地膜覆盖与非地膜覆盖下土壤理化性质的对比研究

地膜覆盖与非地膜覆盖下土壤理化性质的对比研究——以兰州市夏官营镇高敦营村花椰菜菜田为例Ⅰ、研究目的探究干旱地区花椰菜菜田在有地膜和无地膜覆盖两种情况下，各种因子（包括气压，C、N、P含量等）对菜田土壤的变化影响，并进行相关的线性分析，得出地膜覆盖下土壤理化性质的变化情况,进一步分析覆膜条件下土壤肥力的改变状况、地膜下渗对植物的生长影响等及进行小区块菜田对农田小生态环境的影响评价探究。Ⅱ、研究背景1.从20世纪50年代初开始,随着塑料工业的发展,日本和欧美发达国家开始将塑料薄膜应用于农业生产中。地膜覆盖增温、保水功能导致农作物增产及作物适作区扩大,该项技术带来了农业生产方式的改变和农业生产力的飞跃。虽然中国从20世纪70年代末才开始进行相关研究,80年代才开始将地膜应用于农业生产,但应用面积和范围却后来居上,已经成为地膜覆盖栽培面积最大的国家。地膜覆盖栽培是农业生产中的一项有效增产措施，近些年来在我国北方旱区农业生产中被广泛推广和应用,特别是在黄土高原,地膜覆盖玉米的栽培面积逐年扩大。地表覆膜后改变了土壤温度、水分、空气、光照等环境因素，导致土壤物理、化学和生物学性状发生一系列的变化，从而影响农田作物生长发育及土壤中微生物的繁殖等。2.花椰菜,又叫绿菜花、青花菜、西兰花，原产于欧洲地中海沿岸的意大利一带，19世纪末传入中国。兰州市榆中县种植西兰花已有25年的历史，榆中地处西北的黄金种植区，县域内土层深厚，气候温和，光照充足，热量丰富，降雨量适中，昼夜温差大，风力小，这为花椰菜的生长提供了有利的环境条件。榆中的花椰菜长势强健，耐热性和抗寒性较强，植株高大，翠绿秀丽，叶柄狭长，品质鲜嫩，色泽洁白，质地紧密，外形美观。悠久的蔬菜栽培历史加上现代高新技术已在榆中形成了一整套精湛的蔬菜栽培技术体系，有利的自然环境和成熟的栽培技术造就了榆中西兰花优良的品质和鲜明的地域特征。国内目前研究现状1、我国对于地膜的研究开展比较晚，研究数据比较早，而且研究多立足于覆膜对土壤养分和土壤环境效应的影响以及提高地膜使用效率等方面，如宋秋华,李凤民等，兰州大学干旱农业生态国家重点实验室，覆膜对春小麦农田微生物数量和土壤养分的影响刘青云，山西省农业大学运城农学院山西运城，旱地小麦地膜覆盖效应研究刘玲玲，山西省农业科学院小麦研究所，小麦地膜覆盖的白色污染及其防治对策而针对西部干旱地区花椰菜田覆膜条件下土壤状况的研究还很少，覆膜对于花椰菜产量和营养成分的影响也并不具体。2、近几年来，随着世界环境形式的日益严峻，我国有关环境影响评价的研究也层出不群，如吴晓芳，《科协论坛：下半月》2011年第12期，工业园区规划环境影响评价研究刘敏毅，《北方环境》2011年第11期，生态足迹法在区域规划环评中的应用研究进展房芳，《中国科技财富》2011年第14期，浅析我国环境影响评价制度学者专家的研究多集中于我国的环境影响评价评价体系，环境影响评价的方法指标，都是比较综合和系统的，鲜有以土壤理化性质的变化来分析小生境环境影响的。Ⅲ、研究内容1、有膜和无膜条件下，土壤主要理化性质（有机质、含氮量、含磷量、含钾量、含盐量）的测定和分析。2、有膜和无膜条件下，花椰菜生长状况的分析（以维他命C含量和花椰菜产量为主）3、有膜与无膜条件下小区块菜田对农田小生态环境的影响评价Ⅳ、可行性分析设备与场地：1.本实验场地主要选择在甘肃省兰州市榆中县夏官营镇高敦营村兰州大学榆中校区附近，共选取六块样田。设备提供包括兰州大学榆中校区生物实验中心和资源环境土壤、环境分析实验室、兰州大学本部生命科学实验楼、兰州大学本部化学实验中心、中科院干旱与寒冷环境研究所。这些场地已经有所联系且我院多数项目均可以在此环境下操作完成。2.实验室设备较为齐全，包括离心机、凯氏定氮仪等均可以保证实验的良好开展。3.写下实验仪器编号不知是否需要实验材料：1.本实验采样地点定于兰州大学榆中校区附近高墩营村的菜田，采样点已经经过了初步勘查和调研，也已经和当地乡民有所沟通，同意了实验的开展。