麦饭石包膜尿素缓释肥的制备及配比分析

　　第 2 章 材料与方法

　　2.1 供试材料。

　　2.1.1 供试土壤供试土壤采自某炼厂北墙外荒废农田，pH 4.33,有机质 1.32%,阳离子交换量 0.19cmol/kg,Cd 1.74 mg·kg-1,Cu 426.32 mg·kg-1.采集表层土壤，厚度为 0-20cm左右，放在阴凉处自然风干，并去除其中的杂质，然后过 20 目筛，充分混匀后装袋备用。

　　2.1.2 供试钝化剂天然麦饭石：购自某市夹津口多来净水材料厂，60-80 目左右，售价为 2 元/kg.

　　场发射扫描电镜能谱成分分析。

　　改性麦饭石：无机盐 Na2SO4、无机碱 KOH 改性麦饭石。

　　生物调理剂：购于某肥料资源开发有限公司，售价为 50 元/kg,在实验室中，65 ℃烘干磨碎后过 20 目筛装入自封袋备用。其基本性质。

　　麦饭石包膜尿素缓释肥：包膜材料为天然麦饭石，包膜粘结剂为聚乙烯醇和去离子水，肥料核心为尿素。

　　2.1.3 供试植物黑麦草种子：一年生南方型，具有抗寒、抗病、品质好、适应性好等特点，生长后茎秆坚韧、不宜倒伏，植株高 150cm-180cm,产草量高，是牛、羊、兔、草鱼等草食性动物冬、春理想饲料和青贮饲料。

　　2.2 实验方案的设计。

　　2.2.1 几种钝化剂对土壤 Cu、Cd 的解吸实验称取过 100 目筛 5.000g 供试土壤，放置在 50mL 的离心管中。配置 0.1mol/L的 NaNO3 溶液。每种钝化剂设置五个梯度处理，每个处理做三个重复。在离心管中分别加入 0.1mol/L 的 NaNO3 溶液 25mL 和改良剂（每个处理设置 3 个重复），摇匀，在空气浴恒温（25℃±1℃）震荡机中震荡 8h,震荡速度为 180r/min.然后将样品放在 25℃恒温箱中静止培育 48h,以 4000r/min 离心 5min,过滤，取上清液测定溶液中 Cu、Cd 含量，计算解吸量。

　　改良剂对土壤重金属的固定率%=（C0-Ci）/C0*100%（其中 C0为未添加改良剂时溶液中重金属含量，Ci为改良剂用量为 i 时溶液中重金属含量）2.2.2 几种钝化剂对土壤恒温培养实验称取 200g 过 20 目筛的供试土壤置于 500mL 的塑料烧杯中，分别按预实验结果中确定的最佳施用量施加几种钝化剂，混匀，同时设置不施加改良剂为对照，每个浓度设置 3 个平行处理。在 25℃的恒温培养箱中培养，调节使土壤含水量达到田间持水量的 70%左右，用保鲜膜密封。隔天定时用恒重法补充水分。培养 30天后，自然风干土壤，过 20 目筛后备用。

　　2.2.3 几种钝化剂对土壤-黑麦草盆栽实验设置 5 种钝化剂的各自最佳施用量处理，详见表 2-3,每个处理设 3 次重复。

　　每个花盆装土 2kg,钝化剂与土壤混合均匀后移至花盆中，每盆施入底肥：尿素0.483g/kg 土，磷酸二氢钠 0.330g/kg 土，硫酸钾 0.416g/kg 土，布置设计情况见图2-1,并浇去离子水使土壤含水量保持在田间持水量的 60%左右，每周将花盆中土壤翻松一次，平衡老化一个月后在花盆中播撒 40 粒黑麦草种子，发芽后将每盆黑麦草的数量减少到 20 株。种植 60 天之后，统一收获。不同处理中黑麦草洗净后测定分析生物量、叶绿素含量、根系活力、以及植株中地上、地下 Cu 和 Cd 的含量；土壤经风干后，研磨过筛，测定分析土壤基本理化性质、土壤酶活性、土壤重金属形态分级含量。

