利用小麦秸秆制备的保水剂性能研究

[目的]以小麦秸秆纤维素接枝丙烯酸制备保水剂,并检测各因素对保水剂吸水性能的影响,探索制备保水剂的最佳反应条件,以期制备出成本低,降解性好,保水性高的新型保水剂。[方法]采用水溶液聚合法制备保水剂,并通过单因素试验和正交试验来确定最佳反应条件,对合成产物的吸液倍率、保水性能和表观形态进行测定与表征。[结果]温度为70℃,去离子水用量为160ml,2.0%N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBAM)用量为9ml,引发剂(过硫酸钾:硫代硫酸钠=3∶1)与丙烯酸单体比为2.0%,丙烯酸中和度为70%,反应时间为1h,合成的保水剂具有较高的吸水或盐水倍率,1g保水剂吸0.9%NaCl溶液41.2g/g,吸去离子水430.9g/g。红外光谱分析和电镜扫描结果表明,保水剂胶体接枝聚合成功,胶体具有良好的表面形态。[结论]制备的保水剂吸液速率快、重复吸水效果较好。保水剂在氯化铁溶液中吸水倍率最高,达到113g/g。复合离子溶液中,在离子浓度为1g/L时吸水倍率最高达57g/g。     

γ射线引发合成P(AA-co-AM)/FA新型农林保水剂的性能研究

为了合成绿色环保农林保水剂,解决农林保水剂功能单一的问题,以丙烯酸和丙烯酰胺为原料,富里酸为添加剂,通过~(60)Co-γ射线引发合成聚丙烯酸/丙烯酰胺/富里酸[P(AA-co-AM)/FA]高吸水性材料,探讨了辐照剂量、FA添加量对保水剂吸水倍率、吸盐倍率的影响,保水剂的反复吸水性能以及其对土壤水分的影响。结果表明,当保水剂中富里酸(FA)含量为15 wt%,辐照剂量为6 kGy时,吸水倍率和吸0.9%NaCl溶液倍率分别为437倍和61倍;30 min达到溶胀平衡,重复吸水10次后,保水剂溶胀倍率为199倍,下降54%;自制保水剂的施用明显增加了土壤含水量,促进了玉米生长。该方法提高了保水剂的吸水保水性能,克服了传统合成方法污染大、能耗高等问题,同时具有多功能性,合成的高吸水性材料适合制作农林保水剂,为植酸类保水剂合成工艺提供了参考。     

不同磷、钾肥对保水剂吸水、保肥性能的影响

通过对保水剂在磷肥、钾肥溶液中的吸水倍率和对肥料养分吸持量的测定,研究了不同磷、钾肥对保水剂吸水、保肥性能的影响。结果表明,保水剂在各种肥料溶液中吸水倍率显著下降,并随肥料浓度的增加下降幅度增加;磷、钾肥对聚丙烯酸钠盐型保水剂的影响大于聚丙烯酰胺-丙烯酸盐型保水剂;不同磷、钾肥对保水剂吸水倍率的影响按磷酸一铵、氯化钾、硫酸钾、过磷酸钙顺序递增。保水剂在大量吸水的同时,也对溶液中的肥料分子或者离子有吸持作用,吸持量均随肥料浓度的增加而增加;保水剂和肥料品种不同,吸持量也不同;保水剂对肥料的吸持率随肥料浓度的增加而降低,最高浓度下,吸持率按过磷酸钙、硫酸钾、氯化钾、磷酸一铵次序依次增大。     

不同类型保水剂性能及其对玉米生长效应的比较

为了比较各类保水剂在同等条件下的性能和应用效果差异,促进保水剂在抗旱节水中的合理应用。本文对国内聚丙烯酸钠、淀粉接枝丙烯酸钠、凹凸棒（无机）/聚丙烯酸钠（有机）、腐殖酸/聚丙烯酸钾4种主要类型农用保水剂进行性能测定,比较其吸水倍率、吸水速率、抗离子特性、pH值、反复吸水性等性能的差异。结果表明,不同类型保水剂的性能差异较大,单一性保水剂聚丙烯酸盐在吸水倍率、吸水速率和保水性等方面表现最好,但反复吸水时吸水率降低较快;淀粉接枝丙烯酸钠第7次吸水时已丧失吸水性;复合型保水剂凹凸棒/聚丙烯酸钠、腐殖酸/聚丙烯酸钾抗二价（Ca^2＋,Mg^2＋）和三价（Fe^3＋）离子特性明显,反复吸水性能好;盆栽玉米实验证明,复合型保水剂及其与菌根配比使用能显著促进玉米生长。     

