保水剂在尿素和阳离子溶液中的吸水性能及养分吸附特征

【目的】电解质种类和浓度影响保水剂的吸水性能。探明保水剂与尿素、不同价态阳离子间的相互作用，对于正确使用和开发水肥调控性能优越的缓释材料具有重要意义。【方法】试验选用聚丙烯酰胺–丙烯酸盐型保水剂[P(AA-AM)]和聚丙烯酸盐型保水剂 (PAA)。以分析纯盐酸盐和尿素分别配置了浓度1～256 mmol/L的尿素、NH₄+、Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Fe3+、Al3+溶液。称取保水剂0.3000 g于75 μm尼龙袋中，分别置于以上各系列溶液和去离子水300 mL中，静置12 h。取出保水剂袋，沥水30 min，以差减法测定保水剂吸水倍率和对溶质的吸附量。【结果】在溶质浓度从1 mmol/L增加到256 mmol/L时，尿素溶液中保水剂的吸水倍率没有显著下降，而各阳离子溶液中保水剂的吸水倍率显著下降，保水剂的相对吸水倍率与尿素、各种离子浓度之间呈显著幂函数的减函数关系，最终下降幅度由小到大依次为尿素、一价阳离子、二价阳离子、三价阳离子。保水剂对溶液中尿素和各种阳离子的吸附量随溶液浓度的增加而增加，P(AA-AM) 的最大吸附量:尿素64.66 mmol/g、Na+ 45.24 mmol/g、K+ 34.26 mmol/g、NH₄+ 32.63 mmol/g、Mg2+ 30.09 mmol/g、Ca2+ 23.96 mmol/g、Fe3+ 8.07 mmol/g、Al3+ 12.74 mmol/g。保水剂对尿素和一、二价阳离子的吸附特征可用Freundlich等温吸附模型表征，对三价阳离子的吸附特征可用Langmuir等温吸附模型表征。尿素和二、三价阳离子对P (AA-AM) 吸水倍率的影响均小于其对PAA的影响（P < 0.05），一价阳离子对P (AA-AM) 和PAA影响差异不明显（P > 0.05）。P (AA-AM) 吸附尿素和阳离子的能力要大于 PAA（P＜0.05）。【结论】保水剂对尿素的吸附量远高于阳离子，而尿素浓度基本不影响保水剂的保水性能。三价、二价和一价阳离子可显著降低保水剂的吸水倍率，阳离子浓度与保水剂的吸水倍率之间呈幂函数关系。保水剂对一价阳离子的最大吸附量大于对二价阳离子的吸附量，也远大于对三价阳离子的吸附量。聚丙烯酰胺–丙烯酸盐型保水剂[P(AA-AM)]对溶质的吸附性能大于聚丙烯酸盐型保水剂 (PAA)。因此，把保水剂作为缓释包膜材料包裹尿素比较适宜，但不适宜包裹盐类肥料。     

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。     

可变电荷土壤中胶粒双电层的相互作用与阴阳离子同时吸附

可变电荷土壤是在热带和亚热带地区母岩经历强烈的风化和淋溶作用形成的,或者由火山灰母质发育形成的土壤。这类土壤中硅酸盐矿物以高岭石为主,并含有大量Fe/Al氧化物。因此,这类土壤颗粒表面既带负电荷,又带有一定量的正电荷[1]。Qafoku和Sumner[2]研究发现带净负电荷的硅酸盐矿物颗粒和带正电荷的铁铝氧化物颗粒之间的相互作用是这类土壤能同时通过静电作用吸附阳离子和阴离子的主要原因。当用Ca(NO3)2溶液对装有可变电荷土壤的土柱进行淋溶实验时,Ca2+和NO-3在2.5孔隙体积(PV)后才在淋出液中同时出现,表明溶液中Ca2+和NO3-同时被土壤吸附[3]。当用稀CsCl溶液(0.5mmo     

