自然堆肥条件下环境降解地膜降解特性的研究

摘要

本研究在国家科技支撑计划课题(批准号:2007BAE42B04)的资助下，用已知不同分子量的聚乙烯地膜粉末来模拟不同年份累积的环境降解地膜残余物，通过室内呼吸瓶标准试验和室外控制性堆肥试验，测定了土壤微气候、微生物种群、微生物生理生化特性、土壤酶活、土壤理化性质、聚乙烯残余物分子量、红外、DSC等指标，研究了自然堆肥条件下环境降解地膜的降解特性。研究结果表明:
　　1.在室内呼吸瓶标准试验144天以后，添加普通地膜和环境降解地膜粉末处理的CO2累积量均比对照CO2累积量高，分别达到了882.665g和902.468g，分别比对照提高了5.65％和8％，其中添加环境降解地膜粉末处理的CO2累积量最高;在室外控制性堆肥试验150天以后，浅层、中层、深层中添加100年累积量普通地膜和环境降解地膜粉末处理的CO2释放量的变化均最为显著，其中添加普通地膜粉末处理的CO2释放量分别为9201ppm、23165.1ppm、43201.5ppm，分别比对照降低了2.18％、提高了15％、29.13％;而添加环境降解地膜粉末处理的CO2释放量分别为9607.3、25431.3ppm、45210.3ppm，分别比对照提高了2％、26.3％、35.13％。说明在室内呼吸瓶标准试验和室外控制性堆肥试验中，环境降解地膜粉末均比普通地膜粉末的降解效果明显。
　　2.随着试验时间的延长，在4个月以后，添加环境降解地膜粉末处理的细菌、真菌、放线菌数目的变化均最为显著，分别由1.675*108个减少至1.525*105个，4.35*106个减少至4.23*104个，7.5*103个增加至7.6*106个;添加普通地膜和环境降解地膜粉末处理的真细菌主要优势菌群是Proteobacteria和environmentalsamples;添加普通地膜和环境降解地膜粉末的处理，呼吸熵呈现先下降后上升趋势，且均在模拟添加50年累积量时达到最小值，分别为23.071和22.315，分别比对照降低了17.88％和57.73％，其中添加环境降解地膜粉末处理的变化最为显著。
　　3.土壤酶活的分析结果显示:在4个月以后，添加50年和100年累积量环境降解地膜粉末处理的过氧化氢酶活度、磷酸酶活度、脲酶活度均出现了最高值，分别达到了0.54L、202.55mg、9.76mg，分别比对照提高了54.29％、151.8％、301.5％，其中添加环境降解地膜粉末处理的三种酶活度的变化最为显著。
　　4.土壤理化性质的分析结果显示:随着试验时间的延长，在室外控制性堆肥试验2个月以后，土壤理化性质指标最低，其中添加50年累积量环境降解地膜粉末处理样品的土壤有机质、有效磷、全钾含量分别为410g/kg、0.22g/kg、4.71g/kg，分别比对照降低了2％、2.94％、4.25％，添加1年累积量普通地膜粉末处理样品的碱解氮、速效钾含量分别为0.763g/kg、0.781g/kg，分别比对照降低了16.51％、28.04％，添加50年累积量普通地膜粉末处理样品的全磷含量为2.63g/kg，比对照降低了1.9％，在室内呼吸瓶标准试验2个月以后，添加普通地膜粉末处理样品的全氮含量为0.22g/kg，比对照降低了13.04％，而pH值呈先上升后下降的趋势，并在添加环境降解地膜粉末处理样品中取得最大值，达到了8.9。
　　5.不同堆肥环境下不同地膜粉末残余物的降解初探:
　　(1)DSC研究结果表明:在室内呼吸瓶标准试验降解4个月以后，添加环境降解地膜和普通地膜粉末处理的熔融温度在102.93℃～136.42℃之间，均较对照样品的熔融温度有所升高。在室外控制性标准试验降解4个月以后，添加环境降解地膜粉末模拟50年和100年累积量处理的熔融温度在100.72℃～136.42℃之间，而添加普通地膜粉末模拟50年和100年累积量处理的熔融温度在99.44℃～136.42℃之间，均比对照样品的熔融温度有所升高。
　　(2)分子量研究结果表明:在室内呼吸瓶标准试验降解4个月以后，添加环境降解地膜和普通地膜粉末处理的分子量分布曲线变化显著，重均分子量Mw分别降低了27932.7、10166(g/mol)，分散系数分别由原来的3.70、3.67变为3.75、4.30;在室外控制性堆肥试验降解4个月以后，添加50年和100年累积量环境降解地膜粉末处理的分子量分布曲线变化显著，重均分子量Mw分别降低了16695、27652.9(g/mol)，分散系数分别由原来的3.70变为3.77、4.94;而添加50年和100年累积量普通地膜粉末处理的分子量分布曲线变化显著，重均分子量Mw分别降低了14983、17854(g/mol)，分散系数分别由原来的3.67变为7.24、4.16。说明环境降解地膜粉末比普通地膜粉末的降解效果好。
　　(3)红外光谱研究结果表明:在室内呼吸瓶标准试验中，降解2个月以后，添加环境降解地膜粉末处理在2329cm-1和1717cm-1处就开始出现了羰基峰;降解4个月以后，添加普通地膜粉末才在1717cm-1处开始出现了羰基峰。在室外控制性堆肥试验中，降解2个月和4个月以后，添加环境降解地膜粉末处理分别在1736cm-1、2636cm-1和1631cm-1处出现了明显的羰基峰;而添加普通地膜粉末处理在相同的时间内并未出现羰基峰。
　　本研究结果表明，添加环境降解地膜粉末的处理比添加普通地膜粉末的处理降解效果明显，说明堆肥条件下环境降解地膜的降解是可行的，采用土壤微气候、微生物种群、微生物生理生化特性、土壤酶活、土壤理化性质、聚乙烯残余物分子量、红外、DSC等综合指标来评价和检测聚乙烯结构变化也是有效的，本研究可为聚乙烯地膜降解新标准的构建提供一定的参考。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 聚乙烯地膜概述