　　2.2.4 天然及改性麦饭石的制备及性能分析称取 10g 天然麦饭石，在常温下，放在在一定体积和浓度的改性剂溶液中浸泡一定时间，然后对改性溶液后抽滤，一边抽滤一边用蒸馏水冲洗滤饼，直到滤液 pH 为 7,将滤饼在 120℃下烘干 1h,然后在玛瑙坩埚中研磨成粉，过 100 目筛后装入密封袋中备用，即为供试改性麦饭石。所选择的改性剂为无机盐 Na2SO4、无机碱 KOH.设计三因素（改性剂浓度、用量、处理时间）三水平[L9（34）]的正交试验用溶液浸渍法制备无机碱和盐改性的麦饭石，改性均在常温下进行。正交试验的因素水平表。

　　2.2.5 麦饭石包膜尿素缓释肥的制备及配比分析采用雾化喷涂工艺制备麦饭石包膜尿素缓释肥，用购自郑州瑞恒机械制造有限公司的小型圆盘造粒机，将尿素、有机黏结剂和麦饭石粉末在设备中一层一层有序地包裹，制备麦饭石包膜缓释肥，制备工艺。

　　选择对二甲氨基苯甲醛比色法[77]（杨亚东，2015）分析麦饭石包膜缓释肥的麦饭石与尿素配比，通过测定缓释肥中的尿素含量分析其所占缓释肥中的比例，从而确定其在恒温土壤培养及盆栽实验中的施加量。包膜用的小型圆盘造粒机及麦饭石包膜尿素缓释肥的成品。

　　2.3 测定项目与方法。

　　2.3.1 土壤基本理化性质的测定土壤 pH 值用上海雷兹 pH 计测定，水土质量比为 2.5:1,pH 计型号为 pH5-3C.

　　具体方法参照国家标准[78].土壤有机质含量用重铬酸钾外加热法测定，土壤有效磷采用 0.03mol·L-1NH4F-0.025mol·L-1HCl 浸提钼锑抗比色法测定，土壤碱解氮含量采用碱（NaOH）解扩散法测定。测定方法具体步骤参考鲍士旦《土壤农化分析》第三版[79].

　　土壤 CEC（阳离子交换量）用分光光度法测定[80]:①洗去可溶性盐。称 2.000g样品放入 50mL 离心管中加入 50%乙醇 15mL,用玻璃棒搅拌 5min,然后用 50%乙醇溶液冲洗玻璃棒及管壁，以 4000r/min 在离心机中离心 15min 后倒出清液。重复洗样品一次。②离子交换。向离心管中加入 25mL、0.5mol/LNH4Cl 溶液，用玻璃棒搅拌 5min,然后用上述溶液冲洗玻璃棒及管壁，以 4000r/min 在离心机中离心 15min 倒出清液。重复洗样品一次。③洗去非交换性铵离子。向离心管中加入15mL95%乙醇，用玻璃棒搅拌 5min,然后用 95%乙醇溶液冲洗玻璃棒及管壁，以4000r/min 在离心机中离心 15min 倒出清液。重复洗样品一次。④置换可交换性铵离子。向离心管中加入 25mL、0.5mol/LKCl 溶液，用玻璃棒搅拌 5min,以 4000r/min在离心机中离心 15min,上层清液移入 100mL 容量瓶中，再重复交换一次，清液移入上述 100mL 容量瓶。⑤阳离子交换量的测定。移取 2.5mL 待测液于 50mL 容量瓶中，加入 40mL 蒸馏水，再加入 1mL 纳氏试剂，定容，摇匀后显色 10min,在波长 425nm 处测定待测液吸光度。

