xuequanhong的个人博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/xuequanhong

博文

求索回眸10:结缘土壤养分动力学

已有 562 次阅读 2021-2-7 16:20 |个人分类:科研感悟|系统分类:科研笔记

 硕士研究生毕业后我留校任教,从事土壤地理学教学,承担《土壤发生分类》讲授和野外实习。这段工作持续了8年。因为当时没有科研项目,我的导师也退休了,上课之外没有研究工作,很着急。

 当时农化系从事土壤物理研究的尉庆丰教授结束了在国外的进修及合作研究回国,对国外正在开展的土壤养分动力学研究很感兴趣,想在国内开展类似工作。

 有一天,尉老师找我谈话,介绍了进行土壤养分吸附解吸动力学研究的意义。谈话内容大致是:当时国内关于土壤养分的研究重点是各种养分在土壤中的含量及形态,较为深入的研究涉及到养分物理化学性质,包括养分吸附、解吸量研究,但没有涉及养分吸附解吸速度,即未涉及土壤养分动力学研究。

 事实上,养分吸附解吸速度在评价土壤对植物的养分供应能力时,比养分含量更重要。土壤养分含量即使很高,但如果被土壤胶体牢固吸附,释放缓慢,满足不了作物快速生长时对养分的大量需求,植物仍然会表现出养分缺乏症状,影响产量提高。

 听完尉老师关于土壤养分动力学研究意义介绍,我感觉土壤养分动力学研究尽管与我所教课程没有直接关系,但仍是一项很有意义的工作,表示愿意同尉老师一起开展该工作。尉老师给我推荐了3篇国外最新发表的养分吸附解吸动力学论文,我读完后对当时国外养分动力学研究现状有了一定了解。在查阅中文文献后发现,当时国内关于土壤养分化学仅有少量热力学研究,动力学研究确实很少,尚无相关报道。

 我对未知领域有浓厚兴趣。得知国内土壤养分动力学研究尚未系统开展时,研究热情大增。随之,与尉老师一起制定了研究计划,拟先开展对植物需求量最大的三大营养元素氮磷钾(NPK)的吸附解吸动力学过程进行研究。这3种元素是植物需要量最大的元素,其含量和动力学性质对植物生长影响最大。将供试土壤确定为黄土母质上发育的土壤,这类土壤是黄土高原上的主要土壤,在中国北方广泛分布。研究这种土壤对NPK的吸附解吸动力学性质,对中国北方黄土区农田土壤氮磷钾养分供应能力了解及肥力评价有重要意义。

 动力学研究需要精确控制温度的恒温装置,吸附、解吸反应器及提供恒定流速反应液的装置。国内没有可购买的现成仪器,也没有进行此项研究的专项科研经费。所需设备均需自己想办法解决,且不能花钱太多。经过与尉老师反复讨论,确定了如下解决方案:恒温装置用恒温水浴槽代替;吸附、解吸反应器用有机玻璃管制作;恒速交换液用蠕动泵提供。需要购买的设备为精密控温仪,蠕动泵;吸附、解吸反应器到西安有机玻璃厂定制;其他如电炉丝,瓷套管等,学校设备处就有。我和尉老师的科研助手到西安去了3趟,上述问题就解决了。

 我们将长度约1cm的小瓷套管套在小功率电炉丝上,以防止电炉丝相互接触短路,制成恒温槽的热源;将水槽装上水,电炉丝置水槽中,将控温仪的感温探头插入水中,通上电,设定需要的反应温度,启动电源后恒温水浴槽就开始工作。当水温低于设定温度时,电炉丝通电加热,达到设定温度时,电炉丝断电停止加热。测定水浴温度波动,以评价恒温效果。

 电炉丝功率过大时,升温快,断电后余热多,水浴在断电后还会持续升温,会超过设定温度。电炉丝功率过小,效果相反。通过反复调试,找到了合适功率的电炉丝,使恒温槽的温度波动控制在±0.5℃,符合试验要求。我们用少量经费就试制成功了完全可以满足土壤养分吸附、解吸动力学研究的装置。

 试验设备解决了,我们将连接蠕动泵的交换液输入软管和密封性能良好的有机玻璃反应器均浸入恒温水浴中,用蠕动泵将含有铵离子,或磷酸根离子,或钾离子的交换液按一定速度输入反应器中,然后用一系列接收管按设定时间接收输出液;测定输入液、输出液中供试营养元素的浓度,计算二者的浓度差,就可以计算出反应器中单位时间内单位质量土壤对供试元素的吸附量。如将铵离子,或磷酸根离子,或钾离子饱和吸附的土壤装填到放应器中,交换液改用对应这3种离子的解吸液,再用上述方法测定不同时间解吸液中铵离子,或磷酸根离子,或钾离子浓度,就能计算出供试土壤对这3种营养元素的解吸动力学参数。

 用这套装置,我们测定了黄土性土壤对铵离子、钾离子及磷酸根离子的吸附与解吸动力学参数,共完成了6篇论文,其中3篇分别于1995、1996及1997年发表于《土壤学报》上,共引用121次,平均引用40次/篇;另外2篇分别于1993、1996年发表于《西北农林科技大学学报》上,1篇于2001年发表于《西北农业学报》上。6篇论文的总引用146次,平均引用24次/篇,其中,钾离子吸附解吸动力学研究一文的引用达到88次。我们学校是当时国内较早开展土壤养分化学动力学研究的单位。

 《土壤学报》是中文刊物中土壤学的权威期刊。能连续3年在《土壤学报》上发表3篇论文,在26年前,在当时,在我校的同行同龄人中几乎没有。

 在论文署名上,我坚持尉老师为第1作者,原因是研究方向是尉老师选定,研究方案是尉老师指导制定,经费也是尉老师提供,尉老师做了大量指导工作,我只做了具体工作,但尉老师坚持我作为第1作者,认为这样对我以后发展有益。由于尉老师真心实意帮助我,并一再坚持,论文就以我为第1作者发表了。当时没有通讯作者的说法,尉老师为第2作者。

 正如尉老师预料,这几篇论文对我的发展确有很大帮助,在我晋升副教授时,这些论文起了很大作用。后来,我的教学科研转入微生物学,对土壤养分化学动力学的研究就终止了,在土壤学刊物上发表论文的历史就结束了。尉老师对我转方向很惋惜,认为我已连续在《土壤学报》等刊物上发表6篇土壤养分吸附解吸动力学论文,已奠定了较好的基础,持续下去会有更好的结果。

 土壤养分动力学研究锻炼了我自己动手制作科研设备的能力,增强了我对自己科研能力的信心。也成了我科学探索道路上一段难忘的记忆。参与该研究的5个本科生中,薛喜乐,李保安及赵翀毕业后就失去联系,石辉已是西安建筑科技大学的教授博导,高彦是陕西省果树苗木良种繁育中心的高级农艺师。

 这段工作虽已过去了26年,尉老师已去世多年,但我对尉老师的感激一直保持在我的心灵深处。尉老师对科学研究发展趋势的敏锐判断能力,尉老师甘为人梯的高尚品德,已在我的脑海中留下了永远不可磨灭的烙印。尉老师是我的科研导师和人生导师,是我终生学习的榜样和楷模。 





http://wap.sciencenet.cn/blog-3194740-1271104.html

上一篇:求索回眸9:我与放线菌的前生今世及未来
下一篇:求索回眸11:人过三十能学艺

2 范振英 宁利中

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (0 个评论)

数据加载中...

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2021-4-17 23:32

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部