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高分子吸附树脂与酸性材料配施对盐碱离子钝化效果研究

更新时间:2016-07-05

我国盐碱地面积大,分布广,如何对其改良并加以利用成为一个重大课题[1-3]。目前常见的化学改良中,仍是以施加含钙物质或者钙的活化剂来增加土壤中钙离子对交换性钠离子的代换为主要手段 [4-5]。目前市场状态下,亟待开发一种既能钝化Na+、Cl-、SO42-这些特征盐分离子,又能够提高土壤肥力的改良制剂。经前期研究结果表明,201×4强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂加入土壤后能够显著降低土壤可溶性盐的含量,对Na+、Cl-、SO42-都有较好的吸附钝化作用,但由于材料呈碱性,其施用同时会提高土壤的pH值,并且其吸附作用也易受多种因素影响,将其与其他酸性材料配施用于盐碱土壤改良的研究鲜见报道。腐殖酸、泥炭是常用的土壤改良材料,既能降低土壤pH值又能够提高土壤中有机质含量,改良土壤性状[6-9];磷酸一铵是一种酸性复合肥,既能降低土壤pH值,又增加了土壤氮、磷元素含量[10-12]。本研究通过室内土壤改良试验,研究201×4树脂与以上3种酸性材料配施对盐碱土壤改良效果,以期找到既能钝化盐碱离子又能防止土壤碱性增强的配方材料。

1 材料和方法

1.1 试验材料

试验用土壤取自内蒙古河套平原五原县盐碱土,供试土壤理化性质见表1。

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表1 供试土壤盐碱特性

pH值碱化度/%含盐量/(g/kg)离子组成/(cmol/kg)K+8.3410.783.50 CO32--HCO3-0.56 Cl-3.93 SO42-0.98 Mg2+1.49 Ca2+1.31 Na+3.590.07

改良材料:201×4强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂(氢氧型),pH 值 11.05;腐殖酸,pH 值 4.76,有机质含量76%;泥炭,pH值4.05,有机质含量50%;磷酸一铵,pH值3.56。改良材料常规八大水溶性盐分离子含量见表2。

表2 改良材料中八大水溶性盐分离子含量

改良材料201×4树脂腐殖酸泥炭磷酸一铵CO32---- -HCO3--0.14 0.16-Cl--0.10 0.41-SO42--1.16 2.36-Mg2+-3.12 5.06-Ca2+-12.40 14.92-Na+-0.20 0.86-K+ - -0.05-

1.2 试验设计

本研究采用室内土壤改良试验,试验装置采用长宽高分别为20,12,6 cm的塑料盒,将预先处理好的土壤样品和改良材料,按照不同配比完全混匀后,装入试验盒中,各处理土壤与材料混合后的总重均为1 kg,平整土壤表面,各个处理管理措施一样。试验以201×4树脂为主体材料共设置了3组配方(201×4树脂和腐殖酸配施,以下简称RHA;201×4树脂和泥炭配施,以下简称RP;201×4树脂和磷酸一铵配施,以下简称RM),每组配方设3种不同的比例,各配方201×4树脂施用量均为土壤重量的2%,共9个处理,此外增加单施201×4树脂(以下简称201×4)和对照(以下简称CK)两个处理,每个处理设置3组平行试验,共计33个试验盒,试验设计如表3所示。试验开始时按照土壤的最大田间持水量一次性加去离子水318 mL(加水时土壤上覆盖一层滤纸,使水缓慢均匀渗透),加盖密封,静置4 d后取土壤样品进行特征性状测定,开展不同配方对盐碱土改良效果研究。

表3 不同配比材料施用量设计

处理编号1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 11处理名称CK 201×4 RHA1.0∶0.5 RHA1.0∶1.0 RHA1.0∶1.5 RP1.0∶0.5 RP1.0∶1.0 RP1.0∶1.5 RM1.0∶0.5 RM1.0∶1.0 RM1.0∶1.5酸性配施材料施用量比例(指占土壤比例)除土壤外不添加任何材料单施 2%201×4树脂2%201×4树脂+1%腐殖酸2%201×4树脂+2%腐殖酸2%201×4树脂+3%腐殖酸2%201×4树脂+1%泥炭2%201×4树脂+2%泥炭2%201×4树脂+3%泥炭2%201×4树脂+1%NH4H2PO4 2%201×4树脂+2%NH4H2PO4 2%201×4树脂+3%NH4H2PO4

1.3 测定方法

土壤pH值:酸度计法;土壤盐基离子:用去离子水浸提(5∶1水土比);滤液中的钠离子、钾离子:火焰光度计;钙离子、镁离子:EDTA滴定法;硫酸根离子:EDTA间接络合滴定法;氯离子:硝酸银滴定法;碳酸根离子、碳酸氢根离子:双指示剂-中和滴定法;土壤全盐量:八大离子加和法。

1.4 数据处理

[3]蔺亚莉,李跃进,陈玉海,等.碱化盐土掺砂对土壤理化性状和玉米产量影响的研究[J].中国土壤与肥料,2016(1):119-123.

