异粒包膜控释肥料氮素释放特性的研究

按照商品控释肥料的核芯肥料之粒级进行混配,利用底喷流化包膜技术制造出异粒包膜控释肥。通过静水培养试验,分别测得不同粒径控释肥料0、1、2、3、4、5、6、7、14、21、28、56 d的氮素释放率,探讨粒径对氮素释放率、膜芯比等的影响。结果表明,随着粒径增加,氮素释放率明显降低,培养1 d,2～3、3～4、4～5 mm粒径控释肥料的氮素释放率依次为26.9%、4.45%、1.26%; 2～3 mm粒径的控释肥料的控释期只有4 d,3～4 mm为28 d,4～5 mm的大于56 d。培养过程,即控释肥料氮素释放过程,前期释放的氮素主要来自3 mm粒径的控释肥料。粒径大小对膜芯比有极显著的影响,膜芯比随着粒径的增加而增加。2～3 mm粒径控释肥料膜芯比比预设的降低15.58%,3～4 mm的降低了4.29%; 而4～5 mm的膜芯比则比设计的增加了5.65％。因此要保证控释肥料产品的质量,核芯肥料的粒级是必须控制的重要因素之一。     

粒径和包膜厚度对控释肥氮素释放特性的影响

通过静水溶出率试验探讨粒径和包膜厚度对控释肥料初期溶出率、微分溶出率以及氮素累积溶出率的影响,筛选出适宜的粒径和包膜厚度的控释肥料,以此达到节省包膜材料用量、降低包膜控释肥生产成本的目的。试验结果表明,小粒径(2.5~3 mm)处理的包膜效果优于中粒径(3~4 mm)和大粒径(4~5 mm)处理的包膜效果。当包膜厚度在60~70 g/m2范围内时,中粒径处理的释放速度平缓,释放期长,控释效果优于小粒径和大粒径处理的控释效果;随着厚度的增大,初期、微分溶出率以及氮素累积溶出率都有显著减小的趋势。其中,包膜厚度对中粒径处理的影响最为显著,而对大粒径处理的影响相对较小。     

水溶性树脂包膜控释肥料养分释放特征及影响因素

为了探讨不同养分配比包膜控释肥料的养分释放特征,采用相同工艺制造同一包膜厚度而核心肥料氮磷钾配比（以下简称核心肥料）不同、同一核心肥料而包膜厚度不同的水溶性树脂包膜控释肥料,并在高温和常温下的纯水中培养,研究核心肥料、包膜厚度、培养温度对养分释放特征的影响。结果表明：在（25 ± 0.5）℃或（40 ± 0.5）℃下,膜材用量为50 g/m2和70 g/m2的高氮型控释肥料的养分累积释放特征曲线均呈S型,增加包膜厚度或降低培养温度,均可延长培养前期的养分缓慢释放阶段。在（25 ± 0.5）℃下,膜材用量为50 g/m2时,均衡型和高钾型控释肥料的养分累积释放曲线为抛物线型,膜材用量为70 g/m2时,则为双抛物线型;培养温度为（40 ± 0.5）℃时,养分累积释放曲线均转变为抛物线型。3种因素不仅影响养分释放曲线的形状,同时对肥效期产生明显影响,增加包膜厚度或降低培养温度,均可延长养分的肥效期。氮磷的肥效期大小顺序为高氮型＞高钾型＞均衡型,而钾的肥效期则是高钾型＞高氮型＞均衡型。综上所述,包膜厚度、培养温度及核心肥料同时影响着包膜控释肥料的养分释放特征,养分释放越快,其曲线形状趋向于抛物线型,反之则趋向于S型;3类核心中,以高氮型核心最能发挥水溶性树脂的控释性能。     

聚合物包膜控释肥料氮素释放的数学模拟

为了研究聚合物包膜控释肥料的养分释放机制,以Fick扩散第二定律为理论基础,运用数学物理和数值分析方法建立了聚合物包膜控释肥料氮素释放的数学模型,并对其进行了解析,通过25℃的水浸提试验验证该模型的适用性。研究表明,包膜材质和膜层厚度能显著影响聚合物包膜控释肥料的氮素释放速率,该数学模型能够对醇酸树脂和热塑性树脂包膜控释肥料的氮素释放过程进行有效的模拟,可为控释肥料的研发、生产及施用提供参考。     

