不同分子量的聚乙烯粉末对土壤环境及作物生长的影响研究

论文摘要

聚乙烯地膜覆植技术在保温保墒,提高作物产量的同时也带来了一系列的环境问题。新型光、温、水、气、生物综合降解的环境降解型地膜已从过去的块状降解实现了粉末状降解。但环境降解地膜降解后聚乙烯粉末产物对土壤理化性质以及作物生长发育的影响成为新一轮争议的热点。本研究在国家“十一五”科技支撑计划课题(批准号:2007BAE42B04 )的资助下,以已知分子量的聚乙烯粉末为原料模拟环境降解地膜聚乙烯粉末产物的几个降解等级,采用将聚乙烯粉末添加进不同土壤并且盆栽作物的方法,对土壤肥力和酶活、大豆、小麦、绿豆等作物的生物学性状进行了研究。结果表明:1、大豆生长及其土壤环境对不同分子量聚乙烯粉末的响应研究中:聚乙烯粉末累积量处理对结荚期大豆株高、完熟期土壤有效磷有负面影响,二者随着聚乙烯粉末累积量的增加而减小,不过各处理的株高和有效磷含量均略等于或高于对照组,最高可达对照组的1.12、2.21倍,差异显著;聚乙烯粉末累积量处理对结荚期植株鲜重、干重、完熟期有效钾有正面影响,三者随着聚乙烯粉末累积量的增加而增加,最高分别可达对照组的1.18、1.19、1.31倍,差异显著。2、小麦生长及其土壤环境对不同分子量聚乙烯粉末的响应研究中:壤土处理下,聚乙烯粉末累积量处理对抽穗期有效氮有正面影响,最高可达对照组的1.65倍,差异显著;对抽穗期有效钾有负面影响,相比于对照组的最大减幅是21.74%,差异显著。粘土处理下,聚乙烯粉末累积量处理对穗长、产量有正面影响,最高可分别达对照组的1.22、1.19倍,差异显著。砂土处理下,聚乙烯粉末累积量处理对砂土抽穗期有机质、成熟期有效磷、小麦穗长和产量是正面影响,最高分别可达对照组的1.13、1.29、1.37、1.50倍,差异显著。三种土壤中,聚乙烯粉末累积量处理对脲酶活性多是正面影响,分别可高达对照组的1.59、1.41、1.61倍,差异显著,对酸性磷酸酶的影响规律不统一。聚乙烯粉末分子量处理对粘土抽穗期有效磷、砂土拔节期有效氮有正面影响,分别高达对照组的1.20、1.38倍,差异显著。3、绿豆生长及其土壤环境对不同分子量聚乙烯粉末的响应研究中:壤土处理下,聚乙烯粉末累积量处理对开花结荚期有效钾、开花结荚期脲酶和开花结荚期酸性磷酸酶活性有正面影响,最高可达对照组的1.17、1.18、1.75倍,差异显著;对壤土结荚鼓粒期有效磷和百粒重是负面影响,相比于对照组的最大减幅分别是48.31%、14.23%,差异显著。粘土处理下,聚乙烯粉末处理对脲酶活性是正面影响,可高达对照组的1.11倍,差异显著;聚乙烯粉末累积量处理对百粒重有负面影响,相比于对照组的最大减幅是18.53%,差异显著;聚乙烯粉末处理对酸性磷酸酶活性有负面影响,最大减幅61.88%,差异显著。砂土处理下,聚乙烯累积量处理对脲酶活性有正面影响,可高达对照组的1.49倍,差异显著;对砂土开花结荚期株高、结荚鼓粒期株高和结荚鼓粒期植株鲜重、结荚鼓粒期有效氮有负面影响,相比于对照组的最大减幅分别是24.87%、17.19%、47.05%、50.10%,差异显著。4、数学模型模拟仿真分析结果表明:大豆结荚期株高、壤土小麦成熟期脲酶、砂土绿豆开花结荚期脲酶与聚乙烯粉末累积量处理间满足S曲线模型;大豆完熟期磷含量、砂土小麦抽穗期酸性磷酸酶与聚乙烯粉末累积量处理间满足二次曲线模型;砂土小麦产量与聚乙烯粉末累积量处理间满足逻辑斯蒂模型;砂土小麦百粒重、壤土绿豆开花结荚期脲酶与聚乙烯粉末累积量处理间满足双曲线模型;壤土绿豆结荚鼓粒期磷含量与聚乙烯粉末累积量处理间满足负指数模型;粘土绿豆开花结荚期脲酶和酸性磷酸酶、砂土绿豆结荚鼓粒期植株鲜重与聚乙烯粉末累积量处理间满足幂函数模型;其余各指标与聚乙烯粉末累积量处理和分子量处理间均符合对数函数模型。聚乙烯粉末累积量处理这一影响因素的临界累积量在10年和50年,聚乙烯粉末分子量处理这一因素的临界分子量在MW=4614.52,超过该阀值,数学模型趋势发生极大改变,不同分子量聚乙烯粉末处理的正面作用变得不显著。