双极性离子交换树脂膜在土壤有效养分提取中的应用研究

论文摘要

近些年来农业信息技术在我国发展迅速,由传统农业逐步向精准农业方向发展,土壤养分空间分布数据的快速获取是精准农业发展的前提条件。目前传统的土壤养分提取方法分为土样制备和化学试剂浸提两个过程,此方法的特点为费时、费力,而且测得的养分值缺乏反应植物根系动态吸收养分的特点。作为一种新型的土壤养分提取技术,离子交换树脂膜法具有快速、准确提取土壤养分的能力,测定的土壤养分值与当季作物的养分吸收量之间有较好的相关性,这些特性能充分满足当前我国农业正从传统农业向精准农业化转型的发展需求。通过前期课题研究,已经基本确定了双极性离子交换树脂膜的合成方法以及吸附养分的一些特点。在此基础上,本文就该自制双极性离子交换树脂膜在不同环境下对N、P、K三种养分吸附性能以及树脂膜的回收利用价值进行全面研究,同时对树脂膜分别与旱地和水田作物的养分吸收相关性进行了分析。摘要如下：1. NH4+—-N的吸附平衡时间在酸性土壤中为2d,中性土壤和碱性土壤背景下只需要24h；N03--N的吸附在三种土壤背景下均为3d可达到平衡；P的吸附平衡在酸性土壤和碱性土壤背景下,需要3d时间；K在三种土壤背景下24h均可达到吸附平衡状态。在对于N和K养分吸收中,不同浓度的离子溶液中的其他离子对于树脂膜养分吸附平衡抑制作用不明显,随着离子浓度的增加树脂膜中吸附平衡的养分增加,但是P的吸收中,离子浓度的增大,吸附平衡降低。温度从低到高,K的吸附平衡含量出现下降,其他三种养分在10℃～30℃温度条件下,低浓度的离子中,树脂膜对养分的吸附平衡结果差异不明显。2. N03--N在酸性土壤下回收利用性能良好,树脂膜对于P养分吸附在碱性土壤中有一定的回收利用价值；二次回收使用树脂膜中,对于NH4+—N的吸附,在酸性和碱性土壤中回收利用率较好,N03--N的吸附,在酸性土壤下回收利用较好,K的吸附在三种土壤条件下,回收利用情况均较好,对于P的吸收,三种土壤环境下,二次回收利用树脂膜使用价值较低。在不同温度条件下,一次回收利用树脂膜的回收利用率均在90%以上,回收利用价值较高。在二次回收利用树脂膜中,对于NH4+——N的吸收情况较好；对于N03--N的吸附中,随着温度的降低,树脂膜回收利用性能下降；对于P的吸收中,随着温度的降低,树脂膜回收利用性能下降,在30℃条件下,树脂膜回收利用率在93%以上,有较好回收性,在温度降到10℃时,使用率只有79.5%,回收利用性能较差；K的吸附中,在二次回收利用时,其回收利用率均在94%以上,有良好回收利用性。3.利用双极性树脂膜提取测定的土壤养分与传统采样测定方法对土壤养分有较好的一致性。但是各种养分元素的相关性特点不同,与传统化学方法获得的土壤有效养分含量相比,整体上双极性离子交换树脂膜的方法测得的速效钾含量与植物体内对应的养分含量的相性最好。养分吸收相关性在水稻中普遍要好于在玉米中,说明在水田作物中使用本树脂膜能更好指示作物养分的丰缺。但是在水田和旱地中树脂膜吸附养分与作物养分吸收之间的相关性又有所不同,N和K在水田中的相关性好于旱地中,旱地中P测定结果的相关性要好于在水田中。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 土壤养分测定技术的发展及现状
• 1.2 目前我国施肥现状及存在的问题
• 1.3 离子交换树脂技术在土壤养分测试中的应用进展
• 1.3.1 膜型树脂在养分测定中的应用现状
• 1.3.2 本课题前期试验结论
• 1.3.3 当前的研究重点和研究展望
• 1.4 本研究内容和技术路线
• 1.4.1 树脂膜在不同环境下的性能研究
• 1.4.2 树脂膜的对不同条件下重复利用性能分析
• 1.4.3 树脂膜与作物养分相关性分析
• 1.4.4 技术路线图
• 2 双极性树脂膜的合成方法
• 2.1 离子交换树脂膜提取养分原理
• 2.2 树脂膜合成方案
• 2.2.1 树脂膜合成材料的选择依据
• 2.2.2 树脂膜合成方法的确定
• 2.3 合成材料和方法
• 2.3.1 材料
• 2.3.2 合成方法
• 2.3.3 合成膜物理属性
• 3 双极性树脂膜在不同环境下对养分吸附性能研究
• 3.1 试验材料与结果测定
• 3.1.1 材料
• 3.1.2 结果测定方法
• 3.2 试验设计
• 3.2.1 不同土壤背景下树脂膜对养分吸附平衡时间分析
• 3.2.2 不同温度与离子浓度对树脂膜养分吸附平衡影响研究
• 3.2.3 不同土壤背景与离子浓度对树脂膜养分吸附平衡影响研究
• 3.3 结果与分析
• 4⁺—N吸附性能分析'>3.3.1 双极性膜在不同环境下对NH₄⁺—N吸附性能分析
• 3^-—N吸附性能分析'>3.3.2 双极性膜在不同环境下对NO₃^-—N吸附性能分析
• 3.3.3 双极性膜在不同环境下对P吸附性能分析
• 3.3.4 双极性膜在不同环境下对K吸附性能分析
• 3.4 小结
• 4 双极性树脂膜在不同环境下回收使用性能研究
• 4.1 试验材料与结果测定
• 4.1.1 材料
• 4.1.2 结果测定方法
• 4.2 试验设计
• 4.2.1 不同土壤环境中回收利用树脂膜对养分吸收性能分析
• 4.2.2 不同温度条件下回收利用树脂膜对养分吸收性能分析
• 4.3 结果与分析
• 4⁺—N吸附性能分析'>4.3.1 回收使用树脂膜在不同环境下对NH₄⁺—N吸附性能分析
• 3^-—N吸附性能分析'>4.3.2 回收使用树脂膜在不同环境下对NO₃^-—N吸附性能分析
• 4.3.3 回收使用树脂膜在不同环境下对P吸附性能分析
• 4.3.4 回收使用树脂膜在不同环境下对K吸附性能分析
• 4.4 小结
• 5 双极性树脂膜与作物养分以及传统养分测定方法的相关性研究
• 5.1 材料和方法
• 5.1.1 材料
• 5.1.2 试验设计
• 5.1.3 结果测定方法
• 5.2 树脂膜吸附养分与作物养分吸收相关性分析
• 5.2.1 树脂膜吸收养分与水稻养分吸收相关性
• 5.2.2 树脂膜养分吸收与玉米吸收养分相关性
• 5.3 树脂膜土壤养分测定与传统养分测定方法相关性分析
• 5.4 小结
• 6 结果讨论
• 6.1 主要结论
• 6.2 创新点及研究意义
• 6.3 尚待深入研究的问题
• 参考文献
• 附录
• 致谢