聚谷氨酸对盐碱土壤中盐蒸发结晶的影响

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土壤盐碱化是土壤退化的一种表现,新疆的盐碱耕地面积在逐年增大。面对耕地土壤不断的盐碱化,肥料的施用效果以及盐碱土改良问题不断引起大家关注。如何提高盐碱土壤中磷肥的施用效果,开发出一种抑制盐蒸发结晶,保肥的环境友好型产品值得研究。聚谷氨酸是一种微生物合成产物,保水保肥剂,其在盐碱土壤中的应用研究比较少,且对磷肥的影响作用及影响机理有待于研究。本论文选用聚谷氨酸(γ-PGA)来研究其对盐碱土壤中盐蒸发结晶的影响,研究其在盐溶液中对Ca-P沉淀的影响,并通过等温滴定量热法(ITC)验证了聚谷氨酸与HPO42-,Ca2+,Na+相互间的络合能力;聚谷氨酸在实际盐碱土壤溶液中对盐蒸发结晶的微观研究;同时从纳豆中筛选了一株产聚谷氨酸的菌株,研究菌株本身对盐碱土壤溶液中盐蒸发结晶的影响;为了进一步验证聚谷氨酸在盐碱土壤中对植物生长的影响,进行了盆栽实验,以说明聚谷氨酸对盐碱土壤中盐分的影响尤其是磷的影响。  主要结果如下:  (1)在盐溶液蒸发结晶过程中,聚谷氨酸能延缓钙质(HAP和碳酸钙)磷酸盐的沉淀,其延缓沉淀的机理为γ-PGA能为Ca2+提供高于Ca2+与HPO42-之间络合的结合位点数的两个数量级。在实际盐碱土壤溶液蒸发结晶过程中,聚谷氨酸对盐结晶的类型和结晶顺序无明显影响,其中氯化钠、Ca-P、碳酸钙在结晶过程中一直在析出。在土壤溶液蒸发结晶的初期,Ca-P沉淀主要变现形式为Ca2-P,Ca3-P,Ca4-P,这些是磷酸氢钙盐的沉淀盐,是水不溶性的。蒸发结晶结束后,Ca-P沉淀形式主要为羟基磷灰石。另外,在蒸发结晶过程中,聚谷氨酸能显著降低盐碱土壤溶液中盐离子(Cl-、Ca2+、Na+)的含量,且又能抑制氯化盐与硫酸盐的结晶速率,同时能显著增加盐碱土壤溶液中的可溶性总磷含量。  (2)枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis DKU NT03在盐碱土壤溶液蒸发结晶过程中能显著降低盐碱土壤溶液的pH。施用菌液能在加5mMP的盐碱土壤溶液的整个阶段显著提高土壤溶液中活性磷酸盐的含量,而对其他盐分包括阴离(Cl-,SO42-)及阳离子(Na+)浓度的显著降低影响及对Ca2+浓度的显著增加影响只体现在蒸发结晶过程中的某个时间阶段。另外,在盐碱土壤溶液蒸发结晶过程中,该菌液的加入抑制了盐晶体的结晶速率,使得出现的结晶物相类型稳定,在蒸发结晶结束之后,出现的结晶类型相对于空白对照组无差异。  (3)在盐碱土壤中种植甜菜施用聚谷氨酸,当甜菜生长到5~6片真叶时,施用适量的聚谷氨酸(100mg/L)显著增加了甜菜的鲜重及干重,并显著降低了土壤中的可溶性盐含量。另外,随着甜菜栽培时间的增加,经γ-PGA处理的土壤的pH变化不显著,未经γ-PGA处理的土壤的pH是显著增加的。甜菜根际土壤蒸发结晶出现的结晶盐类型中,经γ-PGA处理的土壤盐结晶,相对于空白对照,钙盐(硫酸钙以及碳酸钙)相对比例随着聚谷氨酸浓度的增大是减少的趋势。另外,在甜菜栽培一个月收获后测定甜菜的全磷含量,发现聚谷氨酸处理促进了土壤中磷的利用率,根际土壤中盐结晶的羟基磷酸钙为痕量,根际土壤中损失的有效磷均被植物吸收利用。
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