（环境科学专业论文）以秸秆为基质的生态厕所残余物与油菜栽培的实验研究.pdf

a b s t r a c t w eh a v ed o n et h eb i o - t o i l e te x p 甜m e n tw i t hs a w d u s t 船m “xi n s t e a do f ( w o o d ) f b r t w oy e 盯sa f t e ri m p o n i n gb i 0 i t o i l e t 行0 mj 印a l li n2 0 0 2 n o ww eh a v eo b t a i n e ds o m ep r i m a r y d e v e l o p m e n ta i l dw ec a l la p p r o v et h a ts a w d u s tm a yb eu s e di nt h eb i 0 _ t o i l e ta sm 捌xi n s t e a d o f w o o d t h et a s ko f 锄se x p e r i m 髓ti st h a tw eu s e 也er e m a i n so f b i 0 - t o i l e ta s 兜m 王i 掰t o p l 肌tc o l ea n ds t u d yt h ee 髓c to fr e l l l 抽t oc o l ea sf e m l i z e r 1 1 1 ea i mo f 也ee x p e r i m e n ti st o p r o v e 廿1 a tr 锄a i n so f b i o t o i l e tc 趾b e ak i l l do f h 枷e s sr c s o u r c e n i ee x p e r i r n e n ta d o p t e dm e a 矾_ l r eo fc o l ep o n e dp l 卸ta n ds e t t e df o l l rd i s p o s a l sa n do n e c o m p a r i s o nt 0d e a lw i 廿1f i r s t 2 0 0 9r e m a i n s + 2 5 k gs o 订；s e c o n d ， l0 0 9r e m a i n s + 2 5 k gs o i l ； r d 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ot h es o i l ，州c h c a l ld i s e a s em i 铲a t i o nc o n v e r s i o no f m e l l i n - 0 9 e nv e g e t a b l c ( 2 ) ht h es o i lw h i c hw a sw m n e a c h o c e s s i n gd 州e l o p 趣e r8w e e k s ，t h ec o t e n ta n d d e v e l o p m e m so fm ev a l i dp h o s p h o m s ，p o t a s s i m ，o 唱a l l i cq l l a l i t yc o m p a r i i 培b e f o r ei n 血e s o i l ，h a n d l el ，h a i l d l e2 ，h a n d l e3 h a i l d l e4i n c r e a s e dm eh i 曲m l l l t i p l e 、v i 也册f t c l l e dc o n 仃o l o n eb yo n eho r d e r ：i dp h o s p h o m si s5 7 0 7 ，2 4 8 4 ，1 2 7 3 ，1 0 5 6a n do 5 8 4t i m e s ；i d 叫a s s i 哪i s3 4 5 4 ，2 0 1 8 ，1 7 0 7 ，1 3 1 5 a n d1 0 4 2 t i m e s ；o 曙脚cq u a l i t y i s 2 8 8 5 ，1 8 0 3 ，1 5 9 8 ，1 2 7 4a i l do 9 9 4t i m e s ( 3 ) e i g h tw e c k sl a t t h ec 0 1 eb i o m 嚣so fs e r i e s 1i n c r e a s e d5 0 2 9 0 c o m p a r e d 硒m c o m p 撕s o n ；s e r i e s2i n c r e a s e d19 4 2 0 ；s e r i e s3i n c r e a s e d l7 8 2 6 ；s 耐e s4i i l c r e a s e d 6 0 