改性聚丙烯酸酯包膜控释肥料的控释性能研究

针对应用流化床包衣设备进行水溶性高分子聚合物包膜肥料中试生产中存在的问题,研究了交联剂用量对膜材料表面结构与疏水性能的影响,以及不同后处理工艺对改善包膜肥料控释性能的作用。结果表明,以水溶性高分子聚丙烯酸乳液为主成分的包膜材料中添加交联剂(氮丙啶)的比例由1%(质量百分数,下同)增加至2%,肥料包膜表面结构变得更加平整致密,疏水性能也有所增强,控释效果显著提升。在40℃静水浸泡的9 d时间内前者释放了90%以上的养分,而后者仅释放了约40%的养分。不同后处理工艺对增强包膜肥料的控释性能作用不一。烘箱加热的效果远好于微波处理,且当交联剂添加比例较低(0.3%)时,在一定范围内(60℃~80℃)升高后处理温度,包膜肥料的控释性能显著增强。而当交联剂添加比例增至1%以上时,升温对其控释性能几乎无影响。     

基于水基反应成膜技术的聚合物包膜肥料的研制

以3种水基硅丙乳液(SD-528、SD-5281和GA-1710)为材料,利用水基反应成膜技术对这3种材料进行化学改性,制备了聚合物包膜肥料模型膜;研究了模型膜的养分扩散性能,在此基础上研制了水基聚合物包膜肥料;测定了包膜肥料养分释放曲线,并利用红外光声光谱对聚合物膜进行原位表征.结果表明,通过化学交联改性,硅丙基模型膜具有优良的成膜性和扩散性能,不同的乳液对包膜尿素的缓释效果影响显著;GA-1710和SD-528的缓释效果较好,在静态水中的释放时间可达到30 d,而SD-5281缓释性能较差,需要做进一步的化学改性;不同的乳液类型制备的包膜尿素的释放模式也不同,GA-1710累积释放曲线为"S"型,而SD-528为"L"型.因此,利用反应成膜技术,硅丙乳液在水基包膜肥料的研制中具有广阔的应用前景.     

中红外光声光谱法测定土壤顶空氨气浓度

利用中红外光声光谱对土壤顶空氨气(NH3)浓度进行测定。结果表明,在动镜速率为0.16 cm/s,分辨率为4 cm–1时获得的NH3光谱噪音较少且信号强度高。利用选定的参数采集不同浓度NH3光谱,其中位于900~1 000 cm–1的特征吸收峰适于定量分析。分别选用该特征吸收的峰高、峰面积和第一主成分与NH3浓度进行回归建模,线性决定系数(R2)均达到0.9以上,表明三者都呈显著线性相关,中红外光声光谱可以用于快速测定土壤顶空中NH3浓度,这为土壤氮素循环研究提供了新手段。     

小白菜的中红外光谱特征及其在氮营养诊断中的应用

采用不同中红外光谱（漫反射光谱、 衰减全反射光谱和光声光谱）对不同氮处理的小白菜进行表征。结果表明,小白菜不同的红外光谱具有明显不同的光谱特征,主要表现于峰形、 峰位以及相对峰强度;中红外漫反射光谱的主要吸收峰分别为2800~3800 cm-1、 2200~2500 cm-1、 1500~1700 cm-1和1000~1500 cm-1,衰减全反射光谱由于水的强烈干扰可用的吸收峰主要在1200~1500 cm-1,而中红外光声光谱的主要吸收峰分别为2800~3800 cm-1、 1500~1700 cm-1、 1200~1500 cm-1和1000~1200 cm-1。漫反射光谱、 衰减全反射光谱和光声光谱的主成分分析表明,不同氮处理主成分分布特征明显不同,且第一主成分（PCA1）均与施氮量显著相关,相关系数（r）分别为0.9103、 0.8527和0.9366。这三种光谱利用主成分分布均可实现小白菜氮营养快速诊断,且光声光谱由于其独特的原位逐层扫描功能而表现出更好的诊断效果,在植物营养诊断中表现出较强的应用潜力。     