热塑性包膜尿素微观结构特征及养分释放机理研究

采用扫描电镜、水中溶出法、饱和盐溶液蒸汽压法和土壤培养法,探讨了热塑性包膜尿素微观结构特性及养分释放机理。结果表明,热塑性包膜尿素膜表面光滑,膜上存在纤维状孔隙,膜厚度53.8～65.2 μm。氮素释放速率随温度的升高而增大,在25、30、40、50、60℃水中,尿素累积释放80％的时间分别为96、80、12、8、4 d。在不同培养温度条件下,氮素释放率与时间的关系可用一级动力学方程:Nt=No(1-e-kt)、Elovich方程:Nt=a+blnt和抛物线方程:Nt=a+bt0.5表征;在25和40℃时,以一级动力学方程拟合效果最好。包膜尿素的氮素释放率随着水蒸气压差的增大而增加,并且随水分含量降低而降低。定量描述氮素养分释放的动力学方程中,以一级动力学方程更具有实效性。包膜控释肥料膜内外水蒸气压差是控制养分释放的主要因素。     

包膜尿素氮素释放机理及其对油菜生长效应研究

采用水中溶出法、饱和盐溶液蒸汽压法和土壤培养法,研究了包膜尿素氮素释放的机理,并通过油菜盆栽试验评价了包膜尿素与油菜需肥规律的吻合性.结果表明:(1)包膜尿素的氮素释放速率随温度的升高而增大,温度每提高15～20℃,氮素释放速率提高约3～8倍,并且氮素释放率与时间的关系可用一级动力学方程Nt=No(1-e-kt)、叶诺维奇方程Nt=a+blnt和抛物线方程Nt=a+bto,ti表征.(2)包膜尿素的氮素释放率随着水蒸气压差的增大而增加,并随土壤水分含量增加而增加.(3)包膜控释肥料膜内外水蒸气压差是控制养分释放的主要因素.(4)盆栽试验证明,包膜尿素处理的油菜吸氮量和生物量最高,并且包膜尿素的氮索释放特征更接近油菜的需肥规律.     

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。     

硅基膜材缓控释肥在红壤中的氮素释放特征研究

通过土壤培养法和饱和盐溶液蒸汽压法,研究硅基膜材缓控释肥在不同土壤温度、含水量和水蒸汽压条件下的氮素释放特性,探讨土壤温度、含水量和水蒸汽压因素对其氮素释放的影响,阐述其在红壤中的控释机制。结果表明:硅基膜材缓控释肥在红壤中的氮素释放速率均随土壤温度、水分含量和水蒸汽压升高而明显提高,其中温度是主要影响因素。不同条件下,包膜肥料的氮素释放率随培养时间的变化均符合一级动力学方程。包膜尿素在15、25、40 和60℃的红壤中,氮素累积释放率达80% 所需要的时间分别为140、110、25 和10 d。土壤含水量为10% 时,养分释放受抑制;当土壤含水量由20% 上升至40%,养分释放速率加快,释放期缩短20 d。养分释放速率常数k 随水蒸汽压差的增大而增加;相同培养时间内,氮素累积释放率H2O>KH2PO4 饱和溶液>KCl 饱和溶液。土壤温度和含水量均通过改变包膜内外水蒸汽压而影响养分释放速率。在实际应用过程中,致使硅基膜材缓控释肥膜内外水蒸汽压变化的因素,均对其养分释放速率产生影响。     

膜材用量及致孔剂和密封剂对植物油包膜尿素养分释放特性的影响

通过25℃恒温静水培养试验,应用折光率法测定植物油包膜尿素养分释放率及肥效期,研究膜材用量、致孔剂和密封剂对植物油包膜尿素养分释放特性的影响.结果表明,添加致孔剂能明显加快包膜尿素养分释放,初期溶出率和微分溶出率均随着致孔剂ST用量增加而增加,肥效期随着致孔剂ST用量增加而缩短.而增加膜材用量和添加密封剂则会显著减慢包膜尿素养分释放,初期溶出率和微分溶出率与膜材用量、密封剂W用量呈负相关,随着膜材用量从3％增加至7％,包膜尿素肥效期从26.90 d增加至152.56 d,而当密封剂W用量从无增加至10％时,包膜尿素肥效期从61.96 d延长至154.00 d.说明调节膜材用量,添加密封剂、致孔剂可有效调控植物油包膜尿素养分释放速率,改变包膜尿素养分释放特性.     