8 6 t h e r e f o r e ，t h er e i i l a i l l sc a nh e l pt h ea c c u m u l a t i o no fe 仃c c t i v en u t r i t i o na n do r g 趾i ci n s o i l o t h e n i s e ，t h er e l n a i n sc 趾h e l pt h ei n c r e a s eo fc o l eb i o m a s s s ot h er e m a i n sa sf c n i l i z e r c a l lm n g v e r yg o o de 如c t i v e k e ，唧o r d s ： r e m a i n se b c t i 、吧n u m e mb i o m a s s 1 1 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论 文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东北师 范大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同 志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：五j 查日期：迦多业 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解东北师范大学有关保留、使用学位论文的规 定，即：东北师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的 复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权东北师范大学可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印 或其它复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：五垒 指导教师签名： 日 期：汹6 1 啦：璺日 期： 学位论文作者毕业后去向 工作单位 通讯地址 电话： 邮编： 烈衄盖 第一章文献综述 1 1 生态厕所及其残余物 1 ll 我田生态厕所研究进展 厕所在人们的日常生活中起着重要的作用，它每天接纳、蓄集并排除人类日常生理 活动中排泄的绝大部分污染物。这些粪污排入城市下水道后变成了生活污水中污染物的 主要来源，也是城市污水污染物的重要组成部分。 人体的排泄物通过“厕所一城市下道”这一途径而输送到污水处理厂或下游水体。 这一过程在城市基础设施健全的区域，往往不被人们所重视。但是在下水道不完善或根 本无法完成厕所收集的粪污的二次输送的区域，人类自身的粪污所带来的污染，往往是 惊人的。例如在城乡接台部、新建的房地产社区、郊区县的乡村、郊区旅游景点、临时 会馆等场所，粪污污染较为严重。粪污所造成的环境污染问题越来越受到当地群众和管 理部门的重视。寻找这些粪污的出路成为问题的关键。在当今提倡“环保”、“绿色” 和“可持续发展”的社会，生态厕所( 或环保厕所) 应运而生。生态厕所是指具有不对环 境造成污染，并且能充分利用各种资源，强调污染物自净和资源循环利用概念和功能的 一类厕所。从不同的着眼点出发，目前已经出现了生物自净、物理净化、水循环利用、 粪污打包等不同类型的生态厕所，但生态厕所总体上可分为循环水冲式厕所和免水冲厕 所两大类，我国生态厕所的研究应用剐起步。现主要有循环水冲洗型、泡沫封堵节水型、 塑料袋打包式免水冲洗型、免水微生物堆肥型、免水生物降解型等生态厕所。 1 循环水冲式厕所 该型生态厕所是利用驯化成的活性菌种对粪便进行分解、脱臭和净化、将其转化为 c 0 。和h 。o ，再用生成的h ：0 冲洗厕所。从而形成良性的循环系统“1 。 2 免水生态厕所”。 ( 1 ) 无水打包型生态厕所 泡沫封堵节水型、塑料袋打包式均归类于免水冲打包型厕所，即将粪便直接装入专 用塑料袋内，然后打包、集中清运。该类厕所由可生物降解膜制成的包装袋、机械装置 和储便桶三部分组成。入厕后自动启动牵引装置将粪便打包、密封、防止外泄。打包后 的粪便由环卫部门收集送往粪便集中处理场，进行无害化处理。在厕所使用地不留下残 留物，无需水源，不污染环境，但清运成本较高、劳动环境较差。在清运过程中，排泄 物有可能泄漏造成二次污染。包装袋其实不易降解。 ( 2 ) 免水微生物堆肥型生态厕所 免水微生物堆肥型厕所可分为厌氧型和好氧型两类。 厌氧型厌氧型生态厕所的核心部件是一个装填料的生物反应器，生物降解菌对 粪便具有高效降解作用。同时反应过程产生的温度可以杀灭各种病原菌。粪便发酵后变 成腐殖质有机肥，这种肥料可以直接利用。由于主要采用厌氧发酵，产生的腐胺、尸胺 及硫化氯等致臭物质较多，故臭气污染较为严重。 