环境友好型包膜缓释肥料研制及其养分控释机理的研究

摘要

生产和使用环境友好型包膜缓释肥料是目前化肥工业发展的主要趋势之一，也是发展现代农业、实施可持续发展战略的必然要求。本文着眼开发高效、环保、低成本的包膜缓释肥料，选用环境友好、廉价的聚乙烯醇一淀粉交联液和来源广泛的硅藻土(或沸石粉)的共混物作为颗粒肥料包膜材料，使用转鼓工艺制成了有机无机复合物包膜缓释肥料；对该有机无机复合物包膜肥料的保肥、控肥效果及其机理进行了系统研究，内容涉及膜材料的耐水性、有机高分子聚合物适宜浓度的选择以及包膜后肥料养分控释机理、环境友好性及田间应用效果等多个方面，得出主要结论如下。 1．甲醛、硼砂和尿素均能提高聚乙烯醇-淀粉交联液成膜的耐水性；但经尿素改性的膜材料吸水率最低，更适合用作提高聚乙烯醇-淀粉交联液耐水性的改性剂。 2．土柱淋洗试验结果表明，在包膜材料与被包膜肥料数量比例一定的条件下，经尿素改性后聚乙烯醇一淀粉交联液与硅藻土(或沸石粉)两种原料比例适当，混合制成包膜材料生产出的包膜肥料养分缓释效果最好；本文找出了这一两种原料的适宜比例。 3．包膜缓释尿素的氮素释放过程可以用一级反应动力学方程N<,1>=N<,0>[1-exp(-kt)]描述，其释放速率常数k随着温度升高、土壤含水量增加、水蒸气压差增大而增大；包膜肥料内外水蒸气压差是致使养分释放的直接原因，温度、土壤含水量等都是通过影响膜内外水蒸气压差的变化而影响养分释放速度的。 4．扫描电镜试验表明，包膜材料不同，包膜后在肥料颗粒表面成膜的结构不同，聚乙烯醇一淀粉交联液与硅藻土混合成膜的结构为层状，而聚乙烯醇-淀粉交联液与沸石粉混合成膜为絮状、且有很多细小的孔洞，这可以解释不同包膜材料包被肥料后其养分缓释效果不同的原因。包膜前后的尿素改性聚乙烯醇-淀粉交联液与硅藻土共混材料的红外光谱分析结果表明，包膜后膜与尿素颗粒间形成了新的化学键，两者结合力强，这有助于提高包膜尿素的缓释性能。 5．包膜尿素与未包膜的普通尿素相比，抑制氮素挥发效果显著，且聚乙烯醇-淀粉交联液与硅藻土混合液包膜优于聚乙烯醇-淀粉交联液与沸石粉混合液包膜材料；该类包膜材料在自然环境中能够降解。辣椒肥效试验表明，与常规尿素相比，包膜尿素具有明显提高辣椒产量、降低果实中NO<,3><'->-N含量和提高肥料利用率的效果。 总之，将改性聚乙烯醇-淀粉交联液与硅藻土(或沸石粉)按一定比例混合制成有机无机复合材料，用于颗粒肥料包膜，具有不污染土壤与环境、低成本、养分释放稳定等优点；与沸石粉相比，在聚乙烯醇一淀粉交联液中混入硅藻土效果更佳，值得推介。

目录

声明

摘要

第一章前言

第一节包膜缓/控释肥料研究现状及进展

一、包膜缓/控释肥料的研制、生产与应用概况

二、包膜缓/控释肥料的膜质材料研究进展

三、包膜缓/控释肥料养分控释机理

四、包膜缓/控释肥料养分释放过程数学模型

五、包膜缓/控释肥料的评价方法

六、存在的问题及展望

第二节研究内容与目的意义

一、研究内容

二、研究目的与意义

第二章环境友好型包膜缓释肥料的研制

第一节包膜材料耐水性的研究

一、供试材料

二、试验设计与方法

三、结果与分析

四、小结

第二节有机无机复合物包膜缓释肥料的研制

一、供试材料

二、试验设计与方法

三、结果与分析

四、小结

第三章有机无机复合物包膜缓释肥料养分释放特性及机理

第一节温度对包膜缓释尿素养分释放特性的影响

一、供试材料

二、试验设计与方法

三、养分释放数学模型

四、结果与分析

五、小结

第二节土壤含水量对包膜缓释尿素养分释放特性的影响

一、供试材料

二、试验设计与方法

三、结果与分析

四、小结

第三节水蒸气压对包膜缓释尿素养分释放特性的影响

一、供试材料

二、试验设计与方法

三、结果与分析

四、小结

第四节包膜缓释肥料微观结构特征对养分释放的影响

一、供试材料

二、试验设计与方法

三、结果与分析

四、小结

第五节包膜材料的红外光谱分析

一、供试材料

二、试验设计与方法

三、结果与分析

四、小结

第四章有机无机复合物包膜缓释尿素环境友好性的评价

第一节包膜缓释尿素抑制氮素挥发效果

一、供试材料

二、试验设计与方法

三、结果与分析

四、小结

第二节包膜缓释尿素膜材料的降解性

一、供试材料

二、试验设计与方法

三、结果与分析

四、小结

第五章包膜缓释尿素田间施用效果

一、供试材料

二、试验设计与方法

三、结果与分析

四、小结

第六章结论

参考文献

致谢

攻读博士学位论文期间获奖、申报专利、发表论文目录(2004年8月—2007年6月)