保水包膜尿素肥料理化特征

保水肥料是缓/控释肥料剂一个新的发展方向。本文中作者对研发的一种保水缓释包膜尿素肥料的包膜物理化学特征,养分缓释机制进行了研究。电镜观察显示,保水材料包膜上存在网状孔隙,膜厚度0.12mm~0.30mm,是水分贮存的物理空间。红外光谱分析表明,保水材料与尿素表面存在着氢键作用,这种氢键作用使保水包膜材料对尿素有一定吸附作用,这是保水包膜尿素具有养分缓释的一种机制。吸水倍率测定表明,保水包膜材料吸水倍率在70倍以上,吸水达饱和的时间为1.4小时,在盐水中还有一定的吸水倍率,pH为6.87。因此,保水包膜尿素肥料是水肥复合一体化的缓释肥料。     

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。     

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。     

玉米秸秆基纤维素保水缓释肥制备及应用

为解决农业生产中秸秆废弃物不合理的使用导致资源浪费和农业污染问题,探讨秸秆基纤维素保水缓释肥的生产成本、在农业上应用的可行性,对秸秆基保水缓释肥的特性及性能进行了试验研究。以玉米秸秆为主要原料,利用硝酸-水溶液一步提取玉米秸秆纤维素,采用溶液聚合法将玉米秸秆纤维素与丙烯酸、丙烯酰胺单体进行接枝共聚反应,并利用半互穿网络技术制备具有保水功能的缓释肥(MS-CPPC),引入聚磷酸铵作为氮、磷营养物质。运用正交试验对制备条件进行优化,并利用扫描电镜(scanning electron microscopy)、红外光谱(flourier transform infrared spectroscopy)、X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy)、热重分析技术(thermo gravimetric analysis)对制备的产品进行表征;研究了MS-CPPC的吸水性以及在水和土壤中的氮磷缓释性。结果表明,制备的最优工艺为:纤维素与丙烯酸质量比为1:6、交联剂与纤维素质量比为1:20、引发剂与纤维素质量比为5:1、聚乙烯醇共聚物与纤维素质量比为5:2。该保水缓释肥有良好的吸水性,吸水率为443.2 g/g;混施到土壤中对水分入渗率和累积入渗量都有明显的促进作用,在实际应用中可以防止土壤表层滞水;同时,该产品具有氮磷缓释特性,24 h和30 d的氮、磷累计释放量分别为14.69%、13.01%和67.11%,55.74%,氮磷释放性能符合符合缓释肥料国家标准;土柱试验表明,添加MS-CPPC可以显著减少氮磷淋溶损失。利用玉米秸秆制备的保水性缓释肥具有制造成本低、环境友好等特点,并且可以实现秸秆资源高效利用。     

保水缓释肥对盐胁迫下水稻生长和光合特性的调控

为了探讨保水缓释肥对作物生长的调控,以"盐稻12号"为材料,研究了不同配比(1%、2%和4%)的盐碱地保水缓释肥(ZL 2012 1 0400570.0)对盐胁迫20、40、80 d水稻幼苗植株形态、根系发育、干重、叶绿素含量、气体交换参数和水分利用效率的影响。结果表明:无论是低盐还是高盐处理下,随着肥料施用配比的增加,植株长势逐渐增强,总根长、根体积、根表面积、根尖数、植株干重均显著上升,尤其在4%肥料施用下这些促进效果尤为明显;随着肥料施用配比的增加,叶片叶绿素含量、气体交换各参数、水分利用效率等均逐渐上升,而气孔限制值显著下降。综上所述,该盐碱地保水缓释肥明显增强水稻幼苗的耐盐性,主要与其能促进盐胁迫下根系生长,提高叶绿素含量,改善气孔限制,促进植株的光合作用并提高水分利用效率有关。     