准噶尔盆地沙漠梭梭造林中保水剂应用技术研究

对几种保水剂在沙漠梭梭造林中所表现的吸水倍率和释水特性进行了测试,分析了保水剂施用对土壤含水量和梭梭幼苗成活率的影响,并对沙漠沙丘施用保水剂进行梭梭造林的关键技术进行了归纳。结果表明,在充分吸水情况下,吸水倍率表现为:鸿森保水剂>海明保水剂>金元易保水剂>沃特保水剂。从综合吸水倍率和释水速率来看,海明保水剂的保水效果最好。在自然条件下,干施保水剂可极大降低保水剂吸水性能。保水剂湿施可显著提高20-30cm土层的土壤含水量和沙漠梭梭造林成活率(p<0.01),湿施60g效果最好。建议在沙漠梭梭造林中,采用湿施法,每株施60g,施用前将保水剂充分吸水(30min),施入深度为20-30cm的根系周围。     

水泥-粉煤灰基植生固沙材料的正交优化和氮、磷、钾初期释放速率研究

以本实验室设计的配方来制备水泥-粉煤灰基固沙材料,以3～4个月释放期的美国Osmocote 14-14-14为控释肥肥源,以PAM、自制SAP1和SAP2为吸水保水剂,采用沙柱法对植生固沙材料的吸水剂种类、吸水剂用量、肥料用量和水灰比材料参数进行正交优化试验,研究材料参数与NPK释放速率和材料抗压、抗折强度的关系。结果表明,影响N释放速率的主要因素是肥料用量和吸水剂种类,影响抗折强度的主要因素是水灰比和吸水剂种类,优化配方是1.5%PAM,0.8 g Osmocote/100 g沙和水灰比为1.2。在水泥-粉煤灰基固沙材料中NPK的28 d初期释放量大小顺序为K＞N＞P,其原因是水泥基材料富钾和固磷特性使得增K减P,水泥基材料毛细孔多孔特征使得N将以气态氨和液态銨释放。N的初期释放率受N的水溶肿胀和控释肥薄膜孔缝扩大速度的影响。     

多指标综合分析法在保水剂合成与评价中的应用

为合成更贴近生产实际的超吸水树脂保水剂,及提高其使用效果,该研究以淀粉、丙烯酸、丙烯酰胺为主要原料,采用过硫酸铵为引发剂,N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂在一定温度和中和度下制备了高吸水性复合材料。合成过程中选取五因素四水平正交试验设计,重复3次。采用Z分综合评价法和综合平衡法对其作为保水剂时的去离子水吸水倍率、土壤中吸水倍率、失水速率及种子发芽率等4个指标进行综合评价。研究得出影响保水剂性能的因素重要程度为温度>中和度>丙烯酰胺>过硫酸铵>MBA。优化筛选出了最佳合成配方及反应条件。即:1g淀粉加入15mL水熟化后,加入5mL丙烯酸,2.0g丙烯酰胺,N,N-甲基双丙烯酰胺1mg,采用KOH溶液使体系中和度为90%,在85℃下反应40min。该研究所采用的试验方法和评价体系简便易行,可用于超吸水树脂保水剂或其他新型材料的合成与评价。     

不同理化处理对钾长石中钾的促释效果研究

研究了不同活化剂、活化水的理化处理手段对钾长石中钾的促释效果。结果表明:活化水、不同烘干温度、不同活化剂及其用量对钾长石的活化效果均有明显影响;活化水较普通水的促释效果提高12%~21%,NaCl等活化剂与钾长石中的钾发生离子替换作用,促进钾释放,增幅达41%~76%,而活化剂QN和linN不同用量及不同烘干温度条件下,能够大大促进钾释放,增幅达2.8~4.8倍;促释技术为难溶性钾矿物的开发利用提供了一条新的利用途径。     

