啤酒厂废弃物土壤调理剂的配制及其在菠菜上的应用.docx
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啤酒厂废弃物土壤调理剂的配制及其在菠菜上的应用
目录
摘要I
AbstractII
前言1
1材料与方法2
1.1原料产生工艺2
1.2供试材料3
1.2.1添加物质3
1.2.2盆栽用土3
1.2.3植物品种3
1.3试验方案3
1.3.1施用硅藻土和污泥盆栽方案3
1.3.2施用土壤调理剂盆栽方案4
1.4测定方法4
1.4.1菠菜生长指标测定[]4
1.4.2土壤理化性质测定4
1.5数据处理4
2结果与分析5
2.1不同用量硅藻土和污泥对菠菜生长和土壤理化性质的影响5
2.1.1对菠菜生长状况的影响5
2.1.2对土壤理化性质的影响9
2.2施用不同配比土壤调理剂对菠菜生长和土壤理化性质的影响12
2.2.1对菠菜生长状况的影响12
2.2.2对土壤理化性质的影响15
3结论与讨论17
3.1结论17
3.1.1单独施用污泥对菠菜生长和土壤理化性质的影响17
3.1.2单独施用硅藻土对菠菜生长和土壤理化性质的影响18
3.1.3施用按不同比例配置的土壤调理剂对菠菜生长和土壤理化性质的影响18
3.2讨论18
致谢20
参考文献21
啤酒厂废弃物土壤调理剂的配制及其在菠菜上的应用
农业资源与环境专业葛序娟
摘要：
啤酒厂废弃物中含有多种植物生长所需的营养物质，可以通过废弃物资源化，配制成土壤调理剂，改良土壤性状，促进作物生长。
本研究以啤酒厂废弃物为主要材料，进行不同物料之间配比形成土壤调理剂，将土壤调理剂添加到土壤中进行菠菜盆栽试验，研究其对土壤理化性质和菠菜生长的影响。
结果表明：
污泥添加量以添加10%效果最好；废硅藻土添加量需进行控制，添加量不要超过20%；不同配比的土壤调理剂对土壤理化性质都有一定的改善，对菠菜生长有一定的促进作用，配比为1:
1:
1:
1的调理剂对土壤改良及菠菜生长作用效果最佳。
关键词：
土壤调理剂；啤酒厂废弃物；菠菜；土壤理化性质
Researchonmakinguseofbrewerywastetomakesoilconditionerandtheeffectsofusingsoilconditioneronspinach
StudentmajoringinagricultureresourcesandenvironmentXujuanGe
TutorDejieCui
Abstract：
Thesolidwastefrombrewerycontainsavarietyofnutrientsrequiredbyplantgrowth.Thisstudymakesfulluseofallthenutrientsbrewerywastecontainstoachievetheaimatwasterecycling.Usethewastetocompoundsoilconditionertoimprovesoilpropertiesandtopromotecropgrowth.Brewerywasteisthemainmaterialinthisstudy,usethematerialtoformulatesoilconditionerindifferentproportions.Addthesoilconditionertothesoil,arrangeofspinachpotexperimenttostudyitsinfluenceonsoilphysicalandchemicalpropertiesandonspinachgrowthindicators.Theresultsshowedthat:
theeffectisbestwhentheproportionofsludgeaddedtothesoilis10%,atthesametime,theproportionofabandoneddiatomiteaddedtothesoilshouldbecontrolled,thedosageaddedtothesoilshouldnotexceed20%;everysoilconditionercompoundedindifferentproportionhastheeffectinpromotingsoilphysicalandchemicalpropertiesandspinachgrowth,butthesoilconditionerratioof1:
1:
1:
1basthebesteffectsonsoilimprovementandspinachgrowth.