好氧型好氧型生态厕所的核心技术是其将生物降解菌剂与生物反应器二者有效 地结合，即在反应器内预先装入生物填料，在一定的温度下通过高效微生物充分降解粪 便，同时将排泄物转化成有机肥料。由于主要采用好氧降解，可消除因厌氧菌代谢产生 的臭气。但需配置供氧、保温系统，耗电量大，1 个蹲位每天3 0 人次需耗电5 度；好氧菌 耐温一般不高于5 0 0 c ，堆肥减量化程度仅7 0 ，降解菌剂使用周期不长，杀菌较难彻底； 生物降解时间需2 4 h ，单个蹲位每天容量仅3 0 人次。 ( 3 ) 免水生物降解型生态厕所 免水生物降解型生态厕所完全不需用水，粪便减量化达9 5 以上，生物反应产生的 温度高达5 0 一6 5 ，专门培育的微生物菌种释放出具有降解有机物功能的高蛋白酶，将大 分子有机物降解为糖、脂肪酸和氨基酸等小分子有机物，微生物菌种以此为养分代谢出 c o z 、h 。o 和生物热能。粪便在6 h 内减量化可达到9 5 以上。产生的c o ：、h 。o 与少量其它气 体直接排出，分解后极少量的残渣富含有机质n 、p 、k 和微量元素。半年至1 年才清掏1 次，可作为高效有机肥料回收利用。 生物填料每年只需更换卜2 次，更新1 0 2 0 ，即可维持菌种的繁殖和正常运行、维 护和管理，成本不高。同时包含着大量好氧微生物的高效生物活性填料可将粪尿中的臭 气吸附与降解，实现了对粪便的分解、脱臭、净化一体化处理。生物反应产生的5 0 一6 5 。c 高温可以完全杀死粪便中的病原体。该型厕所是目前综合性能最好，操作维护最简单， 最有推广应用前景的一种免水生态厕所。但它同样受到粪尿比例的限制，如尿液比例过 高、生物填料湿度过大，会成为稀泥状，影响菌群的生长活性和高效降解。这一问题目 前可通过两种方法解决，一是把尿液单独分离处理；二是改良生物填料，使其适应高尿 液比例的情况。因受到生物降解速度和效率的限制，目前单蹲位需限定使用人次，一般 少于1 0 0 人次天，而实际使用人次却难以控制，因此常常影响正常运行。 生态厕所根据使用方式不同，还可以分为固定式与移动式，长期使用时用固定式， 临时使用时一般多为移动式。 1 1 2 “秸秆生态厕所”研究现状 秸秆生态厕是以日本科学技术振兴事业团( j s t ) 赠送的s 一1 5 型生态厕所为反应 装置，以秸秆为基质的处理人畜粪便的一类厕所。对这类生态厕所的研究基于以下两种 原因： 一是农业产生的秸秆量相当惊人，l k g 稻米可产生1 5k g 稻草；1 k g 小麦可产生1 5 k g 麦秸；1 k g 玉米可产生4k g 玉米秸秆”1 。据联合国环境规划署( u n e p ) 统计，世界上种 植的各种农作物每年所产生的秸秆多达1 7 亿t ，其中大部分没有得到利用。我国是一个 农业大国，秸秆资源十分丰富，稻草、小麦秸和玉米秸为三大农作物秸秆。据统计，1 9 9 8 年全国各种秸秆的产最达6 0 5 亿t ，折合标准煤量3 0 3 亿t ，见表1 。1 。我国秸秆产量约占 全世界秸秆总量的3 0 左右。每年农作物秸秆资源量约占我国生物质能资源量的近一半。 秸秆在我国农村生活用能构成中占有重要地位。1 9 9 8 年，我国可用作能源量的秸秆量为 3 5 5 亿t ，占秸秆总产量的5 8 7 o 、。另外吉林省的情况从表2 、表3 可知。1 ，2 0 0 0 年吉 林省的主要农作物秸秆总量为2 千多万t ，在秸秆资源量中，玉米秸的产量最多，是1 4 千万t 左右，约占总秸秆产量的6 4 4 3 ，其次是稻草产量，是3 7 0 万t 左右，约占总秸秆 产量的1 7 2 2 ，再次是豆秸产量，是2 0 0 万t 左右，约占总秸秆产量的9 7 4 。吉林省的 秸秆资源量主要以玉米秸、稻草和豆秸为主，它们占总秸秆资源量的9 1 3 9 ”。就目前 来看大部分秸秆不但未得到合理利用，而且造成了环境污染，因此开发秸秆综合利用技 术是当今农业生产面临的重要问题。 袋ll 盼8 年我穗主要农作物穰拜产量 祜秆量c 万t )折台标准煤童( 万t ) 稻谷n 5 3 9 驺4 钙o 5 9 小燮1 3 如1 盼6 蛳9 5 玉米2 2 3 9 s 1 1 8 犍5 4 奠饱杂镪 1 6 6 9 0 0嚣3 4 5 0 程囊2 鼹1 2 51 4 5 5 9 2 荨粪 1 6 3 1 o o转2 ，6 7 油料4 5 2 3 艇 棉花 1 4 3 0 5 07 7 6 - 7 l 蔗6 5 4 ”2 鼹，聿9 合计6 0 4 6 6 1 43 0 3 游1 9 表22 0 0 0 年吉林省主要农作物秸秆产量( 单位：万t ) 二是从日本科学技术振兴事业团研究的以木屑为反应基质生态厕研究的成果给了 我们启发，秸秆与木屑相比同样具有多孔、透气、保水性和排水性，而且秸秆也可以为 好气性细菌提供了绝好的生存环境，有机废物可在不产生臭气的情况下被分解为有机肥 料。 