一種新型土壤改良劑的制備及性能研究*

黃 強(qiáng)

(1.廈門(mén)大學(xué)嘉庚學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，福建 漳州 363105；2.河口生態(tài)安全與環(huán)境健康福建省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 漳州 363105)

近年來(lái)，由于農(nóng)作過(guò)程中長(zhǎng)期不合理使用化肥，造成了土壤板結(jié)、土壤肥力下降、土壤結(jié)構(gòu)破壞等問(wèn)題[1]，導(dǎo)致土壤水肥流失嚴(yán)重，降低土地生產(chǎn)力，極大地阻礙了生態(tài)環(huán)境與農(nóng)林牧業(yè)生產(chǎn)的良性循環(huán)[2-5]。土壤改良劑可以有效改善土壤肥力，但存在用量大、成本高、作用周期短、施用方法效果低等問(wèn)題[6]。我國(guó)是甘蔗生產(chǎn)大國(guó)，每年都有大量的廢棄蔗渣產(chǎn)生[7]，蔗渣含有豐富的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素，并且含有少量蛋白、淀粉和可溶性糖[8]，其中纖維素是合成高吸水性樹(shù)脂的三大原料之一，其耐鹽性和抗生物降解能力較好，天然纖維素的高度結(jié)晶結(jié)構(gòu)使大部分羥基處于氫鍵締結(jié)狀態(tài)，限制了其吸水能力，但通過(guò)接枝、交聯(lián)等化學(xué)方法可破壞這種結(jié)構(gòu)來(lái)增強(qiáng)其吸水能力和吸水后的凝膠強(qiáng)度[9]。因此，將蔗渣應(yīng)用于土壤改良劑的開(kāi)發(fā)中，不但能夠大大提高土壤改良劑的吸水和保水性能，使其改善土壤環(huán)境，還能更有效地利用蔗渣，達(dá)到變廢為寶的目的[10]。高效菌群能夠快速分解有機(jī)物[11]，通過(guò)馴化后的高效菌群可以有效利用肥料中的營(yíng)養(yǎng)元素并且結(jié)合吸水樹(shù)脂的作用緩解土壤板結(jié)，達(dá)到改善土壤的作用[12]。現(xiàn)有研究中，多數(shù)學(xué)者旨在通過(guò)土壤改良劑提高土壤的保水能力或者保肥能力，但制備的土壤改良劑大多性能較單一，適用范圍小[13-15]，為此本研究嘗試以廢棄的蔗渣和馴化的高效菌粉為材料制備一種適用范圍廣、作用周期長(zhǎng)，符合實(shí)際需求的廉價(jià)新型土壤改良劑，并對(duì)其性能進(jìn)行研究。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)材料：蔗渣，取自漳州當(dāng)?shù)剞r(nóng)村菜市場(chǎng)；高效菌株，從漳州某污水處理廠濃縮池底泥經(jīng)深度分離篩選后獲得；2種當(dāng)前市售的土壤保水劑，分別記為保水劑A、保水劑B。

馴化培養(yǎng)基：尿素 2 g，腐殖酸 5 g，磷酸二氫鉀 1 g，氯化鈉 5 g，瓊脂 20 g，去離子水 1 000 mL，pH調(diào)至7.4～7.6。

富集培養(yǎng)基：蛋白胨 10 g，牛肉膏 5 g，腐殖酸 1 g，氯化鈉 5 g，去離子水 1 000 mL，pH調(diào)至7.4～7.6。

實(shí)驗(yàn)儀器：IRAffinity-1型傅立葉紅外光譜儀(日本島津)；EVO18型電子掃描顯微鏡(SEM，德國(guó)Zeiss Sigma)；ICE3300型原子吸收光譜儀(美國(guó)賽默飛世爾)；GS945W型高壓滅菌鍋(美國(guó)Zealway)；ALPHA1-2 LD plus型冷凍干燥儀(德國(guó)Christ)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 土壤改良劑的制備