Keywords:
soilconditioner；brewerywaste；spinach；soilphysicalandchemicalproperties
前言
啤酒的生产需要经过发酵、过滤等一系列的处理，这一系列过程中产生酒糟、废硅藻土、污泥等。
随着经济的飞速发展、城市化进程的不断加快，啤酒的需求量不断上升，啤酒厂生产废弃物的处理也成为亟待解决的问题。
目前，废弃物的处理多采用填埋和焚烧的方法。
填埋处理占用土地面积较大，并且要承担较高的运输和处理费用，填埋后渗出的有毒液体会引起严重的地下水二次污染。
焚烧处理的投资较填埋更高，且焚烧释放的气体含有大量的有害物质，严重污染大气。
因此，有必要探索对啤酒厂废弃物更合理的处理方法。
目前对酒糟的利用有：
直接用作传统饲料，脱水、干燥、粉碎后作为干粉饲料，微生物或物理化学方法处理后作为饲料，以酒糟为原料添加适当辅料做培养基生产粗酶制剂[]，利用微生物技术使原料中的碳水化合物和无机氮转化成高蛋白饲料[]等。
对污泥的利用有：
将污泥配以其他粉料作为饲料[]，利用其养分含量高的特点进行藻类食品的开发[]。
本研究以啤酒厂废弃物为主要材料，搭配小麦秸秆，进行不同物料之间配比，将配比好的物料添加到土壤中进行菠菜盆栽试验，观察测定菠菜生长中各种指标和进行盆栽试验后各个土壤的测定比较，以探索利用啤酒厂废弃物配制土壤调理剂的最佳组合和比例。
土壤调理剂也称土壤改良剂，广义上，对土壤的物理、化学和生物性质起改良和调节作用的物质都称为土壤调理剂。
土壤调理剂重点在改善土壤生产状况，而不是提供植物生长所需要的养分：
改良土壤结构，降低土壤容重，增大土壤孔隙度和减小大小孔隙比，改善土壤的通气透水性，协调土壤水、肥、气、热平衡；促进土壤团粒结构的形成，增强土壤保墒保肥能力，减少水土流失；增大土壤阳离子交换量，提高肥料利用率，减少化肥污染；促进作物积累还原性糖，提高渗透压，增强作物的抗逆能力；促进种子发芽和根系生长，提高作物对养分的吸收和利用，降低土壤中硝酸盐等有害物质的含量，减少土传病害的发生，减少农药施用量，降低生产成本[]。
土壤调理剂的有效物质是一种多价阴离子活性剂。
自由水激活它的有效成分后，垂直作用于土壤，使被土壤束缚的氢游离出来[5]，增大土壤的阳离子交换量，使土壤形成更多的微孔，增加蓄水、通气性，改善土壤的团粒结构，达到改良土壤的目的。
目前农用土壤调理剂按其起作用的主要成分来源可分为：
人工合成土壤调理剂（如高分子聚合物聚丙烯酰胺），天然土壤调理剂（如膨润土），工农业生产副产物、废弃物（如蘑菇渣）[]。
目前市面上销售的土壤调理剂主要有夏氏蓝得、免深耕、农丰田、竹醋液、BGA等。
啤酒厂废弃物所配制的调理剂，既能变废为宝，又能改善农田土壤状况。
我国耕地的有机质含量一般较低，大部分耕地土壤全氮都在0.12%以下。
全国农田土壤速效钾含量也普遍呈下降趋势。
随着农村经济发展加快，农业产业结构调整，耕地面积减少，复种指数提高。
目前，农业生产中大量使用农药和化肥，导致了土壤板结、土壤结构破坏、土壤通透性变差、土壤养分失衡、土壤肥力下降和盐渍化程度加剧、土壤微生物群落混乱，土壤生产力衰竭，生态农业的进程停滞。
有数据表明，我国中低产田面积在不断扩大，目前已经占耕地面积的66%[]。
利用啤酒厂废弃物配制的调理剂，原料全部为天然原料，适于我国“发展循环经济，构建资源节约和环境友好型社会”的目标。
1材料与方法
1.1原料产生工艺
啤酒生产过程中产生一系列的副产物和下脚料，本试验利用的啤酒厂废弃物包括糖化过程中产生的的酒化糟，过滤过程中产生的废硅藻土，废水处理过程中产生的酿酒污泥[]。