表32 0 0 0 年省内各地区主要农作物秸秆量( 单位：万t ) 因此我们开展了“秸秆生态厕所”的实验研究。以达到以废治废，合理利用有效资 源。 “秸秆生态厕所”的实验研究工作是在2 0 0 4 年开始的，这种生态厕所( 反应装置外 观如图1 、反应装置剖面如图2 ) 采用的装置为日本科学技术振兴事业团( j s t ) 赠送的 s 1 5 型生态厕所，此置具有自动加热及定时搅拌功能，是在座便器下方建造一个长方 形反应器，内填充秸秆作为微生物的反应基质，并辅以较小的动力搅拌，通过有氧微生 物的放热发酵，将粪便转化为无臭味的气体( 水和二氧化碳) 和较干燥的残余物，减量 化达到了7 0 以上【7 】。整个过程不需水冲。与传统的厕所相比，它既不浪费水资源，也 不需要下水道系统，同时对于我国东北农村每年产生大量作物秸秆，并且利用率很低， 一些地方的秸秆被大量焚烧，不仅浪费资源而且污染大气环境等现状得到了改善。 图1 反应装置外观图图2 反应装置剖面躅 l 援辫瓣 3 鞭捌蝣 ，襻曹 鬟棒 5 擞瀚枫 此次实验由刘欣瑜等人于2 0 0 4 年1 1 月1 7 日一2 0 0 4 年1 2 月2 2 日进行“3 ，共计3 7 d ，初始 所加的玉米秸秆质量为4k g ( 约占生态厕所反应器体积的2 3 ) ，并加入一定量的水调节 其含水率，初始含水率为5 5 ：按照每天3 个人使用生态厕所，每天加入约为0 7 2k g 的 粪便( 含有少量尿液) 。为保证其含水率在4 0 6 0 ，每天上下午分别加入一定量的水； 每天在添加粪便前，启动搅拌装置，将混合物混合均匀后取样测定其含水率：每隔6 d 称 4 量一次混合物的重量，根据含水率计算干重，干重不在减少时，反应结束a 结果表明秸秆并能有效的降解人粪便，使粪便减量化，粪便和玉米秸秆混合物总的 干重减少率为3 7 3 。利用“秸秆生态厕所装置”处理后的残余物养分含量与玉米秸秆 中养分含量如n 、p 、k 都有明显的升高( 如表4 ) 。我们这种秸秆生态厕所中的4 千克 秸秆利用周期大约是3 7 天左右，每天可处理一个三口之家的粪便处理，对于秸秆生态厕 所在3 7 天后排出来的残余物如何处理将是我们下面要要解决的主要的问题。也是生态厕 所得以推广的必经之路。 表4 实验物料理化指标和生产出的残余物的理化指标 1 1 3 生态厕所残余物的处理利用方法 人畜粪便经过生态厕所处理后必然产生一定量的残余物，不同的生态厕所产生的残 余物的性质是不同的，如循环水冲生态厕所中的尿液单独处理型主要排出的废弃物是原 始粪便，无尿液：循环水冲生态厕所中的粪尿混合处理型产生的残余物是经过微生物的 新陈代谢后的固体粪便物质：无水打包型的生态厕所产生的残余物则是原始的粪尿混 合；免水微生物堆肥和免水生物降解型的生态厕所出来的残余物一般是良好的有机肥 料，无需进一步处理；另外值得注意的是在生态厕所的运行中，人们常常添加一定的外 来物质作为基质或作为促进反应、减少恶臭等具有一定功效的物质。因此对于生态厕所 残余物的处理方法我们应该结合他的实际性质去研究。但是目前，这类残余物的处理方 法主要集中在传统的粪便处理利用基础上进行的资源化，如回收残余物中的有效成份进 行制造药物、有机肥料、工业原料等；而对于不适合资源化的则采用无害化处理等。 1 残余物无害化 对于残余物中含有大量的有机物、恶臭及致病微生物的，要通过环境工程等手段， 使这些污染物得到妥善处理，最终将粪污无害化，在达到环境许可的条件后，排入周围 环境，不对环境造成破坏。 2 残余物资源化 生态厕所残余物中一般都含有大量的有机物和丰富的n 、p 、k 等肥效成份，有的类 型的生态厕所的残余物可以直接应用为有机肥料；另外的可以通过特殊的处理回收手 段，在粪尿无害化的同时，回收其中有效成份，作为有机肥料；还可以将残余物进行生 物发酵，获得生物能源沼气。发酵后的沼渣、沼液用作种植业的肥料：另一个重要方面 是回收粪尿中的水份，粪尿中7 0 以上是水份，通过处理，可以使这些污水达到很高的 水质标准，甚至可以供人饮用。其次残余物也有报道作为工业原料的：如 9 】力拿大废水 技术中心在安大略省汉密尔顿兴建了一个小规模的用粪便污物提制柴油试验厂，在这个 技术中心，通过4 个步骤把粪便污物中的水排放掉；接着，用热空气使其干燥；第三， 加热到4 5 0 摄氏度，粪便起泡，在排出气体后成为灰色的炭状物；最后把气体变成液体， 从中获取柴油。至于剩余物一一部分气体、水和炭状物一则放进流化床( 沸腾层) 的炉 里焚烧，产生的热量可以返回来用于使粪泥干燥，整个提制过程不需要另外供应很多的 热量。这种新的处理方法，与单纯焚化相比，从粪便污物中提制柴油可以说是很少见的 一种粪便处理利用方式。 1 2 本研究的目的及意义 本研究是日本科学技术振兴事业团( j s t ) 资助项目“可持续发展卫生系统”的内 容之一。目前我们利用生态厕所为反应装置，以秸秆基质与人粪便进行减量化处理的研 究，取得了良好的减量化效果。