改性聚乙烯醇包膜的選取及包膜肥料緩釋性能研究.pdf

1、環(huán)境和資源的可持續(xù)利用越來(lái)越受到重視，因此農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的創(chuàng)新使命集中在既要提高肥料利用效率，使糧食增產(chǎn)增收，又要保證肥料的損失最小。而緩釋肥料能夠在很大程度上影響?zhàn)B分釋放速度，使肥料養(yǎng)分被吸收及利用的周期增長(zhǎng)，保證肥效的連續(xù)性與可持續(xù)性，提升肥料利用效率，減少養(yǎng)分流失，對(duì)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。本學(xué)位論文著眼于開(kāi)發(fā)高效、環(huán)保、低成本的多功能緩釋肥料，以無(wú)機(jī)礦物凹凸棒黏土為基質(zhì)，硅藻土、膨潤(rùn)土、沸石粉為改性劑共聚制得羧甲基淀粉鈉/酚基環(huán)

2、氧樹(shù)脂—聚乙烯醇等合成高分子物質(zhì)為包膜材料，并對(duì)其成膜吸水降解特性進(jìn)行了系統(tǒng)研究。以尿素、無(wú)機(jī)復(fù)合肥和有機(jī)雞糞發(fā)酵肥為肥料核心原料，制備了一系列多功能復(fù)合包膜型緩釋肥料，并對(duì)其在水中和土壤兩介質(zhì)環(huán)境中的養(yǎng)分緩釋行為、緩釋機(jī)理進(jìn)行研究，結(jié)合植物和土壤對(duì)肥料的響應(yīng)，揭示緩釋肥料養(yǎng)分釋放特性，通過(guò)協(xié)調(diào)“肥料—土壤—植物”復(fù)合體系，制備系列緩釋肥料。主要結(jié)論如下：
　?。?）在相同培養(yǎng)時(shí)間及培養(yǎng)溫度下，不同包膜材料的成膜效果存在較大差異。

3、就固化成膜效果來(lái)看，硅藻土改性羧甲基淀粉鈉-聚乙烯醇（AVG）、膨潤(rùn)土改性羧甲基淀粉鈉-聚乙烯醇（AVP）、沸石粉改性羧甲基淀粉鈉-聚乙烯醇（AVF）以及沸石粉改性酚基環(huán)氧樹(shù)脂-聚乙烯醇（EVF）效果均完全且表現(xiàn)良好，而硅藻土改性酚基環(huán)氧樹(shù)脂-聚乙烯醇（EVG）及膨潤(rùn)土改性酚基環(huán)氧樹(shù)脂-聚乙烯醇（EVP）均表現(xiàn)為部分固化，成膜效果較前4種差；從固化成膜的表面特征分析，硅藻土改性羧甲基淀粉鈉-聚乙烯醇（AVG）與沸石粉改性羧甲基淀粉鈉-聚

4、乙烯醇（AVF）固化成膜表面光滑平整，膨潤(rùn)土改性羧甲基淀粉鈉-聚乙烯醇（AVP）與沸石粉改性酚基環(huán)氧樹(shù)脂-聚乙烯醇（EVF）固化成膜表面微皺，而硅藻土改性酚基環(huán)氧樹(shù)脂-聚乙烯醇（EVG）及膨潤(rùn)土改性酚基環(huán)氧樹(shù)脂-聚乙烯醇（EVP）固化成膜表面均出現(xiàn)少量或者大量氣泡；以固化成膜的彈性分析，硅藻土改性羧甲基淀粉鈉-聚乙烯醇（AVG）、沸石粉改性羧甲基淀粉鈉-聚乙烯醇（AVF）以及沸石粉改性酚基環(huán)氧樹(shù)脂-聚乙烯醇（EVF）固化成膜表面均發(fā)生一

5、定的彈性形變，表明了其韌性較強(qiáng)、膜的致密度較高，而另外三種包膜相對(duì)于前3種較差。綜上所述，所有包膜成膜效果表現(xiàn)為EVF>AVG>AVF>AVP>EVP>EVG。
　?。?）不同包膜材料的吸水特性存在明顯的差異，隨著培養(yǎng)溫度的升高，包膜材料的吸水量與吸水倍率都表現(xiàn)出不同程度提高。其中AVG、AVF、EVG以及EVF提高效果較為顯著， AVP與EVP提高效果不顯著。吸水量的增加直接影響著吸水倍率，其中EVF、AVG以及AVF增長(zhǎng)趨勢(shì)極