保水剂与磷肥的相互影响及节水保肥效果

采用茶袋法测定保水剂在磷酸一铵、过磷酸钙溶液中的吸水倍率,并以差减法计算保水剂对磷素养分的吸持量,研究不同磷肥对保水剂吸水性能以及保水剂对不同磷肥的吸持作用的影响;盆栽条件下以玉米为供试作物,研究保水剂和不同磷肥配合施用下的节水保肥效果。结果表明:保水剂在不同磷肥溶液中的吸水倍率随肥料浓度的增加而下降,过磷酸钙对保水剂吸水倍率的影响大于磷酸一铵;保水剂在大量吸水的同时,也对溶于水中的磷素养分有吸持作用,吸持量随肥料浓度的增加出现先增大后减小的规律;保水剂和磷肥配合施用能增加叶片净光合速率和气孔导度,提高玉米生物量和水肥利用效率,保水剂与磷酸一铵配合施用水肥调控效果较好。     

具有保水功能的缓释肥料的制备研究

以尿素、高吸水性树脂、低品位磷矿、风化煤、膨润土等为主要材料,制备了一种既有吸水保水功能又有缓释功能的双层包膜尿素。对其工艺条件进行了优化,结果表明,当以低品位磷矿为缓释材料,粘结剂浓度为50%,石蜡用量为10%,保水剂粒径为0.15 mm时,保水缓释肥在水中24 h和168 h氮素累计释放率分别为4.36%和26.5%,在土壤中64 d氮素累计释放率为49.34%,常压下吸附肥料自身质量20.3倍的水分。加有保水缓释肥的土壤保水率曲线表明,该保水缓释肥可明显降低水分蒸发率,提高土壤水分的有效性,改善土壤释水、保水的能力。保水缓释肥兼有吸水、保水和养分缓释性能,具有较好开发和应用前景。     

钾肥施用方式对烤烟钾素利用及土壤钾含量的影响

采用大田试验,在河南驻马店烟区研究了钾肥施用方式对烤烟钾素利用及土壤钾含量的影响。结果表明,在施钾量相同条件下,随着钾肥的追施比例和追施次数增加,不同部位的烟叶含钾量均增加,尤其是上部叶钾含量显著增加,2次或3次追钾比1次追钾处理上部叶钾含量分别提高18.9%～26.9%、35.0%～41.1%,使耕层土壤供钾能力在整个烤烟生育期内持续稳定在较高水平,并减少了土壤钾素下移,增加了烟株总吸收钾量,显著提高了钾素的利用效率,以钾肥基追比3∶7、分3次追钾处理钾素利用效率最高,达45.48%。     

不同供钾源及其用量对钾素营养的影响

以牛厩肥、猪厩肥、麦秸和钾化肥为供钾源 ,进行土培和生物试验 ,结果表明 ,麦秸对土壤的供钾能力及对作物的有效性均高于钾化肥 ,两种厩肥的供钾能力及生物有效性略低于钾化肥 .随着厩肥和麦秸施用量的增加 ,土壤速效钾和缓效钾基本是成比例的增加 ,钾素有效转化率并未因施用量提高而明显降低 .随着施用量的增加 ,玉米幼苗吸钾量呈增加趋势 .     

Slow-release of potassium from fused potassium silicate fertilizer

Original Papers

(pp. 805–810)

K₂Ca₂Si₂O₇, the major component of fused potassium silicate fertilizer, released potassium (K), calcium (Ca) and silicon (Si) in a slow manner. The 10% of K in K₂Ca₂Si₂O₇ was quickly solubilized in water. Further K dissolution was very slow. The amounts of dissolved Ca and Si in water were much smaller than that of K. The decrease of the Ca and Si concentration in water indicated the occurrence of a re-deposit of Ca and Si at a later stage.

The surface imaging method was used in order to study the slow-release process of K₂Ca₂Si₂O₇ in water. The surface analysis of K₂Ca₂Si₂O₇ particles after dissolution in water for 30 min showed that there were Ca- and Si-rich particles stuck on the fertilizer surface. The results of the analysis of the cross section of K₂Ca₂Si₂O₇ particles showed that the K content was lower than those of Ca and Si in the surface boundary layer. On the other hand, the mole ratio of K, Ca and Si was same inside the fertilizer particle. In the portion between the inside and the surface of the fertilizer particle, the content of K and Ca was lower than that of Si. These results indicated that the order of dissolution of fertilizer components from K₂Ca₂Si₂O₇ particle was first K, then Ca, and Si last.

