控释技术处理碳铵、尿素的肥效及其机理初探

采用改性的工农业有机废弃物、无机矿物作为控释材料,对碳铵、尿素进行包膜与非包膜控释处理,通过盆栽试验研究其肥效,用室内淋溶试验和X衍射分析手段探讨其养分控释机理。结果表明,两种控释处理的氮肥均有较好的肥效,可以明显提高氮肥利用率。肥料的X衍射分析表明,有机控释材料活性基团与碳铵、尿素相互作用,晶体结构发生了较大的变化,结晶度下降;对于包裹太严实的控释肥料,混以养分释放速度快的肥料,以调整养分不同释放速度的纵向复合,更有利于提高产量及养分利用率。非包膜控释处理成本较低,与包膜控释处理的效果相当甚至更优。两种控释技术均能提升碳铵、尿素的市场竞争力,有重要的产业应用前景。     

控释氮肥的氮素释放特征及其对水稻的增产效应

采用浸水释放试验和水稻田间试验方法研究了疏水性材料有机高分子聚合物包膜控释氮肥的释放特征,并以普通氮肥作对照研究了包膜控释氮肥对水稻的增产效应。研究结果表明,包膜控释氮肥养分释放达到了控释效果;与普通氮肥相比,施用控释氮肥有效提高了稻田土壤中碱解氮和铵态氮含量,促进了水稻植株和根系对氮素的吸收利用;两种处理的水稻总生物量差异不显著,但是在籽粒产量上,控释氮肥各处理两年的试验结果均比普通氮肥增产10%~40%,尤其是控释氮肥施用量为普通氮肥1/3时仍有增产效果,2003年高达15·1%;在当地稻田条件下,2002年控释氮肥氮素利用率最高达到了51·2%。采用疏水性包膜材料有机高分子聚合物包膜的控释氮肥比普通氮肥具有控制释放、促进水稻吸收氮素养分、提高籽粒产量和肥料的当季利用率与降低施肥量的优越性。     

载体缓控释尿素研制初探

本文提出载体缓控释肥料的概念,研制这种肥料的关键在于寻找或合成适当的功能高分子。以天然多糖A和尿素研究了载体缓控释体系。结果表明,天然多糖A与尿素有极好的相溶性,共混后加入少量交联剂对尿素起到了十分明显的缓控释作用。红外分析和X-衍射分析表明,天然多糖A和尿素之间发生了相互作用,这种作用主要表现为氢键的相互作用力,而这种氢键相互作用使得天然多糖A和尿素形成了-螺旋或高分子网络结构的载肥体系。     

保水缓/控释肥料的研究进展

肥料与保水剂复合一体化使用是水肥调控的重要技术，是肥料研究的国际前沿。该文主要对保水剂与化肥的复合方式与工艺，保水剂与肥料养分相互作用及其研究方法，以及保水及保水肥料应用的水肥效应方面的进展进行综述，并指出了保水缓/控释肥料研究存在的问题和今后努力的方向。保水剂与肥料可以通过物理混合(吸附或造粒)、包膜或化学合成3种方式结合为材料与功能复合一体化的保水缓/控释肥料，包膜和化学合成是高养分含量保水缓/控释肥料制备的先进工艺。肥料或盐影响保水剂的吸水膨胀及吸附作用，因肥料及盐的种类和离子电价而异。7 d溶解量法、土壤淋洗法及土壤培养法等是研究保水剂及保水缓释肥料养分吸附解吸的常用方法。保水剂或保水缓/控释肥料对一些养分的缓释作用报道基本一致，对土壤水分改善作用存在不一致的报道，与高盐含量和保水剂用量有关。保水缓/控释肥料今后发展方向应加强养分含量与吸水倍率指标标准、保水材料及其与肥料复合机制的创新、以及湿润及养分控释机理的研究，还应加强中试及产业化技术开发研究。     