6、為顯著，而EVP、EVG、AVP增長(zhǎng)趨勢(shì)較前3種不太顯著。綜上所述可以得出，由硅藻土/沸石粉改性的羧甲基淀粉鈉-聚乙烯醇包膜以及由沸石粉改性的酚基環(huán)氧樹(shù)脂-聚乙烯醇包膜吸水性能較好，其他三種包膜稍差，由強(qiáng)到弱依次為EVF、AVG、AVF、EVP、EVG、AVP。
　?。?）隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，包膜材料的累計(jì)降解量與累計(jì)降解率均呈現(xiàn)出不斷增大的趨勢(shì)，其中AVF、AVG及EVF增長(zhǎng)極顯著，而AVP、EVG及EVP，在整個(gè)降解過(guò)程中的增

7、長(zhǎng)趨勢(shì)不明顯。隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，包膜材料的累計(jì)降解量和累計(jì)降解率雖然整體上還是呈現(xiàn)出增長(zhǎng)趨勢(shì)，但10d之內(nèi)的階段性累計(jì)降解量和累計(jì)降解率均呈現(xiàn)出降低的趨勢(shì)。綜上所述可以得出，由硅藻土/沸石粉改性的羧甲基淀粉鈉-聚乙烯醇包膜以及由沸石粉改性的酚基環(huán)氧樹(shù)脂-聚乙烯醇包膜降解性能較好，其他三種包膜稍差，由強(qiáng)到弱依次為AVF、AVG、EVF、EVP、AVP、EVG。
　?。?）包膜肥料由于包膜種類的不同，其吸水特性也存在較顯著差異?？傮w趨勢(shì)

8、表現(xiàn)為，硅藻土改性羧甲基淀粉鈉-聚乙烯醇包膜肥料的吸水量與吸水倍率相對(duì)較低，沸石粉改性酚基環(huán)氧樹(shù)脂-聚乙烯醇包膜肥料的吸水量與吸水倍率整體較高，沸石粉改性羧甲基淀粉鈉-聚乙烯醇包膜肥料的吸水量與吸水倍率居中。不同包膜肥料因?yàn)榘げ牧系牟煌尸F(xiàn)出較大的差異性，表現(xiàn)為包膜復(fù)混肥>包膜尿素>包膜復(fù)合肥，3種包膜復(fù)合肥處理中，EVFC最高，AVGC次之，AVFC再次之，而3種包膜尿素以及包膜復(fù)混肥處理中，則表現(xiàn)為EVFU/EVFM最高，AVF

9、U/AVFM次之，AVGU/ AVGM再次之。
　　（5）與未施肥處理相比，施加肥料的土壤最大持水率均發(fā)生一定程度的增長(zhǎng)。其中加入包膜尿素/復(fù)合肥的土壤增長(zhǎng)趨勢(shì)極顯著，而加入未包膜尿素/復(fù)合肥的最大土壤持水率增長(zhǎng)趨勢(shì)不顯著，可見(jiàn)在土壤中施入包膜處理尿素/復(fù)合肥肥料后，能夠在提高土壤持水率方面還是起到了明顯的作用。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，土壤的保水性能越來(lái)越低，但包膜肥料的土壤保水率仍均顯著高于未施肥處理的保水率以及施用未包膜尿素/復(fù)合肥處

10、理的保水率。復(fù)混肥也能夠顯著增強(qiáng)土壤持水保水性能且強(qiáng)于尿素/復(fù)合肥，但包膜復(fù)混肥與未包膜復(fù)混肥增強(qiáng)作用差異性較小，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，施加復(fù)混肥土壤的保水性能也呈現(xiàn)出越來(lái)越低的趨勢(shì)，但又與尿素和復(fù)合肥不同，呈現(xiàn)出先慢后快再慢的降低趨勢(shì)且不同的包膜施肥處理土壤保水率之間相互差異均不顯著。
　?。?）水環(huán)境條件下，在相同培養(yǎng)時(shí)間內(nèi)，隨著溫度的升高，肥料養(yǎng)分釋放的速率以及累積釋放率均表現(xiàn)為不斷增大的趨勢(shì)，但整體表現(xiàn)為包膜肥料<未包膜肥料，包