From the results mentioned above, the process of slow-release K was speculated to be as follows: 1) K on the particle surface was released quickly by an ion exchange reaction with hydrogen ions in water. 2) K inside the particle was released slowly because of dissolution through Si-O-Si bonds.     

水钾一体化对烤烟钾素吸收及生长的影响

【目的】研究负压灌溉下不同施钾模式对烟株生长发育、钾素吸收速率及水肥利用等方面的影响,探索负压灌溉下适合烤烟生长发育的施钾方式及施钾量,为建立作物水肥高效技术提供参考依据。【方法】选用烤烟NC55为供试品种,在温室中进行盆栽试验。采用–15 kPa负压灌溉,施钾方式包括随水施钾 (W) 和钾肥一次性土壤基施 (S) 两种;施钾量以供试地区推荐施钾量 230 kg/hm2为100%,设置该施钾量的100% (K1)、75% (K2) 和50% (K3) 三个水平;以常规灌溉、不施钾肥为CK,共设置SK1、SK2、SK3、WK2、WK3、CK六个处理。测定了烟草农艺性状、干物质积累量、吸钾速率、钾肥利用率、水分利用效率等指标。【结果】团棵期,SK2、SK3的株高、有效叶数、叶长、叶宽、叶面积等农艺性状指标均高于其他处理,但WK2、WK3、SK2、SK3的干物质积累总量分别为31.16 、29.26 、29.92 和28.37g,根干重分别为12.40 、10.51 、11.91 和10.20 g,叶干重分别为17.05 、17.01 、15.67 和16.12 g,均表现为WK2 > SK2,WK3 > SK3;旺长期, WK2的整株重、茎干重及叶干重均大于其他处理,分别为99.18 、19.18 和 61.29 g;成熟期, 烤烟整株重及叶干重均表现出WK2 > WK3 > SK1 > SK2 > SK3,这些处理的整株重依次为139.27 、132.60 、124.50 、117.36 和110.10 g,叶干重依次为 93.97 、87.35 、80.33 、78.56 和 74.80 g;全生育期的水分利用率同样表现为WK2 > WK3 > SK1 > SK2 > SK3,分别为3.78 、3.54 、3.41 、3.28 和 3.22 g/kg,表明随水施钾的水分利用率要明显高于常规土壤施钾,相同施钾方式下烟株水分利用效率随施钾量减少而降低;全生育期的钾肥利用率表现为WK2 > WK3 > SK2 > SK1 > SK3,分别为43.0%、42.6%、21.9%、20.0%和18.5%,其中WK2较SK2,WK3较SK3的钾素吸收量分别增加53.85 kg/hm2、34.65 kg/hm2,表明随水施钾较常规土壤施钾有利于烟草对钾素的吸收;WK2、WK3较SK2分别高出21.1和20.7个百分点,表明负压灌溉下随水施钾能显著提高烤烟的钾肥利用率;随水施钾模式下烟株整个生育期均能维持相对较高的钾素吸收速率,其最大值出现在旺长-平顶期,且显著高于常规土壤施钾。【结论】“水钾一体”施钾模式虽延缓了烟株团棵期长势形成,但促进了烤烟中后期生长发育、干物质积累和烟叶钾素吸收;明显地提高了水分利用效率和钾肥利用率;在烟株全生育期内均维持了较高的钾素吸收速率,尤其中后期钾素吸收速率明显高于常规施钾方式。     