2.本实验所用的药品试剂均为较为普遍且易获得的实验室常备试剂，而且生产厂家较多，质量也比较有保证，可以在化学药品销售点直接购得。实验方法：1.本实验测试方法采用重铬酸钾容量法、半微量开氏法、碱解扩散法等一系列方法，这些多数为国际上普遍承认的标准法以及经过大量实验证明的可行性很高的方式来进行操作,这样提高了我们项目的完备、可操作性以及数据的可靠性。2.数据处理也将使用大学生所最为熟悉的Excel，以及Spass等软件辅助编辑，该方法精确性较高，且适用范围广，可以进行大量数据处理分析。知识背景与资源：1.本项目在申请之初就已经参阅了大量文献和资料，对于本课题背景和主旨已经进行了相当的了解，这些相关资料以及实验方法都可以在图书馆以及网络资源中进行补充和了解；2.本项目的指导老师为南忠仁老师。南老师在指导学生项目方面经验丰富且本身也研究过多个土壤的相关课题，同时其热心认真的专业态度也可以良好的感染到我们小组的所有人。3.本课题小组的学生均是具备了该专业的基本知识，同时也参与过一些创新创业和暑期实践项目，本身也是有着饱满的专业热情和认真谨慎的态度对待本次项目，相信在师生的共同协作下，该项目将会顺利进行。综上所述，本项目设备场地完备，研究方案可行，背景资源丰富且实施人员专业，同时在指导老师的指导下，该课题一定能够很好地开展和进行。Ⅴ、基本思路采样（手动取样）样品预处理（筛土以及风干）数据分析与处理文字论述土壤理化性质分析花椰菜生长状况分析有地膜覆盖维他命C含量测定(二甲苯萃取比色法)各块样田所产花椰菜平称重，取平均数无地膜覆盖VI、实验方案：1.采样由于土壤的不均一性，使各个个体都存在着一定程度的变异。因此，采集样品必须按照一定的路线和“随机”多点混合的原则。本次实验将选取3块覆膜花椰菜菜田及3块已五年以上未覆膜历史且本次实验不覆膜为对照组。花椰菜主要根群分布在30cm大耕作层内，高60-90cm，每次采样每块样田取一洞，故分别3个样本：覆膜底层接触覆膜土壤，距覆膜垂直距离30cm土壤，距覆膜垂直距离90cm。每次采样采取S型采样方法。采样时间在2012/2/15开始，在播种前一天增加一次土壤采样，以了解播种前的起始状态，第一茬花椰菜播种开始后，每两周（14天）采样，由于花椰菜从定植到采收为80-90天，故本次实验一个周期共需采样12次，共得样本288土壤样本。本次实验共进行两个周期，故采样次数24次，所得土壤样本432个。实验持续八个月。由于花椰菜营养价值较高，并且为维他命C含量最丰富之蔬菜，故本次实验对花椰菜生长状况以每千克所含维他命C毫克量为标准。采用无菌塑料袋包装，在袋内充分混合，置于4℃冰箱中保存以备用。2.样本分析2.1土壤基本状况分析2.1.1土壤的温度测定土壤温度用地温计在每日8:00、14:00、和20:00定时测定5cm土壤深度的温度。2.1.2土壤电荷测定Mehlich法(HuiZhang,etal.EmpiricalApproachesonSoilEvironment.ShanghaiJiaotongUniversityPress2009,57-59)。2.1.3土壤含水量用烘干称重法测定,然后取平均值。2.2地膜覆盖与非地膜覆盖土壤理化性质分析2.2.1土壤有机质的测定—重铬酸钾-硫酸氧化法本法是用过量的K2Cr2O7－H2SO4溶液在电热板或油浴加热170—180℃条件下使土壤有机质中的C氧化成CO2，而Cr6+等当量地被还原成Cr3+，剩余的Cr2O72-再用Fe2+标准溶液滴定。根据有机C被氧化前后Cr2O72-数量的变化，就可算出有机质的含量。由于此法不是根据CO2的重量来推导有机质含量的，此法可以消除样品中碳酸盐存在的影响。2.2.2土壤氮的测定土壤全氮量的测定--开氏（J．Kjedahl）消煮法样品中的含氮有机化合物在加速剂的参与下，经浓H2SO4消煮分解，有机氮转化为铵态氮，碱化后即可把NH3蒸馏出来。