玉米秸秆和Al2(SO4)3对苏打盐碱土主要盐碱化指标的影响

采用室内培养试验研究添加玉米秸秆和Al2(SO4)3对苏打盐碱土pH值、可溶性盐含量和阳离子交换量的影响,旨在为盐碱土合理改良利用提供理论依据。研究发现,加入玉米秸秆和Al2(SO4)3后,苏打盐碱土pH值有不同程度的降低。当Al2(SO4)3加入量为0%～0.8%时,随着Al2(SO4)3加入量的增加,苏打盐碱土pH值急剧下降,而当Al2(SO4)3加入量继续增加时,则pH值变化较缓慢。Al2(SO4)3加入量相同时,玉米秸秆的添加对降低苏打盐碱土的pH值具有略微促进的作用。在玉米秸秆和Al2(SO4)3的共同作用下,苏打盐碱土Na+、K+、Ca2+和Mg2+的含量均升高,而CO32-和HCO3-的含量则随着玉米秸秆和Al2(SO4)3加入量的增加而逐渐降低。玉米秸秆和Al2(SO4)3的加入使苏打盐碱土的阳离子交换量也有所增加,阳离子与土壤胶体上的Na+进行置换,最终使苏打盐碱土碱化度下降。综合而言,试验条件下,15%玉米秸秆和0.8%Al2(SO4)3对苏打盐碱土的改良效果最佳。     

保水剂对橡胶树专用肥氮钾淋出特性的影响

[目的]探寻减少橡胶树专用肥淋溶损失的途径,提高橡胶树专用肥利用率。[方法]采用在橡胶树专用肥中添加保水剂的方法,模拟橡胶树每年第3次施肥期(9月份)的降雨量,开展间歇性土柱淋溶试验。研究了CMC(羧甲基纤维素钠),PAM(聚丙烯酰胺)和PAA(聚丙烯酸钠)这3种保水剂对橡胶树专用肥氮素、钾素释放特征及淋溶损失的影响,筛选保水剂及合理施用比例。[结果]3种保水剂对橡胶树专用肥中氮素、钾素的淋失均有抑制作用,其中保水剂PAM用量为6%时对橡胶树专用肥中的氮素、钾素淋失抑制效果最佳。该处理对氮素、钾素首次淋失抑制率分别为44.73%,57.16%,淋溶结束时氮素、钾素累积淋出量分别较未添加保水剂的对照处理减少了20.20%,14.87%。[结论]在橡胶树专用肥中添加保水剂可有效降低橡胶树专用肥中氮素、钾素的淋溶损失。     

保水剂施用量对杨树苗土壤物理性状与微生物活性的影响

[目的]探讨保水剂不同施用量对杨树土壤物理性状与微生物活性的作用效果,为中国杨树人工林节水高产实践模式提供理论依据与技术参考。[方法]研究CK(常规灌量)、CL(60%常规灌量配施10g保水剂)、CM(60%常规灌量配施30g保水剂)和CH(60%常规灌量配施50g保水剂)4个处理对杨树苗土壤物理性状、水稳性团粒结构、微生物数量、微生物呼吸和代谢熵的影响。[结果]同CK相比,CM处理显著降低了土壤容重,并明显提高了非毛管孔隙度,其中土壤容重分别较CK,CL和CH处理显著下降13.71%,5.31%和7.76%;还明显促进了土壤大团聚体(0.25mm团粒)的形成。同时,CM处理明显增加了土壤微生物总量和微生物量碳、氮含量,并显著增强了土壤微生物呼吸作用,其微生物呼吸速率分别比CK,CL和CH处理提高30.77%,11.84%和7.59%。此外,CM处理还降低了代谢熵,分别较CK,CL和CH处理下降4.81%,8.29%和9.74%。[结论]适宜的节水灌溉措施(60%常规灌量与30g保水剂组合)有助于改善杨树苗土壤的物理环境,并增强微生物活性。     

氮磷肥施用对保水剂钝化土壤重金属铅镉效果的影响

[目的]探讨氮磷肥施用对保水剂钝化土壤重金属铅镉效果的影响,为揭示土壤水肥保持和重金属污染治理的协调性机制,制定SAP应用技术规程等提供参考。[方法]采用土柱淋溶试验方法,比较添加氮肥和磷肥对SAP钝化土壤铅(Pb)、镉(Cd)效果的影响。[结果]在Pb,Cd复合污染土壤中SAP用量为1.0g/kg时,控氮释磷效果较好,相比无SAP的对照处理,Pb累积淋失量减少5.1%,Cd累积淋失量增加13.6%;氮磷肥添加试验表明,添加氮肥的SAP处理Pb累积淋失量增加76.7%,Cd累积淋失量增加47.6%,添加磷肥的SAP处理Pb累积淋失量减少26.0%,Cd累积淋失量减少20.5%;添加复合氮、磷肥的SAP处理Pb累积淋失量减少2.3%,Cd累积淋失量增加8.3%。[结论]保水剂具有控氮释磷效应,且对土壤中的Pb,Cd有一定钝化作用;氮肥降低SAP钝化Pb,Cd的效果,而磷肥增强SAP钝化Pb,Cd的效果;氮、磷肥复合对SAP钝化Pb的效果影响不显著,但会降低SAP钝化Cd的效果。     