聚乙烯包膜肥料控释膜层结构特征研究

【目的】包膜肥料控释膜层结构和孔隙性质直接影响其养分释放速率。研究包膜肥料膜层结构特征,可以明确膜层结构参数与养分释放速率的关系,揭示包膜肥料控释机制,为建立养分释放数理模型提供理论依据。【方法】以聚乙烯包膜肥料控释膜层作为研究对象,量化研究了聚乙烯喷涂控释膜层的结构特征参数。利用扫描电镜,观测了在不同放大倍数下,采用喷涂工艺制备的聚乙烯包膜肥料膜层的外表层、横断面和内表层特征;以压汞仪测定了膜上孔隙的大小和分布;采用泡点法研究了大孔隙的最大孔径。【结果】不同放大倍数下的扫描电镜观测结果表明,喷涂法制备的包膜肥料控释膜层外表面整体上光滑、平整、均匀、疏松,但局部存在少量孔隙,孔径主要分布在1000～50 nm的范围内;在放大倍数很高的情况下,整体上膜层无细微孔隙结构。控释膜层厚度约为60～100 μm,断面形貌疏松无孔。膜层内表面粗糙,高低起伏不平、犬牙交错。膜壳材料堆密度为0.4～0.8 g/mL,低于聚乙烯密度,属于疏松结构。孔隙结构分析结果表明,聚乙烯控释膜层的中值孔径为4.5～5.3 nm,与对比的聚乙烯薄膜基本一致,说明两种膜分子链间的细微结构没有差异;但是聚乙烯控释膜层中存在占比18%的直径约为1000～50 nm的较大孔,孔径小于10 nm的间隙占82%,进一步说明占比少的大孔影响控释膜层释放性能。喷涂控释膜层总孔体积在0.4686～1.2260 mL/g,平均孔径在25.1～86.8 nm范围内,孔隙率为33.0%～50.6%,显著高于拉伸工艺制备的聚乙烯薄膜。释放期在1～6个月的包膜控释肥料,最大孔径在990～480 nm的范围,随包膜肥料释放期的增加,膜孔直径逐步减小,说明包膜控释肥料养分释放速率与其最大孔径存在内在联系。【结论】综合3种方法的测定结果,聚乙烯控释膜层可以看作是膜层均匀致密且局部有孔隙,膜壳直径3 mm,膜层厚度约为50 μm,最大孔径为1 μm,平均孔径为50 nm的密闭球形壳体。最大孔是水分和养分进出膜层的主要通道,决定了包膜肥料养分释放速率的快慢。     

聚合物包膜肥料硝态氮释放特征研究

采用不同养分组成(单一组分和复合组分)聚合物包膜肥料(Multicote)和水中静态溶出的方法,研究了不同温度和半径处理下聚合物包膜肥料NO3-N释放特征.结果表明,温度升高显著促进NO3-N的释放;肥料颗粒半径差异显著影响NO3-N释放,小半径的肥料颗粒NO3-N释放明显比大半径颗粒快,且小半径肥料颗粒NO3-N释放的活化能较低;肥料颗粒内离子间存在明显的交互作用,与单一组分聚合物包膜肥料相比,复合组分聚合物包膜肥料NO3-N释放的线性期明显缩短,NO3-N释放速率增加,且NO3-N释放的活化能明显增大.聚合物包膜肥料中NO3-N的释放特征直接与聚合物膜的扩散系数、扩散面积、膜厚度以及伴随离子的种类和浓度相关.养分释放时期以及活化能的定量化表征为全面评估聚合物包膜肥料养分释放特征提供了参考.     

桐油包膜尿素的制备及其肥料缓释效应研究

以桐油为主要成膜材料对尿素实施了包膜处理，研究了桐油、桐油/改性树脂混合物及其与无机调理剂的混合物的粘度和粘度指数，对包膜尿素的表面形貌、包膜尿素的缓释性及其在黑麦草种植中的肥料效应进行了研究，以确定最佳的包膜工艺条件。实验结果表明：采用桐油和E₁或E₃无机调理剂的混合物，在包膜率9%～15%之间制得的桐油包膜尿素的养分释放期为24～62 d，能为黑麦草生长提供较长时间的养分供给并延长其绿色期。     

Use of polysulfone in controlled-release NPK fertilizer formulations

Encapsulation of fertilizers in polymeric coatings is a method used to reduce fertilizer losses and to minimize environmental pollution. Polysulfone was used for a coating preparation for soluble NPK granular fertilizer in controlled-release fertilizer formulations. The coatings were formed by the phase inversion technique (wet method). The influence of the polymer concentration in the film-forming solution on the physical properties of the coatings was examined. The coating structure controls the diffusion of the elements from the interior of the fertilizer granule. It was experimentally confirmed that the use of polysulfone as a coating for a soluble fertilizer decreases the release rate of components. Moreover, the release rate of nutrients from coated granules decreases with the decrease of the coating porosity. In the case of coating with 38.5% porosity, prepared from 13.5% polymer solution after 5 h of test, 100% of NH(4)(+) was released, whereas only 19.0% of NH(4)(+) was released after 5 h for the coating with 11% porosity. In addition, coating of fertilizers leads to improvement of handling properties, and the crushing strength of all coated fertilizers was an average 40% higher than that for uncoated NPK fertilizer.     

