缓控释肥料中氮素转运的特性及模拟研究

摘要

缓控释肥料因其高效、环保的特性正受到越来越多的关注，已成为目前肥料行业研发的重要领域。
　　为了系统地研究缓控释肥料中氮素转运的特性，并对其进行模拟，本文以无机包裹肥料和聚合物包膜肥料为样本，系统地研究了温度、蒸汽压和土壤含水量三个因素对其氮素释放特性的影响。研究发现，聚合物包膜肥料包膜层内外的蒸汽压差是其核心养分释放的主要原因，温度和土壤含水量影响肥料氮素释放特性的本质是其对肥料颗粒包膜层内外蒸汽压差的影响，包膜层内外蒸汽压差的温度依存性决定了其养分释放速率的温度依存性。根据一级反应动力学方程，引入氮素释放速率常数k和氮素释放的活化能Ea，建立了肥料氮素释放的动力学模型。研究表明，环境温度越高，k越大，则氮素释放速率越大;Ea越大，肥料的氮素释放速率对温度越敏感。以2＃缓溶肥料和6＃聚合物包膜尿素为例，研究了肥料在不同含水量的土壤中的氮素累计释放率，研究结果显示，两种肥料中的氮素累计释放率均随着土壤含水量的增大而增大，其中，2＃肥料在土壤中的氮素累计释放率与时间的关系符合一级反应动力学方程Nt=N0+A(1-e-kt)，6＃肥料中的氮素在土壤中的释放过程分为滞后期和线性期两个阶段，其间氮素的累计释放率与时间的关系分别符合方程:Nt=0，Nt=N0+A1t+A2t2。另外，根据供试肥料中的氮素在土壤中的累计释放率与其在静水浸提实验中的累计释放率之间的关系，建立了静水中和土壤中的氮素释放特性的关联方程，为快速测定大田中肥料氮素的累计释放特性提供了一种快捷方法。
　　以多孔介质中的Fick型扩散原理为理论基础，建立了无机包裹肥料中氮素释放的分段数学模型其中，0＜t＜t'为氮素释放的线性期，t≥t'为氮素释放的衰退期。该模型很好地实现了无机包裹肥料中氮素释放过程的精确计算;通过实验数据测定了该数学模型的适用条件，结果表明，该数学模型的理想模拟环境为25～35℃，养分释放时间越长，数学模拟结果误差越小。所以，该模型对无机包裹类肥料的研制和应用具有重要的指导作用。
　　以Fick第二扩散定律为理论基础，利用数理方程建立了聚合物包膜肥料氮素释放的分段数学模型
　　其中，t≤t'为滞后期，t'＜t≤t

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 缓控释肥料的定义和分类

1．3 缓控释肥料的养分释放机理

1．3．1 合成型微溶性缓控释肥料

1．3．2 稳定性肥料

1．3．3 物理阻滞性缓控释肥料

1．3．4 有机肥料

1．4 缓控释肥料养分释放的评价方法

1．5 利用计算机模拟缓控释肥料的养分释放过程

1．6 本文研究的目的、意义和主要内容

参考文献

2 缓控释肥料中氮素释放的特性研究

2．1 材料与方法

2．1．1 实验材料

2．1．2 实验方法

2．2 缓控释肥料中氮素释放的特性分析

2．2．1 温度对缓控释肥料氮素释放特性的影响

2．2．2 蒸气压对缓控释肥料中氮素释放特性的影响

2．2．3 土壤含水量对缓控释肥料氮素释放特性的影响

2．3 缓控释肥料在不同介质中氮素释放特性的相关性研究

2．4 本章小结

参考文献

符号表

3 缓控释肥料中氮素释放的数学模拟

3．1 缓控释肥料养分释放的数学模型

3．1．1 经验模型

3．1．2 理论模型

3．2 无机包裹肥料氮素释放的数学模拟研究

3．2．1 模型的建立

3．2．2 模型的解析

3．2．3 模型的验证

3．3 聚合物包膜肥料氮素释放的数学模拟研究

3．3．1 模型的建立

3．3．2 模型的解析

3．3．3 模型的验证

3．4 本章小结

参考文献

符号表

4 缓控释肥料中氮素释放的元胞自动机模拟

4．1 元胞自动机基础

4．1．1 元胞自动机的理论研究

4．1．2 元胞自动机的应用

4．1．3 缓控释制剂功能物质释放的元胞自动机模拟研究

4．2 无机包裹肥料氮素释放的元胞自动机模拟研究

4．2．1 无机包裹肥料的养分释放机理及特点

4．2．2 元胞自动机建模

4．2．3 元胞自动机模拟研究

4．3 聚合物包膜肥料氮素释放的元胞自动机模拟研究

4．3．1 聚合物包膜肥料的养分释放机理及特点

4．3．2 元胞自动机建模

4．3．3 元胞自动机模拟研究

4．4 缓控释肥料氮素释放模拟方法的综合与评价

4．5 本章小结

参考文献

符号表

5 缓控释肥料氮素在土壤中运移的元胞自动机模拟

5．1 肥料氮素在土壤中的运移模型

5．1．1 随机模型

5．1．2 确定性模型

5．1．3 两区模型

5．2 缓控释肥料氮素在土壤中运移的元胞自动机模拟研究

5．2．1 模型的结构设计与参数设置

5．2．2 元胞自动机模拟结果及分析

5．2．3 实例分析

5．3 本章小结

参考文献

符号表

6 结论

6．1 主要结论

6．2 本文的创新点

6．3 展望

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文与科研成果