不同保水剂对土壤水分和氮素保持的比较研究

保水剂应用对土壤水肥利用效率具有重要影响。本文采用土柱模拟试验方法,以不施保水剂处理为对照,比较3种保水剂——聚丙烯酸盐类保水剂(A)、有机–无机复合保水剂(B)、腐植酸型多功能保水剂(C)对土壤水分和两种氮肥(尿素、硝酸铵)的保持效应,筛选保水剂与氮肥的合理施用配合。8次土壤淋溶结果表明:3种保水剂对土壤水分和两种氮肥都有保持作用,但差异明显。在保水方面,A、B保水剂土壤水分保持效果较好且保水效果相近,C保水剂相对较差;随浇水次数增加,3种保水剂的保水效果均有所降低。在保肥方面,C保水剂对两种氮素的保持效果显著优于对照,且对硝酸铵保持效果优于对尿素的保持效果;A保水剂对尿素的保持效果明显,但对硝酸铵的保持效果很小,淋溶8次后,甚至对氮素淋溶有促进作用;B保水剂对尿素的保持效果8次淋溶后与C保水剂相近,对硝酸铵的保持效果介于其他两种保水剂之间。此外,保水剂对土壤脲酶活性有一定影响,其变化与氮素转化有关;施用尿素的土壤中,保水剂对土壤脲酶活性的影响为B保水剂C保水剂A保水剂,而施用硝酸铵的土壤中为A保水剂B保水剂C保水剂。     

PAM调控土壤养分元素迁移与流失试验研究

[目的]研究聚丙烯酰胺(PAM)对氮磷钾素在砂土中的迁移和淋溶损失的影响,为探索PAM对控制养分元素的迁移、淋溶损失,提高水肥利用率的作用机制提供理论依据。[方法]采用室内土柱模拟淋溶试验,共设置5个不同质量分数水平(0,0.02%,0.05%,0.1%和0.2%)的阴离子型聚丙烯酰胺处理组,观察PAM对氮磷钾淋溶和迁移的影响。[结果]PAM能降低土壤淋溶液中的氮浓度,各PAM处理组与对照组相比,土壤淋溶液中氮浓度降低了28.8%~45.5%,同时能抑制土壤中的氮向下迁移;PAM促进了土壤对氮的吸附与固定,各处理组土壤中的氮含量与对照组相比增加了135.2%~285.7%;PAM能够降低土壤淋溶液中的钾浓度,各PAM处理组与对照组相比,土壤淋溶液中钾浓度降低了33.2%~51.8%,同时能抑制土壤中的钾向下迁移;PAM促进了土壤对钾的吸附与固定,各处理组土壤中的钾含量与对照组相比增加了42.5%~65.7%;PAM不能减少土壤溶液中磷的淋溶损失,对土壤吸附固定磷没有明显的作用,反而减弱了土壤对磷的吸附固定能力。[结论]土壤中施加PAM能有效减少氮、钾在土壤中的淋溶损失,增加土壤对氮、钾的保持固定作用,但对磷的作用效果并不理想。     

模拟酸雨淋溶下强风化土壤矿物风化计量关系研究

矿物风化计量关系对于定量土壤酸化速率至关重要。我国亚热带地区矿物风化强烈,土壤的酸敏感性高。为获取强风化土壤在矿物风化过程中元素释放特征及其化学计量关系,选取花岗岩发育的富铁土,先用EDTA-乙酸铵溶液洗脱土壤胶体上吸附的盐基离子,然后采用改进的Batch法,将洗脱盐基土壤与未洗脱盐基土壤同时进行模拟酸雨淋溶。结果表明:(1)洗脱盐基土壤与未洗脱盐基土壤的盐基离子(K~+、Na~+、Ca~(2+)和Mg~(2+))释放情况存在显著差异,洗脱盐基后土壤在淋溶中释放的盐基来源为矿物风化,释放缓慢而平稳;(2)未洗脱盐基土壤在淋溶初期,盐基的释放量较大,随着淋溶的进行,释放量迅速下降,淋溶后期的释放速率与洗脱盐基土壤接近,这说明未洗脱盐基土壤在淋溶初期释放的盐基主要来源于阳离子交换过程,后期则主要来源于风化过程;(3)洗脱盐基土壤和未洗脱盐基土壤经酸雨淋溶释放的各盐基化学计量关系(K~+∶Na~+∶Ca~(2+)∶Mg~(2+))以及盐基离子与硅的化学计量关系(BC∶Si)差异较大,由于未洗脱盐基土壤受到阳离子交换的影响,因此只有洗脱盐基土壤的矿物风化计量关系可以作为定量估算土壤酸化速率的依据。     