适宜喷播基质的保水材料制备及其应用效果

喷播基质是矿山边坡植被修复的重要材料，但受降雨冲刷后易产生水肥流失问题。以增强喷播基质水肥保持能力为目的，制备以菌糠、醋酸乙烯酯和丙烯酸为原料的保水材料，通过模拟降雨冲刷方法研究其对喷播基质改良的保水保肥和植物修复影响。结果表明：m(菌糠)/m(丙烯酸)为1/3、中和度为80%、交联剂用量为0.09 g、引发剂用量为0.36 g、醋酸乙烯酯用量为6 mL时保水材料在蒸馏水中吸水倍率为123.94 g/g,在0.9%的氯化钠溶液中吸水倍率为84.36 g/g。该保水材料可显著提升喷播基质的抗冲刷性和植物修复效果，且纤维可增强保水材料的效果。在冲刷-蒸发循环中降低18.57%的径流量，延长初始产流时间；使硝态氮、铵态氮、总磷的流失量分别降低15.89%,56.52%,58.21%;黑麦草出芽率、存活率、干重分别增加76.19%,48.45%,33.33%;黑麦草全氮、全磷、全钾含量分别提高77.48%,33.33%,60.66%;根际喷播基质较对照的含水量提高30.50%。研究结果为解决喷播基质修复矿山边坡时的水肥流失问题提供理论依据。     

保水缓释氮肥水分状态与吸持特征研究

保水肥料的水分有效性不但取决于保水肥料的吸水倍率，还取决于水分在保水肥料中的存在状态及吸持特征。首次用差示扫描量热仪(DSC)和水分特征曲线方法对实验合成的保水缓释氮肥水分状态及吸持特征进行了研究。发现保水缓释氮肥的自由水+束缚水含量随着平衡含水量增大而提高，保水缓释氮肥平衡含水量中94％以上为自由水＋束缚水，其与普通水具有相同或相近的热力学性质，其相当于土壤重力水，毛管水和薄膜水之和，保水缓释氮肥所持水分90％以上是植物有效水。保水缓释氮肥的结合水占5％以下，其相当于土壤吸湿水，是植物难利用水。DSC测定的有效水(94％)和水分特征曲线测定的有效水(91％)十分接近，因此，DSC可作为评价吸水保水缓释肥料有效性快速方法。保水缓释肥料可增加土壤持水量，降低土壤水分蒸发，提高土壤保水和释水量。保水缓释氮肥合成过程中待聚液保温时间是一个重要工艺参数。     

水肥调控技术及其功能性肥料研究进展

综述水肥调控的有关技术,以及以高吸水性树脂 (super absorbent polymer,SAP) 为保水、缓/控释材料制备保水型缓/控释肥料的研究进展,为今后此类肥料的开发、应用提供依据。水分和养分是限制我国旱地农业可持续发展的主要因子,以肥调水,以水促肥,充分发挥水肥的协同效应是提高水肥利用率的关键。目前,水肥调控 (耦合) 技术的实施主要通过农艺措施和施肥灌溉技术来完成。近年来,随着SAP性能的不断改善和使用的普及,人们对SAP在吸水保水的同时,对土壤肥料养分的保持和缓释作用开始给予了重视,以SAP为保水、缓释材料的保水型缓/控释肥料的研究成为水肥调控研究的热点。SAP与一般聚合物不同之处是它具有高度亲水性,聚合物的骨架是一个适度交联的网状结构,进入树脂分子内的养分离子或分子可以以各种结合形式被暂时固定而延缓了养分的释放。土壤中可溶性盐对SAP吸水性能有重要影响,但尿素分子影响甚小。保水型缓/控释肥料可通过养分负载、复混或包膜等工艺制备。保水型缓/控释肥料是水肥调控 (耦合) 技术、化学制剂保水节水技术和肥料缓/控释技术的综合运用和物化的载体,兼具吸水、保水和养分缓/控释功能,实现水肥在同一时空条件下的一体化调控,同时提高水分和肥料的利用效率,在农业、林业、环境修复、生态工程等领域具有广阔的应用前景。未来工作是进一步寻求合适的SAP制造原料和工艺,降低成本;应用分子设计,改善SAP的结构,提高生物降解性,控制盐分的不利影响,提高肥料的吸水、保水和对养分的缓释性能;加强养分释放机理和不同于普通缓/控释肥料评价方法的研究。     

