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。     

添加牛粪对长期不同施肥潮土有机碳矿化的影响及激发效应

为了探讨长期不同施肥潮土有机碳矿化对添加牛粪的响应特征及添加牛粪对长期不同施肥潮土有机碳矿化的激发效应,以始建于1986年的长期定位试验为平台,通过室内恒温培养的方法研究添加等氮量牛粪后长期不同施肥(不施肥,CK;常量有机肥,SMA;常量化肥,SMF;常量有机无机配施,1/2(SMA+SMF))潮土有机碳矿化、土壤有机碳及活性碳库组分(微生物量碳、可溶性有机碳、颗粒有机碳和易氧化有机碳)含量的变化特征。结果表明:无论添加牛粪与否,长期不同施肥潮土有机碳矿化过程均符合一级动力学方程,而牛粪的添加显著增加了长期不施肥、长期单施化肥和长期有机无机配施土壤的有机碳矿化速率常数,增长幅度分别为21.74%、35.00%和45.00%;添加牛粪提高了长期不同施肥潮土有机碳、微生物量碳、颗粒有机碳和易氧化有机碳含量,却显著降低了可溶性有机碳含量;牛粪对长期不施肥、长期施用常量有机肥、常量化肥和常量有机无机配施潮土有机碳矿化的正激发效应分别达到了48.56%、3.60%、48.43%和3.92%,且对长期不施肥及长期施用常量化肥潮土的激发效应显著高于对长期施用常量有机肥及长期有机无机配施土壤;冗余分析显示添加牛粪对长期不同施肥土壤有机碳矿化的激发效应与土壤活性组分碳氮比呈正相关,与土壤养分含量呈负相关。该研究不仅为合理施用有机肥和实现农田生态系统的可持续发展提供理论依据,还有利于实现农业资源再利用及其效益最大化。     

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。     

我国新型肥料发展若干问题的探讨之三 有机无机复混肥养分高效利用理论与技术体系有待建立

<正>有机无机复混肥是肥料产业发展中的新秀,具有中国特色,逐渐被产业界所重视。过去发展有机无机复混肥料的主要原因,一是消纳有机废弃物,保护环境;二是增加土壤有机质,培肥土壤。以上两个方面固然是促进有机无机复混肥料发展的重要动力。然而,我们一系列的研究发现,有机物料与化学肥料科学复合(混),具有调节化学肥料养分转化、释放和供应模式的作用,有机物料通过改善土壤的理化性状、调节土壤酶活性等,减轻氮肥氨挥发损失,减缓磷钾肥在土壤中的固定,土壤供肥能力得到改善,等养分投入条件下,     

我国新型肥料发展若干问题的探讨之五 提高科技含量是复混肥产业发展之路

<正>有一种观点认为,发达国家复混肥料最近10年下滑严重,有些欧洲国家肥料复混化率目前只有不到20%,所以中国的复混肥料已经发展过头,要大大减少。笔者认为,中国复混肥料的发展有自己的国情,照抄国外或盲目发展或过度悲观可能都是有害的。我国复混肥肥料的发展起步于上世纪80年代。发展之初曾有过争论,质疑过复混肥产业的发展,认为复混肥简单混配、二次加工、增加成本等,不宜发展。但今天看来,复混肥的发展通过技术创新,已经超越了"养分等量等     

包膜控释肥料在土壤中养分释放特性的测试方法与评价

在土壤培养基础上,着重研究了包膜控释肥料养分释放率的三种测定方法以及在土壤中测得的包膜控释肥料养分释放率与在水中测得的养分释放率间的相关性。结果表明,在土壤培养中,采用肥料养分化学测定法、肥料养分称量法和土壤无机氮增量法都能直接或间接表征包膜控释肥料在土壤中的养分释放率及其相关性状。包膜控释肥料在土壤与水两种体系中所测得的养分释放率之间相关性显著,其相关关系符合一元一次线型回归方程,相关系数(r)大于0.920。     

缓/控释肥料发展中的问题及对策

缓/控释肥料作为一种植物营养调控技术,在提高肥料利用率、增加产量等方面能起重要作用,但是随着国内研究和产业化发展,已逐步暴露出概念混淆不清、市场定位不准和核心技术缺乏等瓶颈问题。该如何面对、如何解决这些问题?     

