生物质基复合保水剂的制备及水分利用特性基础研究

摘要

本课题在新疆科技厅科技支撑计划项目“新疆土壤荒漠化防治系列滴灌肥产业关键技术研宄与示范”的资助下，以高吸水性树脂(SAP)为对照，通过考察浓度、不同水质、盐溶液对魔芋葡苷聚糖(KGM)、羧甲基纤维素（C M C)、海藻酸钠(SA)溶胶的影响，探讨了材料及外部条件的变化对三种材料水分利用特性的影响，并将三种材料复配制备成生物质基复合保水剂，与滴灌相结合，通过人工土柱淋溶试验探讨了其应用于土壤后的水肥应用效果，研宄结果表明：
　　(1)三种原料溶于水后形成溶胶，其溶胶粘度与原料浓度分别满足关系式为11(醫)=1255.17 e3.56ra(KGM)、1!(cmc)=10.36 e615a(CMC)、ii(sa)=19.78 e256ffl(SA); K G M溶胶在不同水质中的溶胶粘度为＃水，KGM在自来水中溶胶粘度最大下降率不超过在去离子水中的44.5％，C M C在浓度低于0.6%时不同水质中的溶胶粘度相差较小，浓度为0.6%?1.0%的 C M C和浓度为1.0%?2.0%的S A在不同水质的粘度变化趋势为ti自
　　K G M在0.9wt%的 N a C l溶液中溶胶粘度有所下降，其下降幅度不超过在去离子水中的28.6%，1.0评^%?2.0评^%的 S A溶胶与0.6评^%?1.0评^%的 C M C溶胶在0.9wt%的 N a C l溶液中的粘度高于其在去离子水中的粘度；随着放置时间的延长，CMC、SA溶胶粘度变化较小，K G M溶胶粘度随放置时间的延长粘度逐渐减小。
　　(2) KGM、CMC、SA复配具有协同增效作用，三元复配溶胶的最优质量比为m(KGM):m(SA):m(CMC)=1:2:1。考察氯化钾、硫酸钾、磷酸二氢铵、氯化铵、硫酸铵五种肥料对生物质基复合保水剂的粘度的影响可以得到：生物质基复合保水剂溶胶适宜配施的N、P、K肥分别为NHfl、NH4H2PO4、K2S O4。生物质基复合保水剂的溶胶粘度在浓度为0.4%?1.6%的 K2S O4(最大 K肥用量超过标准土壤K肥用量的23倍）溶胶仍可保持较好的稳定性，溶胶粘度保持对照的85.5%以上；0.4wt%、0.8*〖％的N H4C l中（N含量为土壤标准N用量的1.5、3倍）粘度分别可达对照的91.7%、86.7%; N H4H2P O4在浓度为0.4%、0.8%( P肥用量为土壤标准P肥用量的0.7、1.4倍）溶胶稳定性较好，分别为对照的86.7%、80.5%。而 S A P在氯化钾、硫酸钾、磷酸二氢铵、氯化铵、硫酸铵五种肥料浓度最低（0.4%)时的吸水倍率分别为对照的21.8%、24.7%、19.4%、23.0%、27%，下降率接近八成，随着肥料浓度继续增大，吸水倍率下降超过90%，基本失去保水性。生物质基复合保水剂与肥料具有良好配伍性，为其应用奠定了良好的基础。
　　(3)采用人工土柱淋溶试验方法，添加生物质基复合保水剂浓度为4g/L?7g/L的土壤保水性能均优于对照；保持添加液量1000mL不变，添加4g/L的生物质基复合保水剂的累计渗液量为对照的79.2%，能减少约20.8%深层渗透水，添加复合保水剂浓度分别为5、6、7g/L时，前4天累计渗液量不超过对照12.4%，能减少约为87.6%的深层渗透水，到11天后，添加复合保水剂浓度分别为5、6、7g/L累计渗液量分别为330mL、280mL、290mL，比对照减少49.5%、58.5%、57%的深层渗透水。添加6 g/L的保水剂到饱和含水的土壤能减少98%的渗透水；且使用生物质基复合保水剂的土壤抗蒸发性能在一定时间范围内优于对照。
　　(4)添加肥料对生物质基复合保水剂的土壤保水性能有较大的影响，保持添加液体量500 m L不变时，0.4%?6.4%的 N、P、K肥与保水剂配施对土壤保水性能的影响不同。单独使用保水剂为对照，保水剂与钾肥互作表明保水剂与浓度为0.4?0.8%的 KCl(超过土壤标准K肥用量的10.5倍）和浓度为0.4%?1.6%的K2S O4( K肥最大用量超过土壤标准K肥用量的23倍)互作保水性较好，分别能减少85.6%以上和86.5%以上的渗透水，保水性可维持对照的90%;与氮肥互作表明，保水剂与0.4?0.8%的(NH4)2SO4( N含量为土壤标准N肥用量的1.5?3倍)互作时，能减少86.5%以上的渗透水，可维持对照90%以上的保水能力；保水剂与磷肥互作表明，0.4%的 N H4H2P O4(P含量为土壤标准P用量的70%，接近土壤中P肥标准使用量）其淋溶液体积比对照增加98mL，保水性为对照的63%左右，因此可将保水剂与磷肥分开使用，以便提高土壤的保水性。

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1 绪论

1 .1 引言

1. 2 国内外农业节水保墒技术方法现状

1 .3 保水剂国内外研究现状

1 .4 生物质保水剂的研究现状

1 .5 课题来源及主要研究内容

1 .6 本研究的创新点及意义

2 生物质基复合保水剂原料吸水特性分析

2 .1 前言

2 .2 材料与方法

2 .3 结果与分析

2 .4 本章小结

3 生物质基复合保水剂的制备及复合溶胶性质

3.1 前言

3 .2 材料与方法

3 .3 结果与分析

3 .4 本章小结

4 生物质基复合保水剂应用基础研究

4.1 前言

4 .2 材料与方法

4 .3 结果与分析

4 .4 本章小结

5 生物质基复合保水剂与肥料互作效应研究

5.1 前言

5 .2 材料与方法

5 .3 结果与分析

5 .4 本章小结

结语

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果