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。     

保水剂与肥料互作及保水缓/控释肥料研究展望

保水剂在农业上的作用日益重要,肥料与保水剂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。保水剂是吸水量超过自身重量数百倍以上的亲水性高聚物。保水剂一般分为天然的,合成的及半合成的。保水剂与肥料可以通过物理混合、包膜或化学合成三种方式结合为一体化的保水缓/控释肥料。保水剂具有吸水吸肥功能,保水剂可吸附大量中性分子,对阳离子养分也有较强吸附作用,对阴离子养分吸附弱。肥料种类与盐浓度影响保水剂的吸附作用与膨胀能力。保水缓/控释肥料在土壤中对肥料养分有延迟释放作用。保水缓/控释肥料可改善土壤持蓄水分和水肥交互作用,促进植物对养分的吸收和作物增产。保水缓/控释肥料发展方向是包膜和化成保水缓/控释肥料。保水缓/控释肥料湿润及养分控释机理研究也需要加强。     

保水剂包膜尿素的特征与性能

保水肥料是缓/控释肥料研究的新方向,本文利用聚合化学反应制备出了一种保水剂包膜尿素肥料,并对该肥料的包膜特征、养分控释性能及其对土壤水分的影响进行了研究。结果表明:保水剂包膜尿素的实际包膜量低于设计包膜量,一般低10%～12%。扫描电镜成像图显示:保水剂包膜尿素包膜上存在纤维网状孔隙,膜厚度为0.15～0.25mm。7d水溶出率的实验结果表明,保水剂包膜尿素养分控释效果低于塑料包膜尿素,保水剂包膜尿素的养分缓释作用主要来自包膜对尿素的吸附作用。保水剂包膜尿素处理土壤的土壤水分脱水曲线测定结果说明,保水剂包膜尿素可提高土壤水分含量,增加土壤水分的有效性,改善土壤的保水、释水性能。因此,保水剂包膜尿素肥料是具有开发应用前景的新型缓/控释肥料。     

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。     

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。     

高分子保水剂农业应用研究进展

高分子化合物作为一种新型保水抗旱材料在农业上得到了广泛的应用。保水材料通过自身的吸水供水,增加土壤团粒结构,降低土壤容重,增加孔隙度,抑制蒸发达到保水效果,减小了降雨对土壤的侵蚀。通过减少养分淋失,达到提高肥料利用效率和减少肥料污染的作用。大量试验结果表明高分子保水剂能够促进种子的出苗及植物生长,但必须结合土壤含水率正确使用。未来研究应重点开发低成本保水保肥多功能保水剂,不断扩大保水剂的应用领域和范围。     

纳米材料在缓控释肥中的应用研究进展

缓控释肥料是采用物理、化学或物理化学的方法对速效性化肥进行改性,从而实现养分缓慢释放或控制释放的新型肥料,不仅能满足植物整个生长期的养分需求,还可以提高肥料利用率、降低环境风险,是农业绿色发展的重要保障。纳米材料具有尺寸小、表面积大以及界面效应显著等特性,其在缓控释肥中的应用已成为当前缓控释肥料领域的研究热点。本文分别综述了纳米氧化物、纳米纤维素、纳米碳和纳米粘土等主要纳米材料在缓控释肥中的添加技术和应用效果。物理共混、化学接枝、浸渍吸附等是纳米材料改性缓控释肥的常用技术手段,纳米材料发挥的最重要功能是疏水性、吸附性、保水性、环境响应性和自修复性。纳米材料表面丰富的官能团、物理交联点或微纳米凸起的形成等是提高缓控释效果的关键因素。拓展天然有机纳米材料、探寻简单高效的改性方法、明确相应缓控释肥的养分释放及性能调控机制是今后研究的重要方向。     

高吸水树脂的性能及其在农业上的应用

综述了新型化学抗旱节水材料?高吸水树脂的种类、吸水原理、主要的性能特征以及具体的使用方法。高吸水树脂可以通过抑制水分蒸发,增加土壤含水量以及改良土壤结构等方面,起到保水和促进作物生长发育以及提高产量的作用。指出了我国应在开发研制高吸水树脂保水剂的种类,提高释水性能和降低价格等方面加强研究。     