(1) 纖維微晶的制備。蔗渣經(jīng)水洗、干燥后粉碎過(guò)100目篩得到蔗渣粉，稱(chēng)取20 g蔗渣粉加入100 mL磷酸(5 mol/L)和硝酸(5 mol/L)混合溶液中，80 ℃的水浴條件下糊化消解2～4 h，棄去上清液，把底部的糊狀纖維放置在300目篩網(wǎng)上，用去離子水多次沖洗至中性取出，再加入200 mL 5 mol/L的氫氧化鉀溶液，在60 ℃水浴加熱脫脂1～3 h，棄去上清液后再將底部糊狀纖維放置在300目篩網(wǎng)上，用去離子水沖洗至中性，干燥后即為蔗渣纖維微晶，裝袋后備用。

(2) 丙烯酸鉀溶液的制備。將100 g丙烯酸加入到三口燒瓶中，在不斷攪拌和冰浴條件下緩慢滴加93 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的氫氧化鉀溶液，制備成中和度為60 %的丙烯酸鉀溶液。

(3) 高效菌種的篩選與保存。將污水處理廠濃縮池底泥自然風(fēng)干，取10 g放入盛90 mL無(wú)菌水并帶有玻璃珠的三角燒瓶中，振搖約20 min使底泥與水充分混合，底泥中的微生物細(xì)胞充分分散。用1 mL無(wú)菌吸管從中吸取1 mL懸濁液加入盛有9 mL無(wú)菌水的試管中充分混勻制成稀釋度為10-1的混合溶液，以此類(lèi)推制成稀釋度為10-2、10-3、10-4、10-5的混合溶液，用無(wú)菌移液管移取0.1 mL稀釋度為10-3、10-4、10-5的混合溶液加在馴化培養(yǎng)基上，然后用無(wú)菌玻璃涂棒進(jìn)行均勻涂布后，放置在37 ℃的恒溫箱中培養(yǎng)一定時(shí)間，待長(zhǎng)出菌落后，再次純化和馴化，經(jīng)過(guò)3次純化和馴化后即得到高效土壤分解菌株，通過(guò)富集培養(yǎng)基將土壤分解菌株進(jìn)行擴(kuò)增，通過(guò)離心、洗脫和冷凍干燥技術(shù)制成菌粉。菌粉使用前添加至pH為7.4的磷酸緩沖液中，制成菌懸液。

(4) 土壤改良劑制備。取0.1 g蔗渣纖維微晶與60 mL丙烯酸鉀溶液，加入0.015 g過(guò)硫酸銨為引發(fā)劑，0.009 g N,N-亞甲基雙丙烯酰胺為交聯(lián)劑，在60 ℃水浴下攪拌，待溶液成黏稠狀降低反應(yīng)溫度至40 ℃，緩慢加入1 mL菌液繼續(xù)攪拌1 h，取出后靜置陳化2 h形成凝膠，用無(wú)水乙醇沖洗數(shù)次后，放于真空干燥箱中40 ℃下干燥8 h，粉碎后制得土壤改良劑。

1.2.2 土壤改良劑的表征

采用傅立葉紅外光譜儀對(duì)制得的土壤改良劑表面官能團(tuán)進(jìn)行掃描分析；采用SEM對(duì)土壤改良劑的表觀形貌進(jìn)行觀測(cè)。

1.2.3 吸水性能的測(cè)定

為考察土壤改良劑與蔗渣吸水性能的差異性，稱(chēng)取土壤改良劑和未處理的蔗渣各0.10 g置于干燥的300目尼龍紗布袋中，分別浸沒(méi)到1 000 mL去離子水或氯化鈉溶液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%)中，定時(shí)取樣測(cè)定吸水后土壤改良劑和蔗渣質(zhì)量，按照式(1)計(jì)算吸水倍率。

(1)