综上所述,环境降解地膜聚乙烯粉末产物在大多数情况下对土壤和作物都没有显著性影响,只是对个别时期的个别指标有显著影响作用,并且这种作用大多是由聚乙烯粉末累积量产生,聚乙烯粉末分子量主要影响土壤酶活性。聚乙烯粉末累积量与分子量二因素在土壤肥力和作物生物学性状、产量的考察中互作不显著,但是在土壤酶活的分析中显示轻微的互作作用。环境降解聚乙烯地膜粉末产物的残留对土壤环境和作物生长的正面影响大于负面影响。土壤对环境降解地膜聚乙烯粉末产物的最适容纳残留量为50年累积残留量,如果50年的累积证明仍不被土壤环境所降解,超过这个限额易带来显著的不利影响,同时聚乙烯粉末产物的分子量越小越易产生有利影响,并且发生降解行为,本研究中提出分子量应小于等于4614.52为宜。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 聚乙烯的发明和应用
• 1.2 聚乙烯（塑料）地膜应用简介
• 1.3 聚乙烯地膜带来的环境问题
• 1.3.1 残留地膜对土壤特性的影响
• 1.3.2 残留地膜对农作物的危害
• 1.3.3 我国残留地膜污染现状
• 1.4 聚乙烯地膜环境污染问题的解决方案
• 1.5 本课题的研究意义
• 1.6 本课题的来源及研究内容
• 1.6.1 供试聚乙烯粉末
• 1.6.2 测试指标
• 1.6.3 数据分析
• 2 大豆生长及土壤环境对不同分子量聚乙烯粉末的响应
• 2.1 实验场地和周期
• 2.2 供试材料
• 2.3 实验方法
• 2.4 统计检验和方差分析
• 2.4.1 土壤肥力
• 2.4.2 植株生物学性状
• 2.5 多重变量影响分析
• 2.5.1 单因变量的二次多项式分析
• 2.5.2 多因变量的双重筛选分析
• 2.6 小结
• 3 小麦生长及土壤环境对不同分子量聚乙烯粉末的响应
• 3.1 实验场地和周期
• 3.2 供试材料
• 3.3 实验方法
• 3.4 统计检验和方差分析
• 3.4.1 壤土肥力
• 3.4.2 粘土肥力
• 3.4.3 砂土肥力
• 3.4.4 壤土种植的小麦植株生物学性状
• 3.4.5 粘土种植的小麦植株生物学性状
• 3.4.6 砂土种植的小麦植株生物学性状
• 3.4.7 壤土酶活分析
• 3.4.8 粘土酶活分析
• 3.4.9 砂土酶活分析
• 3.5 多重变量影响分析
• 3.5.1 单因变量的二次多项式分析
• 3.5.2 多因变量的双重筛选分析
• 3.6 小结
• 4 绿豆生长及土壤环境对不同分子量聚乙烯粉末的响应
• 4.1 实验场地和周期
• 4.2 供试材料
• 4.3 实验方法
• 4.4 统计检验和方差分析
• 4.4.1 壤土肥力
• 4.4.2 粘土肥力
• 4.4.3 砂土肥力
• 4.4.4 壤土种植的绿豆植株生物学性状
• 4.4.5 粘土种植的绿豆植株生物学性状
• 4.4.6 砂土种植的绿豆植株生物学性状
• 4.4.7 壤土酶活分析
• 4.4.8 粘土酶活分析
• 4.4.9 砂土酶活分析
• 4.5 多重变量影响分析
• 4.5.1 单因变量的二次多项式分析
• 4.5.2 多因变量的双重筛选分析
• 4.6 小结
• 5 数学模型模拟仿真分析
• 5.1 聚乙烯粉末不同累积量下各拟合模型
• 5.1.1 大豆盆栽实验
• 5.1.2 小麦盆栽实验
• 5.1.3 绿豆盆栽实验
• 5.2 聚乙烯粉末不同分子量下各拟合模型
• 5.2.1 小麦盆栽实验（壤土）
• 5.2.2 小麦盆栽实验（粘土）
• 5.2.3 小麦盆栽实验（砂土）
• 5.2.4 绿豆盆栽实验
• 5.3 小结
• 6 土壤中聚乙烯粉末分子量变化的初步测定
• 6.1 土壤中聚乙烯的分离提取
• 6.1.1 实验试剂和仪器
• 6.1.2 实验方法
• 6.2 聚乙烯粉末分子量的测定
• 6.3 结果与分析
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果