温室小气候对滴灌管材化合物迁移的干扰效应研究

发布时间：2020-10-23 23:06

　　 滴灌系统一般由干管、支管、毛管这三级管网组成，管网主要以聚乙烯和聚氯乙烯塑料管材为主，它们与水接触的距离长、时间久、面积大，管材加工过程中的添加剂以及它们的分解产物向灌溉水中迁移，会改变水质成分、影响植物生长，在食物链的放大作用下，对人类健康存在潜在威胁。本文结合吉林省科技发展计划项目“温室小气候对灌溉水质受滴灌材料干扰效应的影响研究”(编号：20090169)，从滴灌生产实际出发，以聚氯乙烯和聚乙烯常用滴灌管材为研究对象，开展温室小气候条件对滴灌管材化学物质迁移的干扰效应研究。本文的主要研究内容和结论如下： 1）为更好研究环境因素对UPVC滴灌管化学物质迁移影响，选择4种不同产地滴灌管为试验管材，研究在标准环境、实际温室环境以及温度变化对UPVC滴灌管向水中迁移重金属和有机化合物的影响进行分析，主要试验结果表明： ①标准环境下，UPVC滴灌管12天TOC迁移总量已超过饮用水标准限制，但农田灌溉水标准中未规定TOC含量限定值；Pb元素最大迁移量是饮用水标准的289.9倍，是农田灌溉水标准的2.9倍，滴灌管向水中迁移Pb元素含量随时间的延长而递减；Fe和Al元素迁移量最大值均超过饮用水标准规定值，但农田灌溉水标准未对其加以限制；Ba和Zn元素迁移量均未超过饮用水标准和农田灌溉水标准限定值； ②实际温室环境下，埋地40cm环境对UPVC滴灌管TOC和Ca元素迁移量的影响明显大于地表环境影响；埋地40cm环境和地表环境对Pb元素迁移规律没有影响，均随时间延长而减少，但就Pb元素迁移量而言，地表环境更有利于滴灌干管向水中迁移Pb元素；埋地环境对Al和Zn元素迁移量影响明显小于地表环境；两种环境对Fe和Ba元素迁移量影响不大； ③温度影响：UPVC滴灌管TOC、Pb和Zn元素迁移量随温度升高而增大，高温环境对TOC和Pb元素迁移量增加影响明显；温度变化对Ca元素迁移量影响最大； ④综合因素影响：UPVC滴灌管TOC和Al元素向水中迁移影响因素中，温度＞时间＞品牌；Ca元素：时间＞温度＞品牌；Pb元素：温度＞品牌＞时间；Fe元素：品牌＞时间＞温度；Zn元素：时间＞品牌＞温度。 2）为更好研究环境因素对HDPE滴灌管有机物迁移影响，选择3种品牌HDPE滴灌支管和5种品牌HDPE滴灌毛管为试验管材，研究标准环境、环境因素变化以及实际温室环境对HDPE滴灌管向水中迁移有机化合物影响进行分析，主要结论如下： ①标准环境下，HDPE滴灌管第一个72hTOC迁移量和TOC12天累积迁移量呈正向相关关系，且达到极显著水平；HDPE滴灌管随时间延长TOC迁移量呈先减后增趋势，并且滴灌毛管TOC迁移率在各个迁移周期内均明显小于滴灌支管。 ②温室环境下：HDPE滴灌管温室环境下TOC迁移量远远大于标准环境下，在27天迁移动态规律分析中随时间延长呈单峰趋势，并且在第9天管材向水中迁移TOC含量达到峰值。 ③环境因素影响：a.温度：从数值上看，HDPE滴灌管TOC迁移率随温度升高而增大；从增大幅度上看，并不是所有品牌HDPE滴灌管随温度升高其TOC迁移率大幅增长；b.空气相对湿度(RH)：RH变化对HDPE滴灌管TOC迁移率影响因品牌差异而各不相同，受RH影响最大品牌是5#管，最小的是8#管；c.光照：滴灌支管TOC迁移率受光照影响比滴灌毛管大。 ④综合因素影响：无论是HDPE滴灌支管还是HDPE滴灌毛管，除光照因素外因素主次顺序均为：时间＞温度＞品牌＞湿度；在含光照因素试验中，透光率因素因HDPE滴灌管功能不同而影响力不同。 3）为更好研究灌溉水质对HDPE滴灌毛管有机化合物迁移影响，选择3种品牌HDPE滴灌毛管为试验管材，研究5种不同灌溉水质以及番茄营养液不同pH值对滴灌毛管有机化合物迁移影响、在HDPE滴灌毛管作用下，番茄营养液（pH=6）特征变化情况、以及在番茄营养液作用下，温度和光照环境因子对HDPE滴灌毛管有机化合物迁移影响，结论如下： ①不同灌溉水质影响：标准环境下HDPE滴灌毛管向配制水和营养液中迁移TOC量远远高于向去离子水中迁移量，滴灌毛管向营养液中迁移TOC量表现为：番茄营养液＞黄瓜营养液＞非洲菊营养液；随着时间的延长，滴灌毛管向去离子水迁移TOC量越来越少，且减少趋势在一段时间内趋于平稳；向营养液中迁移有机物的趋势呈双峰曲线。滴灌毛管在不同灌溉水质作用下COD12天累积量为：配制水＞番茄营养液＞去离子水； ②营养液不同pH值影响：对于番茄营养液而言，当pH=4时，对滴灌毛管TOC迁移影响最大，pH=5时，影响最小，这是因为在强酸性环境下，管材有机物迁移量更大； ③HDPE滴灌毛管有机物迁移对营养液特性影响：营养液pH值随迁移周期延长而降低，但都高于初始pH值，HDPE滴灌毛管对EC值影响较小； ④番茄营养液作用下温度和光照影响：a.温度：TOC迁移率最大值出现在40℃温度下，最小值出现在20℃温度下；COD值均随温度升高而增大；b.