硅酸盐细菌对矿粉和土壤的解钾强度及来源研究

在加入含钾矿粉、土壤,缺钾营养液培养条件下,硅酸盐细菌SB121和SB138从矿粉和土壤中活化的钾分别比对照增加2.7%-40.5%和1.6%-21.6%。两种硅酸盐细菌活化的钾素全部来自矿物结构钾。     

硅酸盐细菌对矿粉和土壤的解钾作用研究

以含钾矿粉和土壤为材料,用硅酸盐细菌进行解钾试验。结果表明,硅酸盐细菌对不同类型矿粉的解钾能力不同：炭渣＞石骨子＞绿豆岩＞正长石。解钾量与矿粉粒径密切相关,随矿粉粉径的减小而增加：ｙ＝９．６７５ｘ－０．７２１,ｒ＝－０．９９２＊＊。硅酸盐细菌接到土壤后长期培养,可增加土壤中的速效钾,但其增加量不稳定。土壤的营养条件对硅酸盐细菌的解钾效果有一定影响。     

不同磷钾水平对硅酸盐细菌解钾溶磷能力的影响

中国土壤中钾矿含量丰富,但多以缓效态存在,不能被作物直接吸收利用。尤其在广大东北地区,土壤全钾水平较高,而速效态含量较低。因此,有效提高土壤中可给态钾的转化,对于减少施肥量,改善土壤微域环境具有重要的理论和实际意义。本研究通过土壤培养和液体培养,研究了不同磷、钾水平对硅酸盐细菌解钾溶磷能力的影响。结果表明,向土壤中添加0.2%钾矿粉接种钾细菌后,生物释钾率最大为38.7%。液体培养中磷矿粉含量0.1%时,生物释磷率最大为32.0%。随添加钾、磷矿粉含量的增加,硅酸盐细菌解钾溶磷有降低趋势。说明施入过量的钾矿粉,容易造成钾胁迫,抑制钾细菌的繁殖和矿化。     

钾细菌对钾长石胶体吸附特性的影响研究

土壤硅酸盐细菌能够分解含钾硅酸盐矿物,可有效缓解我国农田土壤有效钾不足的问题.对硅酸盐细菌与含钾矿物表面的交互作用的研究有助于了解土壤硅酸盐细菌解钾的作用机制与效率.选取硅酸盐矿物钾长石和硅酸盐细菌,通过DLVO理论和扩展DLVO理论分别计算出钾长石胶体体系、钾长石-钾细菌混合体系颗粒间的相互作用力,探讨钾细菌对钾长石胶体吸附特性的影响.研究结果表明:钾长石-钾细菌混合体系对亚甲基蓝的吸附量明显大于钾长石对亚甲基蓝的最大吸附量.细菌比表面积大,加入钾长石胶体中,形成的钾长石-钾细菌复合物的比表面积增大,导致钾长石-钾细菌混合体系吸附反离子的能力增大,屏蔽电场的强度增强,静电斥力减弱,吸引力增加,从而提高了吸附强度.     

硅酸盐解钾菌对含钾矿物的选择性风化机理

从棉花根际土壤中筛选、分离、纯化了硅酸盐解钾菌,进行了硅酸盐解钾菌与7种含钾矿物在厌氧密闭系统中的生物风化解钾试验,探讨了硅酸盐解钾菌对不同含钾矿物生物风化作用的规律。试验结果表明,生物风化反应释放出K+最多的前3个组合是白云母和QY17、黑云母和QY19、白云母和QY19,反应释放出K+的量分别为1 235.76、1 010.71、916.61μg/g。生物风化反应固定K+最多的4个组合是黑云母和QY4、蒙脱石和QY3、黑云母和QY10、高岭石和QY17,反应中含K矿石固定K+的量分别为78.35、39.92、32.71、22.56μg/g。形成差异的原因可能是硅酸盐解钾菌(包括其次生代谢物)与含钾矿物的晶体结构之间的双向选择过程。硅酸盐解钾菌浓度越大,硅酸盐解钾菌类群对矿物生物风化作用有选择性倾向越明显。造成硅酸盐解钾菌的解钾数量、速率的差异的原因是界面交换过程的不同,机理是硅酸盐解钾菌(次生代谢物)与含钾矿物之间空间构效关系(CQSAR)。风化作用是硅酸盐细菌剥蚀作用、机械破碎、次生有机酸解钾过程交替循环所产生的。腐殖酸的加入促进了硅酸盐解钾菌解钾的过程,延长了解钾时间,同时向硅酸盐解钾菌提供C、N养分。     

硅酸盐细菌对两种不溶性含钾岩石的释钾研究

以Z1、Z9、S5等3株硅酸盐细菌菌株为研究对象,对含钾岩石和海绿石两种不溶性含钾矿物进行发酵解矿,对其解矿释钾能力及发酵过程"菌-液-矿"各组分解钾动态过程进行研究。结果表明,3株硅酸盐细菌均有一定程度的解矿能力,解含钾岩石最优的为Z9菌株,解海绿石最优的为S5菌株,3株菌对2种供试矿的种类没有明显特异性。海绿石解钾率普遍高于含钾岩石解钾率,发酵过程速效钾浓度的差异主要由发酵液液相组分所含的速效钾决定。     

钾素循环及其农业利用

钾素是农作物生长的三大要素之一,钾素缺乏严重影响我国农业生产的发展。贵州喀斯特地区拥有储量丰富的钾矿资源,但至今没有得到有效利用。针对贵州农业生产中钾肥资源短缺的问题,通过对钾元素地球化学循环、土壤矿物钾的存在状态及其释放特点、贵州农业生产中钾素收支状况等方面的分析,提出开发贵州钾矿资源的紧迫性和必要性,通过对比分析含钾矿物的三种利用途径,强调生物法在矿物钾开发中的潜力和应用前景。     