聚合物包膜控释肥料膜壳累积、降解及对土壤质量影响的研究进展

聚合物包膜控释肥料是实现化肥提质增效的新型肥料之一,其控释效果依赖于包膜材料。控释肥料养分释放后的残留膜壳是农业土地上微塑料的重要来源,膜壳及其降解产物是否对土壤质量安全造成影响尚不清楚。本文综合了国内外膜壳残留及其降解的研究进展,从聚合物包膜控释肥料残留膜壳在农田中的累积现状、降解性能研究及其对土壤物理–化学–生物学效应等土壤质量参数的影响进行了阐述,包括:1)现有文献指出,控释肥料膜壳在农田中的累积量与施用量基本相同,其在不同类型农田土壤及不同土层中的赋存、分布和累积现状不同;2)不同类型控释肥料膜壳在土壤中的降解过程主要与聚合物材质相关,降解率可通过聚合物材料改性来提高,其降解过程、产物及机制值得探索;3)控释肥料膜壳降解产物对土壤物理、化学、生物学性状及作物生长的影响程度取决于聚合物材料类型、累积量及土壤类型。短期内低浓度的膜壳累积对土壤理化性质、土壤生物及作物生长无不良影响,长期累积或高浓度下膜壳影响土壤质量变化的阈值亟需明确。据此,进一步提出,1)应广泛开展不同种类控释肥料膜壳在农田中的赋存、分布和累积的现场监测评估工作;2)开发控释肥料膜壳及其次级降解物分离提取、鉴定和定量表征的分析技术和方法,建立健全标准化方法;3)了解控释肥料膜壳及其降解产物在土壤中的去向和迁移过程及其对不同类型土壤及不同作物品种的影响,探寻膜壳残留量与效应之间的关系及其影响机制;4)研制开发天然、生物及可降解控释肥料膜材,研究膜壳降解与养分释放之间的相互关系,构建新型可生物降解控释肥料膜壳降解与养分释放关系数据模型,以期为聚合物包膜控释肥料的应用、开发及标准的制定提供科学依据。     

改性聚丙烯酸酯包膜控释肥料的控释性能研究

针对应用流化床包衣设备进行水溶性高分子聚合物包膜肥料中试生产中存在的问题,研究了交联剂用量对膜材料表面结构与疏水性能的影响,以及不同后处理工艺对改善包膜肥料控释性能的作用。结果表明,以水溶性高分子聚丙烯酸乳液为主成分的包膜材料中添加交联剂(氮丙啶)的比例由1%(质量百分数,下同)增加至2%,肥料包膜表面结构变得更加平整致密,疏水性能也有所增强,控释效果显著提升。在40℃静水浸泡的9 d时间内前者释放了90%以上的养分,而后者仅释放了约40%的养分。不同后处理工艺对增强包膜肥料的控释性能作用不一。烘箱加热的效果远好于微波处理,且当交联剂添加比例较低(0.3%)时,在一定范围内(60℃~80℃)升高后处理温度,包膜肥料的控释性能显著增强。而当交联剂添加比例增至1%以上时,升温对其控释性能几乎无影响。     

包膜控释肥料养分释放率快速测定方法的研究

包膜控释肥料养分释放率的快速测定是控释肥质量检测和制定评价标准的关键。快速测定方法可以在较短时间内,推测和评价控释肥料的养分释放速率的快慢及释放期的长短。本研究对4种不同包膜控释肥料在25℃温度条件下的静水释放过程进行了测定,并应用100℃快速浸提化学实测法的测定结果与之拟合,找出两者相同养分释放量的时间对应关系方程,并对方程进行了检验和评价;同时,还对100℃温度条件下快速浸提液进行了电导率法(简便方法)的测定。结果表明,4种不同包膜控释肥料的相同养分释放量与时间对应关系方程的拟合度均达到极显著水平;在100℃温度条件下,快速浸提测定法能在较短的时间内准确测定包膜控释肥料的养分释放率,释放期为36～个月的包膜控释肥,在104～8.h就可初步测定出养分释放期;在25℃释放期为6个月的控释肥,100℃快速浸提测定的养分释放期的最大误差为10.d(5.6%);100℃快速浸提电导率法亦可简便快速的测定出包膜控释肥的养分释放率,其对养分释放期为6个月的包膜控释肥料预测值的最大误差为15.d(8.3%)。     

