生物改性聚乙烯醇可降解包膜材料的特征及其光谱特性

聚乙烯醇溶于水可作为肥料的包膜材料,通过物理或化学改性,可影响聚乙烯醇缓释膜层的吸水性和降解性,提高其缓释性能和环境安全。为了探究改性聚乙烯醇膜材料的改性效果和降解能力,以壳聚糖为改性剂、二氧化硅为添加剂对聚乙烯醇进行改性,分析了改性聚乙烯醇成膜物理特性、生物降解性、红外表征及表面微观结构。研究结果表明,聚乙烯醇浓度85 g/kg,壳聚糖浓度16 g/kg,混合温度80℃,混合时间2 h条件下制备的膜材料吸水率降低明显,添加二氧化硅使聚乙烯醇浓度70 g/kg,壳聚糖浓度8 g/kg,混合温度60℃,混合时间2h条件下制备的膜材料吸水率最低,且二氧化硅添加量为5 g/kg时成膜降解率最高。红外光谱和扫描电镜分析表明,膜降解后一些主要官能团O-H、C-O键数量发生了变化,透射率增强,同时2 300 cm-1处波峰消失,这说明膜材料发生了一定的降解,同时其表面微观结构变得极为粗糙,出现很多凸起物,整体结构也变得更加松散,也说明其具有良好的生物降解性。红外光谱和电镜扫描的结果与质量变化试验的结果相一致,能够更客观地表征膜材料的降解性。     

水基共聚物–生物炭复合材料包膜尿素制备及其性能

【目的】 生物炭作为肥料包膜支撑材料既能增强膜材料的性能,又能为作物生长提供养分,通过向水基共聚物中添加不同用量及粒级的生物炭来制备水基共聚物–生物炭复合包膜材料及包膜尿素,并研究所制备的水基共聚物–生物炭复合膜材料性能及其制成的包膜尿素表面微观结构特性、缓释效果,获得环境友好、价格相对低廉的水基共聚物–生物炭膜材料的最佳配比。以期为环境友好、养分缓释效果好的包膜缓释肥料研发和应用提供理论依据。 【方法】 以PVA、PVP和玉米秸秆基生物炭为供试材料,采用有机聚合方法制备水基共聚物–生物炭复合膜材料。通过对其吸水率、渗透率、降解特性的研究明确包膜材料各组分适宜配比,以及制备缓释效果好的包膜尿素并研究其表面微观结构特性。同时采用田间小区试验研究以此膜材料为基础制备的包膜尿素在比常规施氮量减少20%情况下对玉米产量及其产量构成因素的影响。 【结果】 添加生物炭后制备的水基共聚物–生物炭复合包膜材料A₁B₁C₁、A₁B₂C₂、A₃B₂C₁的吸水率与同水平水基共聚物膜材料相比显著降低,分别降低了35.3%、37.3%、26.7%。通过对处理A₁B₁C₁、A₁B₂C₂、A₃B₂C₁进一步分析表明,在水基共聚物浓度为6.0%、生物炭用量为3.0%、粒级为0.250～0.150 mm时制备的水基共聚物–生物炭复合包膜材料 (A₁B₁C₁) 有着相对较低的铵的渗透率及水的渗透率,在培养前期有着较低的质量损失率,但在45 d后质量损失率则相对较高,有利于前期养分的缓慢释放及后期膜材料的快速降解。通过扫描电镜分析发现水基共聚物–生物炭复合膜材料 (A₁B₁C₁) 在埋土培养后表面变得更加粗糙,并且组织更加松散;以水基共聚物–生物炭复合膜材料 (A₁B₁C₁) 为基础制备的包膜尿素CB包膜层上则有着大小不一的孔隙,有包膜物质渗透到尿素颗粒表面的空隙中。土柱淋溶试验结果表明自制包膜尿素CB具有较长的缓释期,在22 d时氮素累积释放率为67.19%。以玉米为供试作物的田间试验结果表明当自制包膜尿素CB用氮量减少20%时,玉米的穗粗、百粒重、行粒数与常规施肥相比显著增加,产量则增加1.45%。 【结论】 在本试验条件下制备的水基共聚物–生物炭复合膜材料可作为环境友好型包膜缓释肥料的膜材料。      

包膜/抑制剂联合调控对农田土壤N2O排放和氨挥发的影响

采用密闭式静态箱-气相色谱法和通气法研究了盆栽试验条件下包膜/抑制剂结合型肥料对土壤N_2O排放和氨挥发的影响。结果表明:与普通尿素(U)相比,包膜/抑制剂结合型尿素(T2~T4)延迟了土壤N_2O排放和氨挥发出现峰值的时间。包膜尿素(T1)、含有抑制剂的包膜尿素(T2)、抑制剂涂层尿素后包膜(T3)、包膜尿素与抑制剂混合(T4)处理N_2O累积排放量比U处理显著减少了27%、39%、49%、39%(P0.05),T3处理N_2O累积排放量最小,为0.87 kg N·hm-2,显著低于其他处理(P0.05),T2和T4处理之间差异不显著(P0.05);包膜/抑制剂型肥料能够减少土壤氨挥发,T3处理氨挥发量最小,为13.68 kg N·hm-2,与U处理相比,T2、T3和T4处理氨挥发量分别显著减少了34%、45%和31%(P0.05);T2和T3处理玉米产量分别比U处理显著提高13.03%和17.98%(P0.05);T3处理氮素利用率最高,为58.22%;成本效益分析结果表明,T3与其他处理相比经济净效益最大,为3 061.6元·hm-2。综上,包膜/抑制剂结合型尿素可以减少土壤N_2O排放和氨挥发的气态损失,提高产量和氮素利用率,其中抑制剂涂层尿素后包膜(T3)处理效果最佳。