纳米SiO2–聚乙烯醇–γ聚谷氨酸复合膜材料制备及其性能研究

【目的】聚乙烯醇 (polyvinyl alcohol,PVA) 作为缓释肥包膜材料具有价格低廉、透性好、环保、少残留的优点,但耐水性能差,制成包膜肥料进入土壤后缓释效果不持久。γ聚谷氨酸 (γ-PGA) 是一种原料易得的肥料增效剂,利用纳米二氧化硅 (nano-SiO₂) 和γ-PGA对聚合物PVA进行改性,并用改性后的PVA制备了缓释材料,优化nano-SiO₂、γ-PGA和戊二醛的配比参数。【方法】试验采用三因素三水平L₉(33) 正交设计,三因素三水平是PVA浓度 (因素A) 4%、6%、8%,γ-PGA与PVA的质量配比 (因素B) 0.8∶3、1∶3、1.2∶3,戊二醛占PVA与γ-PGA体积之和比例 (因素C) 0.1%、0.2%、0.3%,以不添加戊二醛的9个处理做对照。用有机高分子聚合法制备复合膜,分析了不同原料配比制备的膜材料的吸水性和渗透性能,找出最优原料配比。在此基础上,在上述包膜材料中分别加入5、10和20 g/kg的nano-SiO₂和少量无水乙醇制成复合膜,测定复合膜材料的吸水率、渗透率,分析了膜的红外光谱特征和表面微观结构变化,探讨其改性成膜机理。【结果】加入交联剂戊二醛后,复合膜材料的吸水率和渗透率均显著降低。当PVA浓度为4%,γ-PGA与PVA质量比为1.2∶3,戊二醛体积分数为0.3%时,复合膜材料的吸水率最低,为118%,铵离子和水的渗透率分别比对照降低了46.8%和23.0%。添加nano-SiO₂后,各处理膜的吸水率均随nano-SiO₂添加量的增加呈现先升高后降低的变化,当添加量为20 g/kg时,复合膜材料吸水率和NH₄+渗透率最低,与不加nano-SiO₂相比,复合膜材料吸水率和NH₄+渗透率分别降低了6.8%～38.2%和23.8%～53.2%,而水渗透率增加了38.4%～67.7%。红外分析光谱结果表明,PVA和γ-PGA反应生成醚键;添加nano-SiO₂处理的―OH伸缩振动峰变宽,透过率增加,并且出现了Si―O―Si摇摆振动和反对称伸缩振动;同时,从官能团特征看出复合膜中仍存在未反应的γ-PGA。扫描电镜结果显示纳米SiO₂–聚乙烯醇–γ聚谷氨酸复合膜材料的表面更光滑,致密均一,这可能是包膜材料能减缓氮素释放的主要原因。【结论】nano-SiO₂与PVA、γ-PGA、戊二醛分子结合生成的交联纳米复合膜材料亲水基团数目减少,膜材料吸水率降低,提高了包膜材料的缓释性能,更适用于颗粒肥料包膜。膜材料中存在的游离γ-PGA可以继续发挥肥料增效剂的作用。     

半干旱地区多因素保水措施对土壤水分及造林成活率的影响

以神府-东胜煤矿采煤沉陷区为试验地,通过正交试验,分析了覆盖材料、保水剂施用量、肥料配比的保水效果及对成活率的影响。结果表明,覆盖材料、保水剂施用量、肥料配比对长梗扁桃成活率、土壤含水量的影响极显著,其影响程度为:覆盖材料>保水剂施用量>肥料配比。在地膜覆盖-保水剂(60 g)-当地土:肥料(4:1)的保水措施下,土壤含水量最高达到17.11%,长柄扁桃成活率最高,为80.5%。无任何保水措施的处理土壤含水量为8.59%,成活率仅为30.13%。栽植长柄扁桃的多因素保水技术措施最佳组合为:地膜覆盖-保水剂60 g-当地土:肥料(4:1)。     