膜特性对包膜控释肥养分控释性能的影响

为了研究膜特性对包膜控释肥养分控释性能的影响,该文通过膜的拉伸试验、扫描电镜和养分水中溶出率法对P1和P2树脂膜（不同包膜比率,不同添加剂含量）的机械性质、微观结构和养分控释特性进行了研究,结果表明,P1树脂膜机械性能较差,易发生龟裂现象,且通透性较大;P2树脂膜机械性能较好,但通透性较差;仅通过改变包膜比率不能达到改变两种膜的控释性能的目的。在不同包膜比率两种膜中分别添加适量的高分子疏水物质和可降解改性淀粉,可明显改善膜壳的机械性质、微观结构并起到了对养分释放速率的调控作用。两种膜材料包膜的控释肥料的控释性能均可通过改变各自的包膜比率和添加物的比例来调控,其关系可用函数关系模拟,且拟合度均达到显著水平。     

包膜控释肥料在土壤中养分释放特性的测试方法与评价

在土壤培养基础上,着重研究了包膜控释肥料养分释放率的三种测定方法以及在土壤中测得的包膜控释肥料养分释放率与在水中测得的养分释放率间的相关性。结果表明,在土壤培养中,采用肥料养分化学测定法、肥料养分称量法和土壤无机氮增量法都能直接或间接表征包膜控释肥料在土壤中的养分释放率及其相关性状。包膜控释肥料在土壤与水两种体系中所测得的养分释放率之间相关性显著,其相关关系符合一元一次线型回归方程,相关系数(r)大于0.920。     

三重耦合改性防止水基聚合物包膜肥料粘连并延缓释放

  【目的】  水基聚丙烯酸酯价格低廉、成膜性好,具有作为控释肥料包膜材料的潜力,但其玻璃转化温度低和耐水性差,导致用其制备的包膜控释肥料颗粒容易相互粘连并且养分释放过快。本研究旨在通过改性措施防止水基聚丙烯酸酯包膜控释肥料的粘连,并提升其控释性能。  【方法】  选用易获取且价格低廉的3种改性剂纳米二氧化硅、FeⅢ-单宁酸配合物和十六烷,通过简单的物理混合方式对水基聚丙烯酸酯进行耦合改性。采用动态热机械性能测定了改性前后包膜材料的玻璃转化温度和储能模量,采用接触角仪和水蒸气渗透装置分别测定了包膜的水接触角和水蒸气渗透率,采用静水溶出法测定了控释肥料的养分释放特征。为了更好地比较耦合改性的效果,将未改性的丙烯酸酯 (PA)、纳米二氧化硅单独改性的丙烯酸酯 (PA+Silica)、FeⅢ-单宁酸配合物单独改性的丙烯酸酯 (PA+Fe) 和十六烷单独改性的丙烯酸酯 (PA+HD)作为对照,分析了包膜材料性质改变对控释肥料养分释放特征的影响。  【结果】  耦合改性后包膜的玻璃转化温度提升了4.4℃,?70°C的储能模量提升了72.2%,水接触角提高了22°,水蒸气渗透率降低了13.6%。以上包膜材料性质的改变不但有效防止了控释肥料的粘连,也将其初期溶出率从未改性的38.29%降低到2.04%,控释期从未改性的8天延长到52天,释放模式也从和作物养分需求不匹配的“倒L”型变为和作物养分需求相匹配的“S”型。耦合改性改善包膜肥料粘连现象的原因为耦合改性将包膜材料的玻璃转化温度从20.40℃提升到了24.80℃。相关分析表明,包膜肥料初期溶出率的显著降低主要是因为FeⅢ-单宁酸配合物所降低的水蒸气渗透率和纳米二氧化硅所提高的玻璃转化温度和储能模量,而控释期的延长主要是由于十六烷所带来的水接触角的上升。  【结论】  采用纳米二氧化硅、FeⅢ-单宁酸配合物和十六烷耦合改性水基聚丙烯酸酯后,有效防止了控释肥料的粘连,显著提升了控释性能,并且该改性方式易于应用到工业生产中,是一种可行的水基聚合物包膜材料的改性方法。