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研究以紫色土为参照改良校园土质的方法

作者:周佳颖、杨智豪、郑鸣谦     发布时间:2019-5-6 点击数:983

 

研究以紫色土为参照改良校园土质的方法


周佳颖、杨智豪、郑鸣谦

指导老师:凌敏


摘要:随着中小学校园对硬件设施的要求逐步升高,每逢寒暑假,校园中难免有大小程度上的翻修。因此在一次次的施工之下,土壤得不到及时更新,从而导致校园土质逐渐下降,无法满足优良种植物的培育。为此,本文通过比较四川宜宾紫色土壤和以新中高级中学为例的校园土壤,通过分析其中有机质、全氮、全磷、全钾、有效氮、有效磷、有效钾的含量和pH值的差异,并辅以小麦种植的对照实验来分析数据差异的原因。实验后分析数据得出:由紫色土种植的小麦生长更好的原因是由于pH值更、氮和钾含量相对更高。因而采取以甘蔗渣作为前驱材料植被生物炭来提高ph值和氮磷钾的含量,从而改良校园土质。最终得出改良后的实验结果:一周后小麦生长平均高度增长了1.169cm,两周后小麦生长平均高度增长了3.493cm,同比紫色土种植的效果更优。因此实验结果证明,以甘蔗渣作为前驱材料制备的生物碳,可以改良小麦苗的生长,从而证明校园土壤得到优化。

关键词:土壤、校园土、紫色土、土壤优化、酸碱度、甘蔗渣、生物碳


一、研究背景及目的

1.1紫色土概况

紫色土是亚热带和热带气候下,由紫色岩风化发育形成的一种非地带性土壤,集中分布在四川盆地丘陵区和海拔800米之下的低山区,并且在南方诸省盆地中零散分布,以四川盆地最为集中、分布面积最大,具有代表性,是四川仅次于水稻土而居于第二位的耕作土壤。

紫色土有机质含量约为1.0%左右,其发育程度较同地区的红、黄壤为迟缓,尚不具脱硅富铝化特征,属于化学风化微弱的土壤,呈中性至微碱性,pH值为7.58.5,石灰含量随母质而异,盐基饱和度达8090%。紫色土矿质养分丰富,在四川盆地的丘陵地区中为较肥沃土壤,其农业利用价值很高。[1]

1.2校园土现状

为检测校园土质现状,选用新中高级中学的土壤作为样本,取样检测。校园内的土壤有机质含量属于较缺水平,土壤中氮的含量均较低,而磷、钾为中等含量,土壤pH6.87。总体而言,新中高级中学校园土壤肥力水平为低等,属于贫瘠土壤。

1.3研究目的

如今学校校园在假期期间经常性翻修和改造,导致校园土壤受到影响。本文通过探究紫色土与校园土的肥力差别,对校园土进行改造,提高其肥力,以更好地满足校园绿化种植需求,提出可推广的改良方案。


二、实验材料与方法

2.1实验设想

预计通过比较紫色土与校园土的pH值、有机质含量、氮磷钾的含量等数据,对照小麦种植的生长高度,来分析紫色土相比校园土更适合植物生长的原因,以此对校园土进行改良。

2.2 实验材料

2.2.1 土壤材料

根据土壤类型及其面积在成都郊区的比重及分布,确定于一郊区农田附近取紫色土壤;根据调查学校土壤来源及土质,决定于新中高级中学2号楼的花园处取校园土。采用“S”形路线法,在每个土壤区域的10个采样点上混合,并采用四分法取1kg土。[2]

2.2.2 土壤分析方法

①土壤有机质(重铬酸钾-硫酸消化法);②土壤pH(水浸提电位法,水土比251;③全氮(NaOH碱熔,钼锑抗比色法);④全磷(NaOH碱熔,火焰光度计法);⑤全钾(HFHCLO_4消化,火焰光度计法);⑥有效氮(扩散法);⑦有效磷(碳酸氢钠浸提—钼锑抗比色法);⑧有效钾(醋酸氨浸提—火焰光度计法)

1.png

2.2.2-1

2.2.3 紫色土壤养分特征

土壤养分是土壤肥力的重要物质基础,而养分含量高低则在很大程度上决定着肥力水平的高低。土壤养分指标主要包括——有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾。[3]四川盆地中部典型紫色土土壤养分特性见表2.2.3-1,根据中国土壤养分分级标准,对样地土壤养分进行分级(见表2.2.3-1)[3]