　　2.3.2 土壤酶活性的测定2.3.2.1 脲酶的测定土壤脲酶采用苯酚钠-次氯酸钠比色法测定[81].称取 5.000g 土样于 50mL 锥形瓶中，加甲苯 0.5mL,振荡均匀，放置 15min 后加 10%尿素溶液 10mL 以及 pH 6.7柠檬酸盐缓冲溶液 20mL,摇匀后置于 37℃恒温培养箱中 24 小时。培养结束后过滤，移取 1mL 滤液于 50mL 容量瓶中，依次加入 4mL 苯酚钠溶液，3mL 次氯酸钠溶液，摇匀，显色 20min,定容。用 UV752 型分光光度计于 578nm 波长处比色（1h内完成比色，靛酚的蓝色在 1h 内保持稳定）。土壤脲酶活性（Ure）以 24 小时后1g 土壤中 NH3-N 的毫克数来表示，计算方法如公式：

　　2.3.3 土壤重金属含量的测定
　　
　　2.3.3.1 土壤重金属全量的测定土壤重金属全量采用四酸消解法（盐酸-硝酸-氢氟酸-高氯酸，均为优级纯试剂）[82]:准确称取经 105℃烘干（过 100 目筛）土样 0.5g（精确至 0.0002g）于 50mL 聚四氟乙烯坩埚内，置于通风橱内，加少量水润湿后加 10mL 盐酸在电热板上低温加热，使样品初步分解，待溶液蒸发后剩约 3mL 左右时，取下稍冷，依次加入 5mL 硝酸、5mL 氢氟酸和 3mL 高氯酸，加盖后电热板调至中温加热。1h 后，开盖继续加热，经常间断的摇动坩埚以达到除硅效果。当坩埚中溶液冒浓厚白烟时，加盖继续加热，分解黑色有机物。一段时间后开盖观察，至坩埚壁上的黑色有机物完全消失后，开盖驱赶浓厚白烟并使坩埚内溶液蒸至粘稠状，即消解完成。

　　取下稍冷，用去离子水冲洗坩埚盖和内壁，然后加入 1mL 硝酸溶液对残渣进行溶解。然后将试液移入 50mL 容量瓶中，冷却后定容并摇匀，即为待测液。Cu、Cd含量采用火焰-石墨炉原子吸收分光光度法测定（contrAA700,德国耶拿），其中Cu 用火焰法，Cd 用石墨炉法。

　　2.3.3.2 土壤重金属 BCR 逐级提取各形态的测定土壤中重金属各形态含量采用改性的 BCR 逐级提取的方法分析[83].①弱酸提取态含量的测定。取 1g 过 100 目筛的风干土样于 50mL 的聚乙烯离心管中，加入40mL 浓度为 0.11mol/L 的 CH3COOH 溶液，在 25℃条件下震荡 16h 左右，然后在4000r/min 的离心机上离心 15min,再将上清液移入 50mL 的容量瓶中，用水稀释，定容，用原子吸收分光光度计测定上清液中被提取的重金属含量。在残余土样中加入 20mL 蒸馏水震荡 15min,4000r/min 离心 15min,弃去上清液，残余土样供下一步实验使用。②可还原态含量的测定。在残留的土样中加入 0.5mol/L 盐酸羟胺和 0.05mol/L 硝酸的混合液 40mL,在 25℃条件下震荡 16h 左右，然后在 4000r/min的离心机上离心 15min,再将上清液移入 50mL 的容量瓶中，用水稀释，定容，用原子吸收分光光度计测定上清液中被提取的重金属含量。在残余土样中加入 20mL蒸馏水震荡 15min,4000r/min 离心 15min,弃去上清液，残余土样供下一步实验使用。③可氧化态含量的测定。在残留的土样中加入 10mLH2O2,盖子松盖，在室温下消化 1h,期间间接性的手摇。然后在 85 （℃±2 ）℃的水浴锅消化 1h,前半小时期间间歇性的手摇震荡，然后打开盖子使溶液蒸发至 3mL 左右。继续添加10mLH2O2,在水浴锅中保持 1h 后，打开盖子加热至体积 1mL 左右，冷却后加入1.0mol/L、pH 值为 2.0 的醋酸铵溶液 25mL,连续震荡 16h 后，离心过滤即得分析试液。④残渣态含量的测定。将离心管中残余土样全部用蒸馏水润洗至 50mL 的聚四氟乙烯坩埚中，然后根据国标的方法进行盐酸-硝酸-氢氟酸-高氯酸四酸消解的方法分析，即为残渣态含量。

