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。     

狗牙根与空心莲对水库消落带土壤氮磷释放影响的模拟

通过水库水位涨落室内模拟试验,探究丹江口库区消落带优势物种狗牙根和空心莲2种草本植物对土壤氮磷释放过程影响。结果表明:(1)水淹结束后(32天),空心莲子草土壤TN、TP分别降低11.75%,25.28%,狗牙根分别降低3.62%,25.77%。(2)干湿交替环境主要影响土壤中NH_4~+-N、NO_3~--N和AP的含量的变化,对土壤中的TN、TP含量的影响较小。(3)狗牙根的死亡增加土壤TN、NH_4~+-N、TP量,即不耐淹植被过滤带虽然能净化径流中N、P等污染物,但截留的污染物和植物吸收的养分随着植物体的分解再次进入水体或土壤,无法达到有效防控农业面源污染的目的。该研究为丹江口水库利用植被缓冲带防控水体富营养化提供一定理论依据。     

脲酶硝化双抑制剂缓释肥提高番茄产量及NPK养分吸收

为提高番茄肥料的利用效率,该文采用恒温培养和土培试验研究了自制番茄专用缓释肥（special slow-realease fertilizer for tomato,TSRF1和TSRF2）在酸、中、碱性土中的氮素释放特性以及对番茄产量、NPK养分吸收利用的影响。结果表明,在3种不同土壤中,氮素释放累积量均表现为普通复合肥（ordinary compound fertilizer,OCF）>商品缓释肥（commercial slow-release fertilizer,MSRF）>自制专用肥（special compound fertilizer for tomato,TCF）>自制专用缓释肥1（TSRF1）>自制专用缓释肥2（TSRF2）,且各施肥处理在3种不同土壤类型上的氮素累积释放量大小表现为碱性土>中性土>酸性土。在整个培养期,各施肥处理在3种不同土壤中氮素相对累积释放率大小总体表现为碱性土>中性土>酸性土,且土壤中不同形态氮素累积量均是铵态氮大于硝态氮。铵态氮、硝态氮的累积量大小也表现为碱性土>中性土>酸性土。不同形态氮在3种土壤中的累积释放量动态释放以一级动力学方程拟合最好（r=0.963～0.998）。采用一级动力学方程,不同形态氮素的最大释放量表现为总N>NH4+-N>NO3--N,这与土壤中各形态氮素养分的累积释放特性变化规律表现一致。在土培试验中,两种专用缓释肥（TSRF2和TSRF1）显著提高了番茄果实干物质量,较TCF、MSRF和OCF处理分别增加了18.18%、7.24%、31.40%和13.45%、2.96%、26.15%,且番茄产量在各处理之间的差异达到显著水平。各处理对氮素的积累量大小顺序为TSRF2>TSRF1>MSRF>TCF>OCF,对磷的吸收上表现为TSRF1>TSRF2>MSRF>TCF> OCF,钾素吸收积累量的趋势与氮素基本相同。与普通复合肥相比,两种专用缓释肥处理的N、P、K利用率分别增加了10.66%、20.53%和18.62%（TSRF1）,14.94%、18.48%和21.95%（TSRF2）。两种专用缓释肥（TSRF2和TSRF1）在抑制剂的作用下,能够延缓肥料中N素养分的释放,增加番茄植株对氮磷钾养分的吸收,从而提高了NPK养分利用率和番茄产量。     

pH和磷对铅胁迫下芥菜生长和土壤酶活性的影响

采用盆栽试验研究不同pH和磷酸盐浓度对铅污染土壤种植的芥菜生物量和铅吸收的影响,及铅浓度与土壤酶活性的关系.结果表明,芥菜地下部分铅含量明显高于芥菜地上部分.土壤酸化有可能导致土壤中铅的溶出释放,在试验中,土壤pH为5.0时,土壤中铅的释放最多,芥菜生长和土壤酶活性受到的影响最大.土壤中铅与磷酸结合成难溶性的磷酸铅,当土壤中施加的磷浓度为300mg/kg时,土壤中铅的释放量最少,芥菜生长和土壤酶活性受到的影响最小;土壤中铅的释放溶出与土壤酶活性相关性较大,同时二者易受土壤pH和磷含量的影响,因此把土壤中铅的释放溶出与土壤酶活性结合起来作为判断土壤铅污染程度指标更合适.     

大气CO2和O3升高对菜地土壤酶活性和微生物量的影响

利用OTC平台和青菜盆栽实验,探索[CO2]、[O3]或[CO2+O3]升高条件下,土壤理化性质、微生物量和土壤酶活性的变化,以期获得未来大气CO2或/和O3升高对土壤微生态系统的风险性。结果表明,[CO2]升高不同程度地提高了土壤的可溶性有机碳（DOC）、可溶性有机氮（DON）、总磷（TP）、总碳（TC）、铵态氮（AN）、硝态氮（NN）含量和含水量（SWC）,进而不同程度地提高了土壤微生物量碳（MBC）、微生物量氮（MBN）含量以及土壤蛋白酶（PRA）、蔗糖酶（SA）、脲酶（UA）、多酚氧化酶（POA）、酸性磷酸酶（APA）和中性磷酸酶（NPA）活性。相反,[O3]升高不同程度降低了土壤DOC、TP、TK、TC、TN、AN、NN、SWC、MBC和MBN含量,提高了MBC/MBN比值,在不同程度上降低了土壤PRA、SA、UA、POA、APA和NPA酶活性。而[CO2+O3]在一定程度上消减了[O3]对土壤微生物量和酶活性的抑制作用,也降低了[CO2]升高对土壤微生物量和酶活性的刺激效应。因此,土壤微生物量和土壤酶活性的变化可用于评价未来大气CO2或/和O3升高对菜地土壤微生态环境的影响。     