保水剂粒径对秦巴山区土壤水分及烤烟生长的影响

[目的]探究保水剂粒径对秦巴山区土壤水分及烤烟生长的影响,为改善秦巴山区烟田的土壤环境以及促进保水剂在烤烟生产中的应用提供科学支持。[方法]以不施用保水剂为对照,以粉末状(粒径0.18mm)、细颗粒状(粒径0.18～2.25mm)和颗粒状(粒径2.25～3.25mm)的聚丙烯酸钾保水剂为研究材料,监测不同粒径的保水剂对秦巴山区黄棕壤烟田土壤水分、土壤容重及烤烟生长、烤烟品质及经济性状的影响。[结果]不同粒径的聚丙烯酸钾保水剂在烤烟不同生长期均可提高0—40cm土层土壤水分,降低0—40cm土层土壤容重,但对40cm以下土层的土壤水分无显著影响,其中细颗粒状保水剂对土壤水分、土壤容重影响较大。不同粒径的保水剂均可促进烤烟根系生长及茎叶生长,提高烟叶产量与产值,降低下等烟的比例,其中细颗粒状保水剂对烤烟最大叶片、根系生长量、产量及产值影响较大,但粉末状保水剂对上等烟比例影响较大。[结论]不同粒径的保水剂均可提高烤烟品质,其中细颗粒状保水剂对烟碱、总氮、钾及氯的影响较大,粉末状保水剂对总糖和还原糖影响较大。秦巴山区黄棕壤烟田应选用细颗粒状的聚丙烯酸钾保水剂。     

PAM-atta复合保水剂的保水性能及影响因素研究

针对目前保水剂成本高、耐盐性差和实际应用效果不理想等因素，该文以丙烯酰胺和凹凸棒黏土为原料合成了有机-无机复合保水剂(PAM-atta)，模拟实际应用情况并对其吸水、释水及耐盐性能进行了研究。结果表明：加入凹凸棒黏土合成的PAM-atta型复合保水剂具有更高的吸水倍数和耐盐碱性能，综合性能优于单一聚丙烯酰胺类保水剂。     

酶与茶皂素组合液对重金属Cd和Pb复合污染土壤的生态修复作用

[目的]评价α-淀粉酶与茶皂素对污染土壤中的Cd,Pb洗脱效果,为重金属污染土壤的修复提供更准确的科学依据。[方法]以重金属Cd,Pb污染的耕作层土壤为研究对象,利用α-淀粉酶和茶皂素复合淋洗对Cd,Pb污染土壤进行生态修复,并测定土壤淋洗前后Cd,Pb形态的变化。[结果]在反应时间12h,pH 4.0,反应温度30℃,茶皂素溶液和酶溶液配比4∶1条件下,Cd,Pb去除率分别为88.87%,43.97%。通过对修复前后重金属的形态分析,发现酸提取态、可还原物态的重金属较容易去除,淋洗后土壤中Cd和Pb均达到土壤环境质量Ⅱ级标准。[结论]α-淀粉酶和茶皂素组合对土壤中Cd,Pb有明显的去除效果,起到协同、增强作用。表明α-淀粉酶和茶皂素组合在生态修复重金属污染的土壤方面具有一定的应用前景。     