A column perfusion test to assess the kinetics of nutrient release by soluble,sparingly soluble and coated granular fertilizers

In recent years, innovations in fertilizer research have principally been in the design of products to supply more timely plant nutrients and mitigate detrimental losses to the environment. In the development of these fertilizers, a laboratory method to comparatively screen a large number of formulations for the rate of nutrient release is a critical first step in formulation optimization to significantly reduce time spent on pot and field trials, reducing costs considerably. Currently, given the absence of a standard laboratory method for all fertilizers, adaptions of a method for coated fertilizers from the International Organization for Standardization (2017) ISO 21263 and other column tests are being used which are often complex and/or require manual sampling which can be laborious, time consuming and costly. The method presented here evaluates the dynamic release in real time by continuously perfusing samples in columns utilizing an automated sample accumulation system for short‐term and long‐term release studies and eliminates the need for soil/sand packing of columns. Mass balance is accounted for by analysing the residue after dissolution and the amount released is expressed as a % of the total nutrient content in the product. This method is reliable, uncomplicated and cost‐effective and has been used to test uncoated soluble fertilizers, nanofertilizers, fertilizers with newly developed coating technologies and other slowly soluble fertilizers, to assess the effect of variables like coating chemistry and thickness, fertilizer composition or fertilizer particle size on release rate.     

聚合物包膜NPK复合肥料养分释放滞后期的研究

聚合物包膜肥料养分释放的滞后期是指不释放养分或释放量很少的时期,主要由水分进入过程和养分溶解过程组成,滞后期的长短受这两个过程控制;滞后期的主要影响因素为包膜厚度、养分溶解度、养分组成等。以此为理论基础,模拟了聚合物包膜肥料养分释放的滞后期,推导出聚合物包膜肥料滞后期的方程为:tlag=kr/3(l/PhP+1/D),估算了聚亚安酯类物质包膜NPK复合肥料(Multicote)中K+、NO3-、NH4+释放的滞后期。4和H2PO4+由于养分离子本身的溶解性质不同以及养分间的相互作用,不同的养分离子的滞后期存在明显差异,与试验结果一致。同时,该模型还表明,当包膜厚度较薄时,对滞后期起主导作用的是养分溶解过程,只有当包膜厚度足够大时,才会对滞后期起主导作用。该模型将对聚合物包膜肥料的研制和应用提供重要的理论指导。     

纳米材料胶结包膜型缓/控释肥料对作物产量和品质的影响

为了对纳米级材料胶结包膜型缓/控释肥料的缓/控释性能进行准确的评价,以3年6季作物定位施肥试验为基础,对冬小麦和夏玉米的产量及部分品质进行了监测。结果表明,与等量氮磷钾化肥配施相比,4种纳米级材料胶结包膜型缓/控释肥料不同程度地提高了小麦和玉米子粒产量和蛋白质产量,但蛋白质含量增加不显著,可溶性总糖含量反而降低。纳米级材料胶结包膜型缓/控释肥料对提高冬小麦的产量和品质有一定的促进作用,但不同肥料促进作用大小不同。     

聚合物包膜肥料中钾素释放特征及其模拟

以水和水饱和石英砂为介质，研究了2种聚合物包膜肥料中钾素的释放特征。结果表明，钾素释放主要受温度影响，同时还受到颗粒大小和形态的影响；在水饱和石英砂中溶出与在水中溶出差别不大。采用水为介质，以一聚合物包膜肥料养分释放的理论模型为基础，对影响聚合物包膜肥料钾素释放的因素进行了研究，并进行了灵敏性检验。结果表明，温度越高、包膜的厚度和颗粒半径越小时钾素释放越快，且试验结果和模拟结果达到极显著的相关性；模拟结果比实际结果明显偏低，但表现出了较好灵敏性和相关性，是一个具有理论基础和应用潜力的聚合物包膜肥料养分释放模型。     

掺混型缓/控释肥对杂交晚稻产量的影响

采用田间小区试验,以不施肥(CK1)和施用等量NPK化肥(CK2)为对照,研究掺混型缓/控释肥对水稻产量的影响.结果表明,各缓释肥处理的产量均高于等量NPK处理.其中,在长沙点中肥力水稻土上,35%聚乙烯醇混聚物(CF2)胶结复混肥+65%废弃泡沫塑料(PS)混聚物包膜复混肥(简称CF2+PS)效果最好,比等量NPK处理增产27.68%,其次是35%高岭土-聚酯胶结肥+65%PS包膜肥,比等量NPK处理增产24.70%;在宁乡点低肥力水稻土上,35%高岭土-聚酯胶结肥+65%PS包膜肥处理效果最好,比等量NPK处理增产37.25%;宁乡试验点各施肥处理的增产效果均高于长沙点,说明土壤肥力越低,肥料的增产率越高;减少20%掺混型缓释复混肥施用量(处理9),仍然比等量NPK处理增产,说明根据作物各生育期对养分的需求比例,将不同时间段释放养分的缓释肥料按比例掺混,效果较佳,节肥、增产是可行的.