铬在含水介质中的迁移及释放规律

根据天津某铬渣堆周边地区的污染情况和水文地质条件,选取该区域3种典型含水介质(黏土、粉质黏土、粉土)填充土柱,开展室内土柱淋滤实验,研究铬在含水介质中的迁移及释放规律。铬溶液淋滤实验表明,Cr(VI)在粉土中的迁移速率最快,粉质黏土中次之,黏土中最慢。清水淋滤实验表明,吸附在含水介质中的铬会在清水淋滤作用下解吸并重新释放到地下水中,从而造成地下水再次污染。根据土柱实验结果获得铬在黏土、粉质黏土和粉土中的弥散系数分别为1.87×10~(-4)m2d~(-1)、7.49×10~(-4)m2d~(-1)和1.17×10~(-4)m2d~(-1),渗透系数分别为8.60×10-6cm s~(-1)、2.14×10-5cm s~(-1)和1.34×10-5cm s~(-1),为模拟铬在含水介质中的迁移模型提供实测参数,进而为地下水中铬污染的控制与防治提供理论参考。     

硝态氮源及碳源有效性对土壤N_2O和CO_2排放的影响

以华北平原农田土壤为对象,通过室内静态培养系统研究NO_3~--N与不同碳源组合对土壤N_2O和CO_2排放的影响。结果表明,NO_3~--N作为氮源和不同碳源施入土壤,除NO_3~-+纤维素,其余土壤N_2O排放通量均高于对照组和只添加氮源土壤;NO_3~--N和不同碳源组合的CO_2累积排放量均高于对照和只添加氮源土壤。NO_3~-+果胶的N_2O排放量在第1 d达到最大值1 383.42μg N·kg~(-1)·d~(-1);NO_3~-+葡萄糖的CO_2排放量在第1 d达到最大值370.13 mg C·kg~(-1)·d~(-1),CO_2累积排放量顺序为:葡萄糖果胶秸秆纤维素淀粉木质素。土壤NO_3~--N含量与N_2O排放呈极显著正相关。总之,添加纤维素可以抑制N_2O的排放,促进CO_2排放,并增加土壤中NO_3~--N含量,添加其余碳源均会促进土壤N_2O和CO_2排放。     

不同气候和土壤条件下秸秆腐解过程中养分的释放特征及其影响因素

农田土壤中秸秆腐解伴随氮磷钾养分的释放是重要的生物地球化学过程,也是秸秆还田替代化肥养分的基础。了解不同农区秸秆分解过程中的养分释放动态,揭示秸秆、气候和土壤条件的交互作用机制,是制定秸秆还田合理措施的理论基础。基于寒温带-暖温带-中亚热带的黑土、潮土、红壤互置试验平台,研究了小麦、玉米秸秆在3年腐解过程中养分释放过程和影响因素。结果表明,秸秆中养分释放速率的大小顺序为KPN;秸秆中氮素和磷素在寒温带以及在红壤和潮土中表现为先富集再释放特征,在暖温带、中亚热带以及黑土中表现为直接释放特征;秸秆中钾素均表现为直接快速释放特征,在腐解0.5 a平均释放率达89.5%。气候和土壤条件主导了氮磷的释放,其相对平均贡献率分别为19.5%和15.2%。在腐解后期(2~3 a)气候、土壤和秸秆因素对养分释放的贡献率30%,说明土壤生物因素可能起了主导作用。     

种稻配施改良剂对苏打盐碱土-水-作物系统氟迁移的影响

为探讨化学改良剂对苏打盐碱土稻田生态系统中氟迁移的影响,采用盆栽试验,研究硫酸铝、脱硫石膏和有机复合改良剂作用下的土壤各形态氟含量变化,以及土壤氟向水体和地上部植株的迁移情况。结果表明,化学改良剂影响苏打盐碱土—水—作物系统中氟的迁移及生物有效性。种稻后各改良剂处理的土壤水溶态氟变化范围为8.33～20.90 mg/kg,与对照相比,均呈下降趋势,其中硫酸铝处理下降得最多,降低60.15%;可交换态氟和有机束缚态氟呈增加趋势,其中有机复合改良剂处理增加得最多,分别为79.54%和86.37%;种稻前后铁锰氧化物结合态氟变化较复杂,其中硫酸铝处理无显著变化,对照处理和有机复合改良剂处理分别增加19.05%和42.03%,而脱硫石膏处理下降22.79%;残余态氟和总氟含量呈下降趋势,其中有机复合改良剂处理的残余态氟降低得最多,为35.50%,硫酸铝处理的总氟降低得最少,为10.47%,其余处理降幅为12.50%～12.55%。在水稻种植过程中,土壤中氟向水中累积释放总量为对照>有机复合改良剂>脱硫石膏>硫酸铝,与对照相比,其他3个处理分别降低3.25%,5.13%和5.1...     

超临界CO2干燥罗非鱼片的传质模型和数值模拟

为了探讨超临界CO2干燥罗非鱼的机理,该文基于微分床的质量守恒定律建立了超临界CO2干燥罗非鱼片的传质数学模型,通过Matlab软件对其干燥过程进行了数值模拟,分析了干燥室内超临界CO2中的溶质质量分数和罗非鱼片中的溶质质量分数随干燥时间和干燥床高度变化的规律,揭示溶质在超临界CO2干燥过程中的传质模式。结果表明:在超临界CO2干燥罗非鱼片的过程中,溶质传质主要以对流扩散为主,而以轴向扩散为辅;数值模拟的结果与试验值拟合良好(R2=0.97),相对偏差的绝对值在10%以内,说明建立的传质数学模型能较好的模拟超临界CO2干燥罗非鱼片的过程。研究结果可为超临界CO2干制罗非鱼片的工业化生产的过程控制提供参考。