11、膜肥料體現(xiàn)出了良好的養(yǎng)分緩釋性能，其釋放速率和累積釋放率均顯著低于未包膜肥料，養(yǎng)分的釋放速度得到有效地抑制，有效性能也得以提高，釋放曲線良好，與植物生長(zhǎng)發(fā)育周期性養(yǎng)分需求規(guī)律相契合。依據(jù)養(yǎng)分初期溶出率以及微分溶出率來(lái)預(yù)測(cè)肥料有效期，包膜后的肥料釋放期均明顯增長(zhǎng)，進(jìn)一步證實(shí)了包膜肥料的養(yǎng)分緩釋性能均較好，但預(yù)測(cè)期又都低于實(shí)測(cè)期，表明了養(yǎng)分釋放特點(diǎn)表現(xiàn)為前期快于后期的趨勢(shì)，養(yǎng)分釋放過(guò)程中釋放的速率并不是完全均衡的。
　?。?）土壤環(huán)境

12、較水環(huán)境復(fù)雜，諸多因素影響了養(yǎng)分的釋放，具體表現(xiàn)為相同的培養(yǎng)的時(shí)間內(nèi)其累積釋放率較水溶法的小，釋放速率也顯著降低。在土壤中，隨著初始含水率的增加，肥料養(yǎng)分釋放速率以及累計(jì)釋放率均呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，但增長(zhǎng)幅度包膜肥料的要低于未包膜肥料，表現(xiàn)出了較好的緩釋效果。結(jié)合釋放指數(shù)以及擴(kuò)散系數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)養(yǎng)分釋放特征，隨著初始含水率的增加，包膜后的肥料釋放指數(shù)均大多保持在0.5-1之間，釋放效應(yīng)較好，擴(kuò)散系數(shù)隨著初始含水率的增加呈現(xiàn)出不斷增大的趨勢(shì)。

13、　　（8）不同種植類型土壤pH值均隨著植物生長(zhǎng)時(shí)期的不同表現(xiàn)出一定的差異性，但pH值均保持在偏中性、中性和弱堿性范圍內(nèi)。無(wú)論是種植狗牙根還是多花木藍(lán)，施加包膜肥料對(duì)土壤酸堿度的調(diào)節(jié)力度要強(qiáng)于未施加包膜肥料土壤，pH值顯著增大，其變化幅度也明顯增大，但最終pH值基本都會(huì)維持在中性和弱堿性范圍內(nèi)。與未施肥處理相比，施加肥料的狗牙根種植土壤，不同生長(zhǎng)時(shí)期土壤pH值均發(fā)生較大程度上的增大,但整體變化趨勢(shì)有差異。其中施加尿素肥料的土壤pH值在出苗

14、期、拔節(jié)期、成熟期整體增長(zhǎng)變化呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)，施加復(fù)合肥料的土壤pH值變化呈現(xiàn)出先降低后升高的趨勢(shì)，施加復(fù)混肥料的土壤pH值呈現(xiàn)出持續(xù)降低的趨勢(shì)。施加復(fù)混肥料后，多花木藍(lán)不同生長(zhǎng)時(shí)期土壤pH值發(fā)生較大程度上的增大且整體變化趨勢(shì)明顯，在出苗期、拔節(jié)期、開(kāi)花期、成熟期，整體增長(zhǎng)變化呈現(xiàn)出先降低后升高再降低的趨勢(shì)，而施加尿素以及復(fù)合肥料后的土壤pH值增長(zhǎng)較施加復(fù)混肥土壤均不顯著且整體變化趨勢(shì)不明顯。
　?。?）無(wú)論是種植狗牙根

15、還是多花木藍(lán)，不施肥料CK處理的生物量均顯著低于施肥處理。在施肥量、施肥方法、施肥時(shí)間相同的條件下，不同聚合材料包膜尿素AVGU、AVFU、EVFU處理較未包膜尿素U處理也均表現(xiàn)出一定的生物量增長(zhǎng)效果，但增長(zhǎng)幅度不顯著。通過(guò)對(duì)施加3種聚合材料包膜尿素后植物生物量增長(zhǎng)效果比較，可以知道無(wú)論是狗牙根還是多花木藍(lán)，不同包膜尿素處理生物量增長(zhǎng)效果差異均顯著，具體表現(xiàn)為AVGU>EVFU>AVFU。施加復(fù)合肥后，植物生物量較尿素處理發(fā)生了顯著的增