保水剂对土壤孔隙影响的定量分析

为探明保水剂不同用量对施入土层土壤孔隙特征及其分布的影响,采用CT扫描法研究盆栽试验条件下小麦收获时的土壤孔隙特征。结果表明:1)施用保水剂均提高了土壤剖面不同土层的土壤孔隙数目、孔隙度和孔隙成圆率。2)随保水剂用量的增加,各土层平均总孔隙数、总孔隙度及成圆率提高;但保水剂用量过高,其总孔隙数增加不明显,总孔隙度和孔隙成圆率降低,但仍高于对照(CK)。3)最终的小麦生物量和籽粒产量表现为54 mg/kg>81 mg/kg>27 mg/kg>CK。因此,施用保水剂改善了土壤孔隙特征,促进了小麦的生长和产量的提高。各处理中以54 mg/kg保水剂用量对于小麦生物量及产量的提高最为显著,分别较对照提高13.1%和22.2%。     

不同水分条件下保水剂对土壤持水与供水能力的影响

为探明水分条件对保水剂作用效果的影响,采用盆栽实验,测定冬小麦生长结束后不同水分条件下保水剂不同用量（T1：0、T2：27 mg/kg、T3：54 mg/kg、T4：81 mg/kg）处理的土壤持水、供水及导水性能等。结果表明：保水剂的施用均提高了土壤持水、供水、导水能力及土壤有效水含量。轻度胁迫条件下,以T3处理的持水能力、有效水含量及导水能力最强,而供水能力以T4处理为佳;充分供水条件下,随保水剂用量的增加,土壤持水能力、供水能力、有效水含量及导水能力均提高,但T3和T4处理间差异不显著。与轻度胁迫相比,充分供水条件下各处理的持水能力、供水能力及导水能力均较高,而有效水含量以轻度胁迫条件下的T3处理较高,较对照增加18.6%。从经济的角度考虑,2水分条件下以T3处理（54 mg/kg）效果为佳。     

保水剂对冬小麦土壤水分和光合生理特征的影响

 为探明保水剂施用对冬小麦不同生育期的土壤水分、叶片相对含水量及光合生理等的作用,采用保水剂大田试验,研究分析了冬小麦不同生育时期保水剂对土壤水分动态变化、叶片相对含水量及光合特征等的影响。结果表明:1)从返青期到孕穗期,随保水剂用量的增加,020cm土壤含水量显著提高,且2040 cm土壤水分均提高,其基本表现为:60 kg/hm2>90 kg/hm2>30kg/hm2>对照。2)叶片相对含水量表现为:拔节期,随保水剂用量的增加,叶片相对含水量降低,但均显著高于对照（P0.05）,但均显著高于对照（P<0.05）。3)冬小麦各生育期的光合生理特征表现为:用量为60kg/hm2的光合速率、蒸腾速率及叶片水分利用效率均相对最高,而30和90kg/hm2保水剂用量结果各异,但均显著高于对照（P<0.05）。综上所述,保水剂显著提高了冬小麦各生育期的土壤水分、叶片相对含水量及其光合速率、蒸腾速率及水分利用效率等,且以60kg/hm2保水剂用量的效果为佳。     

适当保水剂施用和覆盖促进旱作马铃薯生长发育和产量提高

为明确保水剂、秸秆覆盖及行间覆膜等抗旱保水措施对旱作马铃薯渗透调节物质、质膜体系等生理特性的影响和对产量的作用效果,以夏波蒂品种马铃薯为材料,设对照、秸秆覆盖、行间覆膜、单施保水剂、秸秆覆盖加施保水剂、行间覆膜加施保水剂6个处理田间试验。结果表明:各处理的马铃薯叶片细胞质膜透性苗期较大,而后呈先降后升趋势;丙二醛、脯氨酸含量随生育期推进呈逐渐增加趋势;可溶性糖含量呈"单峰"曲线变化。行间覆膜加施保水剂、单施保水剂、秸秆覆盖、秸秆覆盖加施保水剂处理较好地缓和了土壤的干旱情况,有效降低了马铃薯叶片中的渗透调节物质和质膜体系。马铃薯生育后期,至淀粉积累期,各处理脯氨酸含量、可溶性糖含量、质膜透性和丙二醛含量变化较为稳定,行间覆膜加施保水剂处理脯氨酸含量、可溶性糖含量、质膜透性和丙二醛含量较对照分别减少15.57%、6.90%、42.79%和17.69%,单施保水剂处理分别减少2.31%、5.17%、10.62%和8.04%,秸秆覆盖处理分别减少28.45%、3.45%、51.63%和25.58%,秸秆覆盖加施保水剂处理分别减少25.14%、12.07%、49.17%和22.58%,降低干旱胁迫程度明显。马铃薯成熟收获期,秸秆覆盖及其加施保水剂处理各土层的土壤含水率变化相对稳定;0～20cm土层加施保水剂处理的土壤含水率相对高于不加保水剂处理。秸秆覆盖、秸秆覆盖加施保水剂、单施保水剂及行间覆膜加施保水剂处理显著增加了马铃薯产量和商品薯率(P<0.05)。总体上,秸秆覆盖处理较有效地缓和了土壤旱情,秸秆覆盖加施保水剂、单施保水剂和行间覆膜加施保水剂处理作用效果也较好,降低了干旱胁迫程度,促进了马铃薯的生长发育、产量提高。     