用H3BO3吸收，以标准酸滴定，求出全氮含量。土壤水溶性氮的测定--碱解扩散法在密封的扩散皿中，用氢氧化钠溶液水解土壤样品，在恒温条件下，硝态氮经硫酸亚铁作用还原成铵态氮，铵态氮和易水解的有机态氮又碱解转化为NH3，NH3扩散后由硼酸吸收，再用标准酸滴定，即可计算出水解氮的含量。2.2.3土壤磷的测定土壤全磷的测定—酸熔法在高温条件下，土壤中含磷矿物及有机磷化合物与高沸点H2SO4和强氧化剂HClO4作用，使之完全分解，全部转化为正磷酸盐而进入溶液，然后用钼锑抗比色法测定。土壤有效磷的测定--化学速测法（0.5MNaHCO3浸提——钼锑抗比色法）由于碳酸根的同离子效应，碳酸盐的碱溶液降低碳酸钙的溶解度，也就降低了溶液中钙的浓度，有利于磷酸钙盐的提取，同时也降低了铝和铁离子的活性，有利于磷酸铝和磷酸铁的提取。此外，碳酸氢钠碱溶液中存在的OH—、HCO3—、CO32—等阴离于有利于吸附态磷的置换，因此0.5mol/LNaHCO3不仅适用于石灰性土壤，也适用于中性和酸性土壤中有效磷的提取。2.2.4土壤钾的测定土壤全钾的测定--NaOH熔融—火焰光度法样品经碱熔后，使难溶的硅酸盐分解成可溶性化合物，用酸溶解后可不经脱硅和去铁、去铝等步骤，直接稀释后即可用火焰光度计测定。土壤速效钾的测定--1NNH4OAC浸提一火焰光度法以中性1NNH4OAC溶液为浸提剂时，NH4+与土壤胶体表面的K+进行交换，连同水溶性K+一起进入溶液。浸出液中的钾可直接用火焰光度计测定。本法测定的速效钾量与钾肥肥效的相关性良好。2.2.5土壤盐分的测定土壤水溶性盐的提取称取风干土样（1mm）100.0g，放入1000ml广口塑料浸提瓶中，加入去CO2去离子水500ml，用橡皮塞塞紧瓶口，在振荡机上振荡3分钟，立即用抽滤（或漏斗过滤），开始抽出的约10ml滤液弃去。如滤液浑浊，则应重新抽滤，直到获得清亮的浸出液。清液存于干净的玻璃瓶或塑料瓶中．土壤水溶性盐总量的测定—重量法取一定量的待测液蒸干后，在105℃一110℃烘干至恒重，称为“烘干残渣总量”，它包括水溶性盐类及水溶性有机质等的总和。用H2O2除去烘干残渣中的有机质后，即为“水溶性盐总量”。2.4花椰菜生长状况分析2.4.1维他命C含量测定(二甲苯萃取比色法)（1）标准曲线取具塞大试管6个，分别吸取抗坏血酸标准溶液0ml、1ml、2ml、2.5ml、3ml、4ml，用1%草酸补充至4ml。各管中加入染料溶液2ml，随即加入二甲苯5ml，迅速摇动约0.5min，静置后二甲苯与水层分离，将上层二甲苯萃取液在500nm波长下测吸光度。以二甲苯作为空白调零，求得标准系列抗坏血酸回归方程。（2）样品提取取新鲜花椰菜洗净，擦干，切碎，称取2g样品至研钵中，加入3ml2%草酸溶液磨至匀浆，然后倒入100ml容量瓶中，残渣用1%的草酸溶液冲洗，加入1ml30%硫酸锌，摇动容量瓶，再加入1ml15%亚铁氰化钾，以除去脂溶性色素，再用1%草酸溶液定容至刻度，摇匀后过滤。（3）测定提取液在500nm处的吸光值并与回归方程比对计算出维他命C含量。2.4.2各块样田所产花椰菜平称重，平均数2.5其他数据气象数据由兰州大学榆中校区气象站提供。3.数据处理处理样本之间的差异用T测验检验,相关性用线性相关性分析,显著性水平均为p=0105。本实验所得数据通过Excel软件、PLFA图谱处理软件处理获得。VII、试验计划前期准备：获得历年榆中地区气象资料，以及样田历年施肥情况。设计本次实验期间样田施肥计划，并严格按照施肥计划施行。在兰州大学提交租用实验室及设备申请，联系实验试剂及仪器供应商准备实验所用药品与仪器。联系指导老师分析实验过程中各种注意事项及具体步骤。中期实验：在2012/2/13进行第一次土壤采样，取回土样后分析未种植前土壤的基本理化性质；分析土壤PLFA含量情况。在2012/2/14样田栽种花椰菜后以14天定期采样，并做以上实验分析，记录数据。在第一周期结束后约为五月份，花椰菜采摘后再次采集土样，同样做以上各种