　　2.3.4 植物生理生化指标的测定2.3.4.1 植物叶片叶绿素和类胡萝卜素含量的测定采用 体积分数为 80%的丙酮溶液提取，比色法测定[84]:筛选新鲜叶片，弃去大叶脉，称取叶片 0.500g,剪碎后放入玻璃研钵中，加少量 80%丙酮和少许碳酸钙粉末和石英砂，置于暗处研磨，直至研磨成匀浆，组织发白，后将溶液用滤纸过滤至 25mL 的比色管中，用 80%丙酮定容。于波长 663 nm,646 nm,470 nm 下比色，按公式分别计算叶绿素 a、叶绿素 b 和类胡萝卜素的含量，并且叶绿素 a 相加叶绿素 b 为叶绿素含量。

　　2.3.4.2 植物根系活力的测定TTC 法，植物根系活力用 TTC 还原量表示[84]:称取根尖样品 0.5g,放入 10mL烧杯中，分别加入 5mL 0.4%TTC 溶液和 5mL 磷酸缓冲液，把待测植物根系充分浸没在溶液内，在 37℃恒温箱中暗放置 2h 左右，然后加入 2mL1mol·L-1H2SO4溶液停止反应。（与此同时做一试剂空白对照，其余操作步骤同上）。反应结束后将根系取出，用滤纸吸干水分后放入研钵中，加入 4mL 乙酸乙酯和少量石英砂研磨，红将色提取液移入比色管，并用少量乙酸乙酯洗涤残渣几次后均移入比色管中，最后加乙酸乙酯使试液总量为 10mL,于波长 485nm 下比色，按供试求出 TTC还原量，即为植物根系活力值。

　　2.3.4.3 植物重金属含量的测定干灰化法消解[85]:准确称取 5.000g 试样于 50mL 瓷坩埚中，先在电热板上低温碳化 2h 左右至坩埚无白烟冒出，取下冷却后移入马弗炉内升温至 600℃灰化12h.若发现试样灰化不彻底，则可加 1mL 混合酸在电热板上低温加热消化，可重复添加混合酸至消化完全，冷却，加入 0.5mol/L 硝酸溶解灰分，将试样消化液洗入或过滤入 25mL 容量瓶中，用少量蒸馏水洗涤瓷坩埚几次，后用蒸馏水定容至刻度，摇匀立即测定或放置 4 ℃冰箱内保存待测；同时作试剂空白。

　　2.3.5 麦饭石尿素包膜缓释肥尿素含量的测定对二甲氨基苯甲醛比色法测定缓释肥中尿素含量：反应原理为在浓硫酸的催化作用下，二甲氨基苯甲醛与尿素在无水乙醇溶液中反应，生成黄棕色有机物。

　　准确称取 0.5000g 缓释肥于 100mL 容量瓶中，用水稀释至刻度线，定容后过滤，用移液管吸取 5mL 尿素溶液于 25mL 比色管中，准确加入显色剂 10mL,在 420nm处比色，根据表曲测出尿素含量。

　　包膜肥中尿素含量=（测的尿素含量×显色体积）×20;其中 20 为分取倍数2.5 数据处理与分析。

　　用 Microsoft Excel 和 SPSS18.0 软件对数据进行相关的统计分析。