在证实了减量化的前提下，“秸秆生态厕所”的副产品 残余物是否可资源化与无害化是当前秸秆生态厕所是否可以推广关键问题。 经过“秸秆生态厕所”出来的副产品残余物富含作物生长所必需的n 、p 、k 等 元素( 如表4 ) ，且病菌、虫卵大部分被杀死。因此我们将其应用于植物栽培实验，通过 对作物和土壤的理化性质的研究以证实残余物是否可以资源化，是否是理想的无公害肥 料，以用来改善我国目前土壤养分贫瘠的现状、化肥施用产生的环境问题，克服单纯秸 秆还田的不足，为在中国发展生物有机肥提供理论依据；同时对于我国是这样一个农业 大国，秸秆资源十分丰富。据石元春院士介绍，我国每年产生7 亿多吨作物秸秆，其中， 每年有2 亿t 被就地焚烧。另外我国每年有2 5 余亿吨畜禽粪便等废气物。“秸秆生态厕所” 以秸秆和粪便为主题，本着以废治废的原则，对出来的副产品用于农业栽培试验初步研 究，一旦成功，不但解决了“秸秆生态厕所”副产品的资源化问题，而且有利于节省农 业成本，把农业及生活中的废物转变成资源，符合目前提倡的循环经济的发展思路，在 经济效益上讲具有很大的发展前景。 6 第二章实验部分 2 1 实验材料、试剂与实验装置 ( 1 ) 实验仪器：电子分析天平、凯氏定氮仪、t 6 新世纪紫外可见分光光度计、电感 耦合等离子体原子发射光谱仪( i c p a e s ) 、火焰原子吸收光谱仪( 2 2 0 f s ，美国，v a r i a n ) 等。 ( 2 ) 供试土壤：供试土壤采自长春市伊通河附近o 一1 5 c m 表层土，属于黑土地上的黄 土，风干土样过2 i i 1 1 筛后备用，一部分用于油菜栽培，另一部分土样经风干后，用于土 壤理化性质的分析。 ( 3 ) 供试有机肥料：采用以秸杆为基质的生态厕所的残余物作为有机肥料，风干后， 过2 t i h l l 筛，供培养油菜的肥料施用。 ( 4 ) 实验用试剂：酚二磺酸试剂、k n o 。、c a c o 。、n h 。o h 、k c l 、硼酸、m 9 0 、k 。s n 、c u s o 。5 i 。o 、 甲基红一溴甲酚绿混合指示剂、h 。s o 。、n a c o ，、双氧水、氢氧化钠、无水乙醇、盐酸、石 英沙等。 ( 5 ) 实验装置：花盆规格：圆形赢径2 0 c m ，高2 0 c m 。 ( 6 ) 供试植物：油菜( b r a s s i c a c m p e s 廿，品种一苏州青：生长期为6 0 一8 0 天。 2 2 实验过程 2 2 1 试验流程 ( 1 ) 土壤的采集与理化性质测定 ( 2 ) 有机肥料的选用与理化性质测定 ( 3 ) 栽培植物品种的选择 ( 4 ) 土壤与有机肥料的配比 ( 5 ) 油菜栽培 ( 6 ) 取样测定 ( 7 ) 数据分析处理 2 2 2 试验条件 实验于2 0 0 5 年8 月初到1 0 月在东北师范大学气象园内进行，在室外采光、人工控制 土壤水分条件下，采用盆栽。 2 2 3 实验设计 把粉碎、风干后的土壤过1 c 粗筛后过5 册筛，捡去杂物，混匀装盆，盆钵底部出水 孔上盖一层塑料板防止氮素流失，并设5 个处理，1 2 次重复，共6 0 盆，5 个处理内容分 别为：处理l ，2 0 0 9 残余物+ 2 5 k g 土壤。处理2 ，1 0 0 9 残余物十2 5 k g 土；处理3 ，5 0 9 残余 物十2 5 k g 土壤：处理4 ，2 5 9 残余物+ 2 5 k g 土壤处理；对照处理，2 5 k g 土壤；将装好的 盆钵，浇水调节土壤含水量为土壤含水量的6 0 ，放置7 d ，让土壤中的微生物得以活化， 土壤中各种营养物质达到稳定状态。然后把经过温室发芽的油菜种子播种入土壤，待一 周出苗后，在7 d 、1 4 d 、2 l d 、2 8 d 、3 5 d 、4 2 d 、4 9 d 、5 6 d 采集土样处理后分别测定土壤 中的有机质、n 0 3 _ n 和n h 。一n 、有效磷、有效钾等元素；植物在第2 1 d 、2 8 d 、3 5 d 、4 2 d 、 4 9 d 、5 6 d 开始对生物量、叶绿素、含氮量、根叶比等指标的测定，并记录，采用o r i g i n 7 o 软件对数据进行作图和分析。 2 3 测定及方法 2 。3 1 土壤及残余物基本理化性质测定方法 土壤和有机肥料的理化性质采用常规分析方法测定“”3 。全钾和速效钾采用g b 7 8 5 6 8 7 ，乙酸铵浸提一火焰原子吸收光谱仪( 2 2 0 f s ，美国，v a r i a n ) 法则定。p h 值采用p h 值电位法( g b 6 9 2 0 8 6 ) 测定，全氮含量采用半微量凯氏定氮法测定。全碳含量采用重铬酸 钾一硫酸外加热法测定。全p 采用电感耦合等离子体原子发射光谱仪( i c p - a e s ) 法。硝 态氮和氨态氮分别采用酚二磺酸比色法和k c i 浸提蒸馏法( 如表5 ) 。 