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。     

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。     

不同肥料对高吸水性树脂吸水倍率的影响及养分吸持研究

通过对高吸水性树脂在不同肥料溶液中吸水倍率和肥料养分吸持量的测定,研究了不同吸水倍率的聚丙烯酰胺型、聚丙烯酸盐型、淀粉接枝型高吸水性树脂与氮、磷、钾肥料的相互影响。结果表明:化学肥料能显著降低高吸水性树脂的吸水倍率,并随肥料浓度的增加,高吸水性树脂吸水倍率显著降低。但不同肥料品种对高吸水性树脂吸水倍率的影响程度不同:供试肥料对高吸水性树脂的影响程度依过磷酸钙、磷酸一铵、硫酸钾、氯化铵、硫酸铵、氯化钾、尿素顺序递减。高吸水性树脂在水中溶胀时,在吸收大量水的同时,也吸持溶解在水中的肥料分子或离子,吸持量的大小因高吸水性树脂和肥料种类而不同。肥料浓度达到一定值后,随着高吸水性树脂吸水倍率的降低,吸持量也随之降低。聚丙烯酰胺型和聚丙烯酸盐型的高吸水性树脂在肥料溶液中的稳定性较淀粉接枝型要强。     

保水剂对土壤持水性状的影响

测定了保水剂对土壤持水性状的影响。保水剂拌入土壤后,其吸水能力明显降低,表现为理论含水量明显低于实测含水量。加入保水剂后,壤土水分的蒸发率比不加保水剂时壤土中水分的蒸发率高,沙土水分的蒸发率比不加保水剂时低。加入保水剂还明显减缓了水分向土壤深层的入渗,使水分滞留于土体近表层,使用不当会加大土壤无效蒸发的潜力。     

农用除草剂对土壤保水剂吸液性能的影响

吸液性能是土壤保水剂在进行农业抗旱应用时的重要参考指标之一。除草剂在农业生产上应用广泛,其淋溶进入土壤中会影响保水剂的吸液性能,原因在于除草剂分子导致保水剂膜结构破裂,改变了保水剂水凝胶表面的微形貌特征,从而导致其吸液性能的下降。该文采用扫描电镜分析技术和分形分析方法,研究了3种农用除草剂(阿特拉津、甲草胺、苯磺隆)对保水剂水凝胶表面微形貌特征的影响规律,并探讨了其对保水剂吸液性能的影响机制。结果表明,0.5、1、2mg/L质量浓度的除草剂甲草胺和苯磺隆溶液降低了保水剂的吸液能力和水凝胶表面微形貌的单分形维数,但其对保水剂吸液性能的影响并不显著;然而,除草剂阿特拉津对保水剂水凝胶表面微形貌特征的影响比较明显,阿特拉津质量浓度越大,保水剂的吸液质量越小,当质量浓度为2mg/L时,保水剂水凝胶表面的膜结构发生一定程度的破坏,保水剂吸液性能也显著降低,相对降低幅度达到9.64%,保水剂水凝胶表面孔隙分布的单分形维数值和多重分形谱奇异性指数跨度均随着阿特拉津浓度的加大而减小,表明其孔隙分布更为均匀,网络结构的复杂度减小。     

保水剂对滴灌土壤湿润体影响的室内实验研究

利用室内模拟实验，在均质土槽中埋设TDR时域反射仪自动检测滴灌条件下土壤水分，并采用suffer软件绘制水分等势图，研究了层施保水剂条件下点源交汇入渗及蒸发过程中土壤水分运动规律。结果表明：受保水剂的影响，入渗过程中，保水剂层土壤含水率迅速增大到23.60％，且大于0～20 cm和30～60 cm层土壤含水率；蒸发过程中，各层土壤含水率都在减少，在110 d时，0～20 cm土层的含水率为3.5％，30～60 cm土层的含水率为4.5％，但20～30 cm层土壤的含水率却为12.5％。因此，作物根系层施用保水剂可以起到蓄水保墒的作用。     