啤酒糟是麦芽和辅料经过糊化、糖化后过滤分离的不溶性残渣物[]。
污泥产生于啤酒生产过程中产生的浸麦废水、糖化废水、废酵母液、洗涤废水和冷却排水[]等废水的处理。
废硅藻土产生于在大麦糖化结束后，为去除悬浮物、改善啤酒的外观，提高啤酒的胶体稳定性和生物稳定性进行的过滤。
1.2供试材料
1.2.1添加物质
啤酒糟：
粗蛋白含量为26.51%，粗纤维含量为14.62%，粗脂肪含量6.35%，总糖36.77%[]。
污泥：
含有大量的营养成分，包括有机质、氮、磷、钾，是一种养分含量较高的有机肥。
硅藻土：
是一种生物成因的硅质沉积岩，具有独特的微孔结构，孔隙率高，孔隙体积大，质轻，比表面积大，吸水渗透性强[]，能吸附啤酒原液中的蛋白质等粒子。
硅藻土过滤时，将麦汁中的固体颗粒、悬浮物质、胶体粒子及细菌吸附。
秸秆：
切碎的麦秸。
配制土壤调理剂的物料养分含量如表1所示。
表1配制土壤调理剂各物料养分含量
原料
养分含量（mg/kg）
碱解氮
速效磷
速效钾
有机质
污泥
17.00
15.81
0.84
28.77
硅藻土
7.48
2.66
1.35
10.41
秸秆
15.91
5.89
3.87
-
酒糟
49.31
10.16
0.12
-
1.2.2盆栽用土
盆栽用土取自莱西市周哥庄街道办事处，土壤类型为河潮土。
将土壤晾干，挑拣出其中所含有的石块、塑料薄膜、枯枝落叶等，将大土块拍碎，以便与调理剂充分混匀。
1.2.3植物品种
选用强丰菠菜，于4月8日和4月11日播种，于5月23日收获。
1.3试验方案
1.3.1施用硅藻土和污泥盆栽方案
将污泥和硅藻土分别按照0，5%，10%，20%，30%的比例与土壤混合，以每盆装混合后土壤3kg。
试验设5个处理梯度，3次重复。
试验盆深16cm，上口径20cm，下口径15cm。
将盆按照随机排列摆放好，灌水约1000ml，待水全部渗入土壤中后，均匀撒入菠菜种子，覆土约1cm深。
1.3.2施用土壤调理剂盆栽方案
将污泥、硅藻土、秸秆、酒糟按照
1:
1:
1:
1
2:
0:
1:
1
0:
2:
1:
1
1:
1:
2:
0
1:
1:
0:
2
2:
1:
0:
0
ck的比例混合配成土壤调理剂。
称取土壤调理剂100g，盆栽用土2900g，使其充分混匀后装盆，每盆装混合后土壤3kg。
盆栽试验设计7个处理，4次重复。
试验用盆深16cm，上口径20cm，下口径15cm。
试验盆编号后随机排列，排列方式如图所示
图2盆栽试验各试验用盆摆放顺序
1.4测定方法
1.4.1菠菜生长指标测定[]
待测液制备：
硫酸-双氧水消煮法；
植物全氮测定：
蒸馏滴定法；
植物全磷测定：
钒钼黄比色法；
植物全钾测定：
火焰光度法。
叶绿素测定：
SPAD-502叶绿素仪自动测定法
根冠比测定：
植物干重法
1.4.2土壤理化性质测定[]
土壤有机质测定：
重铬酸钾容量法。
土壤有效氮测定：
碱解扩散-半微量滴定法。
土壤有效磷测定：
碳酸氢钠浸提-磷钼蓝比色法。
土壤速效钾测定：
醋酸铵浸提-火焰光度法。
土壤容重测定：
环刀法。
土壤孔隙度测定：
环刀法。
土壤的阳离子交换量测定：
EDTA-铵盐快速测定法
1.5数据处理
利用DPS软件和EXCEL软件进行统计分析。
2结果与分析
2.1不同用量硅藻土和污泥对菠菜生长和土壤理化性质的影响
2.1.1对菠菜生长状况的影响
（1）对叶绿素的影响