(1)含矿岩类(铅锌矿化、黄铁矿化、铜矿化)的视极化率较高(一般大于4%),具有中高极化率特征,极化率的高低取决于矿石含铅锌矿和黄铁矿等金属硫化物的多少;且视极化率变化范围大,受岩矿石内部金属物质含量及排列情况影响大;氧化矿的视极化率一般较低,主要是因为其铁质成分被氧化为褐铁矿,硫质成分减少。

图1 不同配方处理对盐碱土壤水溶性Na+含量的影响

注:不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05),下同。

2 结果与分析

2.1 不同配方对盐碱土壤主要水溶性盐分离子的影响

[4]王丽贤,张小云,吴淼.盐碱土改良措施综述[J].安徽农学通报,2012,18(17):99-102.

酸性材料的加入较单施201×4树脂降低了土壤pH值,对CO32-、HCO3-的存在和转化产生影响,同时也会加大碳酸盐、硫酸盐类的溶解,最终达到一种平衡,且pH值降低能够增强201×4树脂对阴离子的吸附作用[14]。腐殖酸和泥炭自身含有一定的盐分离子,其中大量的Ca2+置换土壤交换性Na+会导致水溶性Na+增多,同时这类有机物会与树脂结合从而在一定程度上抑制树脂吸附效果[15],但腐殖酸类物质也对阳离子有一定的络合吸附作用。磷酸一铵加入带来大量PO43-和NH4+,离子间竞争吸附作用下使201×4树脂对主要盐分离子吸附作用降低。总而言之,土壤盐分离子变化是树脂和酸性材料综合作用的结果,既有离子交换、物理吸附,也存在盐类溶解变化等多种过程,具体机理仍待研究。

2.1.3 不同配方对盐碱土壤水溶性Cl-的影响 该供试土壤中水溶性Cl-含量较高,而土壤溶液中Cl-过多容易造成氯害,影响植物生长。由图2可知,单施201×4树脂能够显著降低土壤中Cl-的含量,相较对照下降了30.51%。9个配方处理土壤水溶性Cl-的含量较对照都显著降低。RHA和RP两组的变化趋势相似,都是随着酸性材料施用比例的加大,土壤水溶性Cl-的含量先升高再降低,且RP组各配比处理都要低于RHA组相应比例处理,其中RP1.0∶0.5和RP1.0∶1.5处理下土壤水溶性Cl-的含量显著低于201×4处理,分别较对照下降了48.97%和34.36%。RM组中RM1∶0.5处理土壤水溶性Cl-的含量与201×4 处理相比无显著差异,但 1.0∶1.0 和 1.0∶1.5 时Cl-的含量较201×4处理有了显著的增多,说明磷酸一铵的加入一定程度上影响了201×4树脂对Cl-的吸附。

表4 不同处理下盐碱土壤水溶性CO32-、HCO3-的含量

注:同列数据不同字母表明在0.05水平差异显著,相同字母表示没有显著性差异。

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图2 不同配方处理对盐碱土壤水溶性Cl-含量的影响

2.1.4 不同配方对盐碱土壤水溶性SO42-的影响 硫酸根离子是该土壤可溶性盐分离子组成中的第二大阴离子,其含量对土壤盐分状况以及作物生长有很大影响。由图3可以看出,单施201×4树脂能够显著降低土壤中SO42-的含量,相较对照下降了70.71%。RHA组3个处理随着腐殖酸施用比例的增大SO42-的含量先下降后趋于平稳,分别较对照降低了67.68%、77.78%和77.78%,后两个处理SO42-的含量均显著低于201×4处理。RP组3个处理随着泥炭施用比例加大SO42-的含量呈显著下降趋势,分别较对照降低了69.70%、80.81%和87.88%,后两个处理SO42-的含量均显著低于201×4处理。RM组处理SO42-的含量随着磷酸一铵施用比例的加大呈现先增高后降低的趋势,且1.0∶0.5和1.0∶1.0处理时含量要显著高于对照处理,说明磷酸一铵的小比例加入严重影响了201×4树脂对SO42-的吸附,这可能与大量加入的PO43-有关,在1.0∶1.5处理时,SO42-含量的再度减少,可能是这个范围内pH值的大幅下降,提高了201×4树脂对SO42-的吸附性能。

