在含有完全营养液并含有SDB的盆中，植物的K浓度显着增加（图1 3b）。 对于两种营养液，K浓度随时间下降，这表明，石榴石释放K的能力随时间下降，尤其是在无K营养液处理中。

表1有或无硅酸盐溶解细菌，两种营养液和两种生长期的植物生物量，钾浓度和钾吸收的方差分析

图3不同处理和生长期间双低菜粕干物质（a），钾浓度（b）和钾吸收（c）的平均值。 跟着同一个字母的手段没有显着差异（P lt;0.05）。 （ B含细菌， K完全营养液，-B无细菌，-K无K营养液，3个3个月生长期，6个6个月生长期）

图4不同处理后油菜根际土壤中Mg饱和的绿泥石页岩在培养3个月后的XRD图谱（ B含细菌， K完全营养液，-B不含细菌，-K无K营养液）

与没有细菌修饰的那些相比，用SDB处理具有更大和显着的K浓度（表 1)

在不含K的营养液中，3个月后用SDB处理的植株获得最高的K吸收量（图1 3c）。 SDB，生长期和营养液在K吸收量方面存在统计学差异（表 1）。 在3个月和6个月后，用无K的营养液和无SDB处理的植物的K吸收没有统计学显着差异，并且在这些处理中观察到K缺乏症状。

绿砂石在根际风化

在-K或 K营养液中，14Aring;峰在所有处理中的强度均高于对照坩埚主要与蛭石有关（图1）。 10Aring;峰的减少和14Aring;峰的形成表明受到SDB影响的海绿石的转变。 在 B和-B处理之间，14至10Aring;峰的净面积比有统计学显着性差异。 这个比例可能表明青石灰对蛭石的风化作用，在无K的营养液中，含有SDB的细菌与对照相比约高10倍（7.58对0.72）。 在用这两种营养液处理的盆中，SDB比率显着高于无SDB的比例。 X射线图中的11-Aring;峰表明形成了层间云母 - 蛭石，其存在于源矿物中。 然而，X射线研究证实，这种间质矿物形成的增加主要是由于细菌的作用。 与对照相比，用SDB细菌处理的间隔云母 - 蛭石的形成显着增加11至10埃（3对0.5）。

图1说明了镁饱和和乙二醇处理的绿泥石页岩及其风化产物在不同处理下的X射线衍射。 在用这两种营养液孵育的乙二醇处理的青绿泥石页岩中，出现了17Aring;峰，而14Aring;峰的强度降低了。

将不同处理下的6个月后的青绿泥页岩及其风化产物的XRD图与图6中的对照相比较。 发生10埃峰的减少和14埃峰的形成。

图5 Mg饱和（Mg）和乙二醇溶剂化（Mg-Eg）glauconitic页岩及其可能的风化产物在培养3个月后的XRD图谱（ B与细菌，-B没有细菌）

矿物风化和K释放可能是由于SDB细菌产生的根际酸性环境。 在30,60和90天后，在盆的渗滤液中测定pH。 与对照相比，含细菌处理的pH较低（7.1对7.5）。 此外，与对照相比，

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