植物体进行光合作用的主要器官是叶片，当叶片趋于衰老时，叶片内的叶绿体有序崩解，叶绿素分解加快，叶绿素含量随着衰老而逐步下降，因此叶绿素含量可以作为叶片衰老的重要生理指标，叶绿素的逐渐丧失是菠菜叶片衰老最明显的特点[]。
试验分别在2012年4月8日和4月11日布置，受天气影响，菠菜在春天种植容易抽薹。
经过一个月的生长，菠菜有抽薹现象。
用叶绿素仪测定菠菜叶绿素含量变化，连续观察8天，记录数据。
图3添加污泥菠菜叶绿素含量
图4添加硅藻土菠菜叶绿素含量
由图4图5可以看出，随着时间的推移，菠菜叶绿素含量总体呈下降趋势，叶片在衰老过程中叶绿体崩解，叶绿素含量降低，这一结果与前人研究结论相一致。
污泥添加量为5%时，叶绿素含量最高，说明污泥的这一施用量有利于菠菜的生长。
当硅藻土添加量为10%时，前5次测定结果叶绿素含量都是最高，但是随着时间的推移，叶绿素含量较添加5%时有降低的趋势。
（2）对根冠比的影响
根冠比是指植物地下部分与地上部分的鲜重或干重的比值。
它的大小反映了植物地下部分与地上部分的相关性。
石庆华等[]研究表明，当养分供应水平较低时，植物能把较多的光合产物分配到根部，从而提高根冠比，增加根长、根毛的数量以适应环境。
对盆栽所获得的菠菜进行洗净、分理、烘干、称量等计算出其根冠比，绘制成如图所示柱状图。
图5单独添加污泥和硅藻土时菠菜的根冠比
图5可以看出，菠菜的根冠比随硅藻土和污泥添加量的变化而变化。
添加污泥和硅藻土都能降低菠菜的根冠比。
其中添加污泥5%时，菠菜的根冠比最小，其次为10%，30%，20%，添加任何量的污泥都比不添加效果好。
添加硅藻土20%时，菠菜的根冠比最小。
在添加量小于20%时，随着添加量的增加，根冠比逐渐减小；在添加量大于20%时，根冠比逐渐增大。
（3）对植物养分吸收的影响
植物对养分的吸收因植物品种、植物生育期、采样部位的不同会有较大差异。
为最大限度的减小误差，将盆栽所得菠菜样全部研磨，充分混匀后测定，以确定土壤养分的供应情况、作物对土壤养分的吸收利用情况。
图6不同污泥和硅藻土添加量下菠菜全量养分含量
由图6可以看出，随着污泥和硅藻土添加量的增加，植物中氮素含量逐渐增加，而氮素与植物叶绿素的形成有密切关系[]。
这一增长趋势在添加硅藻土的植物当中体现更加明显。
说明添加污泥和硅藻土能显著促进植物氮素的吸收，提高菠菜品质。
另，菠菜中磷钾的含量也有明显的上升趋势。
2.1.2对土壤理化性质的影响
本文主要对土壤的容重、孔隙度、阳离子交换量、养分含量等进行研究与分析。
（1）对土壤容重、孔隙度和大小孔隙比的影响
土壤容重指单位容积的原状土壤的干重，是土壤肥瘦和耕作质量的重要指标。
土壤容重高说明土壤紧实，土壤孔隙数量少，土壤的水分、空气、热量状况较差，通常土壤容重为1.00～1.35g/cm3[]。
土壤容重的大小受土壤土粒排列方式、质地、结构、紧实度等土壤内部因素的影响，也常受到降水、耕作、施肥、灌溉等农业技术措施的影响。
容重是土壤的一个基本物理性质，直接影响土壤的蓄水和通气性，间接影响土壤的肥力和植物的生长状况[]。
容重过大则土壤紧实，总孔隙度小，通透性差，操作不方便，影响作物根系生长；容重过小则土壤过于疏松，总孔隙度大，虽具有良好的通透性，但容易使田间养分发生深层渗漏。
容重为0.11~0.18g/cm3时作物长势较好[]。
表2施用污泥不同处理间差异显著性检验
处理
容重
孔隙度
大小孔隙比
0
1.30a
0.42b
0.17a
5
1.24a
0.45ab
0.10a
10
1.05ab
0.49ab
0.13a
20
1.07ab
0.53ab
0.11a
30
0.93b
0.59a
0.14a
