多功能微生物腐植酸缓释肥料的制备

摘要

中国农业中部分地区干旱、土壤肥力下降等现象严重阻碍了中国农业的进一步发展，同时中国农业中还存在着肥料的利用不合理等现象，基于中国农业中存在的不足，本文以价格低廉的风化煤中制备的腐植酸钾为主要原料，采用水溶液聚合法制备出了具有吸水保水缓释等多种功能的肥料，探讨了其最佳制备工艺并与市售保水剂进行了性能比较，并通过与有益微生物复配制备出了集吸水、保水、肥效缓释、土壤改良和作物提质等多种功能于一体的微生物腐植酸缓释肥料，旨在应用于农业或为中国农业发展提供一定的参考，研究内容如下。 （1）以风化煤为原料，采用碱溶酸析法探讨了腐植酸（HA）的最佳提取工艺，并以此为条件制备腐植酸钾。实验结果表明HA提取最佳条件为：搅拌温度为70℃、搅拌时间为30min、KOH的质量分数为2%、KOH溶液的体积（mL）与煤样的质量（g）比为10:1，在此条件下制备腐植酸钾的产率可达82.61%。通过红外光谱（FT-IR）、X射线衍射仪（XRD）、热重（TGA）、紫外-可见光谱（UV-Vis）及溶解性能分析表明，腐植酸钾具有非晶体特性，并含有羟基、羧基等官能团，分子量及芳构化程度低，溶解性好。 （2）以腐植酸钾（KHA）、硅藻土（DE）、丙烯酸（AA）为原料，N，N'—亚甲基双丙烯酰胺（MBA）为交联剂，过硫酸钾（KPS）为引发剂，制备了腐植酸钾-硅藻土-聚丙烯酸型保水缓释肥（记为合成物SM）。实验结果表明其最佳制备工艺条件为：AA浓度为1.63mol/L，相对单体AA质量而言MBA用量为0.3%、KPS用量为1.8%、KHA用量为20%、DE用量为10%、反应温度为75℃，AA中和度为65%，在此条件下合成物对自来水的吸收倍数为506倍，对0.9%的盐水的吸收倍数为91倍。通过FT-IR、XRD、TGA和场发射扫描电镜（SEM）分析表明腐植酸钾与丙烯酸发生了反应，生成了烷基芳基醚的结构，且合成材料具有微观孔状结构。 （3）以腐植酸钾、硅藻土、丙烯酸、尿素（Urea）为原料，N，N'—亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，过硫酸钾为引发剂，制备了一种富含氮与钾元素的腐植酸钾-硅藻土-聚丙烯酸-尿素型吸水缓释肥料（记为合成物SF）。实验结果表明其最佳制备工艺条件为；相对单体AA质量而言KHA用量为20%、交联剂MBA用量为0.3%、引发剂KPS用量为2.2%、DE用量为10%、尿素用量为20%、反应温度为80℃、AA中和度为65%、AA浓度为1.63 mol/L，在此条件下其对自来水的吸收倍率最大，可达395倍，且其中的氮素在24h后的缓释率仅为6.04%。通过FT-IR、XRD、TGA及SEM分析表明腐植酸钾与尿素发生了反应并参与了聚合反应，且过多的加入尿素可使其空间结构改变并仅充当填料。尿素缓释性能测试结果表明，合成物SF中加入2g与4g尿素时其在28d后的氮素缓释率分别为36.33%与64.32%，低于国家28d后的氮素缓释率低于75%的要求，因此可用作缓释肥料。 为考察上述合成物SM及SF的应用性能，对其与市售鸿森保水剂（Hs）及安信牌保水剂（Ax）进行了抗离子性能、吸液率、在土壤中的保水效果、在土壤中的移动性能、不同条件下的保水性能及反复吸水性能的比较。实验结果表明合成物SM及SF的抗金属离子性能强于市售保水剂，合成物SM及SF较市售安信牌保水剂（Ax）的吸液性能较好，在与土样以1:1000的比例混合时合成物SM及SF在土壤中的保水效果优于市售鸿森保水剂（Hs）及安信牌保水剂（Ax），合成物SM及SF在土壤中的移动距离较安信牌保水剂（Ax）分别高出1.3cm、0.7cm，自然条件下四种材料的保水性能相差不大，合成物SM、SF与市售鸿森保水剂（Hs）及安信牌保水剂（Ax）的反复吸水性能差别不大，可满足反复吸水的要求。 （4）采用枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌及胶质芽孢杆菌作为复合微生物菌肥，拮抗性实验结果表明三者之间无拮抗作用，并采用接种培养考察了各菌种不同比例复配对可溶性磷及硝态氮的影响，结果表明枯草芽孢杆菌与地衣芽孢杆菌及胶质芽孢杆菌以3:3:5的比例混合较好。对复合微生物菌肥与制备的上述系列腐植酸缓释肥的盆栽实验表明，微生物及腐植酸钾的添加可提高供试作物叶绿素含量、Vc含量和可溶性蛋白质含量，且可使供试作物的过氧化酶活性增强。对土壤特性影响结果表明，其可降低土壤容量，提高土壤持水率及孔隙率，且复合微生物与吸水保水能力强的产物配伍对土壤容量的降低及持水率的提高较为显著。

目录

1 前言

1.1微生物肥料概况

1.2腐植酸的概况

1.3 缓释肥料概况

1.4 本课题研究的意义目的及内容

2 风化煤腐植酸钾制备工艺的探讨

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 实验结果与分析

2.4 小结

3 腐植酸钾-硅藻土-聚丙烯酸吸水缓释材料的制备

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 实验结果及测试表征分析

3.4 腐植酸钾-硅藻土-聚丙烯酸缓释材料的吸水缓释机理分析

3.5 小结

4 腐植酸钾-硅藻土-聚丙烯酸-尿素吸水缓释肥的制备及性能研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 实验及测试表征结果分析

4.4 腐植酸钾-硅藻土-聚丙烯酸-尿素吸水缓释肥的缓释机理分析

4.5 本章小结

5 所制备产物与微生物配伍的实验研究

5.1 引言

5.2 微生物的选择

5.3 实验基本研究与方法

5.4 实验结果分析

5.5 微生物多功能缓释肥的应用性能研究

5.6 本章小结

6 总结

6.1 结论

6.2 创新点

6.3 进一步工作

致谢

参考文献

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