研究表明,四川盆地中部的典型紫色土的土壤养分除全氮极丰富外,全钾含量也较丰富,一般处于中等以上水平,其他养分含量都处于不同程度的缺乏状态。土壤全氮含量与土壤机械组成有很大的关系,据分析,土壤粉粒与全氮呈显著正相关(r= 0.542,n= 9),所选样地全氮含量高与粉砂含量高、质地较粘重有很大关系。除此以外,与大量使用氮肥也有很大关系。土壤的全钾含量较高与母质有很大关系,紫色土继承母岩特性,富含钾矿物,粘土矿物中水云母、云母及长石很多,因此导致紫色土的含钾量一般处于较高水平。[3]

2.2.3-1

土壤

有机质/%

全 氮

全 磷

全 钾

有效氮/g·kg-   1

有效磷

有效钾

pH

紫色土

1.62

8.76

0.63

16.73

84.83

22.73

73.07

   7.9

校园土

  1.59

  7.89

  0.56

  15.27

  85.13

  20.64

70.13

   5.3











2.2.4 小麦种植所用器材

10cm×5cm×5cm的花盆40个、花盆架2个、小麦种子400个、小铁锹2个、6.5L的水壶1个、校园土30斤、紫色土30斤、杀虫剂1包、消毒剂1包。(图2.2.4-1

1.png

图2.2.4-1

2.3 实验过程

首先,将土壤中的各种动植物遗体、石块、结核等挑出,在检查紫色土时,发现有部分紫色土因天气炎热而板结,因此对土壤进行研磨。(2.3-1)

其次,将研磨后的土壤分装在各个花盆中,将消毒剂和杀虫剂与水混合浇灌土壤进行消毒与杀虫,以保证土壤的环境适宜植物生长。

1.png

图2.3-1

最后,在彩色花盆中埋入校园土,在黑色花盆中埋入紫色土,并将400个小麦种子以每花盆10个的数量埋入土中。随后,每隔两天测量芽长、湿度和温度(图2.3-3),以这些数据来比较紫色土和校园土的土质。

1.png

2.3-3


三、实验结果与讨论

在经过两周的观察记录,得到了表3-1、表3-2的数据。对比两表的数据,可得紫色土小麦发芽率对比校园土小麦平均发芽率高出4%,一周后小麦平均生长高度高出1.328cm,两周后小麦生长高度平均高出3.334cm。

3-1:校园土种植小麦生长情况

(表中各盆小麦生长高度均取该盆小麦生长高度平均值,下同)


一周后小麦生长高度(cm)

两周后小麦生长高度(cm)

小麦发芽率


一周后小麦生长高度(cm)

两周后小麦生长高度(cm)

小麦发芽率

1

4.1

10.4

100%

11

2.1

11.8

100%

2

2.9

12.7

80%

12

3.9

11.1

60%

3

2.7

11.4

70%

13

3.3

9.7

80%

4

3.6

13.6

100%

14

1.6

10.8

70%

5

2,4

12.1

90%

15

2.4

11.4

100%

6

2.2

12.4

80%

16

3.5

9.3

80%

7

3.5

10.9

100%

17

2.1

9.3

100%

8

3.8

11.6

90%

18

3.9

12.8

100%

9

2.9

12.6

100%

19

2.5

12.5

90%

10

4.4

10.7

60%

20

2.8

8.2

100%

平均值

2.900

10.211

90%





 

3-2:紫色土种植小麦生长情况


一周后小麦生长高度(cm)

两周后小麦生长高度(cm)

小麦发芽率


一周后小麦生长高度(cm)

两周后小麦生长高度(cm)

小麦发芽率

1

5.8

15.8

100%

11

4.5

13.6

100%

2

4.7

11.9

100%

12

2.7

12.8

100%

3

4.3

14.2

90%

13

5.2

14.5

100%

4

3.2

13.3

100%

14

4.8

12.2

80%

5

3.6

12.2

90%

15

4.3

13.8

90%

6

4.8

14.9

100%

16

2.8

11.6

100%

7

4.1

15.6

100%

17

5.3

14.3

80%

8

5.3

15.1

100%

18

5.7

10.6

100%

9

3.7

14.0

100%

19

3.2

12.7

100%

10

6.1

14.7

90%

20

4.1

18.1

100%

平均值

4.228

13.545

94%





根据以上数据,可得以下图表:

