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7.5~8.5,石灰含量随母质而异,盐基饱和度达80~90%。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pH为6.87。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25:1);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(HF—HCLO_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)
图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]
表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)
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。(图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。
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。
图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。
表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 | ||
盆1 | 4.1 | 10.4 | 100% | 盆11 | 2.1 | 11.8 | 100% |
盆2 | 2.9 | 12.7 | 80% | 盆12 | 3.9 | 11.1 | 60% |
盆3 | 2.7 | 11.4 | 70% | 盆13 | 3.3 | 9.7 | 80% |
盆4 | 3.6 | 13.6 | 100% | 盆14 | 1.6 | 10.8 | 70% |
盆5 | 2,4 | 12.1 | 90% | 盆15 | 2.4 | 11.4 | 100% |
盆6 | 2.2 | 12.4 | 80% | 盆16 | 3.5 | 9.3 | 80% |
盆7 | 3.5 | 10.9 | 100% | 盆17 | 2.1 | 9.3 | 100% |
盆8 | 3.8 | 11.6 | 90% | 盆18 | 3.9 | 12.8 | 100% |
盆9 | 2.9 | 12.6 | 100% | 盆19 | 2.5 | 12.5 | 90% |
盆10 | 4.4 | 10.7 | 60% | 盆20 | 2.8 | 8.2 | 100% |
平均值 | 2.900 | 10.211 | 90% |
表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 | ||
盆1 | 5.8 | 15.8 | 100% | 盆11 | 4.5 | 13.6 | 100% |
盆2 | 4.7 | 11.9 | 100% | 盆12 | 2.7 | 12.8 | 100% |
盆3 | 4.3 | 14.2 | 90% | 盆13 | 5.2 | 14.5 | 100% |
盆4 | 3.2 | 13.3 | 100% | 盆14 | 4.8 | 12.2 | 80% |
盆5 | 3.6 | 12.2 | 90% | 盆15 | 4.3 | 13.8 | 90% |
盆6 | 4.8 | 14.9 | 100% | 盆16 | 2.8 | 11.6 | 100% |
盆7 | 4.1 | 15.6 | 100% | 盆17 | 5.3 | 14.3 | 80% |
盆8 | 5.3 | 15.1 | 100% | 盆18 | 5.7 | 10.6 | 100% |
盆9 | 3.7 | 14.0 | 100% | 盆19 | 3.2 | 12.7 | 100% |
盆10 | 6.1 | 14.7 | 90% | 盆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:
图3-1 一周后校园土与紫色土比较
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。
图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。
表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 |
表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 | ||
盆1 | 5.6 | 11.4 | 100% | 盆11 | 6.7 | 16.8 | 80% |
盆2 | 5.3 | 16.1 | 100% | 盆12 | 5.1 | 16.2 | 100% |
盆3 | 4.7 | 14.6 | 100% | 盆13 | 5.5 | 15.9 | 100% |
盆4 | 5.5 | 16.1 | 100% | 盆14 | 5.3 | 17.1 | 90% |
盆5 | 7.3 | 14.9 | 100% | 盆15 | 6.2 | 16.3 | 100% |
盆6 | 4.9 | 17.1 | 100% | 盆16 | 4.5 | 15.8 | 100% |
盆7 | 5.2 | 15.4 | 90% | 盆17 | 4.2 | 17.4 | 100% |
盆8 | 6.3 | 13.6 | 100% | 盆18 | 6.5 | 14.3 | 100% |
盆9 | 5.2 | 16.3 | 100% | 盆19 | 4.7 | 17.7 | 100% |
盆10 | 6.4 | 15.9 | 100% | 盆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)
图4-2 一周后校园土、改良土与紫色土比较
图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