根区施用钾肥对烤烟产量、钾含量及钾素吸收的影响

为了探讨根区施用钾肥对黄淮烟区石灰土烤烟产量和钾素吸收利用的影响,采用田间试验,研究根区枸溶性钾肥与硫酸钾配施对烟叶产量、钾含量以及钾素吸收利用的影响。试验共设9个处理,分别为CK、CP_1、CP_2、WP_1、WP_2、CW_(1-50%)、CW_(2-50%)、CW_(1-75%)与CW_(2-75%)(CK表示对照,CP表示只施用枸溶性钾肥,WP表示只施用硫酸钾,CW表示枸溶性钾肥与硫酸钾配施;数字1、2表示施用量分别为225、300 kg/hm~2,百分数表示硫酸钾的配施比例)。结果表明,烟叶钾含量随生育期推进呈下降趋势,不同施肥处理各时期烟叶钾含量均高于CK;不同施肥处理下土壤钾素在垂直和水平方向上迁移距离较小,根区钾肥施用可直接有效的增加根区土壤速效钾含量;施钾(K_2O)300 kg/hm~2与225 kg/hm~2相比,可显著提高烟叶钾含量和钾肥利用效率(P0.05);CW_(2-75%)处理下烟叶钾含量、土壤速效钾含量和钾肥利用率最高,而CW_(2-50%)处理下烟叶产量最高。综上所述,根区施用含75%硫酸钾的枸溶性钾肥300 kg/hm~2(CW_(2-75%)处理)可有效改善黄淮烟区石灰土钾素养分,提高该区烤烟产量、钾含量与钾肥利用效率,达到优质高产。     

长期施钾对双季玉米钾素吸收利用和土壤钾素平衡的影响

  【目的】  玉米 (Zea mays L.) 生产需要投入大量的钾素营养。研究长期大量投入钾素对玉米钾素吸收利用以及土壤钾素平衡的影响，旨在保障该地区双季玉米的高产高效和土壤钾库平衡。  【方法】  红壤钾肥长期定位试验位于江西省进贤县，始于1986年，种植制度为一年两季玉米。试验处理包括不施肥对照 (CK)，氮磷化肥 处理(NP)，氮磷钾化肥处理(NPK)，2倍量的氮磷钾化肥处理 (DNPK)，氮磷钾化肥+有机肥处理 (NPKM) 和单施有机肥处理 (OM)。每季收获后，调查分析玉米产量和钾素含量，以及耕层土壤有效钾含量，计算玉米钾素吸收量、钾肥利用率、钾肥收获指数、钾肥农学效率和土壤钾素表观平衡；并以每10年为一个阶段，分析玉米产量、钾素吸收利用等指标及耕层土壤速效钾含量、钾素表观平衡等的变化规律。  【结果】  在试验的33年（1986—2018）间，NPK、DNPK、NPKM和OM处理的玉米年均产量和年均吸钾量均显著高于NP处理。在试验的第一个10年 (1986—1995年) 间，各钾肥处理间玉米产量和吸钾量无显著差异；而在第3个10年 (2006—2015) 和后3年 (2016—2018年) 间，NPKM处理的玉米年产量和年吸钾量分别比NPK处理提高了129.9%～246.7%和55.2%～62.1%。33年玉米的年均钾肥利用率以OM处理最高，而DNPK处理显著低于其他处理。在2006—2015和2016—2018年，NPKM处理的钾肥利用率显著高于DNPK处理，在2016—2018年间分别比NPK和DNPK处理显著增加了56.0%和119.2%。与NPK处理相比，1996—2005、2006—2015和2016—2018年间NPKM处理的年钾肥收获指数分别提高了61.6%、53.5%和35.8%，年钾肥农学效率分别增加了23.3%、227.8%和445.5%。除了1986—1995年间OM处理土壤钾素为亏缺外，其他施钾处理的土壤钾素均为盈余，NPKM处理的钾盈余量比NPK处理增加了53.2%～211.6%。钾素盈余量与耕层土壤速效钾含量显著相关 (P < 0.001)，钾素盈余量每增加1 kg/hm2，2016—2018年间耕层土壤速效钾含量增加2.60 mg/kg，明显高于1996—2005和2006—2015年的1.40和1.18 mg/kg。  【结论】  除前10年的单施有机肥处理外，其他施用钾肥处理在试验期间土壤钾素均处于盈余状态，钾肥施用量和钾肥来源对玉米钾素的吸收量没有显著影响。试验20年之后，有机无机肥配施对玉米产量、吸钾量和钾肥利用率的提升优势逐渐凸显。同时，长期施用钾肥导致的钾素盈余量增加会进一步提升耕层土壤速效钾含量，且随着试验年限的延长，钾素盈余量对耕层土壤速效钾的提升作用逐渐增加。     