表5 土壤及残余物基本理化性质测定方法 取风干后的供试土样和残余物，根据表3 测定方法中的具体要求分别对供试土样和 残余物处理后进行各指标的测定，每个指标做三个平行样品。经测定土壤的及其有机肥 料的养分含量见表6 。 表6 供试有机肥料及土壤养分含量( 剑晦) 2 3 2 土壤n o 。_ n 测定方法 酚二磺酸比色法：称5 0 o 克新鲜土样放在5 0 0 毫升三角瓶中，加o 5 克c a s 0 4 2 h ：o 和 2 5 0 毫升水，塞后振荡1 0 分钟。放置几分钟后，将悬浮液的上部清液用干滤纸过滤。吸 8 取清液2 5 5 0 毫升于蒸发皿中，加约0 0 5 克c a c o 。，在水浴上蒸干、( 如有色，可用水湿润， 加l o h 。o ：消除) ，蒸干后不应继续加热，冷却，并迅速加入2 毫升酚二磺酸试剂，将皿 旋转，使试剂接触所有蒸干物，静置l o 分钟，加水2 0 毫升，用玻璃棒搅拌，使蒸干物 完全溶解。冷却后，渐渐加入1 ：1 n h 。0 h ，并不断搅拌，溶液里微碱性( 黄色) ，再多加2 毫升，然后将溶解液定量地移入l o o 毫升容量瓶中，加水定容，在分光光度计上用光径l 毫米比色槽进行比色，波长为4 2 0 纳米( n m ) ，以空白溶液调节仪器零点。工作曲线的 绘制：分别取1 0 m g 1n o 。一n 标准液：0 、l 、2 、5 、1 0 、1 5 、2 0 毫升于蒸发皿中，在水浴 上蒸干，与待测液相同操作，进行显色和比色，绘制工作曲线。结果计算：n 0 3 一n ，m g l = 显色液m g 1 液土比稀释倍数。 2 3 3 土壤n h 。州测定方法 称取土样1 0 0 克，放入1 0 0 毫升三角瓶中，加2 摩尔升k c l 溶液5 0 o 毫升，用 橡皮塞塞紧，振荡3 0 分钟，立即过滤于5 0 毫升三角瓶中( 如土壤n h 4 + 一n 含量低，可 将士液比改为1 ：2 5 ) 。吸取滤液2 5 0 毫升放入半微量定氮蒸馏器中，把盛有5 毫升2 硼酸指示剂溶液的三角瓶放在冷凝管下，然后再加1 2 m g o 悬浊液1 0 毫升于蒸馏器中蒸 馏。以下步骤同全氮测定，同时做空白试验“”3 。 2 3 4 生物量测定方法： 电子分析天平称重法。供试油菜在播种后的第2 1 天开始取样，每周取样一次，每 次取两盆。将完整的油菜植株连同根系从盆中取出，洗净，将根部与地上部分分离，用 滤纸擦干，将地上部分和地下部分剪断分别称重后装入纸袋，在1 0 4 0 c 下杀青处理，再 5 0 。c 烘至恒重，测定干重，供其他指标的测定。 有关指标的计算方法如下： 油菜地上生物量( g 盆) = 盆内油菜各地上构件生物量之和 油菜地下生物量( g 盆) = 盆内油菜各地下构件生物量之和 油菜生物量( g 盆) = 油菜地上生物量+ 油菜地下生物量 根冠比= 油菜地下生物量油菜地上生物量 2 3 5p h 值测定方法 取土壤2 0 9 置于1 0 0 【i l 烧杯中并外加2 0 皿l 之去离子水( i ：1 ) ；以玻璃棒搅拌均匀； 静置3 0 分钟再搅拌一次后，再静置3 0 分钟；将p h 电极插入，测p h 值。 2 3 6 叶绿素测定方法 ( 1 ) 取新鲜植物叶片( 或其它绿色组织) 或干材料，擦净组织表面污物，剪碎( 去 掉中脉) ，混匀。 ( 2 ) 称取剪碎的新鲜样品o 2 9 ，共3 份，分别放入研钵中，加少量石英砂和碳酸 钙粉及2 3 m 1 9 5 乙醇，研成均浆，再加乙醇1 0 m l ，继续研磨至组织变白。静置3 5 m i n 。 ( 3 ) 取滤纸1 张，置漏斗中，用乙醇湿润，沿玻棒把提取液倒入漏斗中，过滤到 2 5 m l 棕色容量瓶中，用少量乙醇冲洗研钵、研棒及残渣数次，最后连同残渣一起倒入漏 斗中。 9 ( 4 ) 用滴管吸取乙醇，将滤纸上的叶绿体色素全部洗入容量瓶中。直至滤纸和残 渣中无绿色为止。最后用乙醇定容至2 5 m l ，摇匀。 ( 5 ) 把叶绿体色素提取液倒入光径1 c m 的比色杯内。以9 5 乙醇为空白，在波长 6 6 5 n m 、6 4 9n l 下测定吸光度。 ( 6 ) 实验结果计算：将测定得到的吸光值代入下面的式子： c a = 1 3 9 5 a 6 6 5 6 8 8 a 6 4 9 ：c b = 2 4 9 6 a 6 4 9 7 3 2 a 6 6 5 。 据此即可得到叶绿素a 和叶绿素b 的浓度( c a 、c b ：m g l ) ，二者之和为总叶绿素 的浓度。最后根据下式可进一步求出植物组织中叶绿素的含量： 叶绿素的含量( m g g ) = 叶绿素的浓度提取液体积稀释倍数 样品鲜重( 或 干重) 。 2 3 7 土壤有机质 采用土壤有机质测定方法g b 9 8 3 4 。 z 3 8 植物含氯量的测定 植物全氮的测定采用定氮仪法。 2 3 9 土壤速效磷含量测定 土壤速效磷含量采用电感耦合等离子体原子发射光谱仪( i c p a e s ) 法。 