式中：Qt為樣品在吸水t時(shí)刻的吸水倍率；Gt為樣品在吸水t時(shí)刻后的總質(zhì)量，g；m為樣品初始質(zhì)量，g。

將在去離子水中充分吸水飽和的土壤改良劑和保水劑放置于40 ℃真空干燥箱中干燥8 h，干燥后重復(fù)進(jìn)行吸水實(shí)驗(yàn)，考察土壤改良劑在7次重復(fù)使用中的吸水倍率變化。

1.2.4 釋水性能的測(cè)定

將在去離子水中充分吸水飽和的土壤改良劑和保水劑取出，常溫下放置于干燥培養(yǎng)皿中22 d，每隔12 h稱(chēng)重1次，計(jì)算吸水倍率變化。

1.2.5 土壤改良劑動(dòng)態(tài)保肥能力的測(cè)定

為考察土壤改良劑在動(dòng)態(tài)作用下的保肥能力，設(shè)計(jì)過(guò)濾吸收測(cè)試實(shí)驗(yàn)，為了減少土壤中的養(yǎng)分對(duì)于滲濾液的影響，以石英砂來(lái)替代真實(shí)土壤進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

稱(chēng)取500 g經(jīng)水洗干燥后的石英砂放置于底部套有300目尼龍紗網(wǎng)的塑料圓管中，分別加入土壤改良劑0、0.02、0.05、0.10、0.15、0.20、0.30、0.40、0.50 g，將200 mL營(yíng)養(yǎng)液(TN、TP、總鉀(TK)質(zhì)量濃度均為20 mg/L)緩慢滴加到石英砂中，收集全部濾液，測(cè)定濾液體積及濾液中TN、TP、TK濃度，以不添加土壤改良劑的石英砂為空白組，計(jì)算土壤改良劑在不同添加量下對(duì)各元素的凈吸收量。

1.2.6 土壤改良劑對(duì)金屬離子的吸收能力測(cè)定

土壤中含有大量金屬離子，若沒(méi)有植物吸收，容易滲透污染地下水體[16]，倘若土壤改良劑可以有效存儲(chǔ)土壤中的金屬離子供植物吸收，能起到緩解地下水污染以及促進(jìn)植物生長(zhǎng)的作用[17]。為考察土壤改良劑吸收金屬的能力，分別配置含有Fe、Cu、Zn、Ni、Pd、Cr的金屬離子溶液，各金屬離子質(zhì)量濃度均為10 mg/L，將0.2 g土壤改良劑加入各金屬離子溶液中，吸脹12 h后用300目的尼龍網(wǎng)進(jìn)行過(guò)濾，采用原子吸收分光光度法測(cè)定濾液中各金屬離子的濃度，根據(jù)式(2)計(jì)算土壤改良劑對(duì)各種金屬離子的吸附率。

P=(c0V0-c1V1)/c0V0×100%

(2)

式中：P為金屬離子吸收率，%；c0為溶液中金屬離子初始質(zhì)量濃度，mg/L；V0為溶液初始體積，L；c1為吸脹后溶液中金屬離子質(zhì)量濃度，mg/L；V1為吸脹后濾液體積，L。

1.2.7 土壤改良劑的土壤降解實(shí)驗(yàn)

參照文獻(xiàn)[18]中的方法將土壤改良劑制成降解膜片，把降解膜片垂直埋入土壤中降解100 d，并保持土壤疏松及瓶?jī)?nèi)外空氣循環(huán)流通，每隔20 d取樣測(cè)定降解膜片中土壤改良劑質(zhì)量變化，計(jì)算降解率。

2 結(jié)果分析與討論

2.1 土壤改良劑的表征結(jié)果

2.1.1 紅外光譜分析

制得的土壤改良劑紅外光譜見(jiàn)圖1。由圖1可見(jiàn)，土壤改良劑在3 044 cm-1處出現(xiàn)O—H伸縮振動(dòng)吸收峰，在1 732 cm-1附近出現(xiàn)酰胺基C=O伸縮振動(dòng)吸收峰，在1 540 cm-1處出現(xiàn)NH2的伸縮振動(dòng)吸收峰，在1 455 cm-1處出現(xiàn)C—O的伸縮振動(dòng)吸收峰，此外，在1 055、1 195 cm-1分別出現(xiàn)磺酸基的對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)和不對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)吸收峰，而在989、847、661、528 cm-1處均出現(xiàn)了不同的取代峰，初步表明各單體已經(jīng)在交聯(lián)劑的作用下形成了交聯(lián)網(wǎng)狀大分子，是具有眾多親水基團(tuán)的共聚體。