应用拉曼和中红外衰减全反射光谱测定溶液和土壤中的硝酸盐

为比较拉曼光谱和红外光谱在溶液和土壤中硝酸盐含量定量分析的适用性,采用两种光谱对溶液和土壤中的NO3–-N含量(0~200 mg/L)进行快速测定。结果表明,溶液中硝酸盐的拉曼特征峰在1 047 cm–1处,该特征峰强度与NO3–-N浓度成正比,对1 035~1 060 cm-1波段拉曼光谱峰面积和NO3–-N含量进行线性回归,决定系数R2为0.995 4;溶液中硝酸盐的中红外衰减全反射光谱特征吸收峰在1 350 cm–1,吸收峰与NO3–-N含量成正比,特征吸收区1 200~1 500 cm–1峰面积与NO3–-N含量的决定系数R2为0.991 1,表明两种光谱都可用于溶液中硝酸盐的测定。对于土壤样品,红外光谱在1 250~1 500 cm–1处有硝酸盐吸收峰,且吸收峰与NO3–-N含量成正比,峰面积与NO3–-N含量之间的决定系数R2为0.968 4;而对于拉曼光谱,硝酸盐的拉曼峰因受较强干扰导致吸收峰不明显,峰面积与NO3–-N含量之间的决定系数R2仅为0.000 9,表明中红外衰减全反射光谱可用于土壤中硝酸盐的测定,而拉曼光谱则很困难。因此,拉曼光谱和中红外衰减全反射光谱都可用于溶液中硝酸盐的测定,且前者灵敏度要高于后者;中红外衰减全反射光谱可用于土壤中硝酸盐的测定,而拉曼光谱难以用于土壤中硝酸盐定量分析,这为硝酸盐的快速测定提供理论依据和技术支持。     

三重耦合改性防止水基聚合物包膜肥料粘连并延缓释放

  【目的】  水基聚丙烯酸酯价格低廉、成膜性好,具有作为控释肥料包膜材料的潜力,但其玻璃转化温度低和耐水性差,导致用其制备的包膜控释肥料颗粒容易相互粘连并且养分释放过快。本研究旨在通过改性措施防止水基聚丙烯酸酯包膜控释肥料的粘连,并提升其控释性能。  【方法】  选用易获取且价格低廉的3种改性剂纳米二氧化硅、FeⅢ-单宁酸配合物和十六烷,通过简单的物理混合方式对水基聚丙烯酸酯进行耦合改性。采用动态热机械性能测定了改性前后包膜材料的玻璃转化温度和储能模量,采用接触角仪和水蒸气渗透装置分别测定了包膜的水接触角和水蒸气渗透率,采用静水溶出法测定了控释肥料的养分释放特征。为了更好地比较耦合改性的效果,将未改性的丙烯酸酯 (PA)、纳米二氧化硅单独改性的丙烯酸酯 (PA+Silica)、FeⅢ-单宁酸配合物单独改性的丙烯酸酯 (PA+Fe) 和十六烷单独改性的丙烯酸酯 (PA+HD)作为对照,分析了包膜材料性质改变对控释肥料养分释放特征的影响。  【结果】  耦合改性后包膜的玻璃转化温度提升了4.4℃,?70°C的储能模量提升了72.2%,水接触角提高了22°,水蒸气渗透率降低了13.6%。以上包膜材料性质的改变不但有效防止了控释肥料的粘连,也将其初期溶出率从未改性的38.29%降低到2.04%,控释期从未改性的8天延长到52天,释放模式也从和作物养分需求不匹配的“倒L”型变为和作物养分需求相匹配的“S”型。耦合改性改善包膜肥料粘连现象的原因为耦合改性将包膜材料的玻璃转化温度从20.40℃提升到了24.80℃。相关分析表明,包膜肥料初期溶出率的显著降低主要是因为FeⅢ-单宁酸配合物所降低的水蒸气渗透率和纳米二氧化硅所提高的玻璃转化温度和储能模量,而控释期的延长主要是由于十六烷所带来的水接触角的上升。  【结论】  采用纳米二氧化硅、FeⅢ-单宁酸配合物和十六烷耦合改性水基聚丙烯酸酯后,有效防止了控释肥料的粘连,显著提升了控释性能,并且该改性方式易于应用到工业生产中,是一种可行的水基聚合物包膜材料的改性方法。     