1．2 聚乙烯地膜对土壤环境的影响

1．2．1 残留地膜对土壤特性的影响

1．2．2 残留地膜对农作物的危害

1．2．3 我国残留地膜污染现状

1．2．4 地膜对土壤理化性质的影响

1．3 环境降解概念的提出和环境降解地膜

1．4 本研究的创新点与意义

1．4．1 创新点

1．4．2 意义

1．5 本课题的来源及主要研究内容

1．5．1 课题来源

1．5．2 研究内容

1．6 数据分析

2 不同地膜粉末残余量对环境微气候的影响研究

2．1 试验地自然概况

2．2 材料和方法

2．2．1 试验材料

2．2．2 试验设计和试验设施

2．3 结果与分析

2．3．1 温度

2．3．2 湿度

2．3．3 二氧化碳

2．4 小结

3 不同地膜粉末残余量对环境微生物种群以及土壤微生物生理生化特性的影响研究

3．1 材料与方法

3．1．1 试验材料

3．1．2 试验方法

3．2 试验设施

3．3 结果与分析

3．3．1 微生物平板计数法

3．3．2 DGGE

3．3．3 微生物生理生化特性

3．4 小结

4 不同地膜粉末残余量对土壤酶活的影响研究

4．1 材料与方法

4．1．1 试验材料

4．1．2 试验方法

4．2 结果与分析

4．2．1 过氧化氢酶

4．2．2 脲酶

4．2．3 磷酸酶

4．3 小结

5 不同地膜粉末残余物对土壤理化性质的影响研究

5．1 材料与方法

5．1．1 试验材料

5．1．2 试验方法

5．2 试验设施

5．3 结果与分析

5．3．1 pH、有机质

5．3．2 全氮、全磷、全钾

5．3．3 碱解氮、有效磷、速效钾

5．4 小结

6 不同堆肥环境下不同地膜粉末残余物的降解初探

6．1 材料与方法

6．1．1 试验材料

6．1．2 试验方法

6．2 试验设施

6．3 结果与分析

6．4 小结

结语

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果