缓/控释和稳定性肥料技术创新驱动化肥行业科技发展——“新型肥料的研制与高效利用”专刊序言

In a bid to improve the quality of manufactured fertilizers and the fertilizer usage efficiency in the country, the central government of China set up programs consecutively for 20 years, which began during the tenth “Five-Year-Plan". This sustained investment has been driving the rapid development of China’ s fertilizer industry, contributing more than 30% of the total increase in the foodstuff and industrial raw material production. In 2016, the government further set a target for gradual reduction in fertilizer usage increase and total stoppage by year 2020 to achieve a sustainable and healthy environment. Realization of this goal largely depends on the scientific and technological innovations. So far, the cost effective and high-quality slow/controlled release and stabilized fertilizers have been studied as one of the key technologies for past decades. During the 13th “Five-Year-Plan”, the research on these new slow/controlled release and stabilized fertilizers specifically made some technological breakthroughs in the knowledge of degradable membrane materials, continuous coating of urea in large-scale, application methods and environmental assessment. However, more work is still needed in this field, especially in the integration of the emerging technologies in coating materials for continuous production and efficiency of slow/controlled release fertilizer, and the user-friendly principles of applying biological inhibitors suitable for different soils, climates and crops. Thus, there is still a long way to go to sustain the development and demand of China’ s fertilizer industry.     

聚烯烃包膜控释肥膜层孔径测定方法研究

【目的】物理包覆法制备的聚合物控释膜层结构直接决定了其养分的释放,控释膜层存在的微孔和裂缝是肥芯养分进出的最主要通道。因此,控释膜层结构特征是决定包膜肥料释放性能的关键因素。泡点法能够准确测定膜的有效孔径及其分布,是一种重要的膜层孔径测试方法。本研究根据包膜肥控释膜层的特点,研究适用于测定聚烯烃包膜控释肥膜层最大孔径的泡点法,并建立测定包膜肥料最大孔径的标准方法。【方法】以泡点法为基础,建立测定膜层最大孔径的装置,确定膜层最大孔径的位置,并利用扫描电镜对膜层的孔隙结构进行观察,确定其形貌结构特征;通过对浸润剂种类、 浸润时间、 浸润温度等测定因素的比较分析,确定适合测定膜层最大孔径的最佳条件;并以释放期分别为1、 3、 5、 6月的聚烯烃包膜肥料为研究对象,研究释放期与最大孔径之间的相关关系。【结果】 1)将4种肥料放入水中浸泡,随浸泡时间的增长,膜层表面有尿素结晶的白色点位的颗粒逐渐增多,浸泡10天,80%以上颗粒均能检测到泡点,其白色点位可被认为是肥芯养分的溶出通道,以颗粒的白色点位作为膜层最大孔径的测定位置;这与扫描电镜观察到的孔隙或孔洞的特征相吻合 ;2)通过对浸润条件研究,认为在25℃,以Q-16为浸润剂,浸润5 min能够使用自制的压泡法装置直接测定控释膜层最大孔径; 3)释放期为46、 105、 160、 198天的包膜肥料的膜层平均孔径分别为1.93、 0.58、 0.45和0.41 m,最大孔径随着释放期的缩短而增大,随着微分溶出率的增加而增大,最大孔径与释放性能存在密切联系。【结论】综上所述,采用塑料管端封装浸泡10天的膜层,以Q-16作为浸润剂,在室温下浸润5 min的条件下可以测定最大孔隙结构,泡点法可作为一种标准方法用于控释膜层最大孔径的测定,其测定的最大孔径与释放期存在相关关系,对包膜控释肥控释性能和养分释放机理的深入认识有重要作用。     

小分子有机物螯合钙肥对樱桃番茄产量、品质和养分吸收的影响

采用盆栽试验,以单质硝酸钙和市场钙肥产品(糖醇螯合钙)为对照,研究了以小分子有机物(氨基酸、糖醇)为主剂的螯合钙肥对樱桃番茄产量、品质和养分吸收的影响。结果表明,几种钙肥对樱桃番茄产量、品质以及养分吸收均有提升效果,但以小分子有机物为主剂的螯合钙肥应用效果最好。喷施小分子有机物螯合钙肥的樱桃番茄单株产量比硝酸钙和糖醇螯合钙分别平均提高9.68%和3.42%;番茄果实可溶性糖、Vc和可溶性固形物含量较喷施硝酸钙分别平均提高16.60%、11.19%和12.21%,可滴定酸含量平均降低7.03%;与喷施糖醇螯合钙相比,可溶性糖、Vc和可溶性固形物含量分别平均提高5.95%、6.02%和9.20%,可滴定酸含量平均降低7.75%;植株中钙的累积量分别比喷施硝酸钙和糖醇螯合钙平均提高17.86%和7.66%,果实钙含量分别平均提高22.73%和7.14%。因此,以氨基酸和糖醇为主剂的螯合钙肥在樱桃番茄上的应用效果更佳。