1.png3-1 一周后校园土与紫色土比较

1.png图3-2 两周后校园土与紫色土比较


四、土壤改良方案及效果

经过比较小麦的生长情况以及土壤pH、有机质含量、氮磷钾含量等数据(图3-1、图3-2)分析得出紫色土中种植的小麦生长更优的原因是由于pH值、氮和钾含量。因此,决定通过改变校园土的ph值,以及提升其氮磷钾含量来改良校园土质:

以甘蔗渣为前驱材料制备[4]的生物炭质,按5%的混合比例加至校园土样本中,在充分混合之后,取200g混合后土样于500ml锥形瓶中,然后将锥形瓶,放置于人工振荡培养箱中,在200r/min的转速下下持续振荡7天,保证生物质炭与土壤混合均匀,随后,停止振荡,,在28℃条件下培育45天,保留土壤水分在70%田园持水量,培育结束后,将土壤样品全部风干过筛后,再次检测土壤样品的理化性质。

1.png

4-1

 

对改良后的校园土壤样品进行理化性质的检测(图4-1),得到了表4-1的数据。并在改良后的土壤中用与之前相同的方法与环境种植小麦,进行对照实验。得到了表4-2的数据,再次对比紫色土的数据:有机质含量、pH值、氮磷钾含量等。比较数据得出:小麦平均发芽率增长了4%,一周后小麦生长平均高度增长了1.169cm,两周后小麦生长平均高度增长了3.493cm。实验结果表明:在校园土中添加生物炭有利于改善小麦的生长。

4-1 改良土各项指标测定

土壤

有机质/%

全 氮

全 磷

全 钾

有效氮/g·kg-   1

有效磷

有效钾

pH

改良土

1.60

8.43

0.68

15.29

83.76

22.41

74.41

    8.3


4-2 改良土种子小麦生长情况



一周后小麦生长高度(cm)

两周后小麦生长高度(cm)

小麦发芽率


一周后小麦生长高度(cm)

两周后小麦生长高度(cm)

小麦发芽率

1

5.6

11.4

100%

11

6.7

16.8

80%

2

5.3

16.1

100%

12

5.1

16.2

100%

3

4.7

14.6

100%

13

5.5

15.9

100%

4

5.5

16.1

100%

14

5.3

17.1

90%

5

7.3

14.9

100%

15

6.2

16.3

100%

6

4.9

17.1

100%

16

4.5

15.8

100%

7

5.2

15.4

90%

17

4.2

17.4

100%

8

6.3

13.6

100%

18

6.5

14.3

100%

9

5.2

16.3

100%

19

4.7

17.7

100%

10

6.4

15.9

100%

20

5.8

16.4

100%

平均值

5.397

17.038

98%





 

 

根据校园土改良前后植株的生长情况,通过进一步比较,可以得到校园土改良前后与紫色土的纵向比较结果(图4-2、图4-3)

1.png

4-2 一周后校园土、改良土与紫色土比较

1.png

4-3 两周后校园土、改良土与紫色土比较

五、总结

通过比较校园土与紫色土种植小麦的生长情况,可知紫色土肥力高于校园土。在此基础上,通过对两者进行土壤成分、PH值、氮磷钾等金属元素含量的检测,从数值上分析差异,从而采取以下措施:利用以甘蔗渣为先驱材料制得的生物炭质改良校园土。经过第二次改良种植后的小麦伸展长度与发芽率的比较,成功证明该改良手段是有效性。

进一步分析对比后,发现改良后的校园土不仅成功提升了肥力,而且超过了紫色土。经过进一步的研观察与究得知,在农作物生长过程所涉及的环境因素:水、温度、光照、肥料、湿度等是相互影响的。处于四川盆地的紫色土适应较为潮湿的环境,因而当其运输至长三角洲平原地区,并处于较为干燥炎热的天气时,紫色土壤容易板结,妨碍了小麦幼苗的根系生长。由此可见,土壤对于植物种植的影响也与湿度和温度是相关的。


参考文献

[1]杜静,四川盆地紫色丘陵区成土特征

[2]纪浩,大兴安岭低质林改造后土壤肥力质量评价

[3]王振健、张保华、李如雪、邓良基、夏建国、凌静,四川典型紫色土肥力特征及可持续利用研究

[4]易杰祥、吕亮雪、刘国道,土壤酸化和酸性土壤改良研究,《热带生物学报》,2006, 12(1):23-28

 


 

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