金属有机框架 (MOF) 类新型肥料在水稻上的应用初探

【目的】金属有机框架 (metal-organic framework,MOF) 是基于分子设计的一种新型团簇功能化合物,为实现多元化养分设计,生产环境友好的新型肥料提供了新的手段。本研究在水热条件下合成了两种MOF肥料,评估了这两种MOF材料作为新型肥料的潜力和可行性。【方法】以氯化铁 (FeCl₃·6H₂O)、硫酸锌 (ZnSO₄·7H₂O)、磷酸 (H₃PO₄)、草酸 (H₂C₂O₄·2H₂O) 和尿素 (CO(NH₂)₂) 为基础原料,在高压反应釜内100℃下合成MOF1和MOF2。MOF1和MOF2分别含Fe 18.6%、15.6%,P 15.7%、16.5%,N 5.16%、4.57%,C 4.61%、5.21%,MOF2还含Zn 2.89%。试验共设4个处理:不施肥 (CK)、常规施肥 (CF)、MOF1和MOF2。3个施肥处理为等氮磷钾设计,施肥水平为N 150 kg/hm2、P₂O₅ 200 kg/hm2和K₂O 150 kg/hm2。在水稻分蘖、拔节、孕穗及成熟期,采集土样,测定铵态氮、硝态氮、有效磷、有效铁、有效锌含量及pH。水稻成熟后,测定产量、千粒重、穗粒数、有效穗数和结实率。【结果】与CF相比,MOF1和MOF2处理的水稻产量分别增加了7.7%和6.3%,相关农艺性状也均有改善。MOF1和MOF2处理的水稻营养器官总干物质量和氮累积量均显著高于CF处理;CF处理的氮素利用率为32.8%,而MOF1和MOF2处理分别达到46.4%和43.0%,与CF差异显著。在成熟期,MOF1和MOF2处理的土壤铵态氮、硝态氮及有效铁含量较CF均显著增加。【结论】两个以磷和铁为主要养分的新型金属框架结构肥料不仅能提高水稻产量和氮素利用率,而且也可改善水稻相关农艺性状以及提高土壤养分含量,其作为新型肥料,具有广阔的应用潜力。     

水基包衣控释掺混肥料一次性施用对单季稻氮素利用的影响

通过田间小区试验研究一次性简化施肥对水稻产量和氮素吸收利用的影响,为水稻简化高效施肥提供技术支撑。以水稻品种南粳46为试验材料,设置常规分次施肥处理和水基包衣控释掺混肥料(控释氮占30%)一次性简化施用处理,在施肥后利用红外光声光谱法监测农田顶空NH3和N2O浓度,并测定植株各部位氮素积累量和不同生育期土壤铵态氮与硝态氮含量。结果表明,与常规分次施肥相比,一次简化施肥处理将产量从6 201.9 kg·hm~(-2)提高到6 506.9 kg·hm~(-2),在观测期内常规分次施肥处理的土壤顶空NH_3和N_2O平均浓度为19.14、8.40μmol·mol~(-1),而一次简化施肥处理则分别为18.63、7.74μmol·mol~(-1),氮肥气态损失相对减少,同时土壤中残留的硝态氮与铵态氮有增加的趋势。因此,常规分次施肥的农学利用率为7.81 kg籽粒·kg~(-1)氮,而一次简化施肥处理农学利用率为9.09 kg籽粒·kg-1氮。综上,水基包衣控释掺混肥料可以实现水稻一次性施肥,在保证产量的基础上实现氮素利用率的提升,为水稻简化高效施肥提供了技术支撑。