2 4 结果与讨论 2 4 1 土湘慨- n 和n l i - n 含量的变化分析 表7 不同时间不同处理土壤n 0 s n 含量( 单位：m g k g ) 处理处理1 处理2处理3处理4对照 时间 8 月1 6 日0 2 2 7 1 3o 1 8 7 6 20 3 3 2 7 60 3 3 2 7 l 一0 0 7 1 4 7 8 月2 3 日3 4 6 1 3 92 1 3 8 7 7 2 2 8 1 4 52 3 3 1 0 22 4 1 8 4 0 8 月3 0 日2 4 1 4 8 12 0 6 1 1 52 2 5 3 1 8 1 9 8 9 5 82 1 0 1 6 7 9 月6 日o 2 0 8 3 7 一o 1 4 0 8 4一o 2 5 0 4 00 1 4 0 7 70 3 0 0 9 8 9 月1 3 日0 1 5 0 9 00 6 0 4 3 2一o 1 9 9 4 9 0 2 8 6 7 90 3 8 0 0 4 9 月2 0 日 0 1 2 1 0 60 3 0 8 9 0 o 0 6 6 3 l一0 0 6 7 3 30 2 6 3 4 5 9 月2 7 日1 _ 8 1 6 6 21 7 6 7 7 01 7 0 3 5 71 4 5 1 1 2 1 3 6 8 3 9 1 0 月3 日1 7 9 0 3 l 1 7 0 4 61 7 6 1 2 31 6 2 4 3 41 3 8 9 7 9 表8 不同时间不同处理土壤n i n 含量( 单位：m g k g ) 淤 处理1 处理2处理3处理4对照 8 月1 6 日 1 6 8 1 5 3 1 5 2 11 4 53 0 5 8 11 3 3 3 1 8 月2 3 日1 6 3 7 43 0 5 6 81 9 6 2 42 。4 9 5 l 7 0 2 2 8 月3 0 日2 0 5 1 5 54 - 3 0 0 1 44 9 0 8 3 82 3 7 7 1 8 13 4 3 9 2 6 8 9 月6 曰 1 4 9 1 9 5o 7 8 6 3 43 7 8 0 7 l0 4 6 7 7 7o 7 4 6 3 4 9 月1 3 日1 3 4 9 4 51 4 1 1 51 5 8 3 0 92 4 3 5 8 42 2 5 1 8 8 9 月2 0 日4 6 s 9 8 34 0 9 4 8 45 6 8 0 s 46 9 3 6 7 i一4 9 7 0 9 9 月2 7 日 0 6 3 7 1 20 1 5 3 5 7 o 6 9 5 7 6o 8 9 2 4 92 5 3 3 8 2 l o 月3 日1 2 5 4 6 81 0 4 5 6 70 8 5 4 6 3o 7 8 9 5 23 0 4 5 6 8 图3 不同时间不同处理土壤n 0 。一n 含量 ( 图例中1 表示处理1 ，2 表示处理2 ，3 表示处理3 ，4 表示处理4 ，5 表示对照；下同) 图4 不同时问不同处理土壤一h 含量 表9 不同时间不同处理植物全氮百分数( ) 9 月6 日 3 5 1 5 52 6 7 8 32 3 5 6 22 5 6 32 5 3 3 8 9 月1 3 日 2 3 7 3 82 1 6 6 62 3 5 7i 9 1 0 71 7 7 4 6 9 月2 0 日2 4 8 5 82 ，2 5 7 31 9 2 6 9 1 7 6 7 4 2 1 8 1 5 9 月2 7 日1 8 8 0 41 8 7 6 72 ，0 8 6 l0 ，8 5 9 81 4 9 0 3 1 0 月3 日1 7 6 5 41 7 5 3 21 8 5 4 60 8 8 5 21 2 4 5 3 图5 不同时间不同处理的全部植物总含氪素量 ( 注：每盆油菜总含氮量可盆= 每盆油菜总生物量油菜含水百分数油菜含氨百分数1 0 0 0 g ，盆) 含氮化合物在土壤中的转化，是土壤代谢的中心环节之一。进入土壤和累积在土壤 中的含氮有机化合物经复杂的生物化学转化，最后转变为植物可以利用的形式。在其转 化的每一阶，均有残余物对土壤氮素矿化程度的影响。研究土壤n o 。一n 和n h 一n 的含量和 植物总氮的含量，能使我们更好地了解土壤的氮素转换过程“。咖。 n 0 3 一n 和n h i n 是可以被植物利用的主要的有效氮，因此我们把残余物施用于土壤 后，在不同时间测定了4 个处理及对照的土壤中n o 。一n 和n h ；一n 的含量( 如表7 、8 ) ，其 随着时间的变化趋势如图3 、4 。试验结果表明残余物施入土壤后，引起n o 。一n 和n h 4 - n 的变化，各处理变化起伏趋势基本一致，变化幅度相对较大，这可能与残余物释放氮素 以及土壤中微生物固定、油菜从土壤中摄取养分等多因素对土壤氮素矿化的影响有关”。 ”。；具体看在第1 4 天和第2 1 天之间各处理及其对照的土壤中积累的n o 。