圖1 土壤改良劑的紅外光譜

2.1.2 土壤改良劑的微觀形貌

圖2為制得的土壤改良劑在SEM中放大30 000倍的掃描結(jié)果，可以看出纖維微晶呈白色條狀分布在土壤改良劑中，纖維微晶外有共聚體緊密包裹，紋理清晰，表明制得的土壤改良劑并非物理性填充，而是單體間發(fā)生聚合發(fā)應(yīng)，生成了新的共聚體。

圖2 土壤改良劑SEM圖

2.2 土壤改良劑保水性能分析

2.2.1 與蔗渣的吸水性能對(duì)比

土壤改良劑與蔗渣在去離子水和氯化鈉溶液中的吸水性能見(jiàn)圖3。由圖3可見(jiàn)，土壤改良劑在去離子水和氯化鈉溶液中的吸水倍率均明顯高于蔗渣。在去離子水中，土壤改良劑在前40 min的吸水倍率增速較快，吸水40 min后吸水倍率增速放緩，但仍然呈緩慢上升趨勢(shì)，而在氯化鈉溶液中，土壤改良劑的吸水倍率則一直呈現(xiàn)較穩(wěn)定的增速。吸水100 min后，土壤改良劑在去離子水和氯化鈉溶液中的吸水倍率分別達(dá)395.55、104.35。蔗渣在兩種溶液中的吸水倍率增速較平緩，較快達(dá)到吸水飽和，吸水100 min后，蔗渣在去離子水與氯化鈉溶液中吸水倍率分別為266.33、50.55。通過(guò)以上分析可知，土壤改良劑吸水持續(xù)時(shí)間和吸水性能較蔗渣有明顯提升，具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

圖3 土壤改良劑與蔗渣吸水倍率變化

2.2.2 與保水劑的吸水性能對(duì)比

將土壤改良劑與兩種市售保水劑分別在去離子水與氯化鈉溶液中充分吸水飽和，3種材料吸水倍率對(duì)比見(jiàn)表1。可以看出，本研究制備的土壤改良劑在去離子水與氯化鈉溶液中的吸水倍率分別為462.07、115.47，明顯優(yōu)于2種市售保水劑，其在去離子水和氯化鈉溶液中吸水倍率分別為保水劑A的1.53、1.88倍，為保水劑B的1.59、1.99倍。劉穎等[19]通過(guò)γ射線引發(fā)合成新型農(nóng)林保水劑，其在純水和氯化鈉溶液中的吸水倍率分別為437、61，與本研究制備的土壤改良劑相比，該保水劑在去離水中的吸水性能相當(dāng)，但在氯化鈉溶液中的保水效果相對(duì)遜色，主要是由于傳統(tǒng)的高分子聚合物通過(guò)交聯(lián)反應(yīng)生成分子量更大的聚合物，雖然吸水能力有所提升，但相應(yīng)的反應(yīng)點(diǎn)位減少，而纖維微晶的多糖單體較傳統(tǒng)高分子聚合物增加了反應(yīng)點(diǎn)位，提高了對(duì)離子的吸附量，這與黃占斌等[20]的研究結(jié)論相符。