盐化潮土中硫酸钾对玉米产量及氮钾交互作用的影响

通过田间试验探讨了轻度盐渍化潮土中施用硫酸钾对夏玉米干物质产量及氮钾养分吸收和再利用的影响。在速效钾含量较高的供试土壤中，施钾对高产夏玉米具有明显的增产效果和促进植物对氮钾的吸收，但明显降低了生长后期植物体中钾和氮的再循环率。     

Exchangeable potassium and potassium balances in organic crop rotations on a coarse sand

Abstract. Crops on sandy soils (<5% clay) are exposed to K deficiency due to the small release and high leaching losses of K. Reliable tools are needed to improve the K management in cropping systems with limited K input, such as organic farming where import of nutrients are restricted according to the EC regulations. We investigated K balances and exchangeable K (K_exch) changes in an organic crop rotation experiment. Potassium leaching decreased from 42 kg ha⁻¹ in 1998/99 to 21 kg ha⁻¹ in 2000/01 as an average of a crop rotation (spring barley, grass-clover, winter wheat and pea/barley) with manure application and without catch crops. In the same period, spring K_exch decreased from 5.0 to 3.0 mg K 100 g soil⁻¹ (0–20 cm). The retention of the straw K left in the field after harvest increased with decreasing levels of K_exch. The cereal crops did not respond to K application but in the pea/barley mixture the pea yield increased by 46%. The concordance between measured K balances and changes in K_exch was weak. Exchangeable K is suitable as a tool for K management on a rotational basis, and a K_exch above 3 mg 100 g soil⁻¹ in the autumn should be avoided to minimize K leaching.     

长期稻虾共作模式下稻田钾素平衡状况及合理施钾量研究

通过田间试验,研究了长期稻虾共作模式和中稻单作模式下农田生态系统钾素的输入、输出特征、平衡状况以及不同施钾量对直播水稻产量和钾肥利用效率的影响。结果表明,稻虾共作模式钾输入总量为134.3kg/hm~2,主要由化肥、饲料、降雨及灌溉水等带入,分别占输入总量的46.3%、10.3%、5.5%和34.8%;相对于中稻单作模式,稻虾共作模式由饲料和灌溉水输入的钾大幅增加。稻虾共作模式钾输出总量为119.4 kg/hm~2,主要由水稻籽粒、商品虾、渗漏以及排水带出,分别占输出总量的26.5%、5.0%、41.2%和27.3%,相对于中稻单作模式,以上4种途径钾输出均大幅增加。两种模式下钾表观平衡均出现盈余,且稻虾共作模式系统钾的盈余量低于中稻单作模式。同等施钾量条件下,长期稻虾共作模式的水稻产量、钾肥偏生产力和钾肥利用率较中稻单作模式分别平均提高了14.1%、14.2%和5.6%,且水稻增产主要是通过增加有效穗数来实现的。中稻单作模式和稻虾共作模式施钾量分别达到47.3 kg/hm~2(即K_2O施用量57.0 kg/hm~2)和21.6 kg/hm~2(即K_2O施用量26.0 kg/hm~2)时能够维持农田生态系统钾素平衡,而K_2O施用量分别达到82.2和85.0 kg/hm~2时水稻能够获得较高的产量。     

磷、钾营养对套作大豆钾素积累及利用效率的影响

以贡选1号为材料,研究了磷、钾营养对套作大豆钾素积累及利用效率的影响。结果表明,套作大豆全生育期钾素积累动态符合"S"型增长曲线。完熟期钾素积累总量以及根、茎、叶片、荚果各器官钾素含量均随施钾量增加而增加,随施磷量增加呈先增加后减少的趋势;各处理均以P2K3(P2O517.0 kg/hm2,K2O 112.5 kg/hm2)最高,较不施磷、钾(P0K0)高18.79%5~8.33%。全生育期钾积累速率呈单峰曲线变化,随施钾量增加而增加,随施磷量增加先升高后降低,出苗后90 d左右达到最大值。钾素生产效率、吸收利用率、农学利用率随施磷、施钾量增加与钾积累速率表现一致,但收获指数随施磷量增加先降低后升高。合理施用磷、钾肥能提高套作大豆钾素利用效率,以P2K1(P2O517.0 kg/hm2,K2O 37.5 kg/hm2)处理最好。