不同材质保水剂对玉米生长综合效率的DEA模型分析

为进一步促进保水剂在干旱区农业生产和生态修复中的合理应用,利用数据包络分析(Data Envelopment Analysis,DEA)模型评价不同材质保水剂施用在干旱区荒漠土壤时对生物生长促进的综合效率,从而确定在该环境中最具效率的保水剂品种。本研究选取AA-AH,KCE和PAA3种保水剂,首先测试了3种保水剂在模拟当地自然环境基本特征条件下的基本特性,其次将它们应用于室内玉米盆栽种植试验,最后在上述试验结果的基础上使用DEA模型分析了3种不同保水剂在荒漠土壤中对生物生长的促进作用,结果表明:(1)PAA的耐盐性能较好,而AA-AH的环境持久性最好,AA-HA保水剂的施用对土壤的副作用最小;(2)3种保水剂都有显著提高玉米出苗率和土壤持水能力,其中AA-HA对增加土壤持水性能的效果最好,PAA促进玉米株高的效果最好,保水剂浓度的增加并不能显著改善土壤持水性能,但不同保水剂功效在同等浓度下表现也不同,如KCE在20g/m~2浓度下增加玉米地面生物量的效果最好,而AA-AH则在40g/m~2下表现最佳。综合评价表明3种保水剂在0.6g浓度时玉米生长的综合效率都达到DEA有效值,当浓度增加到1.2g时玉米生长的综合效率均下降,降幅为:PAAKCEAA-HA,说明AA-HA在低浓度使用量下在荒漠土壤环境中使用时效率最佳的。综上所述保水剂在干旱荒漠地区的农业生产和荒漠生态修复方面有很好的应用前景。面对品种繁多的保水剂产品,DEA模型可以用来分析评价最适合当地应用环境的品种,本研究为提高保水剂对植物生长综合效率及合理选用保水剂提供了理论方法。     

高分子化学地膜对盐渍土壤物理性质与水分蒸发效应

盐渍土壤通常因盐分含量大、pH偏高、结构差、水盐运动强烈等原因，植物难以生长。本研究选择聚丙烯酰胺（Polyacrylamide，PAM）、壳聚糖（Chitosan，CTS）、羟乙基纤维素（Hydroxyethyl Cellulo，HEC）等3种高分子化合物，以土壤表面喷洒高分子化合物溶液成膜的方式，研究了高分子化合物膜对盐渍土壤基本物理性质与水分蒸发的影响，结果表明：本研究选择的3种高分子化合物能够不同程度的降低土壤水分蒸发、提高土壤保水性能和显著抑制土壤盐分的表聚，利用主成分分析进行对比发现：PAM 20 kg/hm2、CTS 80 kg/hm2、HEC 80 kg/hm2的用量下的土壤抑蒸控盐效果最佳，盐渍土表喷洒高分子化合物溶液成膜对盐渍土壤改良利用具有确切的正效应。     

Agricultural Polymers Revisited: Salinity Interactions and Soil-Water Conservation

A synthetic superabsorbent polymer used to improve water-holding capacity of soils was investigated. Two water qualities, two irrigation intervals, and two application rates were administered to 24 treated soil columns. Polymer absorbance of water was proportional with time but inversely proportional to salinity levels. After a threshold period, which was longer for the lower water application rate, cumulative evaporation (E = √ct) increased with decrease in irrigation interval and the type of amendments added in order of control > peat moss > the absorbent copolymer. The value of c was largely determined by the water application rate and the type of the soil amendment. Salt and moisture distributions were governed by the amount of water conserved. Peat moss was more effective in leaching salts. The quantity of water applied per irrigation, rather than cumulative amount, seemed to affect water conservation, whereas the cumulative amount of water affected electrical conductivity–sodium absorption ratio (EC-SAR) distributions.     

复合保水剂的水肥调控模拟及其肥效研究

利用土柱模拟试验和盆栽试验研究了复合保水剂对水肥淋失和玉米农艺性状的影响,土柱试验结果表明,加入复合保水剂后能够较对照减少淋出液体积,显著降低氮磷钾的累计淋溶率;盆栽试验结果表明,施用复合保水剂能够显著提高玉米的生物学产量和肥料的利用率.     

1985-2014年新疆玛纳斯灌区土壤盐渍化时空变化及成因

[目的]分析玛纳斯灌区进行盐碱地空间分布格局，清楚认识当地盐碱地类型和时空变化规律，找出因地制宜的盐碱地改良措施。[方法]以1985年玛纳斯灌区土壤普查数据，1998年 Landsat TM ，2006和2014年 CBERS（China‐Brazil earth resource satellite）影像为数据源，运用 RS 和 GIS 技术提取研究区4个时期土壤盐渍化信息，利用土地转移矩阵和盐渍化动态度模型分析30 a 来玛纳斯灌区土壤盐渍化时空动态变化，并探讨灌区盐渍化的驱动因素。[结果]（1）1985—2014年，盐渍化土地总面积增加，从1985年的4．27×104 hm2增加到2014年的7．90×104 hm2。（2）灌区土壤盐渍化主要分布在灌区内部，呈块状分布。[结论]自然因素是土壤盐渍化形成与变化的内因，人为影响则是促进土壤盐渍化尤其是绿洲次生盐渍化发展的驱动因素之一。