图3 不同配方处理对盐碱土壤水溶性SO42-含量的影响

2.2 不同配方对盐碱土壤水溶性盐总量的影响

土壤可溶性盐分含量过高易对植物造成盐害,对植物组织造成破坏,形成渗透胁迫,干扰植物新陈代谢等。由图4可知,单施201×4树脂相较对照土壤全盐量由 3.46 g/kg下降到 2.64 g/kg,降低了23.70%。RHA组和RP组各处理土壤水溶性盐总量都显著低于对照处理。两组的变化趋势相似,都是随着酸性材料施用量增大,土壤水溶性盐总量先升高后降低,其中 RHA1.0∶1.5、RP1.0∶0.5 和 RP1.0∶1.5 处理降低土壤水溶性盐总量的效果要优于单施201×4树脂,较对照分别降低了30.06%、32.66%和30.64%。RM组3个处理全盐量较对照均有显著增多,整体上看,磷酸一铵的加入降低了树脂吸附盐分离子总量,土壤溶液中的可溶性盐分离子大量增多。

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图4 不同配方对盐碱土壤水溶性盐总量的影响

2.3 不同配方处理对盐碱土壤pH值的影响

土壤pH值是盐碱土重要的特征指标,探究其变化对于盐碱土改良效果研究意义重大。由图5可知,单施201×4树脂处理相较于空白对照土壤pH值显著升高,达到了9.64,而201×4树脂与其他3种酸性材料不同比例配施相较于单施201×4树脂土壤pH值显著降低,并且随着酸性材料施用比例的加大,pH值下降幅度越大,RHA1.0∶1.5、RP1.0∶1.5 和 RM1.0∶1.5处理较单施201×4树脂处理土壤pH值分别下降了0.56,0.78,1.74。整体来看,3 组配方较单施 201×4 树脂处理其降低pH值效果由高到低为RM>RP>RHA,其中RM组201×4树脂与磷酸一铵配施作用最为显著,其比例在1.0∶1.0和1.0∶1.5时,已经能够将土壤pH值降低到对照以下,土壤将不再受施用201×4树脂所带来的升高pH值的不利作用影响。

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图5 不同配方对盐碱土壤pH值的影响

3 讨论与结论

3.1 讨论

通过施用201×4树脂,能够有效降低盐碱土壤中可溶性盐分离子的含量,起到钝化土壤盐碱离子的效果,但是由于材料碱性的原因会提高土壤pH值。201×4树脂作为阴离子交换树脂对阴离子有交换吸附作用,同时在土壤中表现出了降低水溶性阳离子的效果,这可能与其物理表面吸附和静电吸附有关,这与马红梅等对弱碱性环氧阴离子交换树脂去除水中铜的研究结果类似[13]

2.1.2 不同配方对盐碱土壤水溶性CO32-、HCO3-的影响 具有碳酸根和碳酸氢根的水溶性盐类的溶解会使土壤溶液中的总碱度很高,这两种离子在一定程度上能反映出土壤的碱性程度。由表4可知,单施201×4树脂会显著增加土壤溶液中CO32-、HCO3-含量,相比对照CO32-从无到有,增加了0.34 cmol/kg,HCO3-增加了 0.71 cmol/kg。从 CO32-含量上看,9个配方处理中 RHA1.0∶0.5 和 RP1.0∶0.5 处理下 CO32-含量与201×4处理无显著差异,其他处理较201×4处理均显著降低了CO32-含量,且同组配方中,酸性材料施用比例越大,CO32-含量越低。在1.0∶0.5配比时,只有RM处理有显著降低效果;在1.0∶1.0配比和1.0∶1.5配比时,RM处理都优于RP处理,RHA与RP两处理间差异不显著。从HCO3-含量上看,RM配方下的3个处理相比201×4处理显著提高了土壤溶液的HCO3-含量,且磷酸一铵施用比例越大,HCO3-含量增加越多,这可能是由于碳酸盐类在土壤pH值大幅度降低的情况下溶解增多导致的。其他两组配方较201×4处理则不同程度降低了HCO3-含量,且同组配方中,酸性材料施用比例越大,HCO32-含量越低,其中RHA1.0∶1.5处理下HCO32-含量最低,较201×4处理减少了0.35 cmol/kg,但仍比CK处理含量有所增多。

[5]沈婧丽,王彬,许兴.脱硫石膏改良盐碱地研究进展[J].农业科学研究,2016,37(1):65-69.