表3施用硅藻土不同处理间差异显著性检验
处理
容重
孔隙度
大小孔隙比
0
1.36a
0.44b
0.19a
5
1.28a
0.46ab
0.05b
10
1.24a
0.48ab
0.10b
20
1.18a
0.52ab
0.11b
30
0.92b
0.57a
0.05b
由表2、表3可以看出，添加污泥和硅藻土时土壤容重均逐渐降低，孔隙度基本上逐渐上升，大小孔隙比基本都较不添加任何物质降低。
添加污泥10%、20%、30%与空白差异显著，添加硅藻土30%与空白差异显著。
其变化可能与污泥和硅藻土本身是疏松多孔的物质有关。
因此，施用污泥和硅藻土能降低土壤容重，增加土壤孔隙度。
同时由于污泥和硅藻土中含有大量的有机质，导致土壤微生物活性增加[]、团聚性增强[]从而促进土壤结构改善。
（2）对阳离子交换量的影响
土壤的阳离子交换量是指土壤所能吸附和交换的阳离子数量，是指在一定pH值时，每千克土壤中所含有的全部交换性阳离子的厘摩尔数，是土壤一个很重要的化学性质，它直接反映了土壤的保肥、供肥性能和缓冲能力。
阳离子交换量主要受胶体类型、土壤质地和土壤pH的影响[]，是土壤缓冲性能的主要来源，可作为评价土壤保肥能力的指标，阳离子交换量的大小，是改良土壤和合理施肥的重要依据。
图7单独添加污泥和硅藻土时土壤阳离子交换量
由图7可知，添加污泥和硅藻土时，土壤阳离子交换量都大于不添加任何物质的土壤，即土壤的阳离子交换量大，保肥供肥能力增强。
当污泥添加30%，硅藻土添加20%时阳离子交换量达到最大。
添加污泥量越高，阳离子交换量越大，添加硅藻土量在一定程度内阳离子交换量变大。
（3）对土壤养分含量的影响
土壤有机质在土壤肥力、环境保护、农业可持续发展等方面都有着很重要的作用和意义。
碱解氮测定结果与氮素吸收有较好的相关性，测定其变化动态，能及时了解土壤肥力，指导施肥。
速效钾可以被当季作物吸收利用，是反映钾肥肥效高低的标志之一。
速效磷也可以被当季作物吸收，固相中的磷能不断补给以维持溶液中磷的浓度不降低。
图8单独添加污泥和硅藻土时盆栽土壤有机质、速效氮磷钾含量
由图8可知，添加不同量的污泥对土壤速效磷的影响不大，而有机质和速效氮均随添加量增加呈升高趋势。
添加不同量硅藻土对土壤有机质含量影响不明显，而速效氮和速效磷均随添加量增加呈升高趋势。
这可能因为硅藻土中有机质含量高于污泥有机质含量，污泥全磷含量高于硅藻土的原因造成的。
添加污泥和硅藻土，土壤的有效钾含量显著上升。
2.2施用不同配比土壤调理剂对菠菜生长和土壤理化性质的影响
2.2.1对菠菜生长状况的影响
（1）对叶绿素的影响
本试验在4月11日布置，经过一个月的生长，菠菜抽薹，用叶绿素仪测定菠菜叶绿素含量变化，连续观察8天，记录数据。
图9添加啤酒厂废弃物菠菜叶绿素含量
由图9分析得，整体的叶绿素含量随时间的变化基本不变，这表明添加任何配比的调理剂对菠菜的生长都是有益的。
但由图可看出，在多数时间添加1:
1:
1:
1配比的调理剂时菠菜叶绿素含量最高，即1:
1:
1:
1配比的土壤调理剂是最有利于菠菜生长的配比。
（2）对根冠比的影响
图10啤酒厂废弃物按不同比例添加时菠菜的根冠比
由图10可以看出，添加比例不同，菠菜的根冠比变化不同。
当添加比例为1:
1:
1:
1时根冠比最小，这可能与土壤调理剂中各物质的比例相关，根据试验测定的各物料成分换算，该配比碳氮比为18.17，有利于添加物质的矿化，有利于改善土壤结构，使土壤供肥能力和植物吸收能力增强。
当添加比例为2:
1:
0:
0时根冠比最大，可能添加的硅藻土较多，造成烧苗情况，不利于菠菜对土壤中养分的吸收，同时未添加秸秆的物质，改土的效果不明显。
即1:
1:
1:
1配比的土壤调理剂最有利于植物将养分大量转运到地上部分，支持地上部分生长。
（3）对植物全量养分吸收的影响
图11不同啤酒厂废弃物配比下菠菜全量养分含量
由图11可以看出，添加土壤调理剂的处理植物中氮磷钾的含量明显的高于不添加土壤调理剂的处理。
这说明，添加土壤调理剂能够显著提高植物对养分元素的吸收。
同时，土壤调理剂配制比例为0:
2:
1:
1时氮磷钾的吸收达到最大，即添加0:
2:
1:
1的土壤调理剂最有利于菠菜对土壤中养分的吸收利用。
2.2.2对土壤理化性质的影响
（1）对容重、孔隙度和大小孔隙比的影响
表4施用不同配比土壤调理剂差异显著性检验
处理
容重
孔隙度
大小孔隙比
0
1.32a
0.49d
0.18a
1111
0.92c
0.79a
0.13b
1102
0.87c
0.54cd
0.15ab
1120
1.07abc
0.63bcd
0.13b
0211
0.89c
0.75ab
0.15ab
2011
0.99bc
0.68abc
0.16ab
2100
1.21ab
0.59cd
0.17a
由表4可以看出，添加不同比例的土壤调理剂，在不同程度生土壤容重降低、孔隙度上升、大小孔隙比降低，即土壤质地在不同程度上得到改善。
秸秆和酒糟质量轻，有它们存在的土壤调理剂在添加到土壤中后，被土壤中微生物分解，产生孔隙。
硅藻土质轻，小空隙数量大，可以调整大小孔隙比，改善土壤性状。
（2）对阳离子交换量的影响
图12添加不同比例调理剂时土壤阳离子交换量
由图12可知，土壤的阳离子交换量在添加比列为1:
1:
1:
1时最大，2:
1:
0:
0时最小。
其他不同的添加比例均较不添加有所提高，即这几种添加比例均能提高土壤交换性，增强土壤保肥供肥能力。
添加2:
1:
0:
0时阳离子交换量与不添加最为接近，这可能与未添加秸秆和酒糟等有关。
Lird等的研究表明，生物碳添加量增加，土壤阳离子交换量呈上升趋势[,]。
（3）对土壤养分含量的影响
图13添加不同比例调理剂时土壤有机质、速效氮磷钾含量
由图13可知，添加这几种不同比例的调理剂后土壤中速效养分含量均升高，即添加土壤调理剂有明显提高土壤养分含量的作用。
添加1:
1:
0:
2比例的土壤调理剂，土壤有机质、氮磷为所有处理养分含量的最高值，但是钾的含量虽较空白高却不如其他几个指标增高明显。
速效钾与氮磷养分的变化情况不一致，具体原因还需要进一步的验证。
3结论与讨论
3.1结论
3.1.1单独施用污泥对菠菜生长和土壤理化性质的影响
单独施用污泥时，土壤质地能得到明显的改善，土壤保肥保水能力提高。
通过盆栽试验实地观察，添加污泥的盆，土壤疏松，浇水渗透速度快。
体现在盆栽植物上，施用污泥的菠菜叶片较施用硅藻土的菠菜叶片健壮。
污泥的施用量以10%为宜，可以适当的增加，且随着施用量的增加，植物体养分含量增高，土壤养分含量增高。
3.1.2单独施用硅藻土对菠菜生长和土壤理化性质的影响
单施硅藻土对菠菜生长作用效果不明显，但可以改良土壤结构、土壤质地。
试验中发现，硅藻土施用量增多时，发生烧苗，即硅藻土不宜单独施。
如果要施用，可以对其进行发酵、堆肥等的处理，或添加其他物料配施。
单独施用硅藻土时，从理论上分析土壤，土壤质地得到改善，但是盆栽试验的效果不是很明显，表现在菠菜发育不良，有烧苗症状产生
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