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《山东农业大学》 2010年
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控释肥高分子残膜的降解动态及对土壤生物学效应的影响研究

包丽华  
【摘要】: 控释肥料可以显著提高肥料的利用率、减少养分的挥发和淋溶损失、减轻施肥对环境的污染、改善作物的生长发育状况、提高作物的产量和品质,因而受到了人们的广泛关注。生产和施用控释肥料已经成为目前化肥工业发展的主要趋势之一,也是发展现代农业、实施可持续发展战略的必然要求。控释肥料施用后,其表面的高分子膜会残留在土壤中。随着包膜控释肥料的发展和应用范围的扩大,对高分子膜壳的降解动态以及控释肥残膜对土壤环境(植物、动物、微生物)的生物学效应进行研究,可以为高分子树脂包膜控释肥的应用和推广提供理论依据。 本研究采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、示差扫描量热(DSC)、粘度法和气相色谱-质谱联用(GC-MS)等方法,研究了控释肥高分子残膜的降解性能、产物结构及降解机理。采用油菜、玉米的盆栽试验,以及与化学分析相结合的方法,系统研究了控释肥残膜对土壤环境和油菜、玉米的生物学效应的影响。同时,采用蚯蚓试验,从生物化学方面评价了控释肥残膜对蚯蚓的生物学效应的影响。主要研究结果如下: 1.控释肥高分子残膜具有光降解性。控释肥高分子残膜在紫外光照射下,发生光氧化分解,促进PE碳链氧化断裂,逐渐生成有机类羧酸。随着残膜的光降解程度增大,羰基指数和残膜中聚乙烯的结晶度升高,而熔点和相对分子质量下降。其光降解产物中含有低分子量的烷烃、酮、醛、酯、一元羧酸和二元羧酸等。在紫外光照射条件下,含淀粉控释肥聚乙烯残膜较不含淀粉控释肥聚乙烯残膜更易降解。因此,淀粉作为添加剂明显地提高了控释肥高分子残膜的降解速率。 2.控释肥高分子残膜在自然曝露光照射下,随着光照时间的增加,红外光谱表现的结果是羰基峰的强度增加。主要原因是,淀粉存在的条件下,光照后产生自由基,这些自由基作用于聚乙烯的主链上,使长链发生断裂,产生新的更多的自由基,聚乙烯链进一步发生光降解。在此反应的同时,空气中的氧气能够进入到共混物的空隙中,氧气和聚乙烯链段发生反应,产生过氧化自由基,这些过氧化自由基发生光裂解后生成羰基、乙烯基等基团。经研究发现,淀粉含量越高,对聚乙烯的促降解作用越大,因此可以说明淀粉的存在一方面也是导致混合物空隙增大,氧气更容易进入混合物当中,从而产生过氧化自由基相应的增加,因此随着光照时间的增加,红外光谱表现的结果是羰基峰的强度增加。 3.不同控释肥残膜用量处理的盆栽油菜试验表明,施加控释肥残膜可以降低土壤的容重,增加土壤的孔隙度,改善通气状况,能使土壤疏松,增加土壤的通气透水性。在一定范围内,随着控释肥残膜施入量的增加,植株的生长势、叶片数、株高、叶绿素以及植株的鲜重都相应增加。施加控释肥残膜后,对植株的全氮、全磷含量没有显著影响;植株全钾含量有所增加。控释肥残膜的施入对油菜土壤的过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶、磷酸酶活性没有显著影响。 4.不同控释肥残膜处理的盆栽玉米试验表明,在一定范围内,随着控释肥残膜施入量的增加,玉米的生长势、株高、叶绿素以及玉米的产量都相应增加。施加控释肥残膜处理的玉米的产量高于空白及只施加肥料的处理。在玉米的穗行数、行粒数没有明显增加的情况下,其千粒重有显著的增加,说明控释肥残膜处理在玉米生长的后期,即灌浆期能够提供充足的养分,以保证玉米灌浆的需要,从而提高产量。控释肥残膜的施入对玉米土壤中的过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶、磷酸酶活性没有显著影响。 5.不同控释肥残膜处理的蚯蚓土壤试验表明,在本试验周期内,不同施用量的控释肥残膜处理后的土壤,对蚯蚓体内纤维素酶、过氧化氢酶及超氧化物歧化酶均没有显著影响。 6.土壤培养条件下控释肥高分子残膜降解特性试验研究表明,控释肥高分子残膜具有降解性,在土壤培养条件下,含淀粉控释肥聚乙烯残膜较不含淀粉控释肥聚乙烯残膜更易降解。随着残膜的降解程度增大,羰基指数和残膜中聚乙烯的结晶度升高,而熔点和相对分子质量下降。 7.通过对控释肥高分子残膜光照、土壤培养条件下降解产物和机理的探讨,及对土壤环境中的植物、动物、酶的生物学效应的研究,表明控释肥残膜没有对土壤环境产生显著影响。
【学位授予单位】:山东农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:S145.6

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