表1 土壤改良劑與保水劑吸水倍率比較

2.2.3 土壤改良劑重復(fù)吸水性能

將土壤改良劑與2種保水劑進(jìn)行重復(fù)吸水實(shí)驗(yàn)，3種材料在重復(fù)使用7次后吸水倍率變化見(jiàn)表2。在重復(fù)吸水實(shí)驗(yàn)中，土壤改良劑在重復(fù)使用5次后的吸水倍率仍然達(dá)290.14，接近保水劑A和保水劑B初始的吸水倍率水平，而保水劑A和保水劑B經(jīng)過(guò)多次重復(fù)吸水后，吸水性能驟降，特別是保水劑A，5次重復(fù)吸水后吸水倍率降至100以下，保水劑B在6次重復(fù)吸水后吸水倍率也降至100以下，而土壤改良劑在重復(fù)吸水7次后吸水倍率仍然保持在170左右，表明本研究制備的土壤改良劑可再生性強(qiáng)，具有較強(qiáng)的推廣應(yīng)用價(jià)值。

表2 土壤改良劑與保水劑重復(fù)吸水倍率比較

2.2.4 釋水性能分析

圖4為土壤改良劑和2種保水劑在釋水過(guò)程中的吸水倍率變化。由圖4可見(jiàn)，土壤改良劑在前48 h的吸水倍率急劇減少，即釋水速度最大，而后其釋水速度有所減緩，實(shí)驗(yàn)進(jìn)行528 h后，土壤改良劑吸水倍率仍在100左右。保水劑A和保水劑B的釋水趨勢(shì)較為一致，吸水倍率在前240 h均保持較平穩(wěn)的下降趨勢(shì)，釋水速度較為穩(wěn)定，240 h后釋水速度放緩，吸水倍率慢慢趨于平穩(wěn)，528 h后兩種保水劑的吸水倍率都降至25左右，約為土壤改良劑的1/4，表明本研究制備的土壤改良劑在充分吸脹后，通過(guò)物理化學(xué)生物作用對(duì)水分子結(jié)合力更強(qiáng)，即“鎖水”能力較傳統(tǒng)保水劑強(qiáng)，能夠在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)供應(yīng)植物水分，特別在干旱地區(qū)，這種長(zhǎng)期的保水性能更具有現(xiàn)實(shí)意義。

圖4 土壤改良劑與保水劑在釋水過(guò)程中吸水倍率變化

2.3 土壤改良劑的動(dòng)態(tài)保肥性能

土壤改良劑在動(dòng)態(tài)保肥能力測(cè)定中對(duì)TN、TP、TK的凈吸收量見(jiàn)表3。可以看出，土壤改良劑在不同投加量下對(duì)于TN和TK的凈吸收量均為正值，且隨著投加量的增加，TN、TK凈吸收量也不斷增加，表明其對(duì)N、K元素具有較強(qiáng)的吸附能力。然而對(duì)于TP，土壤改良劑的投加量為0.02～0.15 g時(shí)，TP凈吸收量為負(fù)值，當(dāng)投加量在0.20 g時(shí)TP凈吸收量為正值，并且隨著土壤改良劑投加量的增加，TP凈吸收量逐漸增加，這主要是由于當(dāng)土壤改良劑投加量較小時(shí)，環(huán)境體系中的離子發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)性吸附，分子量較小且?guī)д姾傻哪z體先被吸附，并且土壤改良劑負(fù)載的高效菌自身含有P元素，在動(dòng)態(tài)添加營(yíng)養(yǎng)液時(shí)有部分的P元素被釋放出來(lái)，導(dǎo)致TP凈吸收量較空白組低，當(dāng)投加量增加后，土壤改良劑鎖水固肥能力大幅提升，因此對(duì)TP的凈吸收量也隨之提高。土壤改良劑對(duì)TK凈吸收量最大，這主要是因?yàn)镵+在溶液中的電離能力強(qiáng)，極易與土壤改良劑中的親水基團(tuán)反應(yīng)，從而被固定。劉海林等[21]通過(guò)土壤培養(yǎng)和土柱淋溶試驗(yàn)，研究了添加聚丙烯酸鈉的保水緩釋肥料在土壤中的保水性能和養(yǎng)分緩釋效果，結(jié)果表明當(dāng)保水緩釋肥料投加量為6%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時(shí)保水性能和養(yǎng)分緩釋效果最佳，而本研究的土壤改良劑在投加量為0.50 g(折合質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%)就有十分顯著的保肥效果，遠(yuǎn)低于文獻(xiàn)[21]中保水緩釋肥料的投加量，可見(jiàn)該土壤改良劑投用具有一定經(jīng)濟(jì)性。