光照：迁移周期内HDPE滴灌毛管TOC累积迁移量均为：85%透光率＞50%透光率＞15%透光率，与标准环境相比，HDPE滴灌毛管向营养液中迁移有机物的含量都有大幅增长； ⑤综合因素影响：在营养液作用下，影响HDPE滴灌毛管有机物迁移因素顺序为：时间＞温度＞品牌，时间＞透光率＞品牌，可见，迁移周期亦是非常重要的影响因素。 4）为全面评价滴灌管材使用的安全性，对滴灌系统中干、支、毛三级管网在不同环境下72h浸泡液对种子萌发和根芽抑制效应及其发光细菌综合毒性进行研究，主要结论如下： ①发光细菌急性毒性试验：a.UPVC滴灌干管标准环境下72h浸泡液相对发光度较高，低毒性灌溉水居多；温室环境下UPVC滴灌干管浸泡液毒性级别都在Ⅱ级以上；低温对UPVC滴灌干管浸泡液发光细菌急性毒性影响最大；b.HDPE滴灌管浸泡液相对发光度均随温度升高而降低，温度变化对HDPE滴灌支管浸泡液毒性等级影响不大，对HDPE滴灌毛管浸泡液毒性影响较大，尤其高温作用；c.环境因素对滴灌管材生物毒性影响顺序为：光照＞温度＞湿度； ②滴灌管浸泡液种子发芽和根伸长的毒性试验：黑麦草和小麦分别是通过植物种子发芽和根伸长变化评价UPVC和HDPE滴灌管浸泡液更加理想的植物类型。
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2014
【中图分类】：S275.6
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 本课题研究的目的和意义
        1.1.1 本课题研究的目的
        1.1.2 本课题研究的意义
    1.2 国内外研究进展
        1.2.1 滴灌技术的研究进展
        1.2.2 塑料老化及卫生安全性的研究进展
        1.2.3 重金属和有机物对植物毒害作用的研究进展
        1.2.4 相关研究中存在的问题
    1.3 本文研究内容
        1.3.1 研究目标
        1.3.2 研究路线
        1.3.3 研究内容
    1.4 本章小结
第2章 环境因素对 UPVC 滴灌管化学物质迁移的影响
    2.1 引言
    2.2 试验材料与方法
        2.2.1 试验地点
        2.2.2 试验测试指标和仪器设备
        2.2.3 试验方法
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 标准环境对迁移的影响
        2.3.2 单个环境因子对迁移的影响
        2.3.3 复合环境因素对迁移的影响
        2.3.4 UPVC 滴灌管化学物质迁移影响因素综合分析
    2.4 本章小结
第3章 环境因素对 HDPE 滴灌管有机物迁移的影响
    3.1 引言
    3.2 试验材料与方法
        3.2.1 试验地点
        3.2.2 试验测试指标和仪器设备
        3.2.3 试验方法
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 标准环境对有机物迁移的影响
        3.3.2 单个环境因子变化对化合物迁移的影响
        3.3.3 HDPE 滴灌管有机物迁移影响因素综合分析
    3.4 本章小结
第4章 灌溉水质对 HDPE 滴灌管材的影响
    4.1 引言
    4.2 试验材料与方法
        4.2.1 试验地点
        4.2.2 试验测试指标和仪器设备
        4.2.3 试验方法
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 标准环境对有机物迁移的影响
        4.3.2 环境因素对有机物迁移的影响
        4.3.3 营养液作用下 HDPE 滴灌管有机物迁移影响因素综合分析
    4.4 本章小结
第5章 滴灌管材浸泡液生物效应研究
    5.1 引言
    5.2 发光细菌的急性毒性试验
        5.2.1 明亮发光杆菌 T3 法试验原理
        5.2.2 材料与方法
        5.2.3 结果与讨论
    5.3 种子发芽和根伸长的毒性试验
        5.3.1 种子发芽和根伸长毒性试验原理
        5.3.2 材料与方法
        5.3.3 结果与讨论
    5.4 本章小结
第6章 结论与展望
    6.1 全文总结
    6.2 创新点
    6.3 研究展望
参考文献
导师及作者简介
博士期间发表的学术论文及取得的学术成果
致谢

【参考文献】

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本文编号：2853670