用辐射甘蔗渣接枝法制备高吸水剂初探

利用60Coγ射线辐照引发甘蔗渣与丙烯酸钠的接枝聚合反应制备高吸水剂,研究丙烯酸与蔗渣的不同配比、辐照剂量等因素对辐射接枝聚合产物吸水率的影响。结果表明:辐射剂量为2.0kGy,丙烯酸与蔗渣的比例(V/W)为2∶1时,产物达到其最大的吸水倍数,吸自来水可达干重的220倍,吸去离子水可达干重的798倍。     

大孔树脂对苹果渣中多酚物质的吸附研究

通过静态吸附与解吸实验对8种大孔树脂进行筛选,结果表明:NKA-9型大孔树脂表现出最好的吸附性能与解吸效果,是较好的富集纯化苹果多酚树脂。通过单因素实验，确定NKA-9树脂的较佳动态吸附条件为苹果多酚液浓度2.50 mg/mL，pH 4.5，流速1.0 mL/min，较佳洗脱条件为乙醇浓度60%,洗脱流速1.0 mL/min,洗脱体积10 BV。     

凝胶状保水剂使用效果研究

保水剂凝胶是一种保证有效使用保水剂的重要措施。在黄土高原半干旱地区最干旱的春季,通过对比试验分析了在沙棘、杏树、梨树等幼树林中不同保水剂凝胶使用方法与使用量对土壤水分及杏树、梨树前期坐果率的影响,表明使用方法与使用量对土壤水分的维持和对果树生长有显著的影响。在试验的保水剂用量范围内(4 5～15 75kg)使用保水剂凝胶后土壤水分明显提高,提高幅度为5 %～4 8%。棒状保水剂凝胶在埋入土壤2 0天后,贮存的水分可在2 5 30cm半径范围内使得土壤水分比对照提高5 %～4 6 % ,在2 0天到30天内可维持在10 %左右。提高了果树的前期座果率,其中杏树提高2 0 %左右,梨树提高10 %左右。施用棒状保水剂凝胶比直接使用保水剂凝胶和土壤混匀施用维持土壤水分的效果显著,而且可以根据旱情反复吸水使用,是保水剂的一种简便使用方法     

吸水树脂用作土壤持水保墒剂的试验研究

传统高吸水性树脂的耐盐性较差,在实际应用中(尤其在农业应用中)往往造成实际吸水倍率远小于试验室中测定结果的状况.采用新型木质素磺酸钙接枝丙烯酸/丙烯酰胺吸水树脂进行土壤性能试验,木质素磺酸钙含有大量亲水性基团,如磺酸基,羧基等,同时木质素磺酸钙价格低廉.将丙烯酸接枝到木质素磺酸钙既提高吸水倍率,又可降低吸水树脂的成本.试验结果表明,该新型吸水树脂吸自来水倍率230 g/g,与传统吸水树脂相比,在保水时间上延长了10 d,保水量提高50%,土壤的渗透性得到明显增加,并且具有反复吸水的功能,同时具有良好的膨胀性,能减少蒸发,特别是对增加土壤有效持水,提高地温、提高土壤渗透性有明显作用.     

保水剂对苹果节水及灌溉制度的影响研究

该文通过对保水剂在苹果灌溉上的试验研究，分析了保水剂对苹果园灌溉的影响。试验中采用中子仪观测土壤水分的动态变化，通过对不同用量保水剂小区的土壤水分观测，结合果树土壤水分灌溉底线来指导灌溉。结果表明：施用保水剂后水分利用效率提高，施用量200 g/棵是本试验的最优水平，每公顷节水900 m³，同时对保水剂下的果树灌溉制度进行了研究，提出了不同降雨年型的灌溉制度。     

吸水剂的研发及在农林业中的应用进展

吸水剂(保水剂)是一类具有高吸水特性的功能性高分子交联物,由于其具有高吸水性、水不溶性和绿色环保性等显著特点,在多个领域得到广泛应用。着重介绍20世纪60年代以来世界吸水剂的研发成果以及在农林业和生态环境建设中的作用,同时对应用前景进行展望。