表3 不同投加量下土壤改良劑對(duì)于TN、TP、TK的凈吸收量

2.4 土壤改良劑對(duì)金屬離子的吸收能力

在金屬離子吸附實(shí)驗(yàn)中，本研究制得的土壤改良劑對(duì)6種金屬離子吸收能力為Cr>Fe>Ni>Cu>Pb>Zn，其中對(duì)于Cr的吸收率為55%，而對(duì)于Fe、Ni、Cu的吸收率分別為46%、40%、28%，對(duì)Pb的吸收率為25%，對(duì)Zn的吸收率最低，僅為9%。可以看出，土壤改良劑能夠?qū)⒔饘匐x子固定住，使其不易流失，在植物需要的時(shí)候及時(shí)供給“儲(chǔ)存”的微量元素和必需元素，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。張志成等[22]研究了金屬離子的加入對(duì)交聯(lián)化羧甲基纖維素(CCMC)保水劑的影響，發(fā)現(xiàn)隨著金屬離子價(jià)態(tài)增大，CCMC對(duì)離子吸附量增加。PING等[23]研究了不同高分子聚合物保水劑在吸水和吸附陽(yáng)離子后的紅外光譜，結(jié)果表明保水劑親水性強(qiáng)弱不僅與基團(tuán)種類(lèi)有關(guān)，也與親水基團(tuán)和陽(yáng)離子結(jié)合形成的離子對(duì)電離度有關(guān)；HOSNY等[24]結(jié)合傅立葉紅外光譜與磁電子光譜發(fā)現(xiàn)Ni2 +、Cu2 +與羧甲基纖維素鈉(CMC)中羧基都是以單原子螯合方式結(jié)合，同時(shí)連接CMC上的一個(gè)羥基。由上述學(xué)者研究成果可知，金屬離子價(jià)態(tài)、離子對(duì)電離度等都對(duì)土壤改良劑吸附金屬離子產(chǎn)生影響，本研究的金屬離子中Cr價(jià)態(tài)最高，其次為Fe，因此土壤改良劑對(duì)Cr吸附量最大，F(xiàn)e吸附量次之，過(guò)渡金屬電離度排序?yàn)镹i>Cu>Zn，土壤改良劑對(duì)這3重金屬離子的吸附率與電離度排序一致，其對(duì)Pb的吸附率介于Cu和Zn之間，這可能是Pb作為主族金屬元素與其他過(guò)渡金屬存在不同的吸附機(jī)理，具體有待于后續(xù)深入研究探討。