保水剂和负压供水对玉米生理生长及水分利用效率的影响

采用一种负水头供水控水系统,通过调节供水负压值来控制不同的土壤含水率,研究3种供水负压（3、6、9 kPa）下,保水剂对玉米生理、生长性状以及节水效果的影响。结果表明：在供水负压为3 kPa时,保水剂使玉米株高降低了7.4%,叶面积降低了14.9%,地上部干物质量降低了12.4%,地下部干物质量降低了7.3%,水分利用效率降低了12.6%。在供水负压为6 kPa和9 kPa时,保水剂使玉米株高分别增加了10.0%、37.9%,叶面积分别增加了14.2%、90.8%,地上部干物质量分别显著增加40.4%、104.6%,地下部干物质量分别增加了35.3%、83.8%,水分利用效率分别显著提高了26.9%、65.7%。同时,与无保水剂的相比,玉米叶片水势分别增加7.1%、19.2%,叶片相对含水率、净光合速率、胞间CO2浓度、蒸腾速率也较高。表明在水分受限制条件下,保水剂能够改善植株的生理生长特性,提高水分利用效率。     

保水型有机肥对旱坡地香蕉的施用效应

试验结果表明，保水型有机职通过改良土壤结构，提高土壤的持水能力，在旱坡地形成适宜香蕉生长的良好的水分和养分供应环境，有利于肥料养分吸收和水分利用，从而促进香蕉的健壮生长，减轻水分胁迫的影响，并可节约灌溉水，与香蕉专用肥比较，增产13．9％，增收4425元／hm^2，节水25％。试验结果预示着保水型肥料在旱坡地香蕉生产中应用是一项有效的增产增收措施。     

不同溶岩微生物菌剂与保水剂配比对土壤养分和酶活性的影响

[目的] 探究保水剂和微生物菌剂混合添加对土壤特性的影响,为促进矿山植被恢复提供理论依据。[方法] 在刺槐(Robinia pseudoacacia)盆栽土壤中加入保水剂和溶岩微生物菌剂,保水剂浓度分别为B₀(0%),B₁(0.3%),B₂(0.5%)。微生物处理为J₀(不添加微生物),J₁〔添加NL₁₁(苏云金芽孢杆菌,细菌〕,J₂〔添加NL₁₁+NL₁(嗜热一氧化碳链霉菌,放线菌)〕,J₃〔添加NL₁₁+NL₁+NL₁₅(卵形孢球托霉,真菌)〕。通过分析刺槐生长、土壤养分、有机碳和土壤酶活性等,探究保水剂和微生物混合添加对刺槐土壤养分和酶活性的影响。[结果] ①溶岩微生物添加提高了土壤速效养分含量和土壤酶活性,其中以J₂微生物处理效果最好。②土壤速效养分随着保水剂浓度增加呈现先增加后降低的趋势,以0.3%保水剂浓度对土壤养分和酶活性促进效果最好。③以J₂B₁,J₃B₀,J₂B₂组合效果对土壤养分和酶活性促进作用较好。[结论] 土壤菌剂和保水剂添加提高了土壤养分和酶活性,其中以J₂B₁,J₃B₀,J₂B₂的组合效果较好。     

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。