钾矿物晶体结构对黑曲霉生长代谢及钾与硅的溶出影响

【目的】黑曲霉对钾矿物的分化分解及其中钾（硅）的溶出作用与其产酸及产胞外代谢产物（主要指多糖与蛋白质）的能力密切相关,但研究矿物晶体结构在此过程中的地位与作用的较少。试验采用一株黑曲霉分别与正长石与白云母进行浸出培养以了解不同钾矿物对黑曲霉生长代谢能力的影响,及黑曲霉对含钾硅酸盐矿物的转化作用与其矿物晶体结构的相关性。【方法】在分别含铝土矿、正长石与白云母矿粉的平板固体与液体Czapek’s培养基中培养黑曲霉,并以不含矿粉的纯培养作为对照,观察其在不同矿物环境中的生长特征;采用摇瓶浸出考察黑曲霉对钾矿物的分化分解及其中钾（硅）的溶出效果,通过测定浸出液中的pH值、多糖、蛋白质及K2O与SiO2的浓度,及浸出前后矿物表面的SEM和XRD观察,对比分析正长石与白云母对黑曲霉生长代谢的促进作用及黑曲霉对它们的转化作用的差异。【结果】不同晶体结构的钾矿物对黑曲霉的生长代谢刺激与促进作用不同,与不含矿粉及含钾极少的铝土矿粉培养基相比,黑曲霉在含钾矿粉培养基中的繁殖生长速度明显要快,在固体平板培养基中表现出对钾矿粉的趋化性,在液体培养基中形成的菌体-矿物聚集体更显著,且与正长石相比,黑曲霉在固体平板上的生长过程中对白云母的趋化性要明显,在液体培养环境中形成的菌体-矿物聚集体更显著。黑曲霉在缺钾培养基与分别含正长石与白云母的培养基中培养10 d,可分别代谢产生1.45、1.97、2.45 g•L-1的有机酸,5.11、9.96、12.25 g•L-1的多糖与 6.25、13.78、16.97 g•L-1的蛋白质。浸矿30 d,黑曲霉浸出白云母中K2O与SiO2的量要比浸出正长石的分别高79.10与57.78 mg•L-1。黑曲霉作用前后的白云母与正长石矿粉的SEM与XRD的分析结果表明,白云母较正长石的浸蚀程度更明显,矿物表面沉积了更多的非晶态或晶形不好的细小颗粒,在含少量正长石的白云母矿物或含少量白云母的正长石矿物浸渣的XRD图谱中,反映白云母的主特征峰强度明显下降,且有部分特征峰消失,而反映正长石的特征峰强度略有增强。【结论】钾矿物晶体结构是影响黑曲霉生长所形成的菌体-矿物聚集体、代谢产物、酸碱微环境的差异及钾矿物风化分解与钾（硅）溶出程度不同的重要原因;在缺有效钾环境中,钾矿物对黑曲霉生长代谢具有促进作用,与正长石相比,白云母可以刺激与促进黑曲霉代谢产更多的有机酸、多糖与蛋白质;多种矿物同时存在的情况下,黑曲霉对不同晶体结构的钾矿物的分解有一定的选择性,对具层状结构的白云母较具架状结构的正长石的风化破坏作用要快。     

硅酸盐细菌NBT菌株释钾条件的研究

 通过摇瓶与土柱试验对硅酸盐细菌NBT菌株的释钾条件进行了研究。摇瓶试验表明 ,pH值、装液量、土壤矿物种类、菌株特性均对硅酸盐细菌的释钾效能有重要影响。pH 6 .5～ 8.0时NBT菌株的释钾效能最高 ,接活菌比接灭活菌对照溶液中的钾含量增加 84 .8%～ 12 7.9%。在 2 5 0ml三角瓶中装液量为 4 0ml,接菌处理溶液中的钾比接灭活菌对照增加 12 6 .3% ,而装液量为 10 0ml,接菌处理溶液中的钾比对照仅增加 87.2 % ;硅酸盐细菌NBT菌株对供试矿物的分解能力为伊利石 >钾长石 >白云母。在供试的不同菌株中 ,硅酸盐细菌NBT菌株的释钾能力最强 ,2 8℃振荡培养 7d ,NBT菌株释放出的钾达 35 .2mg/L ,比其它供试菌株释放出的钾增加 31.8%～ 12 0 3.7%。土柱试验表明 ,硅酸盐细菌NBT菌株在 2种供试土壤中能够存活并表现出一定的解钾作用。接菌处理土壤中硅酸盐细菌细胞数量由 2 .6～ 3.0× 10 6个 /g土增加到 6 .8～ 7.4× 10 7个 /g土。NBT菌株在黄棕壤和水稻土中 2 8℃培养 7d后 ,土壤中的速效钾分别增加 31.2～ 33.6mg/kg土和 2 1.7mg/kg土 ,分别比接灭活菌对照增加 2 90 .6 %和 185 .5 %。方差分析表明 ,差异达显著水平。     

喀斯特环境中硅酸盐细菌在农业中的应用研究

硅酸盐细菌在农业生产中具有广泛的应用前景.主要探讨硅酸盐细菌的解钾作用,以及使难溶性矿物态钾转化为速效性钾的作用机理;同时在研究硅酸盐细菌解钾作用机理问题的基础上,重点探讨了喀斯特环境中利用硅酸盐细菌活化土壤中的矿物钾元素的问题,特别是硅酸盐细菌在喀斯特环境中农业上的利用.