2.5 土壤改良劑的土壤降解情況

土壤改良劑、保水劑A和保水劑B的土壤降解情況見(jiàn)圖5。可以看出，隨著降解時(shí)間的增加，土壤改良劑與保水劑的降解率均呈上升趨勢(shì)，在降解前60天，降解率表現(xiàn)為保水劑A>保水劑B>土壤改良劑，在第60天時(shí)，保水劑A、保水劑B和土壤改良劑的降解率分別為21.84%、18.68%、15.54%，此后土壤改良劑的降解率迅速增大，逐步超過(guò)了保水劑B和保水劑A，在降解第100天時(shí)，土壤改良劑的降解率達(dá)到57.58%，而保水劑A和保水劑B的降解率增長(zhǎng)較慢，分別為31.89%、26.87%，表明土壤改良劑與保水劑A和保水劑B相比具備良好的生物降解性能，這主要是由于土壤改良劑含有蔗渣纖維微晶，而保水劑A和保水劑B主要以樹(shù)脂為主，前期蔗渣的降解主要由土壤中的細(xì)菌和真菌分泌各類(lèi)纖維素酶對(duì)其進(jìn)行侵蝕，使得表面積增加，而后通過(guò)復(fù)雜的生物化學(xué)作用達(dá)到降解目的，被降解后，土壤改良劑中的其他物質(zhì)繼續(xù)被生物酶所作用，發(fā)生分子鏈斷裂而解聚成低聚體，進(jìn)而降解成二氧化碳和水，酶促反應(yīng)加速了整個(gè)反應(yīng)過(guò)程。而保水劑A和保水劑B中樹(shù)脂所含的生物質(zhì)較低甚至沒(méi)有，因此各種細(xì)菌和真菌無(wú)需依靠分泌生物酶，可直接利用現(xiàn)有碳源，導(dǎo)致前期降解速率較土壤改良劑快，但由于樹(shù)脂屬于高分子聚合物，微生物利用效率不高，所以后期降解率增速緩慢。朱文淵等[18]以淀粉、海藻酸鈉、羽毛蛋白以及沸石等為原料，對(duì)丙烯酸-丙烯酸胺類(lèi)保水劑進(jìn)行改性，并對(duì)改性后保水劑的生物降解性能進(jìn)行分析。結(jié)果表明，單純的丙烯酸-丙烯酸胺類(lèi)保水劑生物降解性能較差，通過(guò)淀粉、羽毛蛋白等改性后，生物降解性能均有提高，主要由于添加的生物質(zhì)(淀粉、羽毛蛋白等)促進(jìn)了酶促反應(yīng)，從而加速了降解進(jìn)程，而本研究制得的土壤改良劑同樣以生物質(zhì)(蔗渣)為載體，結(jié)合了馴化后的活性菌粉，使得其具有更強(qiáng)的生物降解能力，與傳統(tǒng)的市售保水劑相比，土壤改良劑的降解速率更高，完全降解周期更短，這為該土壤改良劑在土壤貧瘠地區(qū)的應(yīng)用與推廣提供了條件。

圖5 土壤改良劑與保水劑的土壤降解性能

2.6 成本分析

使用成本是土壤改良劑經(jīng)濟(jì)性、可行性評(píng)價(jià)的關(guān)鍵因素，根據(jù)土壤改良劑制備條件，生產(chǎn)1 t土壤改良劑的成本分析見(jiàn)表4。經(jīng)計(jì)算，生產(chǎn)1 t土壤改良劑所需成本為2 076.5元，相較于市售保水劑A和保水劑B的價(jià)格(分別為6 500、8 000元/t)具有明顯的成本優(yōu)勢(shì)，并且規(guī)模化生產(chǎn)可進(jìn)一步降低土壤改良劑成本，基本達(dá)到低成本的預(yù)期效果，具有較可行的市場(chǎng)應(yīng)用價(jià)值。

表4 土壤改良劑成本分析

3 結(jié) 論

以廢棄蔗渣為原料提取纖維微晶，與篩選的高效菌株結(jié)合制備新型多功能土壤改良劑，該土壤改良劑內(nèi)各單體在交聯(lián)劑的作用下形成交聯(lián)網(wǎng)狀大分子，具有眾多親水基團(tuán)，蔗渣纖維微晶呈白色條狀分布，被共聚體所包裹。土壤改良劑具有吸水量大，重復(fù)吸水性強(qiáng)等特點(diǎn)，重復(fù)吸水性能和釋水過(guò)程中的保水能力較傳統(tǒng)樹(shù)脂類(lèi)保水劑有明顯優(yōu)勢(shì)，且對(duì)于營(yíng)養(yǎng)元素的吸收較佳，保肥效果良好。土壤改良劑對(duì)金屬離子具有一定吸收能力，具體表現(xiàn)為Cr>Fe>Ni>Cu>Pb>Zn，可在植物需要時(shí)及時(shí)供給“儲(chǔ)存”的微量元素和必需元素；土壤改良劑生物降解性能良好，降解周期較傳統(tǒng)樹(shù)脂保水劑短；土壤改良劑成本測(cè)算為2 076.5元/t，具有現(xiàn)實(shí)的推廣意義。