本试验主要分析了不同配方对Na+、Cl-等特征盐分离子的含量影响,其是否会对一些养分离子的有效性产生影响仍需要进一步的试验研究。考虑到添加酸性材料降低土壤碱性的同时增加土壤肥力和改善土壤结构等问题,本试验选取的酸性材料为有机酸和弱酸性磷肥,试验得到的最佳配方处理下土壤pH值较对照仍旧有所升高,针对此问题,仍需选取能够明显降低土壤pH值的强酸性材料进行配方的优化研究。

3.2 结论

本试验研究表明:RHA和RP配方组在1.0∶0.5和1.0∶1.5比例配施时,对土壤中水溶性盐分离子吸附钝化效果要优于1.0∶1.0比例配施,且泥炭、腐殖酸配施比例越大,相较单施201×4树脂土壤pH值下降越明显。磷酸一铵配施能够有效降低土壤pH值,但是增加了土壤全盐含量,对水溶性Na+吸附效果极差。综合比较,201×4树脂与泥炭1.0∶1.5配施改良效果突出,相较对照土壤水溶性Na+、Cl-,SO42-含量分别下降了21.41%、34.36%和87.88%,全盐含量下降了30.64%,较单施201×4树脂土壤pH值下降了0.78。

参考文献:

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[7]顾鑫,任翠梅,杨丽,等.天然煤炭腐殖酸对盐碱土改良效果的研究[J].灌溉排水学报,2017,36(9):57-61.

另外,在96孔板中,每孔均匀加入100 μL、密度为2.0×104个/mL的各细胞悬液,每种细胞分别设5个复孔。将细胞继续培养24、48和72 h后,更换相同体积的新鲜无血清培养液,每孔加入10 μL CCK-8,继续培养1 h。然后检测450 nm波长处各孔的D值,以此反映各细胞的增殖活性。实验重复3次。

采用Excel2010,SAS9.0软件作图。

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2.1.1 不同配方对盐碱土壤水溶性Na+的影响 盐碱土壤溶液中Na+过多容易造成作物生理干旱,对作物生长产生严重影响。由图1可以看出该试验供试土壤水溶性Na+含量较高,空白对照处理含量高达3.55 cmol/kg,而单施201×4树脂相较对照处理水溶性Na+含量下降了24.79%,作用显著。复合配方处理中RHA和RP两组配方处理的水溶性Na+含量变化规律相似,都随着酸性材料施用比例的加大,水溶性Na+含量呈现先升高后降低的趋势,其中RHA1.0∶1.0 处理与对照处理差异不显著,RP1.0∶1.0处理较对照下降了 13.80%,RHA1.0∶0.5、RHA1.0∶1.5和RP1.0∶1.5处理间差异不显著,较对照分别下降了22.25%、20.56%与 21.41%,RP1.0∶0.5处理效果最好,较对照下降了36.62%,腐殖酸、泥炭携带的Ca2+与交换性Na+发生置换会导致水溶性Na+增多,但材料自身吸附性会降低一部分水溶性Na+,同时腐殖酸和泥炭对201×4树脂吸附效果有一定影响,综合作用产生此变化结果。RM的3种比例配施处理间水溶性Na+含量无显著差异,且RM1.0∶1.5处理与对照处理差异不显著,说明磷酸一铵的加入抑制了201×4树脂对Na+的吸附作用。

氟喹诺酮类,抗菌作用佳,但相比其他类型,价格较贵,在泌尿系统病原体诱发的感染及相关病菌中作用明显。然而此类抗菌药会对体内DNA有效合成造成影响,孕妇一般不建议使用,对于儿童,也尽量避免使用,因其可能对儿童的成长及发育造成不良影响[2]。对此,关于氟喹诺酮类抗菌药,临床应用时需注意适用对象。

[6]TAHIR M M,KHURSHID M,KHAN M Z,et al.Lignite-derived humic acid effect on growth of wheat plants in different soils [J].Pedosphere,2011,21(1):124-131.

[2]张谦,陈凤丹,冯国艺,等.盐碱土改良利用措施综述[J].天津农业科学,2016,22(8):35-39.

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宋纪雷,李跃进,王鼎,李凯,靳存旺
《北方农业学报》 2018年第2期
《北方农业学报》2018年第2期文献

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