一n 和n h ；一n 含 量达到最大值，随后一周内开始有下降趋势，此后的起伏坡度不是较大；另外，由于这 一阶段油菜生长较快，需氮量大，而根系主要分布在土壤表层，可大量吸收o 一2 0 厘米 整个盆中的n o 。一n 和n h t n 。同时在栽培过程中为使土壤保持一定的含水率要不断的浇 灌，虽然我们有定的防护措施，但是多少有一定的淋失。在上述两种作用的影响下， 在油菜整个生长期间，土壤中n 0 。一n 和n h ，一n 一直处于较低水平；可见，在开放的系统 中，由于土壤中n o 。一n 和n h 。一n 受水热条件影响很大，在残余物处理的土壤中n 0 3 一n 和n h 。一n 含量的消长和对照相比效果并不是很明显，也看不出规律，因此我们结合油菜 含氮量来讨论一下残余物对土壤中氮素的影响，测定了不同生长时间的油菜氮的百分含 量如表9 ，油菜除了一部分氮素来自种子，其余油菜体内的氮素主要来自于土壤中的无 机氮素，所以可以利用每盆油菜氮的总含量来反映残余物施入土壤后，其对油菜体内氮 素积累的贡献如图5 所示，可以看到4 个处理的油菜含氮量都高于对照组，而处理1 植 物含氮量明显高于处理2 、3 、4 及对照组。因此残余物的施用有利于土壤中无机氮素的 迁移转化，促进油菜对氮素的吸收积累。 2 4 2 土壤有效磷含量的变化分析 磷在植物生长过程中占有重要地位，磷是植物生长发育不可缺少的农业三大营养元 素之一，在土壤中只有有效磷能被植物直接吸收，但是多数磷肥在土壤中易发生化学变 化，生成短时期内不能被利用难溶性磷，因此磷肥在土壤中的利用率很低，一般为1 0 2 5 1 。另外土壤有效磷还是评价土壤供磷能力的重要指标，它与作物产量有较好的正 相关关系叫1 ，因此我们测定了不同处理不同时间的土壤有效磷的含量( 见表1 0 ) 。应指 出土壤有效磷并不是指土壤中某一特定形态的磷，但它可以相对地说明土壤的供磷水 平。应用不同方法测定同一土壤，可以得到不同有效磷含量，因此土壤有效磷水平只是 一个相对指标“5 2 ”。 本研究采用电感耦合等离子体原子发射光谱仪( i c p a e s ) 法。经过一段时间的培 养，对4 个处理和一个对照组测定分析结果显示如图6 。因为土壤微生物的作用，残余物 掩人土壤后其无机态磷被微生物暂时固定，但这些固定的磷素可逐渐矿化释放出来被作 物吸收利用1 ，因此无论图6 中各条曲线横向的变化还是纵向上的变化都反映了磷素的 释放规律。从4 个处理和对照组随时间变化上来看，处理1 有效磷含量在培养的第7 天到 2 1 天和第4 9 天到5 6 天两阶段处于上升趋势，而中间时期一直在下降，说明处理1 的土壤 有效磷在培养初期和后期释放处于升高状态，在培养的中期有效磷释放处于降低趋势。 而处理2 、3 、4 和对照组随时间变化幅度不大，说明处理2 、3 、4 和对照组的土壤有效磷 的释放随着时间变化维持在较平稳的水平上；纵向看4 个处理与对照相比之间的增幅， 在同一时间，有效磷含量与对照组相比，其增幅依次是处理1 、处理2 、处理3 、处理4 由 高到底的趋势变化，说明残余物的添加的越多土壤中有效磷含量越多；从土壤中有效磷 的积累看，( 由表6 知，开始土壤中有效磷含量为o 0 2 3 2 9 k g 。) 第5 6 天土壤有效磷含 量由表1 0 可知，处理1 为o 1 3 2 4 9 k g 、处理2 为0 0 5 7 6 4 9 k g 、处理3 为0 0 2 9 5 3 9 h 、处 理4 为o 0 2 4 5 1 3 9 垤、对照为o 0 1 3 5 6 9 k g 分别为培养前土壤的5 7 0 7 、2 4 8 4 、1 2 7 3 、 1 0 5 6 、o 5 8 4 倍。可见，8 周后经过处理的土壤有效磷的含量高于土壤有效磷的初始值， 对照组土壤有效磷的含量则低于开始土壤有效磷的含量，因此残余物的施用能改变土壤 的理化性质，有利于有效磷在土壤中的积累，加速土壤养分循环，提高磷肥利用率，可 以在短时间内为植物的生长提供充足的磷素养分，有利于当季作物的生长需要。 表1 0 不同时间不同处理土壤有效磷含量( g k g ) 淤 处理l处理2处理3处理4对照 8 月1 6 日 0 1 7 2 5 60 0 6 2 5 3 40 0 2 2 4 5o 0 2 2 5 8o 0 2 1 3 5 6 4 8 月2 3 日 0 1 8 0 3 1 o 0 6 8 3 3 o 0 2 4 1 30 0 2 7 1 80 0 2 3 1 6 8 月3 0 日 o 1 9 2 0 3o 0 6 1 8 90 0 3 3 1 70 0 2 1 0 50 0 1 3 8 3 9 月6 日0 1 6 9 5 50 0 7 1 7 80 0 4 0 0 4 o 0 2 6 7 60 0 1 5 3 0 9 月1 3 日 0 1 6 8 2 90 0 5 4 8 1o 0 3 8 5 0o 0 2 1 8 60 0 2 5 6 1 g 月2 0 日0 “5 4 90 0 5